Una 'carrera armamentista' evolutiva

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delfines combaten enfermedades

¿Cómo combaten los delfines y las ballenas las amenazas de enfermedades?

Los delfines, las ballenas y otros cetáceos son susceptibles a muchos de los mismos peligros para la salud que los humanos, como el mercurio, la brevotoxina (por ejemplo, la marea roja) y la lobomicosis. También sirven como importantes especies centinelas para resaltar las preocupaciones relevantes para la salud pública y ambiental.

Sin embargo, ha sido un desafío comprender cómo combaten estos mamíferos acuáticos los patógenos causantes de enfermedades, cómo se adaptan a las amenazas patógenas cambiantes y cómo se activan sus respuestas inmunitarias.

Dos recientes artículos de investigadores de la Florida Atlantic University (FAU) revelan cómo compiten los cetáceos por sobrevivir en una "carrera armamentista" evolutiva con comunidades cambiantes de patógenos. Debido a que cambian las amenazas patógenas y el riesgo de enfermedades infecciosas, las ballenas y los delfines deben adaptarse a esos cambios. La pregunta de hoy es: ¿Pueden adaptarse lo suficientemente rápido?

En un innovador estudio publicado en PLOS One, los investigadores del Instituto Oceanográfico Harbor Branch de la FAU descubrieron que los cetáceos utilizan varias estrategias para el éxito en esta carrera de armamentos evolutiva.

La respuesta inmune en los vertebrados está mediada por una serie de genes de rápida evolución llamados el complejo principal de histocompatibilidad o MHC. El MHC actúa como un sistema de alerta temprana contra patógenos que no solo hace sonar la alarma, sino que también activa una respuesta armada. Para hacer esto, las proteínas MHC necesitan poder distinguir "amigo" de "enemigo" a nivel molecular. Similar a un mecanismo de bloqueo y clave, el "bloqueo" de un MHC de un individuo debe ser capaz de unirse a la "clave" del péptido de un patógeno para lanzar la secuencia de defensa.

El equipo de la FAU encontró que estos cetáceos no solo preservan la diversidad genética en los tipos de esclusas, es decir, la conformación de las bolsas de unión que ayudan a desencadenar la respuesta inmune, sino que también seleccionan la diversidad en la forma de regular la producción de las muchas cerraduras que son necesarias. El MHC está regulado para evitar demasiada actividad, donde el sistema inmunológico puede atacar las células de uno, así como muy poca actividad, donde el sistema inmunitario no reacciona lo suficientemente rápido o lo suficientemente fuerte ante una amenaza real.

"Este es el primer intento dentro de las poblaciones de cetáceos para utilizar tanto la conformación del MHC como la variación genética reguladora como indicadores tempranos de la susceptibilidad a la enfermedad", dijo Heidi J.T. Pagan, Ph.D., autora principal del estudio e investigadora asociada en Harbor Branch de la FAU.

Pagan y sus colaboradores querían desarrollar un sistema de marcadores MHC más completo para los cetáceos y combinar los métodos de secuenciación tradicionales y de próxima generación para el genotipado. Aplicaron este sistema de marcadores para investigar las fuerzas evolutivas y demográficas que dan forma a la diversidad de MHC de delfines en contrastar hábitats de estuarios y marinos.

Al combinar estos datos genéticos con un enfoque inmunoproteómico desarrollado por Colette T. Dooley, Ph.D., en el Instituto de Estudios Moleculares Torrey Pines, los investigadores tienen ahora una imagen mucho más completa de cómo continúan adaptándose las ballenas y los delfines a su entorno patógeno actual.

Dooley aplicó técnicas inmunogenéticas e inmunoproteómicas y modeló bibliotecas combinatorias para determinar qué tipos de péptidos ("claves") el MHC encontró en los esteros y los delfines costeros de la Florida en Florida. A partir de ahí, usó la bioinformática para determinar qué microorganismos probablemente producen estas características moléculas.

"Por primera vez, tenemos una idea clara de los agentes patógenos involucrados, y ahora tenemos una hoja de ruta para los equipos de investigación que trabajan en otras especies, incluidos los humanos, para usarlos para llegar allí", dijo Dooley, quien publicó estos hallazgos en agosto con el equipo de la FAU en PLOS One. "Estas ideas nos permitirán mejorar las predicciones de salud de la población para estos cetáceos que están expuestos a una amenaza de enfermedad en particular".

Los delfines mulares residen en aguas costeras a lo largo de la costa atlántica de Florida, así como en varios estuarios, bahías y lagunas, incluido el Sistema de Estuarios de la Laguna Indian River Laguna (IRL) de 256 kilómetros de longitud. Se ha encontrado que las poblaciones costeras son demográfica y genéticamente distintas de algunas de estas poblaciones de estuarios y de lagunas, aunque también se ha documentado algún flujo y movimiento de genes.

La contaminación química, el alto aporte de nutrientes, la disminución de la salinidad, la pérdida del hábitat de los pastos marinos y la eutrofización han culminado en una mala calidad del hábitat en el Sistema de Estuarios IRL. Se ha documentado la disparidad entre las poblaciones e incluso la susceptibilidad individual a las enfermedades para varios cetáceos y a menudo está relacionada con concentraciones de contaminantes inmunosupresores.

"Con estos avances, finalmente tenemos ahora las herramientas para ayudar a los administradores de vida silvestre y profesionales de la salud a evaluar el riesgo de enfermedad desde la perspectiva de cómo están diseñados los animales individuales para reconocer las moléculas de los microorganismos en el ambiente y lanzar una respuesta inmunológica", dijo líder del equipo de investigación Greg O'Corry-Crowe, Ph.D., profesor de investigación en Harbor Branch de la FAU. "Ahora necesitamos llevar estas herramientas directamente al campo y aplicarlas a otras especies".

En 2013 un número poco usual de delfines mulares del Atlántico murieron a lo largo de la costa este de Florida hasta los Cayos de Florida. Sin embargo, los delfines en el Golfo de México no se vieron afectados. Esto sugirió a los investigadores que pueden influir múltiples factores en la variación espacial de la transmisión de la enfermedad y afectar a las poblaciones vecinas en diversos grados.

"Aunque hemos aprendido mucho sobre la variación en los tipos de 'cerraduras' que poseen las poblaciones de vertebrados, sabíamos muy poco hasta ahora sobre la confirmación de 'claves' patógenas", dijo O'Corry-Crowe. "Este problema se ha convertido en un gran obstáculo para la aplicación de estudios de diversidad de MHC a evaluaciones reales de las capacidades de las poblaciones silvestres para enfrentar amenazas de enfermedades".

Refrencia: Positive selection in coding regions and motif duplication in regulatory regions of bottlenose dolphin MHC class II genes

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