Patógenos de la malaria bajo el microscopio de rayos X
La microscopía de rayos X en BESSY II revela cómo podrían funcionar los medicamentos antipalúdicos
El paludismo es una de las enfermedades infecciosas más amenazadoras del mundo. Un equipo internacional ha podido investigar los patógenos de la malaria en los glóbulos rojos in vivo utilizando el microscopio de rayos X BESSY II y las fuentes de sincrotrón ALBA y ESRF. Los científicos revelan los mecanismos utilizados por las sustancias activas para atacar al patógeno. Esto podría contribuir a mejorar las estrategias de tratamiento y el diseño de medicamentos.
La imagen muestra detalles como la vacuola de los parásitos (de color azul y verde) dentro de una célula sanguínea infectada.
© S. Kapishnikov
La combinación de diferentes técnicas de medición muestra cómo la presencia de bromoquina dificulta el proceso de desintoxicación de la plasmodia.
© S. Kapishnikov
Alrededor del 40 por ciento de la humanidad vive en regiones afectadas por la malaria, alrededor de 200 millones de personas contraen la enfermedad cada año, y se estima que 600.000 personas mueren como resultado de ello. Los mosquitos anófeles que transmiten los patógenos de la malaria se están propagando debido al cambio climático. Estos patógenos son organismos unicelulares (plasmodia) que se asientan dentro de los glóbulos rojos de sus huéspedes y metabolizan la hemoglobina para crecer y multiplicarse.
La principal vía para tratar la enfermedad es el tratamiento con compuestos activos de la familia de las quinolinas y, más recientemente, de la familia de las artemisininas. Sin embargo, la forma exacta en que los compuestos activos mantienen la plasmodia patógena bajo control ha sido objeto de controversia hasta ahora.
Una tesis se refiere al proceso digestivo de la plasmodia patógena. Las investigaciones han demostrado que la plasmodia almacena grandes cantidades de hemoglobina en su vacuola digestiva, un organillo que se asemeja a una bolsa. Esto libera moléculas de hemozoína que contienen hierro que la plasmodia no puede tolerar. Los plasmodios logran cristalizar estas moléculas tóxicas de hemozoína para que ya no puedan envenenarlas. La idea era que los compuestos activos podrían prevenir la formación de cristales de hemozoína y así boicotear el proceso de desintoxicación de la plasmodia.
Un equipo dirigido por Sergey Kapishnikov de la Universidad de Copenhague y el Instituto Weizmann de Ciencias de Rehovot, Israel, junto con colegas daneses, españoles, franceses y berlineses, ha investigado por primera vez este proceso en células sanguíneas infectadas. Las células sanguíneas fueron infectadas con el patógeno de la malaria Plasmodium falciparum y luego mezcladas con diferentes concentraciones de bromoquina de la familia de la quinolina.
Los patógenos de la malaria en las células sanguíneas sólo pueden ser examinados in vivo y en su entorno natural utilizando microscopía de rayos X en fuentes de sincrotrón. Otros métodos de investigación, como la microscopía electrónica, requieren que los patógenos se sequen y corten en rodajas ultrafinas.
En BESSY II, Stephan Werner y Peter Guttmann, junto con Sergey Kapishnikov, pudieron examinar las muestras mediante microscopía de rayos X. "Las muestras de sangre se congelan rápidamente para el examen, de modo que podemos observar los patógenos in vivo y también producir imágenes de tomografía de rayos X tridimensionales", explica Guttmann. Se han realizado otros estudios de microscopía de rayos X en la fuente de luz de sincrotrón ALBA en Barcelona.
La espectrometría de fluorescencia en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica ESRF de Grenoble permitió cartografiar la distribución de los elementos en las células sanguíneas. Cuando se combina con la estructura celular revelada por las imágenes tridimensionales de rayos X, la distribución de la bromoquina y su modo de acción pueden ser interpretados con precisión. "Vemos en nuestras imágenes que la bromoquina se acumula en la superficie de los cristales de hemozoína. Esto debería conducir a la inhibición del crecimiento del cristal y, por lo tanto, a la interrupción del proceso de desintoxicación por parte de los parásitos de la plasmodia", explica Kapishnikov.
Estas investigaciones también pueden extenderse a otros grupos de medicamentos como la artemisinina y proporcionar información valiosa para el diseño de tratamientos más eficaces contra la malaria.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
"Mode of action of quinoline antimalarial drugs in red blood cells infected by Plasmodium falciparum, revealed in-vivo"; Sergey Kapishnikov, Trine Staalsø, Yang Yang, Jiwoong Lee, Ana J. Perez-Berna, Eva Pereiro, Yang Yang, Stephan Werner, Peter Guttmann, Leslie Leiserowitz, and Jens Als-Nielsen; PNAS; 2019
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