Nuevos conocimientos sobre la evolución del patógeno de la peste
Un equipo de investigación de la Universidad de Kiel y MPI-EB identifica factores genéticos adquiridos por el patógeno Yersinia pestis durante su reciente evolución
Los orígenes de la peste se remontan al Neolítico, los hallazgos más antiguos del patógeno causante Yersinia pestis proceden de huesos humanos de unos 5000 años de antigüedad. En la historia de la peste destacan la peste justinianea de finales de la antigüedad, del siglo VI, y la llamada peste negra de finales de la Edad Media. Se ha demostrado que fueron causadas por Y. pestis y, según las estimaciones, acabaron con hasta la mitad de la población en algunas partes de Europa. Aunque a lo largo de los siglos se produjeron repetidamente brotes más pequeños y limitados regionalmente en distintos continentes, desde mediados del siglo XIX hasta principios del XX se produjo una tercera pandemia de peste. Al principio afectó principalmente a Asia, con especial incidencia en la India, y posteriormente se extendió por todo el mundo. Con cerca de 15 millones de muertes confirmadas, es una de las pandemias más mortíferas de la historia de la humanidad. En la actualidad, la peste sigue produciéndose a escala regional y es casi siempre mortal si no se trata rápidamente con antibióticos.
A lo largo de miles de años, Y. pestis ha evolucionado en numerosas cepas, tanto por adquisición como por pérdida de genes. Investigadores de todo el mundo estudian la evolución de Y. pestis para averiguar más sobre las causas de las pandemias históricas y los peligros que sigue planteando la peste. En concreto, investigan las características genéticas del patógeno, responsables, entre otras cosas, de la transmisión, la distribución geográfica y la gravedad de la enfermedad. En un nuevo estudio, un equipo de investigadores de la Universidad de Kiel y del Instituto Max Planck de Biología Evolutiva de Plön (MPI-EB) ha examinado genomas antiguos y modernos de Y. pestis que abarcan desde el Neolítico hasta la pandemia moderna. Los investigadores, dirigidos por el Dr. Daniel Unterweger, jefe del grupo de investigación del MPI-EB y la Universidad de Kiel, y los profesores Almut Nebel y Ben Krause-Kyora, del Instituto de Biología Molecular Clínica (IKMB) de la Universidad de Kiel, descubrieron que Y. pestis debió de adoptar un nuevo elemento genético, conocido como profago YpfΦ, entre la Edad Media y la pandemia moderna, que está relacionado con la virulencia del patógeno, es decir, con su efecto causante de enfermedades. El profago produce una proteína muy parecida a ciertas toxinas de otros patógenos, por ejemplo, el patógeno del cólera. Los investigadores, que colaboran, entre otros, con el Centro de Evolución de Kiel (KEC) de la Universidad de Kiel, publicaron recientemente sus resultados junto con colegas de la Universidad del Sur de Dinamarca en Odense (SDU) en la revista Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
Entre otros, los esqueletos hallados durante una excavación en un cementerio de Sejet (Dinamarca) proporcionaron muestras genéticas para un nuevo estudio sobre la peste de la Universidad de Kiel.
© Unit of Anthropology, ADBOU, SDU
Los nuevos elementos genéticos aumentaron la virulencia del patógeno
El equipo de investigación de Kiel obtuvo las muestras genéticas gracias a una colaboración con el Departamento de Medicina Forense de la SDU, que gestiona material esquelético de varios museos daneses. En este caso concreto, los científicos examinaron los restos óseos de 42 personas enterradas en dos cementerios parroquiales daneses entre los siglos XI y XVI. Se secuenció la información genética contenida en las muestras y se compararon los genes de Y. pestis que contenían con otros genomas publicados que databan de los periodos neolítico, medieval y moderno.
"Investigaciones anteriores han demostrado que al principio de su evolución el patógeno carecía de la composición genética necesaria para una transmisión eficaz a través de la pulga, lo que es típico de la peste bubónica actual. En el curso de su evolución, Y. pestis adquirió un notable nivel de virulencia, que contribuyó a los brotes posteriores de algunas de las pandemias más mortíferas de la historia de la humanidad", afirma la Dra. Joanna Bonczarowska, primera autora del artículo, que llevó a cabo esta investigación como parte de su doctorado en el IKMB con el apoyo de la Escuela Internacional Max-Planck de Investigación en Biología Evolutiva (IMPRS).
"En nuestro estudio, demostramos que todas las cepas de Y. pestis conocidas antes del siglo XIX carecían de un determinado elemento genético, el profago YpfΦ", afirma Bonczarowska, que ahora trabaja como postdoctoranda en el IKMB, donde está financiada por el Cluster de Excelencia "Medicina de Precisión en Inflamación Crónica" (PMI). El profago fue probablemente absorbido del medio ambiente mediante transferencia lateral de genes. Esta información genética influye en la virulencia del patógeno, es decir, en la gravedad de la enfermedad resultante de una infección. Se ha demostrado que las cepas de Y. pestis que tienen el profago requieren una dosis letal significativamente menor que las que no tienen YpfΦ. Esta absorción de nuevos elementos genéticos podría suponer una ventaja para Y. pestis durante la pandemia de peste moderna.
¿Cómo se ha producido el aumento de la virulencia desde la Edad Media?
Aún no se han investigado en detalle los mecanismos por los que el profago contribuye al aumento de virulencia del patógeno de la peste moderna. Estudios anteriores sugieren que esa nueva información genética puede ayudar al patógeno a infectar tejidos corporales alejados del lugar original de la infección. En su búsqueda de tal mecanismo, los investigadores de Kiel examinaron todas las proteínas codificadas por el nuevo ADN en cuestión. Descubrieron que una de estas proteínas es muy similar a una toxina conocida de otros patógenos.
"Esta proteína es similar en estructura a la toxina zonula occludens (ZOT), que facilita el intercambio de sustancias nocivas entre las células infectadas y tiene un efecto perjudicial sobre la mucosa y los epitelios. Esta conexión se descubrió por primera vez en el patógeno del cólera, donde provoca los síntomas típicos de la gastroenteritis", explica Bonczarowska. Los investigadores de Kiel, por tanto, quieren investigar más a fondo en el futuro esta proteína similar a la ZOT en Y. pestis, ya que ofrece una explicación plausible para el aumento de la virulencia del patógeno de la peste en el presente y en el pasado reciente.
Nuevas investigaciones sobre la evolución de la peste y otros patógenos
La rápida evolución de Y. pestis se suma a la amenaza pandémica que sigue representando. "La adquisición de nuevos elementos genéticos puede traer consigo nuevos síntomas de infección. Estos signos engañosos de la enfermedad pueden dificultar el diagnóstico a tiempo de la peste y retrasar así un tratamiento rápido, esencial para la supervivencia", subraya Unterweger. "Además, algunas cepas del patógeno de la peste ya están mostrando resistencia a diversos antibióticos, lo que contribuye aún más al gran peligro potencial de esta enfermedad", prosigue Unterweger.
Un aspecto importante del trabajo son también los paralelismos recién descubiertos con otras especies bacterianas, ya que en otras bacterias también se encontraron elementos genéticos muy similares a YpfΦ. Estos hallazgos proporcionan pistas sobre su futura evolución hacia una mayor virulencia.
En conjunto, los resultados de la investigación subrayan que hay muchos conocimientos que aportar a la ciencia moderna y a la aplicación médica en el estudio de la evolución histórica de las enfermedades mediante el ADNa, que se remonta a cientos o incluso miles de años. "Comprender cómo el patógeno fue capaz de aumentar su nocividad en el pasado, a veces mediante una evolución a saltos, nos ayudará a detectar nuevas formas de la enfermedad y a prevenir nuevas pandemias en el futuro", resume Krause-Kyora.
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
Joanna H. Bonczarowska, Julian Susat, Ben Krause-Kyora, Dorthe Dangvard Pedersen, Jesper Boldsen, Lars Agersnap Larsen, Lone Seeberg, Almut Nebel, Daniel Unterweger: "Ancient Y. pestis genomes lack the virulence-associated YpfΦ prophage present in Modern pandemic strains."; Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 2023.
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