Un equipo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Purdue ha secuenciado el genoma de la garrapata que transmite la enfermedad de Lyme, la enfermedad transmitida por vectores más común en América del Norte.
El proyecto de una década, en el que participaron 93 autores de 46 instituciones, decodifica la biología de un arácnido chupasangre con saliva sofisticada, piezas bucales de púas y millones de años de parasitismo exitoso. El genoma de Ixodes scapularis , conocido como la garrapata del venado o garrapata de patas negras, también arroja luz sobre cómo las garrapatas adquieren y transmiten agentes patógenos y ofrece objetivos específicos de garrapatas para el control.
"El genoma proporciona una base para una nueva era en la investigación de las garrapatas", dijo Catherine Hill, autora principal del artículo, profesora de entomología médica de Purdue y erudito de la facultad Showalter. "Ahora que hemos descifrado el código de la garrapata, hemospuede comenzar a diseñar estrategias para controlar las garrapatas, comprender cómo transmiten enfermedades e interferir con ese proceso "
I. Scapularis es la primera especie de garrapata en tener su genoma secuenciado.
El artículo principal del genoma se publicó en Comunicaciones de la naturaleza el martes 9 de febrero.
Recursos genómicos para enfermedades transmitidas por garrapatas
Las enfermedades transmitidas por garrapatas causan miles de muertes humanas y animales anualmente, y las garrapatas transmiten una variedad más amplia de patógenos y parásitos que cualquier otro artrópodo. Principalmente propagan la enfermedad al crear una herida de alimentación en la piel de sus huéspedes, regurgitando la saliva infectada enla herida cuando ingieren sangre.
A pesar de la capacidad de las garrapatas para adquirir y transmitir una variedad de patógenos, la investigación de las garrapatas se ha quedado atrás de la de otros vectores de artrópodos, como los mosquitos, en gran parte debido a la falta de herramientas y recursos genéticos y moleculares.
"Las garrapatas se subestiman como vectores, hasta que se contrae la enfermedad de Lyme", dijo Hill.
Se reportan alrededor de 30,000 casos de enfermedad de Lyme en los EE. UU. Anualmente, la mayoría concentrados en el noreste y el medio oeste superior. Pero los Centros para el Control de Enfermedades estiman que el número real de casos es 329,000 al año, muchos de los cuales no son reportados o mal diagnosticados.
Si bien no es mortal, la enfermedad de Lyme puede ser debilitante de forma permanente si la infección no se trata antes de que llegue a la fase crónica.
La garrapata del venado también vectoriza la anaplasmosis granulocítica humana, la babesiosis y el virus Powassan potencialmente letal. Otras especies de garrapatas transmiten una serie de flavivirus, incluidos algunos que causan hemorragias e inflamación del cerebro y la membrana que cubre el cerebro y la médula espinal. Menosse sabe que los flavivirus transmitidos por garrapatas son más que la enfermedad de Lyme, dijo Hill, pero son enfermedades particularmente importantes en Europa y partes de Asia y representan amenazas globales para la salud humana.
"Los recursos genómicos para la garrapata se necesitaban desesperadamente", dijo. "Esto nos permite ver la biología de la garrapata de manera sistemática".
El genoma proporciona dos líneas de recursos biológicos valiosos, dijo Hill: los genes y las proteínas que hacen que las garrapatas sean parásitos exitosos y excelentes vectores de parásitos y patógenos.
Identificar las proteínas involucradas en la transmisión de enfermedades transmitidas por garrapatas podría ayudar a los investigadores a desarrollar estrategias para detener este proceso.
Los investigadores identificaron algunas de las proteínas que juegan un papel clave en las interacciones entre las garrapatas del venado y la bacteria que causa la enfermedad de Lyme y las proteínas asociadas con la transmisión de la anaplasmosis granulocítica humana, una enfermedad emergente.
Un artículo complementario publicado en PLoS Enfermedades tropicales desatendidas proteínas identificadas y vías bioquímicas asociadas con la infección y la replicación del virus Langat causante de encefalitis, otro patógeno transmitido por Ixodes garrapatas. Estas proteínas podrían ser candidatas para medicamentos y vacunas y dar pistas sobre cómo el virus afecta la garrapata.
"Este estudio abre la puerta a la comprensión de cómo los virus transmitidos por garrapatas explotan a sus anfitriones y ofrece una visión única de las garrapatas que podría ser aplicable a los humanos", dijo Richard Kuhn, autor principal del estudio de virus, profesor de Purdue y jefe del Departamentode Ciencias Biológicas y director del Instituto Purdue para Inflamación, Inmunología y Enfermedades Infecciosas. "Una vez que sepa qué proteínas del huésped son críticas para la replicación del virus, puede manipular esas proteínas para interferir con el crecimiento y el desarrollo del virus".
Una mirada al interior de la biología de las garrapatas
El genoma también proporciona información sobre aspectos únicos de la biología de las garrapatas.
La saliva de las garrapatas, por ejemplo, está repleta de antimicrobianos, inhibidores del dolor, cemento, anticoagulantes y supresores inmunes, todos diseñados para ayudar a que la garrapata se alimente de su huésped sin ser detectada durante días o semanas.
El genoma revela que la saliva de las garrapatas contiene miles de compuestos, en comparación con solo cientos de saliva de mosquitos, una diversidad que presumiblemente permite a las garrapatas explotar una amplia gama de huéspedes y permanecer unidos durante mucho tiempo, dijo Hill.
Los investigadores también identificaron genes que podrían estar relacionados con la capacidad de las garrapatas para sintetizar nuevas cutículas con forma de armadura a medida que se alimentan, lo que les permite expandirse más de 100 veces.
El equipo buscó pistas sobre cómo las garrapatas digieren la sangre, una fuente de alimentos tóxicos debido a sus altas concentraciones de hierro. El genoma apunta a una serie de proteínas que se unen a las moléculas de hemo que contienen hierro, los subproductos de la digestión de la sangre, para producirmenos tóxicos
"Las garrapatas tienen una increíble cantidad de enzimas de desintoxicación, y no sabemos por qué", dijo Hill. "Estamos atentos a esto porque estas enzimas también están involucradas en los insecticidas desintoxicantes. A medida que desarrollamos nuevos químicos para controlargarrapatas, nos enfrentaremos a este arsenal masivo de enzimas de desintoxicación, mucho más que los insectos ".
Uno de los principales hallazgos del proyecto del genoma es que alrededor del 20 por ciento de los genes parecen ser exclusivos de las garrapatas. Estos genes podrían proporcionar a los investigadores objetivos específicos para el control de las garrapatas.
"No vemos el equivalente de estos genes en un mosquito o en un humano", dijo Hill. "Esa es una colección fascinante de moléculas, y como científico, no puedo esperar para entrar en esa olla de oro y encontrarfuera de lo que son y lo que hacen "
Características únicas del genoma
Uno de los principales desafíos que enfrentó el equipo de investigación fue la complejidad del genoma de la garrapata, uno de los genomas de artrópodos más grandes secuenciados hasta la fecha. Alrededor del 70 por ciento del genoma es ADN repetitivo, un aspecto inusual explorado en un artículo complementario publicado en Genómica BMC .
Si bien las copias de genes duplicados a menudo se eliminan, el genoma de la garrapata ha retenido estos genes repetidos. Muchos de ellos han mutado, lo que sugiere que las dos copias de un gen están asociadas con diferentes funciones y le dan a la garrapata una ventaja evolutiva. Estos genes duplicadosTambién podrían ser objetivos para nuevas medidas de control de garrapatas, dijo Hill.
"Estimamos que esas duplicaciones de genes tuvieron lugar probablemente justo después de la última Edad de Hielo, cuando las poblaciones de garrapatas se habrían expandido a nuevos hábitats", dijo.
El proyecto también incluyó el primer análisis de la estructura de la población de garrapatas en todo el genoma en América del Norte, resolviendo un debate de larga data sobre si las garrapatas de venado en el Norte y el Sur son en realidad dos especies diferentes. Según Hill, el genoma ofrece evidencia convincenteque las dos poblaciones son la misma especie, a pesar de sus diferencias genéticas. Debido a que la mayoría de los casos de enfermedad de Lyme ocurren en el norte, podría haber un componente genético en la capacidad de las garrapatas para transmitir la enfermedad de Lyme que una comparación de las dos poblaciones podría iluminar.
"Ahora tenemos el guión para ayudarnos a determinar qué proteínas están haciendo los genes de la garrapata, qué hacen estas proteínas y si podemos explotarlas para controlar la garrapata", dijo Hill.
Los co-investigadores principales del proyecto son Claire Fraser del Instituto de Ciencias del Genoma de la Universidad de Maryland; Frank Collins del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Notre Dame; Bruce Birren del Instituto Broad del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Harvard; y Karen Nelson del Instituto J. Craig Venter. JCVI y VectorBase anotaron el genoma.
Los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas y el Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. Proporcionaron financiación principal para el proyecto. El científico y coautor del NIAID, José M. Ribeiro, recibió apoyo a través del programa de investigación intramural del NIAID.
El proyecto genoma produjo seis documentos complementarios:
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :