Comprender cómo evolucionan los parásitos de la malaria después de que un mosquito infectado pica a un ser humano es muy difícil. Puede haber miles de millones de parásitos individuales en el torrente sanguíneo de un paciente y las técnicas tradicionales de secuenciación genética no pueden identificar la materia prima para la evolución: nuevas mutaciones.
"Si quiere saber si los parásitos están relacionados entre sí, si son todos de un mosquito o de múltiples picaduras de mosquitos, y qué mutaciones novedosas están surgiendo en una infección, entonces debe reducirlo al genoma individualnivel ", dice el profesor asistente Ian Cheeseman, Ph.D., y codirector del Programa de interacciones huésped-patógeno en el Instituto de Investigación Biomédica de Texas.
Gracias a una combinación de técnicas avanzadas, Cheeseman y sus colaboradores ahora pueden secuenciar los genomas de parásitos individuales que se encuentran en la sangre de pacientes infectados. En particular, ahora pueden hacerlo incluso cuando la carga de infección es muy baja, lo que puedeocurren durante infecciones asintomáticas. Describen su enfoque este mes en la revista Anfitrión celular y microbio . Se espera que obtener esta vista increíblemente detallada de la genética y la evolución del parásito de la malaria les brinde a los investigadores y a las compañías farmacéuticas municiones para desarrollar tratamientos, vacunas o terapias más efectivos.
La malaria infecta a más de 200 millones de personas al año, matando a más de 400.000 en 2019, la mayoría de ellos niños pequeños. De las cinco especies de parásitos de la malaria que infectan a los seres humanos, dos son las más extendidas: Plasmodium falciparum , que es el más mortífero; y Plasmodium vivax , que es la principal causa de infecciones recurrentes por malaria porque puede permanecer latente en el hígado y resurgir más tarde.
"Estábamos realmente emocionados de comprender cómo esta etapa hepática inactiva podría afectar la variación genética y la evolución en a P. vivax infección ", dice el coautor del artículo Aliou Dia, Ph.D., investigador postdoctoral en el laboratorio de Cheeseman que ahora se encuentra en la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland.
El desafío es que cuando P. vivax aparece, solo infecta glóbulos rojos muy jóvenes, por lo que los parásitos son raros en la sangre. Analizar niveles tan bajos de infección es el equivalente microbiológico de encontrar una aguja en un pajar.
Los científicos comienzan con glóbulos rojos, que se vuelven ligeramente magnéticos cuando se infectan con parásitos de la malaria. Usaron un imán de alta potencia para separar los glóbulos rojos infectados de las no infectadas. Luego, las células infectadas pasaron por una máquina llamada flujocitómetro, que utiliza un láser y etiquetas fluorescentes para detectar si realmente hay ADN del parásito presente. Las células con ADN del parásito se colocan una por una en los pocillos de prueba y, finalmente, se pasan por una máquina de secuenciación genética para decodificar cada genoma del parásito individual.
La secuenciación de células individuales permite a los científicos comparar con precisión genomas de parásitos individuales entre sí para determinar qué tan relacionados están entre sí. También pueden profundizar y señalar diferencias únicas en el código genético, digamos que una A se cambia a unaT - para ver qué pasó desde que el parásito infectó a ese paciente.
"Es de esperar que estas nuevas mutaciones se dispersen aleatoriamente por todo el genoma", dice Cheeseman. "En cambio, encontramos que a menudo se dirigen a una familia de genes que controla la transcripción en la malaria".
Pero eso no es lo único notable de los resultados. Lo que realmente emociona a Cheeseman es que cuando el equipo comparó los datos de secuenciación de una sola celda para P. vivax y P. falciparum , la misma familia de genes de transcripción contenía la mayoría de mutaciones nuevas para ambas especies.
"Tenemos dos especies diferentes de malaria de dos partes diferentes del mundo, Tailandia y Malawi", dice. "Cuando vemos que ocurre lo mismo de forma independiente en diferentes especies, este es un ejemplo de evolución convergente".
En otras palabras, procesos similares podrían estar dando forma a patrones de mutación similares en ambas especies, a pesar de que su último ancestro común fue hace millones de años.
El equipo aún no sabe qué impacto tienen las mutaciones en el parásito y su capacidad para persistir y causar daño en huéspedes humanos. Las mutaciones pueden ser críticas para la supervivencia, o algo así como la resistencia a los medicamentos, o pueden revelar que esos genes no son importantes.
"No sabemos qué están haciendo estas mutaciones", dice Cheeseman. "Pero el hecho de que se dirijan a lo que se considera una parte bastante fundamental del ciclo de vida del parásito es interesante y merece mucho seguimiento."
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