Las garrapatas viven vidas peligrosas y pasan la mayor parte del tiempo buscando un anfitrión en hábitats y estaciones tremendamente diferentes.
por la Universidad de California, San Francisco
Una vez que se encuentran con un reptil, pájaro o mamífero como nosotros, se conectan íntimamente con él, y con todas sus bacterias y virus, durante días y días. Aunque las garrapatas son conocidas por transmitir patógenos como la bacteria de la enfermedad de Lyme, ¿cómo las mantiene su sistema inmunológico a salvo de contraer patógenos?
En un estudio publicado en Cell el 10 de diciembre de 2020, un equipo de investigación dirigido por Seemay Chou, Ph.D. de UC San Francisco, proporciona una respuesta a este misterio. El trabajo, dijo Chou, revela que las garrapatas son máquinas succionadoras de sangre exquisitamente construidas, con sistemas inmunológicos especialmente diseñados para este estilo de vida único. Sus estrategias de defensa se llevan a cabo tanto dentro como fuera de sus cuerpos, dijo, matando incluso a nuestros microbios residentes mientras se alimentan de nosotros.
Hace cinco años, en un trabajo publicado en Nature , Chou y sus colegas encontraron un gen en el ADN de la garrapata que produce una proteína que mata microbios. En el nuevo estudio, el autor principal Chou aprovechó ese descubrimiento para demostrar que, sin la protección que ofrece este gen, las garrapatas son vulnerables a la infección con Staphylococcus, uno de los tipos más comunes de bacterias «comensales» . Estas especies bacterianas tapizan la superficie de nuestra piel , pero generalmente no nos hacen daño.
«Esta es la primera vez que alguien identifica un patógeno natural de las garrapatas y establece un mecanismo para ello», dijo Chou, profesor asistente de bioquímica y biofísica en UCSF e investigador de Chan Zuckerberg Biohub cuyo trabajo cuenta con el apoyo de un premio al Innovador Sanghvi-Agarwal. . «Las garrapatas transmiten más microbios a los humanos, el ganado y otros animales que cualquier otro artrópodo conocido, pero ahora sus propias vulnerabilidades están sobre la mesa».
El gen de la garrapata en cuestión, conocido como dae2, evolucionó originalmente en bacterias, donde la proteína que codificaba funcionaba como un agente ofensivo contra otras bacterias. Hace varios cientos de millones de años, justo en el momento en que los antepasados de algunas de las garrapatas actuales comenzaron a alimentarse de sangre, esas garrapatas «robaron» el gen, convirtiéndolo en parte de sus propios genomas.
Según Chou, dae2 representa un raro ejemplo de la llamada transferencia horizontal de un gen de una bacteria a un animal, y el hecho de que esta transferencia se produjera a medida que evolucionaba la alimentación con sangre podría no ser una coincidencia.
«Siempre me he preguntado por qué la alimentación con sangre es una cosa», dijo Chou. La sangre no solo requiere mucha energía para procesarse en alimentos útiles, sino que morder y adherirse a animales mucho más grandes «parece inherentemente un deporte realmente arriesgado». Con un sistema inmunológico fuerte, mejorado por dae2 , dijo, las especies de garrapatas podrían haber florecido, expandiéndose para llenar su nicho ecológico sangriento.
Cuando comenzó a trabajar con dae2 en Ixodes scapularis, la garrapata del venado, Chou pensó que la adquisición del gen por las garrapatas debe tener algo que proteger contra bacterias que habitan en garrapatas como B. burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme en humanos y otros animales. Experimento tras experimento, ella y los miembros de su laboratorio intentaron encontrar un mecanismo para que el gen inhibiera esta bacteria, hasta que tuvieron una epifanía.
«No tiene sentido que las garrapatas hayan adquirido este efector inmune para matar las bacterias con las que se sabe que se asocian de manera estable», dijo. Entonces, en cambio, el laboratorio comenzó el proceso mucho más complicado de buscar bacterias con las que no se sabe que las garrapatas vivan en paz. Cuando los miembros del laboratorio, incluidos los coautores Beth M. Hayes, Ph.D., y Atanas D. Radkov, Ph.D., propusieron explorar la idea de que dae2 podría proteger contra la bacteria Staphylococcus, «realmente me burlé la idea, apuesto una cerveza en contra «, dijo Chou.
Pero después de que la proteína Dae2 se introdujera en un vial turbio de estafilococos cultivados, Chou se sorprendió. «El tubo pasó de turbio a transparente en un segundo», dijo. «Me alegré un poco de haber perdido esta apuesta. Después de dos años de tratar de averiguar qué estaba pasando, todo empezó a encajar».
Ahora el equipo tenía una dirección. Como se detalla en el artículo de Cell, los investigadores se embarcaron en una serie de experimentos de amplio alcance, primero comparando genes dae en una variedad de especies de garrapatas con los genes tae bacterianos de los que se derivaron originalmente. Con estas comparaciones y estructuras de proteínas de alta resolución en la mano, utilizaron modelos informáticos de estas proteínas para comparar su forma y orientación cuando entraron en contacto con moléculas que se encuentran en las paredes de las células bacterianas.
A continuación, pasaron a probar las proteínas directamente contra moléculas reales extraídas de las paredes de las células bacterianas. Si bien la proteína Dae2 podría degradar rápidamente este material, extraído de bacterias comunes de la piel, Tae2 no pudo. Dae2 también mató una amplia gama de bacterias, en particular tres especies muy comunes que son socios simbióticos de la piel humana.
Luego, los investigadores investigaron si Dae2 podría llegar a nuestra piel. Encontraron proteína Dae2 en las glándulas salivales y la saliva de las garrapatas, y observaron que, desde allí, la proteína se transfirió a los hospedadores de harina de sangre de las garrapatas.
Cuando Chou y el equipo cancelaron los efectos de Dae2 en un grupo de garrapatas alimentadas con sangre, usando una técnica conocida como interferencia de ARN en algunos ratones e inmunizando a otros ratones a la proteína, encontraron niveles más altos de bacterias Staphylococcus que en garrapatas con la proteína funcional . Estas garrapatas también se mantuvieron más pequeñas y ganaron menos peso que las garrapatas con Dae2.
«Esta es una nueva forma de pensar sobre cómo las garrapatas interactúan con los microbios», dijo Chou. Los microbios transmitidos por garrapatas causan enfermedades en humanos y animales en todo el mundo, pero eso es solo la mitad de la historia, dijo. «Su comensal es nuestro patógeno y nuestro comensal es su patógeno».
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