La lucha contra la malaria: desafíos y descubrimientos
Descubriendo el impacto de la resistencia a los medicamentos en los esfuerzos de tratamiento de la malaria.
Breanna Walsh, Robert L Summers, Dyann F Wirth, Selina Bopp
― 7 minilectura
Tabla de contenidos
- Entendiendo el Problema de la Resistencia a los Medicamentos
- La Genética Detrás de la Resistencia
- Estudios de Laboratorio y Sus Hallazgos
- Desglosando la Acción de la Enzima
- Entendiendo los Subproductos Tóxicos
- El Papel de los Niveles de pH
- La Gran Imagen de la Resistencia
- La Necesidad de Investigación Continua
- Conclusión: Un Llamado a la Acción
- Fuente original
- Enlaces de referencia
La malaria es una enfermedad causada por parásitos que entran al cuerpo a través de las picaduras de mosquitos infectados. Puede provocar fiebre, escalofríos y síntomas similares a los de la gripe, que pueden ser graves e incluso mortales. Aunque los científicos han avanzado bastante en reducir los casos de malaria en todo el mundo en las últimas dos décadas, todavía hay mucho por hacer. Uno de los mayores desafíos en la lucha contra la malaria es la aparición de resistencia a los medicamentos.
Entendiendo el Problema de la Resistencia a los Medicamentos
En particular, los parásitos Plasmodium falciparum, que son responsables de las formas más graves de malaria, han desarrollado resistencia a medicamentos clave conocidos como terapias de combinación de artemisinina (ACTs). Estas terapias solían ser efectivas, pero ahora algunas cepas del parásito han aprendido a sobrevivir a pesar de recibir estos tratamientos.
Esto es especialmente preocupante en partes del sudeste asiático, donde las cepas resistentes a los medicamentos se están propagando rápidamente. En Camboya, por ejemplo, un tratamiento común llamado dihidroartemisinin-piperaquina (DHA-PPQ) ha perdido efectividad, lo que resulta en fracasos en los tratamientos. En algunas áreas, hasta el 70% de los tratamientos no tienen éxito.
La Genética Detrás de la Resistencia
Las investigaciones han mostrado que cambios genéticos específicos en los parásitos pueden hacerlos resistentes a los medicamentos. Ciertas mutaciones en el ADN del parásito están relacionadas con fracasos en el tratamiento. Por ejemplo, estudios de parásitos del sudeste asiático han identificado cambios en un gen llamado kelch13 que están fuertemente asociados con la resistencia a la artemisinina. Además, un aumento en el número de copias de ciertos genes responsables de la enzima plasmepsina está vinculado a una menor sensibilidad al medicamento asociado, piperaquina.
Estos hallazgos indican que estos parásitos pueden evolucionar, lo que trae más retos en el tratamiento. Entender los genes involucrados en estos cambios es crucial para desarrollar mejores estrategias para combatir la malaria.
Estudios de Laboratorio y Sus Hallazgos
Para profundizar en cómo estas mutaciones afectan a los parásitos, los científicos han realizado varios estudios de laboratorio. Han utilizado una cepa comúnmente estudiada del parásito de la malaria (3D7) para ver qué pasa cuando alteran los genes de plasmepsina. Eliminar algunos de estos genes hizo que los parásitos fueran más sensibles a la piperaquina, mientras que añadir más copias no parecía aumentar la resistencia como se esperaba.
Curiosamente, los científicos descubrieron que usar inhibidores de proteasas, que son medicamentos que detienen el funcionamiento de ciertas enzimas, no afectó significativamente cómo los parásitos de malaria respondieron a la piperaquina. Esto sugiere que la relación entre las enzimas plasmepsina y la resistencia a la piperaquina es compleja y no tan sencilla.
Desglosando la Acción de la Enzima
Las enzimas plasmepsina juegan un papel importante en cómo los parásitos digieren la hemoglobina de los glóbulos rojos. Cuando los parásitos consumen hemoglobina, liberan sustancias tóxicas que pueden dañarlos. La piperaquina parece interferir en este proceso de digestión, dificultando que los parásitos manejen los subproductos tóxicos de la descomposición de la hemoglobina.
Los experimentos de laboratorio sugieren que el número de genes de plasmepsina puede influir en cuán bien los parásitos pueden digerir la hemoglobina. Sin embargo, tener más copias de plasmepsina no significa necesariamente que los parásitos sean mejores procesando hemoglobina. De hecho, algunos estudios indicaron que cuando se eliminaban ciertos genes de plasmepsina, los parásitos aún podían sobrevivir incluso en presencia de piperaquina.
Entendiendo los Subproductos Tóxicos
Cuando se digiere la hemoglobina, se libera una sustancia llamada hemo, que es tóxica para los parásitos. Ellos almacenan este hemo en una forma diferente, llamada hemozoin, para evitar daños. Los estudios han demostrado que la piperaquina puede impedir que los parásitos manejen de manera efectiva esta acumulación tóxica de hemo.
A pesar de la experimentación, los investigadores no encontraron diferencias significativas entre parásitos con diferentes copias del gen de plasmepsina en su capacidad para procesar hemo. Esto indica que pueden haber otros factores en juego.
El Papel de los Niveles de pH
La acidez o alcalinidad del ambiente dentro de los parásitos de malaria también puede afectar su respuesta a los medicamentos. Los científicos experimentaron con diferentes niveles de pH-cambiando esencialmente la acidez o basicidad del ambiente-para ver cómo influía en la efectividad de la piperaquina.
Resulta que la efectividad de la piperaquina se vio menos afectada por los cambios en el pH que algunos otros medicamentos contra la malaria como la cloroquina. Esto sugiere que el modo de acción de la piperaquina es diferente, y que el medicamento actúa de una manera que no se ve significativamente afectada por la acidez del ambiente interno del parásito.
La Gran Imagen de la Resistencia
Los hallazgos de estos estudios destacan una verdad preocupante sobre la crisis de la malaria. Mientras tenemos herramientas como los tratamientos basados en artemisinina que pueden funcionar bien, la evolución de parásitos resistentes a los medicamentos complica los esfuerzos de tratamiento. Cuanto más aprendemos sobre los cambios genéticos detrás de esta resistencia, mejor preparados estaremos para combatir esta enfermedad.
Además, los estudios indican que el aumento de copias del gen de plasmepsina está relacionado con la resistencia, lo que sugiere una posible ventaja evolutiva para los parásitos de la malaria. Esto significa que a medida que desarrollamos nuevos tratamientos, debemos anticipar que los parásitos continuarán adaptándose, lo que requiere investigación y monitoreo constante.
La Necesidad de Investigación Continua
Mientras los investigadores indagan en los mecanismos genéticos y bioquímicos detrás de la resistencia a los medicamentos, la búsqueda de nuevos y efectivos tratamientos continúa. Mejorar nuestra comprensión de cómo los parásitos de malaria responden a varios medicamentos ayudará a desarrollar nuevos fármacos que puedan superar a estos astutos patógenos.
Además, el monitoreo constante de los casos de malaria, especialmente en regiones donde está surgiendo la resistencia, es crítico. Sin un monitoreo diligente y una investigación continua, corremos el riesgo de quedarnos atrás en la lucha contra la malaria.
Conclusión: Un Llamado a la Acción
En conclusión, la lucha contra la malaria requiere un enfoque multifacético que incluya entender la resistencia a los medicamentos, identificar nuevas opciones de tratamiento y monitorear la propagación de la enfermedad. Aunque el camino es desafiante, la investigación continua y la colaboración entre científicos, trabajadores de la salud y comunidades son vitales para vencer la malaria.
Para hacer un impacto real, necesitamos un compromiso global para apoyar la investigación, la financiación y las iniciativas de salud pública. Después de todo, un mundo sin malaria es un mundo por el que vale la pena luchar.
Título: The Plasmepsin-Piperaquine Paradox Persists
Resumen: Malaria is still a major health issue in many parts of the world, particularly in tropical and subtropical regions of Africa, Asia, and Latin America. Despite significant efforts to control and eliminate the disease, malaria remains a leading cause of illness and death, mainly due to the occurrence of drug-resistant parasites to the frontline antimalarials such as dihydroartemisinin-piperaquine (DHA-PPQ). Artemisinin resistance has been linked to kelch13 mutations, while decreased PPQ sensitivity has been associated with higher plasmepsin II and III gene copies and mutations in the chloroquine resistance transporter. In this study, we demonstrate the effective use of CRISPR/Cas9 technology to generate single knockouts (KO) of plasmepsin II and plasmepsin III, as well as a double KOs of both genes, in two isogenic lines of Cambodian parasites with varying numbers of plasmepsin gene copies. The deletion of plasmepsin II and/or III increased the parasites sensitivity to PPQ, evaluated by the area under the curve. We explored several hypotheses to understand how an increased plasmepsin gene copy number might influence parasite survival under high PPQ pressure. Our findings indicate that protease inhibitors have a minimal impact on parasite susceptibility to PPQ. Additionally, parasites with higher plasmepsin gene copy numbers did not exhibit significantly increased hemoglobin digestion, nor did they produce different amounts of free heme following PPQ treatment compared to wildtype parasites. Interestingly, hemoglobin digestion was slowed in parasites with plasmepsin II deletions. By treating parasites with digestive vacuole (DV) function modulators, we found that changes in DV pH potentially affect their response to PPQ. Our research highlights the crucial role of increased plasmepsin II and III gene copy numbers in modulating response to PPQ and begins to uncover the molecular and physiological mechanisms underlying PPQ resistance in Cambodian parasites. Author SummaryGlobal malaria control has plateaued, with drug-resistant Plasmodium falciparum posing a significant challenge. Artemisinin-based combination therapies (ACTs) are becoming less effective, especially in South-East Asia, where resistance to dihydroartemisinin-piperaquine (DHA-PPQ) is leading to treatment failures, notably in Cambodia. Genome-wide studies link artemisinin resistance to kelch13 mutations, while decreased PPQ sensitivity is tied to higher plasmepsin II and III gene copies and mutations in chloroquine resistance transporter. We previously showed a connection between increased plasmepsin gene copies and reduced PPQ sensitivity. In this study we try to understand the biological role of the plasmepsins in PPQ sensitivity. Therefore, we knocked out plasmepsin II and III genes in Cambodian strains using CRISPR/Cas9, and found increased PPQ sensitivity, confirming these genes roles in resistance. Plasmepsins are proteases that participate in the hemoglobin degradation cascade in the digestive vacuole of the parasites. Protease inhibitor experiments and hemoglobin digestion studies indicate that digestive vacuole pH fluctuations affect PPQ response, highlighting the need for further research into PPQ resistance mechanisms.
Autores: Breanna Walsh, Robert L Summers, Dyann F Wirth, Selina Bopp
Última actualización: 2024-11-29 00:00:00
Idioma: English
Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.28.625831
Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.28.625831.full.pdf
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