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El impacto de las infecciones por Babesia en la salud del ganado

Entendiendo los efectos de Babesia en el ganado y la urgente necesidad de mejores tratamientos.

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Babesia es un parásito diminuto que se transmite a través de garrapatas y puede infectar a varios animales, incluyendo ganado y a veces humanos. Hay muchos tipos de Babesia, pero los que afectan al ganado, especialmente Babesia bovis y Babesia bigemina, son una gran preocupación. Estos parásitos pueden causar problemas de salud significativos en el ganado, provocando fiebre, anemia y otros síntomas. Una complicación severa de la infección por B. bovis es la babesiosis cerebral, que afecta al cerebro y puede ser fatal.

Los métodos actuales para controlar estas infecciones son limitados. Hay pocos medicamentos y problemas con las vacunas existentes. Además, las garrapatas se están volviendo resistentes a los tratamientos diseñados para matarlas. Por lo tanto, hay una necesidad urgente de encontrar nuevas formas de tratar y prevenir esta enfermedad.

El Problema de la Babesiosis Bovina

Los dos tipos principales de Babesia que impactan a las vacas son B. bovis y B. bigemina. Cuando un animal se infecta, puede desarrollar fiebre y debilitarse debido a la anemia. La infección puede interrumpir el flujo sanguíneo normal, especialmente en casos de B. bovis, lo que lleva a problemas cerebrales severos. Esto hace que controlar la propagación de este parásito sea esencial para la industria del ganado, ya que puede causar pérdidas financieras significativas.

Medidas de Control Actuales

Las herramientas disponibles para manejar la babesiosis bovina son insuficientes. Falta medicación efectiva y, aunque existen vacunas, puede que no sean ampliamente aplicables. Además, las garrapatas han desarrollado resistencia a ciertos pesticidas, lo que las hace más difíciles de controlar. Este escenario crea una necesidad urgente de nuevos tratamientos y estrategias de control.

Cómo Afecta Babesia al Ganado

Cuando B. bovis infecta a una vaca, daña los glóbulos rojos, provocando síntomas como fiebre y anemia. Este parásito también puede causar complicaciones serias, como la babesiosis cerebral, donde los glóbulos rojos infectados bloquean el flujo sanguíneo al cerebro. Esto puede resultar en problemas de salud severos y altas tasas de mortalidad entre el ganado infectado.

Los glóbulos rojos infectados forman estructuras llamadas "crestas" en sus superficies, que son esenciales para la capacidad del parásito de adherirse a los vasos sanguíneos. Estas crestas son creadas por proteínas específicas que el parásito envía a los glóbulos rojos. Los investigadores han identificado varias proteínas involucradas en este proceso, aunque sus roles precisos no están completamente entendidos.

El Papel de las Proteínas en las Infecciones por Babesia

La investigación ha demostrado que dos proteínas importantes para B. bovis son VESA-1 y las proteínas SBP, específicamente SBP3. Estas proteínas están involucradas en la formación de crestas en las superficies de los glóbulos rojos infectados, lo que ayuda al parásito a adherirse a los vasos sanguíneos del huésped. VESA-1 es especialmente significativa, ya que es la única proteína conocida que se une a las paredes de los vasos sanguíneos, facilitando la adhesión del parásito.

Las proteínas SBP, incluyendo SBP3, juegan un papel crucial en la formación de crestas. Aunque se conoce bastante sobre su estructura y distribución, las funciones exactas de estas proteínas, especialmente cómo ayudan en la citoadhesión, siguen siendo áreas de investigación activa.

Investigando SBP3

Para entender la contribución de SBP3, los investigadores crearon parásitos genéticamente modificados que expresaban o carecían de la proteína SBP3. Al estudiar estos parásitos modificados, buscaban averiguar cómo SBP3 impacta la formación de crestas y la salud general del parásito.

Hallazgos sobre la Localización de SBP3

En experimentos, los científicos utilizaron anticuerpos específicos para rastrear SBP3 dentro de los glóbulos rojos infectados. Descubrieron que SBP3 se observa principalmente en glóbulos rojos maduros, donde ayuda en la formación de crestas. Esta co-localización con VESA-1 sugiere que SBP3 es crucial para permitir que VESA-1 llegue a la superficie celular, promoviendo la unión de los glóbulos rojos infectados a las paredes de los vasos sanguíneos.

Reducción de los Niveles de SBP3

Cuando los investigadores redujeron la cantidad de SBP3 utilizando una técnica especial, observaron una disminución significativa en la formación de crestas en los glóbulos rojos. Esta reducción tuvo implicaciones severas para la capacidad del parásito de crecer y prosperar dentro del huésped. Los parásitos modificados mostraron dificultad en formar crestas y, por lo tanto, redujeron su capacidad de adherirse a los vasos sanguíneos, lo que probablemente afectó su supervivencia.

Impacto de la Reducción de SBP3

Al reducir sistemáticamente los niveles de SBP3, los científicos pudieron determinar su rol más claramente. La reducción llevó a un crecimiento comprometido y significativamente menos crestas en los glóbulos rojos infectados. Este hallazgo destaca lo vital que es SBP3 para el ciclo de vida del parásito y su interacción con el huésped.

Efectos en VESA-1

A medida que disminuyeron los niveles de SBP3, los investigadores notaron una disminución correspondiente en la presencia de VESA-1 en la superficie de los glóbulos rojos. Esto sugiere que SBP3 es crucial para la localización correcta de VESA-1, que es esencial para el proceso de citoadhesión. La interacción precisa entre estas dos proteínas es un área esencial para más investigaciones, ya que podría llevar a nuevas opciones de tratamiento.

Cambios Estructurales Observados

Usando técnicas de imagen avanzadas, los científicos examinaron los cambios estructurales que ocurren en los glóbulos rojos infectados cuando se reducen los niveles de SBP3. Los resultados confirmaron una disminución dramática en el número de crestas cuando se redujo SBP3, reforzando su papel en la formación de crestas.

Ensayos de Citoadhesión

Para explorar cómo SBP3 afecta la capacidad de los glóbulos rojos infectados para unirse a las paredes de los vasos sanguíneos, los científicos realizaron ensayos de citoadhesión. Observaron que menos glóbulos rojos se unían a las células endoteliales de los cerebros bovinos cuando los niveles de SBP3 eran más bajos. Este experimento confirmó que SBP3 es un factor crítico en la patogenicidad de B. bovis.

Interacción con Proteínas del Huésped

Además de estudiar SBP3, los investigadores también exploraron sus interacciones con proteínas en los glóbulos rojos del huésped. Descubrieron que SBP3 se asocia con varias proteínas, incluyendo la Band 3, que está involucrada en mantener la forma y función de los glóbulos rojos. Al unirse a estas proteínas, SBP3 probablemente altera la estructura de la membrana del glóbulo rojo, contribuyendo a la formación de crestas.

Conclusión

Este estudio ilumina los papeles importantes que SBP3 y VESA-1 juegan en el ciclo de vida de B. bovis. Al entender cómo interactúan estas proteínas y contribuyen a la formación de crestas en los glóbulos rojos infectados, los investigadores pueden desarrollar mejores estrategias para combatir la babesiosis bovina. Los conocimientos adquiridos de estos estudios pueden llevar a nuevas terapias que mejoren la salud del ganado y reduzcan las pérdidas económicas en la industria ganadera.

Direcciones Futuras

La investigación continua es crucial para entender completamente los mecanismos detrás de la formación de crestas y cómo estos procesos pueden ser abordados para el control de enfermedades. Estudios futuros podrían centrarse en identificar proteínas adicionales involucradas en estas interacciones y explorar opciones de tratamiento que interrumpan el ciclo de infección. En última instancia, un mejor entendimiento de Babesia y su impacto en los animales huéspedes contribuirá a estrategias de manejo más efectivas para la babesiosis bovina.

Fuente original

Título: Critical role of Babesia bovis spherical body protein 3 in ridge formation on infected red blood cells

Resumen: Babesia bovis, an apicomplexan intraerythrocytic protozoan parasite, causes serious economic loss to cattle industries around the world. Infection with this parasite leads to accumulation of infected red blood cells (iRBCs) in the brain microvasculature that results in severe clinical complications known as cerebral babesiosis. Throughout its growth within iRBCs, the parasite exports various proteins to the iRBCs that lead to the formation of protrusions known as "ridges" on the surface of iRBCs, which serve as sites for cytoadhesion to endothelial cells. Spherical body proteins (SBPs; proteins secreted from spherical bodies, which are organelles specific to Piroplasmida) are exported into iRBCs, and four proteins (SBP1-4) have been reported to date. In this study, we elucidated the function of SBP3 using an inducible gene knockdown (KD) system. Localization of SBP3 was assessed by immunofluorescence assay, and only partial colocalization was detected between SBP3 and SBP4 inside the iRBCs. In contrast, colocalization was observed with VESA-1, which is a major parasite ligand responsible for the cytoadhesion. Immunoelectron microscopy confirmed localization of SBP3 at the ridges. SBP3 KD was performed using the glmS system, and effective KD was confirmed by Western blotting, immunofluorescence assay, and RNA-seq analysis. The SBP3 KD parasites showed severe growth defect suggesting its importance for parasite survival in the iRBCs. VESA-1 on the surface of iRBCs was scarcely detected in SBP3 KD parasites, whereas SBP4 was still detected in the iRBCs. Moreover, abolition of ridges on the iRBCs and reduction of iRBCs cytoadhesion to the bovine brain endothelial cells were observed in SBP3 KD parasites. Immunoprecipitation followed by mass spectrometry analysis detected the host Band 3 multiprotein complex, suggesting an association of SBP3 with iRBC cytoskeleton proteins. Taken together, this study revealed the vital role of SBP3 in ridge formation and its significance in the pathogenesis of cerebral babesiosis. Author summaryBabesia bovis causes a high-mortality complication called cerebral babesiosis in cattle, similar to cerebral malaria in humans. Both complications are caused by the cytoadhesion of infected red blood cells (iRBCs) to the host brain endothelial cells. These parasites export numerous proteins to the host iRBCs and produce protrusions on the iRBCs that are called ridges for B. bovis and knobs for Plasmodium falciparum. Ridges and knobs play an important role in cytoadhesion as they are the sites of adherence; however, the molecules responsible for ridge formation remain unknown. In this study, we showed that SBP3 is a crucial protein for ridge formation. The SBP3 knockdown parasites showed severe growth defects and abolition of ridges on the iRBCs, and cytoadhesion of iRBCs to the bovine brain endothelial cells was significantly reduced. An immunoprecipitation experiment suggested an association of SBP3 with the host Band 3 multiprotein complex. Although there is no similarity in amino acid sequences, we suggest SBP3 to be a functional ortholog of KAHRP in P. falciparum. In summary, our results shed light on the molecular mechanism of ridge formation and the pathogenesis of B. bovis.

Autores: Masahito Asada, A. Fathi, H. Hakimi, M. Sakaguchi, J. Yamagishi, S.-i. Kawazu

Última actualización: 2024-05-28 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.28.596171

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.28.596171.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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