El proyecto SPARk arroja luz sobre el proceso de diferenciación sexual de «P. falciparum»

«Plasmodium falciparum» es responsable de más del 75 % de los casos de malaria en África y es también la forma más mortífera de la enfermedad. Sin embargo, lo que la hace especialmente famosa (o más bien misteriosa) entre la comunidad científica es su complejo ciclo de vida: durante los catorce años posteriores a la picadura de una hembra infectada del mosquito «Anopheles», los parásitos en estadio hepático se diferenciarán y se multiplicarán asexualmente, dando lugar a decenas de miles de merozoitos que surgirán del hepatocito e invadirán los glóbulos rojos.

Si bien estos merozoitos se dividen en esquizontes, otros se convierten en formas sexuales de gametocitos masculinos y femeninos que son recogidos por mosquitos femeninos «Anopheles» al alimentarse de la sangre. Sin embargo, aunque se conoce bien este proceso, todavía se conocen poco los mecanismos por los que los parásitos alcanzan fases especializadas en las que pueden desarrollarse sexualmente.

Mientras estudiaba la gametocitogénesis en la Escuela de Salud Pública de Harvard, la doctora Kathrin Buchholz hizo un gran avance identificando vías específicamente desinhibidas al inicio de la diferenciación sexual. Descubrió que cuatro genes que intervienen en distintos aspectos de la regulación postranscripcional estaban muy desinhibidos y decidió seguir adelante analizando este aspecto de la biología de los gametocitos gracias a la financiación recibida en el marco del proyecto SPARk (Adding Pieces to the Puzzle of Sexual Differentiation In P. falciparum: A Systematic Analysis of RNA Processing).

Ahora que el proyecto se acerca a su fin, la doctora Kathrin Buchholz ha aceptado hablar sobre su enfoque y cómo su investigación podría contribuir con el tiempo a mejorar los problemas de salud en los países donde la malaria es endémica.

¿Por qué reviste tanta importancia el estudio de la transformación de los parásitos en gametocitos?

La mayoría de los medicamentos antipalúdicos utilizados actualmente se centran en la fase parasitaria responsable de los síntomas y la mortalidad de la enfermedad; los parásitos que se multiplican asexualmente. Sin embargo, los parásitos responsables de completar el ciclo de vida en los mosquitos vectores son los gametocitos. Para combatir la malaria a escala mundial, es necesario incluir estrategias de intervención contra los gametocitos, puesto que son las fases responsables de la propagación de la enfermedad. Con este proyecto, esperamos sentar las bases para nuevas estrategias de bloqueo de la transmisión de la enfermedad.

¿Qué lagunas de conocimiento concretas se propone cerrar y por qué?

Las distintas fases del gametocito van acompañadas de pautas características de expresión genética específicas de la fase sexual. En los últimos años, hemos llegado a comprender más exhaustivamente el compromiso sexual y la biología de los gametocitos. Esto es especialmente cierto por cuanto se refiere a la comprensión de los mecanismos moleculares que conducen al compromiso sexual.

Sin embargo, sigue habiendo importantes lagunas de conocimiento, como en los detalles de cómo los estímulos externos se traducen en el compromiso sexual en «Plasmodium» y otros procesos moleculares posteriores, después del compromiso, pero en las primeras fases del ciclo sexual de «Plasmodium». Con el proyecto SPARk, tenía por objetivo comprender mejor estos primeros acontecimientos.

¿Qué hizo para conseguirlo?

Para obtener más información sobre la importancia de los genes seleccionados en este proyecto para la diferenciación sexual de «Plasmodium», utilicé un enfoque de supresión.

El denominado sistema de dominio desestabilizante (DD) permite regular los niveles de proteínas. Se supone que las proteínas de fusión DD se degradan rápidamente en ausencia de un ligando y se estabilizan en su presencia. Se generaron líneas parasitarias transgénicas y se agregó este dominio a los genes en los que estaba interesada.

Una gran ventaja de este sistema es que establece una buena base para futuras intervenciones farmacológicas. Este tipo de método permite seleccionar los genes con un fenotipo esencial con una reducción del 70-80 % del nivel proteico (cada gen mostrará su propio nivel). Estos son niveles que también pueden alcanzarse más tarde con una intervención farmacológica.

¿Cuáles diría que fueron sus logros más importantes?

SPARk tenía por objetivo examinar las funciones de cuatro genes del desarrollo sexual. Se habían pronosticado las funciones de todos los genes en el control de la expresión génica. Parece que, por el momento, dos de los cuatro genes tienen un fenotipo importante con un número total reducido de gametocitos. Sin embargo, dado que los enfoques genéticos inversos en «Plasmodium» llevan mucho tiempo y son propensos a las dificultades técnicas, estamos verificando estos hallazgos.

¿A qué tipos de nuevos tratamientos podría llevar este proyecto?

Existe un medicamento aprobado incluido en la recomendación de la OMS para el tratamiento de la malaria como componente gametocida: la primaquina. Sin embargo, el uso de este medicamento se ve obstaculizado por los efectos secundarios y no puede utilizarse en todos los grupos de pacientes.

Por lo tanto, hay una necesidad urgente de desarrollar medicamentos basados en una diana específicos contra los gametocitos de «P. falciparum». Si pudiéramos describir los genes con una relevancia validada para el desarrollo de los gametocitos «Plasmodium», esto nos permitiría pasar a desarrollar nuevos inhibidores. Entonces, la proteína recombinante de este gen validado podría expresarse de forma recombinada, podría establecerse un ensayo compatible con alto rendimiento y podrían identificarse los inhibidores. Idealmente, esto resultaría en un inhibidor específico que actuaría únicamente en la diana validada.

Además de los posibles tratamientos, ¿cuál espera que sea la repercusión del proyecto?

Aparte del potencial de este proyecto de conducirnos a dianas validadas para el desarrollo racional de medicamentos, pretendemos comprender mejor los mecanismos moleculares que tienen lugar durante el desarrollo sexual en los parásitos de la malaria. Concretamente, esperamos describir nuevos mecanismos que podrían aumentar nuestro conocimiento sobre cómo los parásitos de «Plasmodium» orquestan activadores genéticos complejos y modulan la respuesta celular a las señales de desarrollo.

¿Tiene algún plan para seguir con la investigación?

Sí, los próximos pasos son seguir adelante con la estrategia formulada para el desarrollo racional de medicamentos, como el trabajo con proteínas recombinantes y la detección de inhibidores. Además, también intentaremos comprender mejor la importancia de estos genes a escala molecular. Además, el proyecto sirvió como un centro de creación de metodologías necesarias y ya hemos incluido más genes (como enzimas metabólicas) en el trabajo en desarrollo.