23 febrero 2008

De los males de una dieta exótica (II)

Comentábamos hace unos días que a Stanley Ben Prusiner no se le ocurrió otra cosa que proponer que el agente infeccioso de la encefalopatía espongiforme bovina era una proteína y no un virus o cualquier otra cosa conocida. Le llovió encima tanto que comenta que un accidente que le retiró unas semanas de circulación fue una bendición ante tanta agresividad.

El prión sale a escena

Justo en esos meses, el hipotético prión fue localizado en el laboratorio y en los meses siguientes un joven Leroy Hood consiguió desentrañar parte de la secuencia de aminoácidos. A partir de ese momento los estudios se multiplicaron y en los primeros años de los 90 la evidencia de que el prión existía fue generalmente aceptada (hoy se publican entre 10 y 12 mil trabajos al año sobre el tema).

Al estudiar las propiedades del prión se vió que era bastante resistente a las proteasas, a las radiaciones ionizantes, al calor... y se mantenía estable en una amplia variedad de medios agresivos, entre ellos aquellos con valores de pH entre 2 y 10. Justo lo que menos falta hacía.

En esos años que siguieron al aislamiento de la proteína sospechosa se descubrieron muchas cosas. Tal vez la más importante fue desvelar que el prión tenía la misma secuencia de aminoácidos que otra proteína que existía de forma natural en el organismo, sólo que esta no provocaba la enfermedad. Se llamó a la forma normal PrPc y a la patógena PrPsc (sc de scrapie).

La PrPc es un constituyente normal de las membrana de algunos tipos de células, entre ellas las nerviosas, aunque se desconoce su función. Es una proteína de unos 250 aminoácidos (nada especial para estas grandes moléculas) donde, como suele ocurrir en este mundo, la pura secuencia no es lo único importante.

Martin Stumpe nos muestra la estructura del prion


Plegamientos

A la secuencia simple de aminoácidos se le llama estructura primaria de la proteína. Estas cadenas tienden a plegarse en patrones simples, como en acordeón (hojas o láminas beta) o en espiral (hélices alfa), lo que se llama estructura secundaria. Luego aparece un plegamiento espacial más complejo o estructura terciaria. Incluso puede existir una estructura cuaternaria cuando la molécula está formada por dos o más cadenas enlazadas.

Lo importante es que una proteína en condiciones normales adopta siempre la misma estructura y, más importante aún, esa forma exacta es necesaria para que la proteína funcione. Las altas temperaturas o valores de pH extremos hacen que pierdan la estructura (las desnaturalizan) con lo que pierden también su función biológica original. Esa es la causa de los límites térmicos para la vida (lean 1 y 2 sobre casos notables) y de que la clara de un huevo cocido sea blanca y sólida.

La diferencia entre la forma normal PrPc y la infecciosa PrPsc está, precisamente, en que se pliegan de forma distinta. Se ha determinado que en la PrPc predomina las alfa hélices mientras que la forma patógena lo hace predominantemente como láminas beta. Lógicamente, este cambio induce un plegamiento terciario diferente.

La estructura de la PrPsc no sólo la inhabilita para su función (sea esta cual sea) sino que, más importante, le confiere una resistencia notable a las proteasas, las enzimas encargadas de "desmontar" las proteínas. La consecuencia es que la forma PrPc está dentro del ciclo metabólico normal mientras que la PrPsc no se destruye.

Hasta aquí puede quedar más o menos explicada la persistencia de la forma PrPsc ya que es casi inmune a la acción de las proteasas. Sin embargo, aún quedan varias preguntas: ¿cuál es la acción? ¿cómo se replica?

Como hacer papilla las neuronas

Hace apenas seis años se confirmó un hecho que empieza a explicar el devastador efecto de la forma patógena del prión. Resultó que la forma normal se sintetiza en el interior de la célula, en el retículo endoplasmático, y se transfiere a la membrana exterior donde puede volverse a introducir en la célula. Cuando la forma PrPc es transportada al interior del citoplasma no ocurre nada especial ya que encaja en las reacciones metabólicas normales. Sin embargo, se demostró experimentalmente que la forma PrPsc formaba agregados permanentes en el interior de las neuronas, concretamente en los lisosomas. Es decir, en la forma normal (predominantemente alfa-hélices) no se forman agregados pero en la forma modificada (láminas beta) las moléculas priónicas tienden a unirse entre sí. Los agregados son letales para las células ya que al aumentar de tamaño dentro de los lisosomas, donde serían eliminados si fueran formas normales, acaban por romperlos. La ruptura vierte al citoplasma las proteasas antes confinadas lo que produce la muerte celular. El proceso continua en las células vecinas y acaba por producir la clásica estructura espongiforme llena de huecos.

Reacción en cadena

El gen que codifica la forma normal PrPc está en el cromosoma humano 20 (el 2 en los ratones) y se ha encontrado en bastantes otros mamíferos. Se consiguieron ratones carentes de ese gen, llamado PRPN y carentes, en consecuencia de la forma normal PrPc. Resultó que al inocular a estos ratones con el prión patógeno se mostraron inmunes a la enfermedad: no hubo replicación del PrPsc. Este experimento acabó por demostrar algo que ya se suponía: para desarrollar la enfermedad es necesaria la presencia de la proteína normal PrPc.

Aunque no se conoce bien el mecanismo está ya claro que la proteína infecciosa es capaz de cambiar la forma de plegamiento de la proteína normal. Es decir, la PrPsc no se multiplica consiguiendo nuevas copias de sí misma mediante algún proceso de biosíntesis sino que "contagia" su forma a la PrPc mediante alguna forma de interacción. La transformación de la forma normal PrPc a la isoforma PrPsc es exponencial: muy lenta al principio pero tremendamente rápida al final. De aquí los grandes periodos de incubación. Se trata de una reacción en cadena que acaba destruyendo las neuronas hasta provocar una degradación irreversible del tejido nervioso. Los ratones carentes del gen que codifica la forma normal PrPc no pueden, por tanto, desarrollar la enfermedad ya que no tienen moléculas que puedan ser convertidas a la forma patógena. El contagio PrPc-PrPsc ha sido comprobado en medios libres de células.

Polémica

La idea de que una proteína pueda ser un agente infeccioso autónomo aún no ha sida aceptada de forma general aunque sí mayoritaria. El mayor hueco en que queda aún por rellenar es el mecanismo exacto del "contagio" que consigue que la PrPc se pliegue de forma distinta para convertirse en la PrPsc. De todas formas, la hipótesis de que debe existir un virus aún no localizado cada vez se hace más débil ya que nunca se ha encontrado ese virus ni material genético que pudiera pertenecerle. Otras hipótesis son mucho más pintorescas.

El blues de las vacas locas

En noviembre de 1986 se detectó que el ganado vacuno del condado de Kent, en Inglaterra, estaba sufriendo una enfermedad que acabó llamándose encefalopatía espongiforme bovina (EEB) o, popularmente, "mal de las vacas locas". Los síntomas y las lesiones en el tejido nervioso eran similares a los de la tembladera en la ovejas, el famoso scrapie que dió nombre al prión infeccioso. La enfermedad apareció en granjas de toda Inglaterra, afectando menos a Escocia e Irlanda.

Posteriormente se hizo público que las vacas eran alimentadas desde hacía décadas con piensos procedentes de moler restos de otras vacas, cabras y ovejas, incluidas afectadas por el scrapie. En los años anteriores no había habido transmisión entre ovejas y vacas debido a las altas temperaturas que suponía el tratamiento industrial de los piensos. Sin embargo, a mediados de los 70 el proceso se modificó bajando la temperatura de procesamiento. Con este cambio la temperatura no llegaba a desnaturalizar el prión con lo que la transmisión de especie a especie se produjo. Cuando se detuvo la exportación de vacas a finales de los 80 se habían comercializado más de 400000. Entre noviembre de 1986 y noviembre de 2002 se confirmaron 181400 casos de EEB en Gran Bretaña.

En 1996 (aunque se supo después) comenzaron a detectarse casos de una variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jacob, una encefalopatía humana ya conocida. Esta variante, vCJD, afectaba a personas mucho más jóvenes (unos 30 años en vez de 65) ya que la incubación era de unos seis años. La muerte tardaba algo más, unos 14 meses en vez de 4-5 en la CJD clásica. Se dieron 12 casos en los primeros dos años. En noviembre de 2002 había ya 120 en GB y seis en Francia, más alguno aislado en otros países. Como la CJD, la vCJD era mortal y se confirmó que se debía al prión que producía la EEB. La evidencia de trasmisión de le EEB a los humanos provocó, al menos en España, un debate científico-político extremadamente confuso durante meses. Aunque hubo unos cientos de casos de EEB en los pasados años, sólo he encontrado referencias a un caso de vCJD en España, el de una chica de 26 años que murió en julio de 2005. Este caso no es reconocido oficialmente en las estadísticas del Ministerior de Salud y Consumo (1993-2002) mientras que los casos de la CJD clásica suben a más de 460.

Otras enfermedades producidas por priones

Se conocen seis enfermedades humanas atribuidas a priones, algunas extremadamente raras: el mal de Creutzfeldt-Jacob, la variante procedente de las vacas locas, el mal de Gerstmann-Straussler, el síndrome de Alpers, el kuru y el insomnio familiar fatal (IFL). Todas son mortales y sin tratamiento conocido. El IFL cuenta en España con una treintena de casos.

Algunas fuentes: una exhaustiva bibliografía científica en NCBI, una página específica de Prion Diseases en en CDC,

13 comentarios:

Zaki dijo...

No sé cómo lo hiciste pero lograste que leyera todo esto a las 4 de la mañana, de verdad el tema es demasiado interesante y me quedé con ganas de saber más sobre esto.

Eso sería, aunque no sé, la idea de que una proteína cause todo eso es tan...sencilla pero a la vez tan complicada, osea inicialmente es como fácil de asimilar si no lo piensas mucho, pero ahora no puedo evitar preguntar ¿Cómo? ¿El hecho de que una vaca coma restos de otra vaca que presentó esta "enfermedad" provoca que ella la presente? Otra cosa que no tengo clara es si esto afecta sólo a neuronas o si afecta a otros tipos celulares también...

En fin, son demasiadas dudas, espero no molestar, tal vez alguna sea demasiado obvia, pero como estoy recién "re-familiarizándome" con la biología (estudio Ing en biotecnología así que recién estoy viendo biología celular luego de casi 3 años de física y matemáticas) ando un poco perdida.

Eso sería, espero que no sea muy incoherente todo esto (escrito a las 4 de la mañana bajo efectos de la cafeína)

Angel dijo...

Hola Zaki, tiene mérito leer estoa las cuatro de la madrugada.

¿El hecho de que una vaca coma restos de otra vaca que presentó esta "enfermedad" provoca que ella la presente?
En efecto, los priones son absorbidos como cualquier otra proteína en el intestino, aparecen en el tejido linfático del intestino y posteriormente en los nódulos linfáticos. La vía de dispersión es a través de los axones de las neuronas que inervan la zona. A través de ellos acaba llegando al cerebro que es donde desarrolla su labor.

>afecta sólo a neuronas o si afecta a otros tipos celulares también.

La PrPc aparece sobre todo en las neuronas del cerebro por lo que la enfermedad se manifiesta ahí. Hay algúnas otros tejidos cuyas células tienen PrPc en sus membranas pero en mucho menor grado y no se ha detectado afección en ellas.

Saludos

Sophie dijo...

Impresionante. Te felicito, has hecho un artículo muy interesante, ameno y resumido; cuando a mí me lo explicaron en clase, lo hicieron de una forma mucho más simple y no le dieron mucha importancia al tema, con lo que me quedé con ganas de más y acudí a un libro de Medicina Interna, sin que me aclarara mucho más. Con estos dos artículos he entendido perfectamente las enfermedades priónicas y he resuelto todas mis dudas acerca de cómo actuaba esa proteína defectuosa; ya sólo nos queda saber el mecanismo de contagio y la terapia que ayudaría a eliminar esas proteínas sin afectar a las estructuras circundantes. Dos artículos bastante trabajados y sencillos de leer :)

alvaro dijo...

Bueno, desde una posición completamente ajena a este mundo de la biología quería agradecerte la publicación de estos artículos. Me han resultado de lo más interesante pese a mis limitados y escasos conocimientos en el tema. No había leído más que una breve descripción del funcionamiento de la enfermedad en el libro de Bill Bryson "Una breve historia de casi todo".

Un saludo

Orges dijo...

¡Espectacular! Me ha encantado.

Me surgen millones de preguntas. Una de ellas es ¿se pueden considerar seres vivos? Yo me acuerdo que estudie los priones en Microbiología (todavía eran más una teoría que otra cosa), pero nunca tuve claro si cumplían los requisitos para ser considerados seres. Al fin y al cabo no se replican, aunque inducen el cambio a sus "similares", que es una manera de crear copias (suena a ciencia ficción).

Y otra cosa, con 250 aminoácidos, ¿cómo se absorbe?

Iván dijo...

Muy muy interesante el articulo junto con el anterior, ¿hay continuacion?

Athanasius Pernath dijo...

Hola:

Ante todo, felicitarte por el articulo, realmente un gran ejemplo de verdadera y seria divulgación cientifica.

Aparte de ello, quisiera mencionar algo que creo que no se ha mencionado en los comentarios: La idea del prión, completamente revolucionaria, y que SI que fue rechazada y condenada desde la "ciencia oficial" -que dicen algunos- .... mmm, pues, que siguió siendo investigada y ha sido acepatada a medida que se conoce mas sobre ella, depsaraeciendo las objeciones a medida que se va conociendo, y manteniendose objeciones sobre aquellas partes que aun no han sido conocidas...

Vaya... pues, que digo yo que, mejor ejemplo para cerrarles la boca a los voceras del "misterio" (los que dicen que la ciencia cierra la aparicion de nuevas ideas y bla bla bla), hay pocos, no?

Reitero de nuevo mis felicitaciones.

Saludos Variados,

Angel dijo...

Hola orges
>¿se pueden considerar seres vivos?
Mi opinión es que no: no hay reproducción real, ni material genético, ni metabolismo. Aunque el concepto de vida es escurridizo, estas moléculas están en una zona poco dudosa. Yo los consideraría más un producto tóxico.

>con 250 aminoácidos, ¿cómo se absorbe?
No tengo ni idea ni he encontrado textos al respecto, lo siento.

Ivan: en principio, no hay continuación, pasaremos a otra cosa.

athanasius: je, je, tienes razón. Todo cambio profundo en la ciencia es costoso porque hay una inercia que también es protectora ante las chifladuras pero al final nos rendimos a la evidencia, cosa que no ocurre en las pseudociencias (ni puede ocurrir porque se quedarían sin sujeto).

Richal dijo...

Otra pregunta, Angel:

Normalmente he oído en círculos más o menos "ecologistas" que el origen de la enfermedad de las vacas locas fue el "vaca come vaca", aunque nunca me detallan el mecanismo exacto. Según lo que comentas, el canibalismo vacuno es sólo la forma de transmisión de la enfermedad, es decir que la mutación de la proteína se produjo previamente y por otras causas. ¿Se tiene idea de como se formaron las primeras variantes chungas de la proteína?

Es que estoy más que harto de escuchar que estas cosas son una venganza de la Madre Naturaleza por trasgredir sus reglas y tal y cual.

Angel dijo...

Sí, en algunos círculos se plantea el origen de la enfermedad como una consecuencia de conductas "contra natura", que son "malas". El problema de eso es que hace intervenir en la historia cuestiones pseudomorales poco relevantes.

>el canibalismo vacuno es sólo la forma de transmisión de la enfermedad, es decir que la mutación de la proteína se produjo previamente y por otras causas.

Exacto.

>¿Se tiene idea de como se formaron las primeras variantes chungas de la proteína?
Se ha comprobado que mutaciones del gen que codifica la forma normal son desencadenantes de la enfermedad. De lo que he leido, la conclusión que saco es que hay un origen genético de las formas PrPsc a partir de mutaciones del gen de la PrPc. es decir, se están produciendo de forma continua formas anómalas de la PrPc lo que pasa es que ni todas son chungas ni nos las comemos más o menos crudas (o inyectamos, mucho más eficaz para acabar hecho polvo)

Richal dijo...

Gracias por la explicación, la verdad es que la entrada es muy buena.

Y es que este tipo de temas son tratados de una forma muy parcial en los distintos medios y al final te marean y no te enteras de nada.

Ahora lo tengo todo mucho mas claro.

gabriela dijo...

Primera vez que encuentro un panorama clarísimo respecto de este prión. Cuando iba por la mitad de la primera entrada, ya sospeché que iba por el lado de las vacas locas, y la verdad es que da miedo comer carne infectada de este prión antes de dar síntomas, porque hasta ahora no hay examen para detectarlo.
Se te agradece la claridad con que nos explicas cuestiones harto difíciles de entender al leer artículos en otras partes, y recibe toda mi admiración por eso.
Gracias.

Angel dijo...

Mi objetivo es redactar las cosas como a mí me gustaría haberlas encontrado en algún sitio. Estos dos posts me costaron porque la información está disgregada y en dos niveles: uno bajo que no explica nada y uno alto que no se entiende bien. Hacer una síntesis es trabajoso pero bueno, una vez escrita aquí queda para quien quiera leerla :-)

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