Muere Carleton Gajdusek, investigador del kuru

Carleton Gajdusek murió hace cuatro días en Tromso, Noruega, a los 85 años. Su historia y la de Stanley B. Prusiner en el descubrimiento e investigación del kuru es apasionante, una auténtica aventura. Para aquellos interesados, la conté en dos posts hace unos meses: De los males de una dieta exótica y su segunda parte.
Pueden encontrar algo más de información, en inglés, aquí (es necesario registarse pero es gratis).

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,

De los males de una dieta exótica

A mediados del siglo XX los miembros de la tribu Fore, habitantes de las tierras altas de Nueva Guinea, enfermaban y morían de una enfermedad extraña. Los primeros síntomas eran descoordinación en el andar, temblores en manos y ojos, escalofríos y afección del habla (disartria). Pronto el enfermo ya no podía andar sin ayuda, la descoordinación muscular se generalizaba y comenzaban síntomas psicológicos como ataques de risa y depresión. Finalmente, venía la postración y, con el agravamiento de los síntomas previos, la muerte.

Daniel Carleton Gajdusek, inmigrante en EE.UU. y doctor en Medicina por Harvard, apareció por allí a mediados de los 50 buscando temas de investigación relacionados con la epidemiología en zonas aisladas. No era nuevo en el tema ya que venía de pasar unos años en Afganistán trabajando sobre infecciones por arbovirus (fiebre amarilla, dengue, virus del Nilo Occidental, meningoencefalitis...) y otros problemas locales como el escorbuto y la rabia.

Acertó de pleno, sin duda, porque se encontró ante una enfermedad desconcertante. Era mortal en menos de un año desde la aparición de los primeros síntomas y parecía genética ya que se producía más dentro de algunas familias y en grupos consanguíneos. La descripción formal de la enfermedad, llamada kuru por los locales se hizo en 1957, En los siguientes 10 años murieron de kuru unas 1100 personas de la tribu Fore.

Según los ancianos, esa enfermedad no existía más que desde hacía un par de décadas pero estaba diezmando los poblados desde entonces afectando mayoritariamente a las mujeres y niños.

Enfermos de kuru (foto de Gajdusek)

En las autopsias, Gajdusek se dió cuenta de que el tejido nervioso de los fallecidos presentaba abundantes huecos lo que le daba un aspecto esponjoso. Al cabo de un tiempo consiguieron provocar la enfermedad en chimpancés inoculándoles tejido nervioso enfermo por vía intracerebral (realmente suena siniestro). Quedaba probado, por tanto, que la enfermedad era transmisible por vía no genética aunque tardaba mucho en aparecer, frecuentemente entre dos y tres años.

Probado esto ¿cuál era el agente infeccioso? Aparentemente era un "virus de acción lenta" pero no se manifestaban síntomas clásicos de las infecciones y, sobre todo, no aparecía ninguna reacción inmunitaria. Y, además ¿cómo se transmitía dicha enfermedad?

La realidad era sorprendente por dos motivos: la forma de transmisión y el agente infeccioso.

La primera se descubrió antes y tenía bastante que ver con los rituales funerarios (absténganse sensibles de leer este párrafo). A la muerte de una persona, las mujeres enparentadas eran las encargadas de preparar el cuerpo. Esa "preparación" consistía en el completo desmembramiento del cadáver y la extracción de los órganos internos incluyendo el cerebro. Una parte de estos era comido por las oficiantes y los niños. Estos rituales necrófagos eran la forma en la que la enfermedad se transmitía siguiendo los vínculos familiares y dando la apariencia de problema genético.

Hoy día el kuru casi ha desaparecido porque el canibalismo ritual no se practica desde hace décadas. Aún así aparecen algunos casos (11 entre 1996 y 2004) debido al enorme periodo de incubación, que está, en estos últimos enfermos entre 30 y 40 años aunque lo normal era algo menos.

Quedaba el difícil asunto del agente infeccioso ¿qué era eso de un "virus lento"? En su descubrimiento contribuyó que algunos se dieron cuenta de la similitud entre el kuru y algunas otras enfermedades más frecuentes en animales, como la tembladera ovina, la encefalopatía espongiforme bovina y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. En todas ellas, el agente infeccioso era inmune los métodos comunes de esterilización, nunca se consiguió aislar virus alguno ni se encontró información genética (ADN o ARN).

Y en ese momento entró en escena Stanley B. Prusiner. Apenas dos meses después de comenzar su trabajo en el Departamento de Neurología de la UCSF se encontró con una enferma que agonizaba a causa del "virus lento" de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Prusiner comenta hoy que el problema le fascinó y que comenzó a trabajar en busca de la estructura del esquivo patógeno. Tras analizar toda la bibliografía de las patologías debidas a "virus lentos" se centró en el estudio del agente de la tembladera bovina o scrapie, trasmisible a los manejables ratones de laboratorio. No fue fácil ya que los experimentos eran tediosos, lentos y caros (miles de ratones y hamsters) y estuvo a punto de quedar sin financiación en repetidas ocasiones.

Stanley Ben Prusiner

La respuesta estaba allí pero hacía falta un "momento ajá" para verla. Prusiner obtuvo repetidas veces preparaciones purificadas que mantenía la capacidad infecciosa. En ellas sólo aparecía una proteína y ningún ácido nucleico. Poco a poco llegó a la conclusión de que sus resultados no eran erróneos y en abril de 1982 publicó un denso artículo con 119 referencias en Science:

Prusiner, Stanley B., 1982, Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie, Science, 216(4542): 136-144.

donde planteó que el agente infeccioso no era una bacteria ni un virus ni un plásmido sino algo nuevo: una pequeña proteína. Por ser diferente a todo lo antes conocido, propuso llamarla prión, neologismo derivado de proteinaceous infectious particle. Al día de hoy, dicho artículo ha sido citado 1779 veces pero en su momento levantó una auténtica tempestad y Prusiner tuvo que soportar críticas extremadamente duras que sobrepasaron frecuentemente la frontera de lo científico.

La propuesta de una proteína infecciosa era muy arriesgada no sólo porque rompía con lo conocido hasta el momento sino porque también planteaba nuevos problemas: ¿cómo se replicaba esa proteína si no había ADN o ARN por el medio? ¿cómo funcionaba realmente para provocar el tremendo deterioro neurológico? ¿Tenía razón Prusiner en algo de lo que decía?

Seguimos en el siguiente post.

Daniel Carleton Gajdusek recibió el premio Nobel de Medicina en 1976 y Stanley Ben Prusiner en 1997.