El cólera mata a miles de personas cada año, pero un nuevo estudio sugiere que el cuerpo humano está contraatacando. Se han encontrado pruebas de que el genoma de los habitantes de Bangladesh, donde el coléra es endémico, ha encontrado la forma de combatir la enfermedad. Se trata de un caso dramático de evolución humana que tiene lugar en estos momentos.
El cólera ha hecho auto-stop por todo el mundo, llegando incluso a entrar en Haití con las fuerzas de paz de la ONU en 2010, pero el corazón de la enfermedad es el delta del río Ganges en la India y Bangladesh, donde ha estado matando gente desde hace más de mil años. La mitad de la población infantil de Bangladesh ha sido infectada por la bacteria causante del cólera, que se propaga por el agua y los alimentos contaminados, cuando alcanza los quince años de edad. El microbio puede causar una diarrea torrencial y, si no hay tratamiento, "puede matar en cuestión de horas", como indica Elinor Karlsson, genetista computacional en la Universidad de Harvard y coautor del nuevo estudio.
El hecho de que el cólera haya estado presente tanto tiempo y que mate niños, alterando así el pool genético de una población, ha llevado a los investigadores a sospechar que estaba ejerciendo presión evolutiva sobre los habitantes de la región, de forma análoga a como la malaria hace en África. Otro indicio de que el microbio está impulsando la evolución humana, señala Regina LaRocque, coautora del estudio y especialista en enfermedades infecciosas del Hospital General de Massachusetts, Boston, es que muchas personas sufren síntomas leves o no enferman en absoluto, lo que sugiere que tienen adaptaciones para contrarrestar la bacteria.
Para desentrañar el impacto evolutivo de la enfermedad, Karlsson, LaRocque, y sus colegas, entre los que hay científicos del Centro Internacional de Investigación de Enfermedades Diarreicas de Bangladesh, han utilizado una nueva técnica estadística que resalta las secciones del genoma que están bajo la influencia de la selección natural. Los investigadores analizaron el ADN de 36 familias de Bangladesh y lo compararon con el genoma de personas del noroeste de Europa, África Occidental y Asia oriental. La selección natural ha dejado su marca en 305 regiones del genoma de los individuos de Bangladesh, como demuestran los autores en Science Translational Medicine.
Los investigadores reforzaron la hipótesis de que el cólera era la fuerza impulsora detrás de los cambios genómicos, al comparar el ADN de pacientes de cólera de Bangladesh con el ADN de otros habitantes del país que se mantuvieron sanos a pesar de vivir en la misma casa que una persona que había estado enferma. Las personas que eran susceptibles al cólera, llevaban en general variantes de ADN en las regiones que muestran un mayor efecto de la selección natural.
Según los investigadores, una categoría de genes que está evolucionando en respuesta al cólera codifica los canales de potasio que liberan iones cloruro en el intestino. Su implicación tiene sentido, ya que la toxina de la bacteria del cólera estimula dichos canales para que descarguen grandes cantidades de cloruro, originando así la fuerte diarrea típica de la enfermedad.
Una segunda categoría de genes seleccionados ayuda a administrar la proteína NF-kB, el controlador principal de la inflamación, que es una de las respuestas del organismo a la bacteria del cólera. Una tercera categoría implica a los en los genes que regulan la actividad de la inflamasoma, una agregación de la proteína dentro de nuestras células que detecta los agentes patógenos y los incendios hasta la inflamación. Sin embargo, los investigadores no saben lo que cambia la selección natural promueve en estos genes para fortalecer las defensas contra la bacteria del cólera.
Los investigadores han identificado otros ejemplos de enfermedades infecciosas de conducir la evolución humana, como la malaria en África a favor del alelo falciforme, una variante del gen que proporciona resistencia a la enfermedad. Pero están empezando a buscar en todo el genoma en busca de signos de efectos de la enfermedad, y este estudio es el primero en usar estos métodos para el cólera.
Los hallazgos probablemente no van a conducir a nuevos tratamientos contra el cólera, ya que las medidas actuales - sustituir rápidamente el agua y los electrolitos perdidos por el paciente- funcionan muy bien. Pero el entender cómo los seres humanos han evolucionado en respuesta al cólera, podría ayudar a los investigadores a diseñar vacunas más potentes que proporcionen una mejor protección contra esta enfermedad asesina.
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| Copyright: Dartmouth Electron Microscope Facility |
Cholera kills thousands of people a year, but a new study suggests that the human body is fighting back. Researchers have found evidence that the genomes of people in Bangladesh—where the disease is prevalent—have developed ways to combat the disease, a dramatic case of human evolution happening in modern times.
Cholera has hitchhiked around the globe, even entering Haiti with UN peacekeepers in 2010, but the disease's heartland is the Ganges River Delta of India and Bangladesh. It has been killing people there for more than a thousand years. By the time they are 15 years old, half of the children in Bangladesh have been infected with the cholera-causing bacterium, which spreads in contaminated water and food. The microbe can cause torrential diarrhea, and, without treatment, "it can kill you in a matter of hours," says Elinor Karlsson, a computational geneticist at Harvard and co-author of the new study.
The fact that cholera has been around so long, and that it kills children—thus altering the gene pool of a population—led the researchers to suspect that it was exerting evolutionary pressure on the people in the region, as malaria has been shown to do in Africa. Another hint that the microbe drives human evolution, notes Regina LaRocque, a study co-author and infectious disease specialist at Massachusetts General Hospital, Boston, is that many people suffer mild symptoms or don't get sick at all, suggesting that they have adaptations to counter the bacterium.
To tease out the disease's evolutionary impact, Karlsson, LaRocque, and their colleagues, including scientists from the International Centre for Diarrhoeal Disease Research in Bangladesh, used a new statistical technique that pinpoints sections of the genome that are under the influence of natural selection. The researchers analyzed DNA from 36 Bangladeshi families and compared it to the genomes of people from northwestern Europe, West Africa, and eastern Asia. Natural selection has left its mark on 305 regions in the genome of the subjects from Bangladesh, the team reveals in Science Translational Medicine.
The researchers bolstered the case that cholera was the driving force behind the genomic changes by contrasting DNA from Bangladeshi cholera patients with DNA from other residents of the country who remained healthy despite living in the same house as someone who fell ill with the disease. Individuals who were susceptible to cholera typically carried DNA variants that lie within the region that shows the strongest effect from natural selection.
One category of genes that is evolving in response to cholera, the researchers found, encodes potassium channels that release chloride ions into the intestines. Their involvement makes sense because the toxin spilled by the cholera bacterium spurs such channels to discharge large amounts of chloride, leading to the severe diarrhea that's characteristic of the disease.
A second category of selected genes helps manage the protein NF- kB, the master controller of inflammation, which is one of the body's responses to the cholera bacterium. A third category involves genes that adjust the activity of the inflammasome, a protein aggregation inside our cells that detects pathogens and fires up inflammation. However, the researchers don't know what changes natural selection promotes in these genes to strengthen defenses against the cholera bacterium.
Researchers have identified other examples of infectious diseases driving human evolution, such as malaria in Africa favoring the sickle cell allele, a gene variant that provides resistance to the illness. But they are just starting to search the entire genome for signs of disease effects, and this study is the first to use such methods for cholera.
The findings probably won't lead to new cholera treatments, because current measures—which rapidly replace the water and electrolytes patients lose—work very well. But understanding how humans have evolved in response to cholera might help researchers devise more potent vaccines that would provide better protection against this killer.
Tomado de/Taken from Science
Resumen de la publicación/Abstract of the paper
Natural Selection in a Bangladeshi Population from the Cholera-Endemic Ganges River Delta
E.K. Karlsson, J.B. Harris, et alt.
Sci. Transl. Med. 5, 192ra86 (2013)
DOI: 10.1126/scitranslmed.3006338
Abstract
As an ancient disease with high fatality, cholera has likely exerted strong selective pressure on affected human populations. We performed a genome-wide study of natural selection in a population from the Ganges River Delta, the historic geographic epicenter of cholera. We identified 305 candidate selected regions using the composite of multiple signals (CMS) method. The regions were enriched for potassium channel genes involved in cyclic adenosine monophosphate–mediated chloride secretion and for components of the innate immune system involved in nuclear factor κB (NF-κB) signaling. We demonstrate that a number of these strongly selected genes are associated with cholera susceptibility in two separate cohorts. We further identify repeated examples of selection and association in an NF-κB/inflammasome–dependent pathway that is activated in vitro by Vibrio cholerae. Our findings shed light on the genetic basis of cholera resistance in a population from the Ganges River Delta and present a promising approach for identifying genetic factors influencing susceptibility to infectious diseases.
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