La resistencia a la malaria en el ser humano

UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA LA RESISTENCIA A LA MALARIA EN EL SER HUMANO TRABAJO FIN DE GRADO Julia Ortega Chisvert 2022 1 UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA GRADO EN FARMACIA LA RESISTENCIA A LA MALARIA DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA Trabajo Fin de Grado de carácter bibliográfico Julia Ortega Chisvert Tutora: Ángela María García Sánchez Sevilla, junio de 2022 2 RESUMEN El paludismo o malaria es la parasitosis más importante del ser humano. El responsable de esta enfermedad es un protozoo del género Plasmodium que es transmitido a través de la picadura de la hembra del mosquito Anopheles. Son cuatro las especies más importantes: P. vivax, P. ovale, P. malariae, P. falciparum. Estos parásitos han coexistido y evolucionado durante miles de años con las personas, lo que ha favorecido la selección natural de ciertas mutaciones en genes importantes para el funcionamiento del eritrocito. Por ello, en lugares con alta incidencia de malaria, podemos observar una alta prevalencia de ciertos polimorfismos genéticos relacionados con algunas hemoglobinopatías, como la hemoglobina S, la deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) o el antígeno Duffy. En los individuos heterocigotos se ha observado que la hemoglobina S constituye un factor de protección contra la malaria, mientras que, en los homocigotos constituye un factor de riesgo. Esta protección es debida a una detención del crecimiento del parásito a bajas concentraciones de O2 y a una exposición anormal de la proteína PfEMP1. El déficit de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa también proporciona protección frente a la malaria. Al producirse la infección por Plasmodium, se generan numerosos compuestos oxidantes que van a producir alteraciones en la membrana del hematíe. Los individuos con este déficit no son capaces de solucionar esto y las células alteradas acaban siendo eliminadas, produciéndose hemólisis. Además, el parásito es muy sensible a los agentes oxidantes. Otro polimorfismo ventajoso en estudio es el del antígeno Duffy. Se ha visto que en personas Duffy negativas el parásito no invade los glóbulos rojos, mientras que sí lo hace en individuos Duffy positivos. El estudio de todos estos polimorfismos y su relación con la malaria podría, en un futuro, abrir camino hacia nuevos tratamientos o vacunas frente a la enfermedad. PALABRAS CLAVE: malaria, paludismo, resistencia, hemoglobina S, glucosa 6-fosfato- deshidrogenasa, antígeno Duffy. 3 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN .........................................................................................................4 1.1. Qué es la malaria ....................................................................................................4 1.2. Phylum apicomplexa ...............................................................................................5 1.3. Ciclo biológico.........................................................................................................6 1.4. Morfología e identificación de especies de Plasmodium ............................................8 1.5. Fisiopatología de la enfermedad ............................................................................ 11 1.6. Sintomatología...................................................................................................... 13 1.7. Epidemiología ....................................................................................................... 15 1.8. Vector del paludismo: mosquito Anopheles ............................................................ 16 1.9. Diagnóstico........................................................................................................... 17 1.10. Profilaxis ............................................................................................................. 18 2. OBJETIVOS DE LA REVISIÓN ...................................................................................... 21 3. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 22 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................................................... 23 4.1 Anemia de células falciformes. Hemoglobina S ....................................................... 23 4.2 Déficit de glucosa 6 fosfato deshidrogenasa (G6PD) ................................................ 26 4.3 Eritrocitos duffy negativos ..................................................................................... 30 5. CONCLUSIONES........................................................................................................ 32 6. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 33 4 1. INTRODUCCIÓN 1.1. QUÉ ES LA MALARIA El paludismo o malaria es una enfermedad producida por protozoos intracelulares del género Plasmodium y transmitida por la picadura del mosquito Anopheles (Fleta Zaragozano, 2001). El género Plasmodium pertenece al phylum Apicomplexa. Se han identificado más de 100 especies que parasitan aves, mamíferos y reptiles, pero son cuatro las especies responsables de la malaria en el ser humano (Romero Cabello et al., 2018): - Plasmodium falciparum: es la más patógena y es la causante de la fiebre terciana maligna y sus complicaciones. - Plasmodium vivax: causante de la fiebre terciana benigna, frecuentemente recurrente. - Plasmodium ovale: causante de la fiebre terciana benigna recurrente. - Plasmodium malariae: causante de la fiebre cuartana (Gállego Berenguer, 2006). Es la parasitosis más importante del ser humano; según el último informe mundial de malaria de la OMS, se estima que en 2020 hubo 241 millones de casos y 627.000 muertes. La Región de África de la OMS es la mayor afectada (96% de todas las muertes por malaria en 2020) y son los niños menores de 5 años los que más sufren las consecuencias de la enfermedad, ya que constituyen el 80% de las muertes por malaria en esta región (OMS, 2021b). La enfermedad es capaz de producir una gran diversidad de síntomas, que pueden ser muy leves (paludismo no complicado) o producir una infección grave y potencialmente mortal (paludismo grave). Los parásitos invaden en primer lugar el hígado y luego los eritrocitos. La sintomatología es producida por los estadíos intraeritrocíticos del parásito. Al desarrollarse en el interior de los glóbulos rojos, generan gran cantidad de sustancias de desecho, entre ellas el pigmento de hemozoína y otros factores tóxicos, que se acumulan en el eritrocito parasitado. Finalmente, se produce la lisis del glóbulo rojo y la liberación de estas sustancias al torrente sanguíneo, desencadenando una respuesta inmune que da lugar a los síntomas característicos de la enfermedad (CDC, 2019). El cuadro clínico se caracteriza por ciclos de fiebre, escalofríos y malestar general. Conforme la enfermedad evoluciona aparece hepatoesplenomegalia y anemia. La fiebre se produce al tener lugar la lisis de los eritrocitos, que tiene lugar cada 48 h en las infecciones por P. ovale y P. vivax (fiebres tercianas) y cada 72 h en P. malariae (fiebres cuartanas). Este ciclo es irregular en P. falciparum (Prats Pastor, 2012). 5 1.2. PHYLUM APICOMPLEXA El phylum Apicomplexa constituye un amplio grupo de protozoos intracelulares obligados que se caracterizan por la presencia de un orgánulo llamado complejo apical, estructura que permite la penetración de los parásitos al interior de la célula (Prats Pastor, 2012). El complejo apical contiene ADN de 35kb y representa un tercer tipo de genoma de la célula. Está formado por varias estructuras (Apt Baruch, 2013) (Figura 1): - Conoide: contiene proteínas cuya función es adherirse a la célula del hospedador. - Anillo polar: estructura que permite un aumento de diámetro del polo anterior. - Roptrias y micronemas: se encuentran en el interior del conoide. El micronema contiene un grupo de proteínas esenciales en la interacción párasito-hospedador de todos los apicomplexa. Los zoítos, al ponerse en contacto con la superficie de las células del hospedador, producen una señal que se transduce y provoca la reorientación de los mismos, la exocitosis del micronema y la fijación a la célula. A continuación, se produce la exocitosis de las roptrias y formación de la vacuola parasitófora a partir los lípidos de membrana de la célula del hospedador (Apt Baruch, 2013). Los apicomplexa son parásitos intracelulares heteroxenos, es decir, requieren más de un hospedador para completar su ciclo biológico, el cual alterna fases de reproducción sexual y asexual, presentando tres fases: esquizogonia o merogonia (multiplicación asexual), gamogonia (fase sexual, oogamia con microgametos y macrogametos) y la esporogonia (multiplicación asexual del cigoto que produce numerosos esporozoítos) (Apt Baruch, 2013). Figura 1. Estructura protozoo Apicomplexa (Apt, 2013) 6 1.3. CICLO BIOLÓGICO El ciclo biológico de Plasmodium spp. (Figura 2) es un ciclo heteroxeno obligado y bicompartimental (Gállego Berenguer, 2006). Necesita dos hospedadores para cumplir su ciclo biológico: un hospedador intermediario, el ser humano, en el que se realiza la reproducción asexual o esquizogónica del parásito, y un hospedador definitivo, mosquito hembra del género Anopheles, donde se efectúa la reproducción sexual y, posteriormente, la esporogonia (Fleta Zaragozano, 2001). En el ser humano, se llevan a cabo dos fases de división asexual o esquizogonia: una fase hepática (esquizogonia exoeritrocítica) y una fase hemática (esquizogonia eritrocítica) (Prats Pastor, 2012). Figura 2. Ciclo biológico de Plasmodium spp. (Campuzano y Blair, 2010). El ciclo se inicia con la inoculación de los esporozoítos contenidos en las glándulas salivares del mosquito a la sangre de una persona durante la picadura. Los esporozoítos tienen una forma alargada fusiforme y fina con un núcleo central y un tamaño de 12 a 15 µm de longitud (Prats Pastor, 2012). Tras su inoculación, llegan a través de la sangre a los hepatocitos, en los que penetra, comenzando aquí la fase hepática. Dentro de los hepatocitos, se multiplican asexualmente por 7 división múltiple (esquizogonia exoeritrocítica), dando lugar a numerosos merozoítos. Tras unos 8 días, los merozoítos pasan a la sangre y penetran en los glóbulos rojos, iniciando la fase hemática o eritrocítica (Prats Pastor, 2012). En el caso de las especies P. vivax y P. ovale, hay formas del parásito que se desarrollan a nivel hepático con lentitud y permanecen de forma latente durante meses o años. Estas formas reciben el nombre de hipnozoítos y, cuando se reactivan por factores aun desconocidos, continuan su desarrollo produciendo nuevos merozoítos, lo que provoca la recaída de los pacientes en los que aparentemente había sido eliminada la enfermedad (Romero Cabello et al., 2018). El ciclo eritrocitario comienza cuando los merozoítos pasan a la sangre y penetran en los eritrocitos. En ellos, los merozoítos se transforman en trofozoítos jóvenes. Estos son nucleados y se tiñen de color rojo con la tinción de Giemsa. Tienen un anillo de citoplasma que se tiñe de color azul y una vacuola digestiva grande. En esta etapa es difícil determinar la especie, aunque en el caso de P. falciparum puede haber dos o más parásitos dentro del mismo eritrocito. Estos trofozoitos reciben el nombre de “forma de anillo” (Apt Baruch, 2013). El trofozoíto joven comienza a alimentarse de la hemoglobina del eritrocito y crece con rapidez, el citoplasma se agranda y la vacuola digestiva se hace menos patente. En trofozoítos que están madurando, se pueden observar unos puntos de color rosa sobre la envoltura del glóbulo rojo infectado, lo cual es útil para la determinación específica de la especie de Plasmodium (puntos de Schüffner para P. vivax y gránulos de Maurer para P. falciparum). Además, aparecen en su citoplasma unos gránulos de pigmento que reciben el nombre de hemozoína y que corresponden al producto final de la digestión de la hemoglobina del glóbulo rojo (Apt Baruch, 2013). A continuación, se inicia la multiplicación asexual, esquizogonia eritrocítica, formándose el esquizonte que dará lugar a un número variable de merozoítos eritrocíticos (Romero Cabello et al. 2018). Esto produce el estallido del glóbulo rojo y la liberación de estos merozoítos junto con el pigmento de hemozoína hacia el torrente sanguíneo. Si consiguen evadir los mecanismos inmunitarios del hospedador, invadirán nuevos eritrocitos comenzando una nueva esquizogonia y dando lugar a una nueva “generación” de parásitos (Apt Baruch, 2013). El número de merozoítos producidos por esquizonte varía según la especie de Plasmodium al igual que la duración de cada esquizogonia eritrocítica. Esta tiene una duración de 48 horas 8 para P. falciparum, P. vivax y P. ovale (malaria terciana) y de 72 horas para P. malariae (malaria cuartana). Esto explica la periodicidad de los ciclos febriles (Apt Baruch, 2013). Durante estos ciclos repetidos, algunos merozoítos, al penetrar en los hematíes, se diferencian en formas sexuales, gametocitos (macro y microgametocitos), que al ser ingeridos por el mosquito dan lugar a gametos en el estómago del insecto. El macrogametocito se convierte en macrogameto y el microgametocito vuelve a multiplicarse antes de madurar dando lugar a varios microgametos que poseen un flagelo. El microgameto mediante tropismo localiza un macrogameto, penetra en él y se fusionan los núcleos, teniendo lugar la fecundación. Esto dará lugar a la formación de un cigoto o huevo que es móvil y recibe el nombre de ooquineto. El ooquineto penetra en la pared intestinal donde deja de ser móvil y pasa a llamarse ooquiste (Romero Cabello et al. 2018). El ooquiste, por esporogonia, da lugar a los esporozoítos (fase esporogónica). Tras la ruptura del ooquiste, los esporozoitos migran hacia las glándulas salivales del mosquito, donde permanecen hasta ser inoculados con la saliva en una nueva picadura (Romero Cabello et al. 2018). 1.4. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN DE ESPECIES DE PLASMODIUM Las distintas especies del género Plasmodium que parasitan al ser humano pueden ser identificadas en función de la morfología de sus estadíos intraeritrocíticos (Figura 3). Figura 3. Estadíos intraeritrocíticos de Plasmodium spp. (García Más et al., 2008) 15 Las formas graves de la enfermedad y la mortalidad son debidas fundamentalmente a P. falciparum debido a los mecanismos de secuestro y citoadherencia y, a su capacidad de invadir eritrocitos de todas las edades. Las complicaciones más frecuentes del paludismo son la anemia grave y el paludismo cerebral (Buck y Finnigan, 2021). La anemia palúdica grave es debida a un aumento en la destrucción de los eritrocitos. Esto es debido a la lisis celular producida por los parásitos tras la esquizogonia eritrocítica, la eliminación de los eritrocitos parasitados por el bazo y células del sistema inmune, y al secuestro eritrocitario. Además de aumentar la destrucción de glóbulos rojos hay una disminución en la producción (Buck y Finnigan, 2021). El paludismo cerebral representa el 80% de los casos mortales de paludismo y afecta con mayor frecuencia a niños menores de 5 años (Buck y Finnigan, 2021). Es producido por la adherencia de los eritrocitos parasitados a las células endoteliales del cerebro lo cual genera hipoxia (Romero Cabello et al., 2018). 1.7. EPIDEMIOLOGÍA La malaria o paludismo es una parasitosis ampliamente distribuida en zonas tropicales y subtropicales de África, Asia, América Central y América del Sur (Figura 10) (Puente et al., 2005). En las zonas endémicas de paludismo el grado de infección está determinado por el equilibrio entre el vector (mosquito Anopheles), el parásito, la población susceptible y las circunstancias ambientales (Fleta Zaragozano, 2001). Figura 10. Distribución de la malaria en el mundo (CDC, 2020a). 16 Según el último Informe Mundial de la Malaria, publicado por la Organización Mundial de la Salud el 6 de marzo de 2021, se notificaron 241 millones de casos de paludismo en 2020 y hubo 627.000 muertes, de las cuales el 96% ocurrieron en África, donde predomina Plasmodium falciparum. Además, el 80% de las muertes por malaria en África se produjo en niños menores de 5 años (OMS, 2021b). Según dicho informe, el 96% de los casos de malaria se registraron en 29 países, de los cuales 6 notificaron el 55% del total mundial: Nigeria (27%), República Democrática del Congo (12%), Uganda (5%), Mozambique (4%), Angola (3,4%) y Burkina Faso (3,4%) (OMS, 2021b). En cuanto a la distribución mundial de las especies: - P. falciparum se encuentra a nivel mundial en áreas tropicales y subtropicales, y especialmente en África donde predomina esta especie. - P. vivax se encuentra principalmente en Asia, América Latina y en algunas partes de África. - P. ovale se encuentra principalmente en África (especialmente África occidental) y las islas del Pacífico occidental. - P. malariae se encuentra en todo el mundo (CDC, 2020a). 1.8. VECTOR DEL PALUDISMO: MOSQUITO ANOPHELES Los mosquitos del género Anopheles (Figura 11A), pertenecientes a la familia Culicidae, son los vectores culpables de la transmisión de Plasmodium spp., concretamente la hembra. Existen unas 500 especies, de las cuales unas 50 son capaces de transmitir el parásito (Pages, 2007). El ciclo de vida del mosquito consta de cuatro etapas: huevo, larva, pupa y adulta. Las tres primeras etapas son acuáticas (Romero et al., 2018). La hembra deposita los huevos en el agua, generalmente en agua dulce, no contaminada y poco agitada. Estas características hacen que los mosquitos Anopheles sean principalmente rurales y que el riesgo de transmisión sea mayor en zonas rurales que en zonas urbanas (Pages, 2007). Las hembras son hematófagas, y por tanto las responsables de la transmisión de la malaria, a diferencia de los machos, que se alimentan de jugos vegetales (Romero Cabello et al., 2018). Suelen picar entre el atardecer y el amanecer. La picadura normalmente es indolora y presenta menor picor que otros géneros de mosquitos (Pages, 2007). 17 Son mosquitos de cuerpo delgado y frágil y miden de 5 a 10 mm de largo. Al posarse sobre una superficie plana, trazan una línea recta con la cabeza, el tórax y el abdomen, formando un ángulo de 40 a 90º con la superficie. La cabeza es globulosa y está provista de dos ojos compuestos. Poseen dos antenas largas y finas, de 15 segmentos, plumosas en el caso de los machos y pilosas en las hembras (Romero Cabello et al., 2018). El aparato bucal es complejo y forma una trompa o probóscide larga y fina. También encontramos unos palpos maxilares muy desarrollados, que son tan largos como la trompa (Apt Baruch, 2013) (Figura 11B). Del tórax salen dos alas principales que se encuentran inervadas y cubiertas de escamas y pelos. Tras las alas encontramos dos halterios u órganos balancines, que sirven para mantener el equilibrio durante el vuelo. Del tórax salen también tres pares de patas largas y finas. Tienen un abdomen largo dividido en ocho segmentos y en los tres últimos se encuentran los órganos sexuales (Apt Baruch, 2013). 1.9. DIAGNÓSTICO El diagnóstico del paludismo es clínico, sin embargo, los síntomas pueden ser parecidos a los de otras enfermedades y a veces muy inespecíficos. Por ello, el procedimiento empleado para el diagnóstico consiste en la observación directa de los parásitos en la sangre. Se lleva a cabo la visualización de Plasmodium en frotis y gota gruesa (Figura 12). El mejor momento para realizar el frotis es justo antes de la rotura de los hematíes ya que será cuando haya mayor número de eritrocitos parasitados. El inconveniente de este método es su poca sensibilidad, ya que se necesita de una parasitemia elevada. Tras la realización del frotis y la gota gruesa se lleva a cabo la tinción de Giemsa y se observa al microscopio (Romero Cabello et al., 2018). A B Figura 11. A. Mosquito Anopheles. B. Morfología de la hembra, con palpos de igual longitud que la trompa y antenas pilosas. Tomadas de CDC- Public Health Image Library (PHIL). A 18 Existen además técnicas de detección de anticuerpos específicos como las técnicas de inmunofluorescencia en las que se agrega al frotis un colorante fluorescente con afinidad por los ácidos nucleicos, como el naranja de acridina (Romero Cabello et al., 2018). También se pueden usar técnicas de detección de antígenos, que son rápidas y fáciles de realizar, como la inmunocromatografía (ICT-Malaria), OptiMAL® y Determine®, basadas en la detección de la proteína rica en histidina (HRP) o de la enzima lactato deshidrogenasa. Por último, otra técnica muy empleada gracias a su alta sensibilidad es la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) (Romero Cabello et al., 2018). 1.10. PROFILAXIS Las medidas de protección contra el paludismo pueden ser de dos tipos: prevención de las picaduras del mosquito y tratamiento profiláctico en zonas de riesgo (quimioprofilaxis) (Lénoard et al., 2003). Las hembras de Anopheles pican entre el atardecer y el amanecer, tienen una actividad exclusivamente nocturna. La prevención de las picaduras constituye la primera línea de defensa contra el paludismo. Podemos llevar a cabo las siguientes medidas (Léonard et al., 2003): - Uso de ropa que cubra el cuerpo y que sea suficientemente gruesa para disminuir las zonas de exposición al mosquito. La ropa debe ser preferentemente de colores claros. Figura 12. A. Tinción de Giemsa de una extensión fina de sangre periférica. B. Tinción de Giemsa de una gota gruesa de sangre periférica (Prats Pastor, 2012). 19 - Las zonas expuestas del cuerpo deben ser impregnadas con repelentes, que constituyen una primera línea de defensa contra las picaduras. El más utilizado y eficaz es el DEET (N,N-Dietil-3-metilbenzamida). - Uso de mosquiteras impregnadas con insecticida en las habitaciones y en la cama. Los insecticidas más utilizados son la permetrina y la deltametrina. - Evitar salir entre el anochecer y el amanecer. La quimioprofilaxis consiste en la administración de un fármaco antimalárico antes, durante y después de un viaje a una zona endémica. Su objetivo es dismuir el riesgo de desarrollar malaria complicada. Hay numerosos fármacos (Tabla 1) y su elección dependerá del paciente y de la zona a la que viaje debido a las resistencias del parásito a dichos fármacos (Capdevila e Icart, 2010). Tabla 1. Fármacos para la quimioprofilaxis de la malaria. Tomada y adaptada de la CDC. Fármaco Atovaquona/ proguanil (Malarone®) Cloroquina (Resochín®) Doxiciclina (Vibracina®) Mefloquina (Lariam®) Primaquina Inicio 1-2 días antes de la exposición 1 semana antes 1-2 días antes 1-2 semanas antes 1-2 días antes Posología Diaria Semanal Diaria Semanal Diaria Fin 1 semana tras la exposición 4 semanas tras la expo 4 semanas tras la expo 4 semanas tras la exposición 1 semana tras la exposición Las diferentes zonas endémicas se pueden dividir en función de la resistencia de los parásitos a la cloroquina. También se deberá tener en cuenta la resistencias a otros fármacos como la mefloquina. A la hora de escoger un fármaco es importante conocer estas resistencias. En zonas con sensibilidad a la cloroquina, este será el fármaco de elección, mientras que en áreas resistentes a este antimalárico encontramos tres fármacos recomendados por la CDC y la OMS: la atovaquona/proguanilc , la doxiciclina y la mefloquina. También encontramos la 20 primaquina, utilizada en la profilaxis “terminal” para destruir los hipnozoítos (Capdevila e Icart, 2010). La cloroquina, la mefloquina y la doxiciclina actúan únicamente en la fase eritrocitaria del ciclo pero no actúan sobre las formas hepáticas. Por este motivo, es de gran importancia mantener el tratamiento un tiempo después de la exposición, cuatro semanas. En el caso de la atovaquona/proguanil se puede suspender tras una semana ya que actúa también en la replicación hepática del parásito. Por otro lado, la primaquina actúa también sobre las formas latentes, hipnozoítos, de P. vivax y P. ovale (Capdevila e Icart, 2010). Otra medida profiláctica importante para cualquier enfermedad es la administración de vacunas. En el caso de la malaria, existe una única vacuna aprobada, la cual fue recomendada por la OMS en 2021. Esta vacuna es la RTS,S/AS01 y actúa frente a P. falciparum. Se ha comprobado que reduce significativamente los casos graves y potencialmente mortales de paludismo infantil. La OMS recomienda su administración para la prevención del paludismo por P. falciparum a los niños que habiten en zonas donde la trasmision sea alta o moderada. Se debe administrar con una pauta de cuatro dosis a los menores a partir de cinco meses de edad. Esta recomendación se basa en el conocimiento adquirido durante el desarrollo de programas piloto de vacunación en tres países, Ghana, Kenya y Malawi (OMS, 2021a). 21 2. OBJETIVOS DE LA REVISIÓN La malaria o paludismo es la enfermedad parasitaria más importante en el ser humano. Cada año, gran número de personas adquieren la enfermedad ocasionando numerosas muertes, principalmente en niños. Por esta causa, numerosos científicos han analizado y estudiado diversos factores genéticos y polimorfismos relacionados con los eritrocitos, capaces de otorgar protección frente a la malaria. Este Trabajo de Fin de Grado tiene como finalidad la realización de una revisión bibliográfica centrada en los mecanismos de resistencia a la malaria. Para ello, se han establecido los siguientes objetivos específicos: - Realizar una revisión bibliográfica sobre los polimorfismos ventajosos que presentan algunas hemoglobinopatías, en concreto la hemoglobina S, la deficiencia de G6PD y el antígeno Duffy. - Valoración de las ventajas que otorgan estos polimorfismos frente a la enfermedad. 22 3. MATERIAL Y MÉTODOS Para la realización de este Trabajo de Fin de Grado se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica de estudios sobre diferentes polimorfismos genéticos y su protección frente a la malaria. Para ello, se han empleado fuentes de información primarias y secundarias, como PubMed, Dialnet, ScienceDirect y Scielo, siendo PubMed la base de datos más consultada. Para la búsqueda de información sobre los parásitos, se han empleado los libros de parasitología disponibles en la biblioteca de la Universidad de Sevilla, así como las páginas web de la OMS o de la CDC, que proporcionan gran información sobre este parasitismo y que fueron consultadas entre los meses de marzo y abril de 2022. Se han utilizado diversas palabras clave como: “Plasmodium”, “malaria”, “paludismo”, “sickle cell disease”, “glucose-6-phosphate dehydrogenase” y “Duffy”. También se han obtenido numerosos artículos a partir de la bibliografía de otros trabajos anteriores. Al ser temas poco estudiados y aún desconocidos, no se han descartado publicaciones en base al año de publicación de los artículos. Hubo algunas dificultades en la búsqueda de publicaciones sobre la protección que ofrecen algunas hemoglobinopatías frente a la malaria. 23 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El paludismo es la parasitosis más importante del ser humano. Durante miles de años, Plasmodium ha coexistido y evolucionado con el hombre, lo que ha favorecido la selección natural de mutaciones en genes esenciales para el funcionamiento del eritrocito, que impiden la malaria grave y aumentan la supervivencia. Los niños con estos polimorfismos genéticos presentan una ventaja selectiva durante su infancia, lo que les permite llegar a la edad adulta y transmitir estos genes beneficiosos a su descendencia (Bautista, 2011). Así, los genes que afectan a la estructura o funcionalidad de los glóbulos rojos son los que presentan mayor número de polimorfismos genéticos asociados a la protección contra la malaria o sus síntomas. Algunos de estos polimorfismos ventajosos son algunas hemoglobinopatías como la hemoglobina S, la deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) o el antígeno Duffy (Bautista, 2011). 4.1 ANEMIA DE CÉLULAS FALCIFORMES. HEMOGLOBINA S. La enfermedad de células falciformes es una hemoglobinopatía autosómica recesiva producida por la mutación del gen de la cadena de β-globina en la que se produce la sustitución de la valina por el ácido glutámico en el sexto aminoácido de la hemoglobina (Roldan-Isaza et al., 2020). En situaciones de oxigenación, la HbS tiene la misma solubilidad que la HbA (hemoglobina normal), pero, en ausencia de oxígeno, la solubilidad de la HbS disminuye, precipitando en forma de polímeros. Estos polímeros deforman la estructura bicóncava del eritrocito dando lugar a hematíes con forma de media luna, falciformes o en forma de hoz característicos. Estas formas falciformes obstruyen el flujo sanguíneo en los capilares produciendo crisis vaso-oclusivas dolorosas y recurrentes y, hemólisis por rotura de los hematíes (Figura 13). Además, esto puede producir complicaciones importantes como infecciones, crisis aplásicas, accidentes cerebrovasculares o hipertensión pulmonar (Morales-Indiano, 2017). Figura 13. Células falciformes obstruyendo el flujo sanguíneo. Tomada de OSF HeatlhCare Blog, 2017. 24 La sintomatología por presencia de HbS se produce en el estado homocigoto (HbSS) dando lugar a la anemia de células falciformes o drepanocitosis. Además, los heterocigotos compuestos, que presentan la combinación de la HbS con una HbC o una β-talasemia, desarrollan síndromes falciformes con clínica similar a la anemia de células falciformes por HbSS. Es decir, las manifestaciones clínicas (enfermedad de células falciformes) se pueden producir debido a 3 genotipos diferentes: HbSS (anemia falciforme), HbSC o HbS/β-talasemia (Morales- Indiano, 2017). Los pacientes heterocigotos para la HbS no presentan manifestaciones clínicas y sus valores del hemograma son normales debido a la presencia de la HbA (HbAS). Se dice que tienen el rasgo de células falciformes o rasgo drepanocítico (Morales-Indiano, 2017). La anemia de células falciformes es especialmente prevalente en el continente africano y personas con antepasados originarios del África subsahariana, la India, Arabia Saudita o los países del Mediterráneo. En algunas zonas de África subsahariana hasta un 2% de los niños nacen con esta enfermedad y la prevalencia del rasgo drepanocítico oscila entre el 10 y 40% en África ecuatorial. En países como Ghana o Nigeria, la frecuencia de este rasgo es del 15% al 30%, mientras que en Uganda llega al 45% en la tribu Baamba del oeste del país (OMS, 2006). Se observó que la hemoglobina S era más frecuente en aquellas poblaciones donde la malaria constituía una enfermedad endémica. Esto sirvió de base para la teoría “malaria hipótesis” que sugería que la mutación heredada de uno de los padres, es decir, el rasgo drepanocítico, proporcionaba un grado de protección contra la malaria (Roldan-Isaza, 2020). Esta teoría fue iniciada en 1949 por Haldane y continuada por Clifford en 1954, quien observó un predominio del rasgo HbAS (heterocigotos) en personas que vivían en zonas endémicas de malaria. Sin embargo, esta teoría presentaba gran escepticismo ya que las observaciones no habían sido probadas. Posteriormente, para hacer frente a esto, el Dr. Fred Piel junto con su equipo, llevó a cabo un estudio que mostró que el gen de células falciformes presenta mayor prevalencia en el África subsahariana, Oriente Medio y la India, y que éstas, coinciden con las zonas de alta prevalencia de la malaria (Figura 14), lo que confirma la “malaria hipótesis” (Cabrera, 2018). La hemoglobina falciforme (HbS) constituye un factor de protección contra la malaria en los individuos heterocigotos, es decir, en aquellos que presentan el rasgo de células falciformes (HbAS). Sin embargo, la situación en individuos homocigotos, aquellos que presentan la enfermedad (HbSS), es muy distinta. En estos individuos la tasa de letalidad es mayor y presentan una mayor susceptibilidad a las formas graves de malaria (Cabrera, 2018). 31 insignificante para el fenotipo Duffy negativo, Fy(a-b-). Además, la grabación de un vídeo permitió mostrar que, aunque los merozoítos de P. knowlesi se adherieron tanto a los eritrocitos Duffy positivos como negativos, el proceso de invasión completo, que implica la posterior invaginación del parásito, no ocurre en los glóbulos rojos Duffy negativos. Esto indica que la unión inicial al hematíe es Duffy independiente, mientras que el paso siguiente es Duffy dependiente. Desde entonces, se ha demostrado que en este proceso interviene una “proteína de unión Duffy” análoga a la proteína de unión a Duffy de P. vivax (PvDBP) (Mercereau-Puijalon y Ménard, 2010). Más adelante, Barnwell et al. (1989) estudiaron el proceso de invasión de P. vivax en los eritrocitos. Vieron que el parásito no invadía a los eritrocitos Duffy negativos, mientras que sí infectaba a los Duffy positivos. P. vivax es inexistente o muy raro en África occidental y central y tiene una prevalencia muy baja en el África oriental. Esta distribución, comparada con el resto del mundo, es debida a la falta de expresión del antígeno Duffy en los eritrocitos de las poblaciones africanas en las que la homocigosidad para el alelo nulo es altamente prevalente. Sin embargo, P. vivax es endémico en algunas poblaciones de Sudán, Somalia y Etiopía, donde los individuos son predominantemente Duffy positivos (Mercereau-Puijalon y Ménard, 2010). 32 5. CONCLUSIONES • La evolución y coexistencia de Plasmodium con el ser humano ha favorecido la selección natural de mutaciones en genes esenciales para el funcionamiento del eritrocito, impidiendo la malaria grave y aumentando en consecuencia la supervivencia de las personas. • La hemoglobina falciforme constituye un factor de protección contra la malaria en los individuos heterocigotos debido a la detención del crecimiento del parásito y a la disminución de la citoadherencia por una exposición anormal de la proteína de superficie PfEMP1 en el eritrocito. • En individuos homocigotos, aquellos que presentan la enfermedad de células falciformes, constituye un factor de riesgo, aumentando la tasa de letalidad de la enfermedad. • El déficit de glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa protege frente a la malaria debido a la hemólisis producida ante un pequeño estímulo oxidante y debido a la creación de un entorno desfavorable para el crecimiento y desarrollo de Plasmodium. • Los individuos Duffy negativos están protegidos frente a la infección por Plasmodium vivax ya que este antígeno es el receptor del parásito, impidiendo la invasión del eritrocito y por tanto el desarrollo de la infección. • La distribución geográfica de estas mutaciones estudiadas se superpone con la distribución de la malaria, lo cual muestra la protección que ofrecen estas enfermedades. • La protección que ofrecen estas mutaciones contra la malaria es un tema que ofrece aún muchas incógnitas. El conocimiento de los mecanismos implicados en la protección del paludismo es muy importante para el futuro desarrollo de nuevas estrategias farmacológicas por lo que es de gran necesidad continuar con la investigación. 33 6. BIBLIOGRAFÍA - Apt Baruch WL. Parasitología Humana. México: Mc Graw Hill Education; 2013. - Archer N, Petersen N, Clark M, Buckee C, Childs L, Duraisingh M. Resistance to Plasmodium falciparum in sickle cell trait erythrocytes is driven by oxygen-dependent growth inhibition. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2018; 115 (28): 7350-7355. - Barnwell JW, Nichols ME, Rubinstein P. In vitro evaluation of the role of the Duffy blood group in erythrocyte invasion by Plasmodium vivax. J Exp Med. 1989; 169: 1795–802. - Bautista JM. Adaptación evolutiva a la malaria en el ser humano. SEBBM Divulgación. 2011. - Beaudry JT, Krause MA, Diakite SA, Fay MP, Joshi G, Diakite M, et al. 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