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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Malaria Asfixiada

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Como es bien sabido, la malaria es una enfermedad causada por parásitos protozoos que son trasmitidos por la picadura del mosquito Anopheles. Estos parásitos invaden los glóbulos rojos, en el interior de los cuales se reproducen, matándolos. La función de los glóbulos rojos es, como también es de sobras conocido, nada menos que el transporte del oxígeno a las células y tejidos del organismo: una función fundamental. Este transporte lo realiza, en realidad, la proteína hemoglobina, que los glóbulos rojos albergan en su interior, pero que es liberada fuera de ellos cuando estos mueren.

La hemoglobina contiene una pequeña molécula que mantiene unido un átomo de hierro: el llamado grupo hemo (que otorga parte del nombre a la hemoglobina). El hierro unido a esta molécula de hemo es absolutamente fundamental para la función de la hemoglobina, ya que es este átomo el que enlaza la molécula de oxígeno para su transporte. Si algo se lo impide, puede resultar fatal. Es el caso del monóxido de carbono, que se une al hierro del grupo hemo con gran fuerza, impidiendo la unión del oxígeno, razón por la cual este gas es muy venenoso y mata por asfixia. La liberación de la hemoglobina a la sangre por la muerte de los glóbulos rojos es un problema para el organismo porque la hemoglobina en la sangre libera también el grupo hemo, que suelto es muy tóxico. Esta toxicidad es uno de los efectos perniciosos de la malaria, el cual se añade al menor transporte de oxígeno.

La malaria es, por tanto, una enfermedad que puede llegar a ser mortal a largo plazo debido a los efectos tóxicos del grupo hemo liberado y a la muerte de los glóbulos rojos causada por la invasión del parásito. Por esta razón, la malaria genera una “presión de selección” en las poblaciones donde esta enfermedad es endémica, es decir, permanente, como es el caso de regiones húmedas y cálidas del planeta, que cuentan con las condiciones de humedad y temperatura adecuadas para la reproducción continuada de los mosquitos portadores. Esta “presión de selección” no es otra cosa que la selección de mutaciones génicas que, de una forma u otra, sin impedir la función de los glóbulos rojos, no obstante dificultan la reproducción del parásito en su interior. Estas mutaciones facilitan la supervivencia de aquellas personas que las poseen en las regiones donde la malaria es permanente, por lo que cuando aparecen (aleatoriamente) son seleccionadas y transmitidas de generación en generación.

Anemia Falciforme

Una de estas mutaciones es la causante de la enfermedad llamada anemia falciforme, que en sus formas severas resulta también mortal. Esta anemia se caracteriza por una mutación en el gen de la hemoglobina que no impide su unión al oxígeno, pero que genera largas cadenas de moléculas de esta proteína que acaban por deformar a los glóbulos rojos, los cuales pierden su forma redondeada y su elasticidad y adquieren forma de hoz (de ahí el nombre de falciforme). Estos glóbulos rojos de forma anormal son atrapados y destruidos en el bazo mucho más rápidamente de lo normal, lo que causa la anemia. Si un glóbulo rojo normal vive de 90 a 120 días, uno falciforme vive solo de 10 a 20 días.

La pregunta que surge ahora es: ¿por qué una mutación que causa una enfermedad grave resulta beneficiosa en el caso de padecer malaria? La razón es que los individuos que poseen un solo gen (en realidad, un alelo, para ser precisos) de hemoglobina mutado, pero no el otro (de los dos que han recibido de sus padres) poseen glóbulos rojos solo parcialmente deformados, los cuales son destruidos en el bazo más lentamente que los completamente falciformes, pero no obstante todavía más rápido de lo normal, lo que dificulta el desarrollo del parásito. Tenemos aquí una situación de compromiso: los individuos con una mutación se encuentran en la mejor situación en un entorno con malaria, ya que al destruir más rápidamente sus glóbulos rojos son más resistentes a la infección, a pesar de tener algo disminuido el transporte de oxígeno, aunque no tanto como para sufrir una severa y mortal anemia, como en el caso de los individuos con mutaciones en ambas copias del gen de la hemoglobina.

Y bien, aunque este mecanismo de protección parece claro, recientemente se ha realizado el descubrimiento, publicado en la revista Cell por el grupo portugués dirigido por el Dr. Miguel Soares, de que existe otro importante mecanismo adicional causado por esta mutación, el cual, esta vez, puede conducir a tratamientos antimalaria eficaces. ¿Cuál es este nuevo mecanismo de protección de la anemia falciforme y en qué se basa?

Un buen monóxido de carbono

Debido a la destrucción más rápida de los glóbulos rojos falciformes, la hemoglobina de su interior es también liberada más rápidamente a la sangre, donde libera a su vez el grupo hemo, que es tóxico, como hemos dicho. Esto hace necesario eliminarlo lo antes posible para lo que el organismo cuenta con una enzima específica: la hemooxiganasa-1. Esta enzima es producida cuando las células detectan un aumento del grupo hemo libre y lo destruye por oxidación, liberando el hierro y produciendo monóxido de carbono en su acción. El monóxido de carbono, aunque es también tóxico, al ser producido en pequeña cantidad ejerce sin embargo un efecto beneficioso: se une al hierro del grupo hemo de la hemoglobina liberada a la sangre e impide que este grupo sea liberado, con lo que evita también su toxicidad. El monóxido de carbono en esas pequeñas cantidades ejerce, además, un efecto antiinflamatorio (como la aspirina, por ejemplo) que ayuda a tolerar la enfermedad. En este caso, un veneno (el hemo) al ser destruido genera otro (el monóxido de carbono) que al serlo en pequeñas dosis ejerce un efecto farmacológico, y no tóxico, como sucede también con otros venenos que, tomados en las dosis adecuadas, no matan, sino curan.

Y bien la mutación que causa la anemia falciforme también genera una mayor destrucción de los glóbulos rojos, como hemos explicado. Esto aumenta la cantidad de hemo libre en la sangre, lo que induce la producción del enzima que lo destruye, e incrementa la producción de monóxido de carbono. Este gas prepara al organismo para manejar mejor la toxicidad adicional en caso de infección por la malaria, por lo que la enfermedad es menos virulenta si se contrae. De hecho, los investigadores han comprobado que ratones mantenidos en una atmósfera con pequeñas cantidades de monóxido de carbono son resistentes a la malaria, mientras que los mantenidos en una atmósfera normal, mueren. Esto abre la puerta a tratamientos, al menos paliativos, a base de monóxido de carbono en cantidades farmacológicas. Igualmente, fármacos que mejoren la actividad del enzima hemoxigenasa-1 podrían ser de utilidad contra la malaria. Esperemos que pronto sea así y que los cientos de millones de personas infectadas de malaria anualmente cuenten con una esperanza más de curación.

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