Uno de los parásitos más extendidos en el planeta también puede ser uno de los más difíciles de estudiar. Toxoplasma gondii—un protozoo unicelular— es capaz de infectar a casi todas las especies de mamíferos y aves, incluyendo humanos, y en casos severos causa ceguera, defectos de nacimiento y muerte. Sin embargo, solo se reproduce sexualmente dentro de los intestinos de los gatos domésticos y otros miembros de la familia Felidae, lo que provocó estudios controvertidos en gatitos.
Ahora, un equipo de investigación ha ideado una técnica que utiliza la edición de genes de Toxoplasma para empujar al parásito hacia el desarrollo sexual en células cultivadas en el laboratorio. El éxito arroja nueva luz sobre esta misteriosa fase del ciclo de vida del parásito: no se requieren felinos.
“Es un trabajo fantástico”, dice Alex Rosenberg, microbiólogo de la Universidad de Georgia, Atenas, que no participó en la investigación. “Anteriormente, no podíamos observar realmente esas etapas del parásito porque no son fácilmente accesibles. … Incluso si tienes un gato, no es tan fácil de estudiar”. La técnica in vitro, añade, “nos abre un nuevo campo”.
ToxoplasmaEl ciclo de vida de ‘s involucra tanto una fase asexual, que comprende las etapas que causan la enfermedad, como una fase sexual, en los intestinos felinos. Versiones asexuales de Toxoplasma son relativamente fáciles de cultivar en el laboratorio. Pero las formas sexuales no lo son, lo que significa que los científicos se han esforzado por obtener una imagen completa de cómo el parásito se multiplica y da lugar a las diferentes cepas que infectan a las personas en todo el mundo.
Los investigadores solían alimentar a los gatitos con carne cargada de Toxoplasma y recolectar las partículas de parásitos similares a esporas que se desprenden de las heces de los animales. Luego, esos gatos fueron sacrificados, a veces solo unas pocas semanas después, e incinerados para evitar la propagación de la infección.
La práctica ha planteado durante mucho tiempo preocupaciones éticas y ha generado críticas de los activistas del bienestar animal. En 2019, los más destacados de los Estados Unidos Toxoplasma laboratorio cerrar su trabajo después de ser presionado por infectar y sacrificar a docenas de gatos cada año. Muy pocos laboratorios todavía usan felinos, y se está buscando una mejor alternativa.
Un intento se produjo hace unos años por parte de un equipo dirigido por Laura Knoll en la Universidad de Wisconsin, Madison. Los investigadores trataron a los ratones con medicamentos y suplementos dietéticos para hacer que los intestinos de los animales se parecieran más a los de los felinos, y lograron impulsar Toxoplasma de su fase asexual a desarrollo sexual. Pero el enfoque era costoso y no muy práctico, dice Knoll. Su grupo todavía está ajustando la técnica.
En el nuevo estudio, publicado como una preimpresión en enero, Mohamed-Ali Hakimi y sus colegas de la Universidad de Grenoble Alpes intentaron un camino diferente. Sabían que poco después de infectar a un gato, asexual Toxoplasma comienza a producir células presexuales conocidas como merozoítos, que a su vez forman macro y microgametos, la versión parasitaria de los óvulos y los espermatozoides.
Ellos también sabían que Toxoplasma pasa de una etapa de la vida a otra activando y desactivando varios genes. Si los investigadores pudieran replicar estos cambios en el laboratorio, razonó Hakimi, podrían tomar un parásito asexual y forzarlo a formar un merozoíto, incluso fuera de un gato.
Usando la tecnología de edición de genes CRISPR en Toxoplasmalos investigadores comenzaron a deshabilitar sistemáticamente los genes de las proteínas conocidas como factores de transcripción AP2, que influyen en los genes actividad durante el parásito desarrollo. La desactivación simultánea de dos de esos factores, AP2XII-1 y AP2XI-2, tuvo justo el efecto que el equipo quería: hizo que el parásito desactivara los genes asociados con su fase asexual y activara los genes normalmente activos en los merozoítos.
“Los datos son simplemente hermosos”, dice Knoll. Ella elogia la cantidad de detalles moleculares en el estudio del equipo, destacando varios experimentos que los investigadores realizaron para mostrar cómo los factores de transcripción AP2 interactúan con otras proteínas y el ADN del parásito para regular la actividad de los genes. «Es una bioquímica muy agradable y precisa».
Lena Pernas, microbióloga del Instituto Max Planck de Biología del Envejecimiento, se encuentra entre las emocionadas por el avance. «Hay muchas preguntas de biología celular realmente geniales que podríamos abordar estudiando la etapa de vida del merozoito», dice, sin mencionar preguntas más amplias sobre Toxoplasma biología, como por qué los gatos son los principales huéspedes del parásito.
Por ahora, la técnica del equipo solo replica las etapas anteriores de ToxoplasmaEl desarrollo sexual. Los merozoítos hechos en laboratorio en el estudio no llegaron a producir micro y macrogametos maduros, lo que significa que no hubo sexo. “Falta algo que no pueden llevar más lejos”, señala Knoll.
Es posible que la formación adecuada de gametos solo ocurra en presencia de algún ingrediente específico de la tripa de gato, dice Hakimi. O tal vez los científicos podrían manipular factores de transcripción adicionales para desencadenar este paso, algo que su grupo está explorando ahora, agrega.
Tal investigación podría hacer algo más que salvar vidas de gatos. Hakimi, que ya ha realizado la edición genética del equipo. Toxoplasma cepas disponibles para otros grupos de investigación, dice un mejor conocimiento de Toxoplasma El desarrollo podría ayudar a los científicos a identificar medicamentos que detengan o aceleren las diferentes etapas del ciclo de vida del parásito, y quizás impidan que cause enfermedades.
Conseguir Toxoplasma reproducirse sexualmente en el laboratorio también abriría la puerta a los llamados experimentos de genética clásica, como el cruce de diferentes cepas de Toxoplasma. Estos podrían ayudar a los investigadores a identificar genes de virulencia y otros rasgos relacionados con enfermedades.. “Eso sería increíble”, dice Knoll. “Esto definitivamente nos está llevando un paso más allá”.
