Una vacuna contra el hongo quítrido mortal prepara el microbioma de la rana para una exposición futura

El microbioma de un ser humano o animal, la colección de microorganismos a menudo beneficiosos, incluso bacterias y hongos, que viven sobre o dentro de un organismo huésped, puede desempeñar un papel importante en la respuesta inmunitaria general del huésped, pero no está claro cómo impactan las vacunas contra los patógenos dañinos. el microbioma. Un nuevo estudio dirigido por investigadores de Penn State encontró que una nueva vacuna contra el hongo quitridio mortal en las ranas puede cambiar la composición del microbioma, haciendo que las ranas sean más resistentes a la exposición futura al hongo.

El estudio, publicado el 12 de junio en una edición especial de la revista Transacciones filosóficas de la Royal Society Bsugiere que la respuesta del microbioma podría ser una parte importante y pasada por alto de la eficacia de la vacuna.

«Los microorganismos que componen el microbioma de un animal a menudo pueden ayudar a defenderse de los patógenos, por ejemplo, produciendo sustancias beneficiosas o compitiendo contra los patógenos por el espacio o los nutrientes», dijo Gui Becker, profesor asociado de biología en Penn State y líder de la investigación. equipo. «Pero, ¿qué le sucede a su microbioma cuando recibe una vacuna, como una vacuna contra el COVID, una vacuna contra la gripe o una vacuna viva atenuada como la vacuna contra la fiebre amarilla? En este estudio, usamos ranas como sistema modelo para comenzar a explorar esta pregunta .»

Las ranas y otros anfibios están amenazados por el hongo quítrido, que ha llevado a la extinción de algunas especies y a la grave disminución de la población de cientos de otras en varios continentes. En especies susceptibles, el hongo causa una enfermedad de la piel a veces letal.

«El quitridio es uno de los peores, si no el peor, patógeno para la conservación de la vida silvestre en la historia reciente, y existe una necesidad crítica de desarrollar herramientas para controlar su propagación», dijo Becker, quien también es miembro del One Health Microbiome Center. y el Centro de Dinámica de Enfermedades Infecciosas de Penn State. «Descubrimos que, en algunos casos, las vacunas pueden inducir un cambio protector en el microbioma, lo que sugiere que la manipulación cuidadosa del microbioma podría usarse como parte de una estrategia más amplia para ayudar a los anfibios, y quizás a otros vertebrados, a lidiar con los patógenos emergentes».

Los investigadores aplicaron una vacuna, en este caso una dosis no letal de un producto metabólico creado por el hongo quitridio a los renacuajos. Después de cinco semanas, observaron cómo había cambiado la composición del microbioma, identificando especies individuales de bacterias y sus proporciones relativas. Los investigadores también cultivaron cada especie de bacteria en el laboratorio y probaron si los productos específicos de bacterias facilitaron, inhibieron o no tuvieron ningún efecto sobre el crecimiento de quitridio, agregando y comparando resultados con una gran base de datos de esta información.

«Al aumentar la concentración y la duración de la exposición a la profilaxis del producto quítrido, se modificó significativamente la composición del microbioma, de modo que hubo una mayor proporción de bacterias que producían sustancias antiquítridas», dijo Samantha Siomko, estudiante de maestría en el Laboratorio Becker de la Universidad. de Alabama en el momento de la investigación y primer autor del artículo. «Este cambio de protección sugiere que, si un animal fuera expuesto nuevamente al mismo hongo, su microbioma sería más capaz de combatir el patógeno».

Los intentos anteriores de inducir un cambio protector en el microbioma se han basado en agregar una o varias especies de bacterias conocidas por producir potentes metabolitos antifúngicos, es decir, probióticos. Sin embargo, según los investigadores, la bacteria debe competir con otras especies en el microbioma y no siempre logra establecerse como un miembro permanente del microbioma.

«Estas ranas tienen cientos de especies de bacterias en la piel que recogen de su entorno, y la composición cambia regularmente, incluso con la temporada», dijo Becker. «Intentar manipular la comunidad, por ejemplo agregando un probiótico bacteriano, es un desafío, porque la dinámica en la comunidad es muy compleja e impredecible. Nuestros resultados son prometedores porque esencialmente hemos manipulado a toda la comunidad bacteriana en una dirección que es más efectiva. contra la lucha contra el patógeno fúngico sin agregar un ser vivo que necesita competir por los recursos para sobrevivir».

En particular, la cantidad total de especies (la diversidad) dentro del microbioma no se vio afectada, solo la composición y las proporciones relativas de las especies. Los investigadores creen que esto es positivo, ya que la disminución de la diversidad del microbioma de la rana a menudo puede provocar enfermedades o la muerte, y en general se acepta que mantener un microbioma diverso permite que la comunidad de bacterias y especies de microbios responda a las amenazas de manera más dinámica y con mayor redundancia funcional.

Los investigadores sugieren que este cambio adaptativo en la composición del microbioma, al que llaman «memoria del microbioma», podría desempeñar un papel importante en la eficacia de la vacuna. Además de comprender los mecanismos detrás del cambio, el equipo de investigación espera estudiar la idea de la memoria del microbioma en ranas adultas y otras especies de vertebrados en el futuro.

«Nuestro equipo de colaboración implementó una técnica de profilaxis que se basó en un producto metabólico derivado del hongo quítrido», dijo Becker. «Es posible que las vacunas basadas en ARNm o células vivas, como las que se usan a menudo para proteger contra infecciones bacterianas o virales, puedan afectar el microbioma de manera diferente, y estamos entusiasmados de explorar esta posibilidad».

Además de Becker y Siomko, el equipo de investigación incluye a Teagan McMahon, quien desarrolló el método de profilaxis, en la Universidad de Connecticut; Sasha Greenspan, Wesley Neely y Stanislava Chtarbanova en la Universidad de Alabama; Douglas Woodhams de la Universidad de Massachusetts; y KM Barnett en la Universidad de Emory.