Descubren una inusual estructura en músculo de un parásito infeccioso

IVIC/DICYT Todos los animales tienen músculos, es decir, conglomerados de fibras que permiten el movimiento corporal. Algunos poseen estrías dispuestas en un orden fijo (músculo estriado); otros, en cambio, carecen de un patrón regular sin un orden aparente (músculo liso). Por primera vez, científicos han demostrado que clasificar a los músculos como se ha hecho por muchos años, solo por su apariencia, es inapropiado, ya que pueden estar compuestos por elementos similares aunque al microscopio se vean lisos o estriados.

De acuerdo con un estudio publicado en la revista multidisciplinaria ‘PNAS’ -editada por la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos- el parásito Schistosoma mansoni, causante de la esquistosomiasis intestinal en seres humanos, posee características de ambos tipos de músculo; por lo tanto, es un híbrido.

“Hasta esta investigación se pensaba que había filamentos exclusivos para cada músculo; es decir, que el paradigma actual sobre cómo se constituyen y evolucionan los músculos es incorrecto. En invertebrados, los mismos componentes pueden formar músculos lisos y estriados”, explicó la investigadora del Centro de Biología Estructural (CBE) del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (Ivic) y autora principal del artículo, Guidenn Sulbarán.

La esquistosomiasis intestinal se produce tras el contacto con aguas contaminadas por las formas infectantes del parásito. Estas viven y se reproducen en caracoles de agua dulce, de donde emergen y pueden penetrar la piel de un mamífero, que puede ser el hombre.

S. mansoni alcanza la adultez en los vasos sanguíneos, donde las hembras depositan sus huevos. Aunque muchos son expulsados por las heces, otros sobreviven y regresan al hígado, donde mueren y dañan el tejido produciendo la enfermedad hepática. Esta especie es endémica de África, Oriente Medio, El Caribe, Brasil, Surinam y Venezuela, específicamente en la zona centro-occidental del país.

Buscando pistas

Según el artículo, hay indicios de que el medicamento usado para tratar la enfermedad (praziquantel) puede actuar sobre los filamentos de miosina de los músculos parasitarios.

También se cree que otras proteínas musculares como la paramiosina y ciertas regiones de la actina, son potencialmente útiles para el desarrollo de una vacuna o quimioterapia.

“A raíz de esos reportes, decidimos indagar cuál era el blanco de acción de la droga pero desde la perspectiva molecular y para ello debíamos primero estudiar la estructura del músculo. Nos sorprendió enormemente lo que hallamos”, informó Sulbarán.

Por microscopía electrónica se concluyó que la forma como se organizaban los filamentos de la musculatura corporal del parásito adulto -macho y hembra- era claramente de tipo liso.

Sin embargo, un análisis más profundo de su estructura a nivel molecular evidenció algo completamente inesperado. Los filamentos gruesos de miosina aislados del músculo liso de S. mansoni eran idénticos a los filamentos gruesos de miosina de tarántula, un invertebrado con músculo de tipo estriado.

¿Por qué comparar el parásito con ese artrópodo quelicerado? Porque el modelo cuasi-atómico del filamento grueso de miosina de tarántula, publicado en 2005 por la revista Nature -producto de un trabajo conjunto entre la Escuela de Medicina de la Universidad de Massachusetts y el Laboratorio de Estructura Supramolecular del CBE del Ivic- es el prototipo de la estructura de las cabezas de miosina de mayor resolución y ampliamente aceptado en el ámbito internacional.

Para entender esa rara estructura muscular a nivel molecular, se realizó una reconstrucción tridimensional. Las reconstrucciones 3D solo pueden efectuarse en los filamentos gruesos que tienen ese orden definido en los músculos estriados. “S. mansoni es el primer caso donde se comprueba que este tipo de filamentos gruesos bipolares, caracterizados por cabezas interactuantes de miosina, también existe en músculos lisos”, dijo.

Debido al diminuto tamaño del parásito, se usaron aproximadamente 6.000 microorganismos obtenidos de unos 20 hámsters dorados infectados.

Las muestras fueron suministradas por la Unidad de Trematodiasis del Ivic, tratándose de una cepa endémica de Venezuela tomada de un paciente diagnosticado con esquistosomiasis intestinal en la década del setenta.

Implicaciones

Otra manera de demostrar la hibridez muscular del parásito fue analizando la regulación de la contracción. El ensayo de motilidad in vitro determinó que el proceso de activación del músculo (estiramiento o relajación) es regulada por los filamentos gruesos y no por los filamentos delgados, lo cual es típico de la musculatura lisa.

“Nuestro estudio -señalan los expertos- muestra que en el esquistosoma (y posiblemente otros platelmintos) la naturaleza toma un enfoque híbrido para construir un músculo”. Como ejemplos, citaron la presencia de secuencias de miosina tipo estriadas en los músculos lisos de otros invertebrados, como la planaria D. japonica y la anémona marina N. vectensis.

El descubrimiento del Ivic tiene repercusiones en dos aspectos importantes. Por una parte, en el conocimiento de la fisiología del músculo en general, porque sabiendo cómo funciona en condiciones normales (sujetos sanos) es posible comprender su comportamiento cuando aparece un daño (patología).

“Por otra parte, en el entendimiento de la fisiología de S. mansoni, porque si conocemos cómo se da la contracción podemos dirigir nuestra atención a atacar el músculo del parásito como blanco de acción terapéutico”, dijo Sulbarán.

Hasta ahora, no se ha descubierto el blanco de acción del praziquantel. No obstante, se sabe que causa la hipercontracción del músculo, por lo que el parásito sufre un espasmo y finalmente muere.

Además de S. mansoni, otros parásitos son susceptibles al medicamento, entre los cuales figura Clonorchis sinensis, que afecta también a humanos, perros y gatos, “por lo que el hallazgo no solamente tendría interés médico sino veterinario”, expresó.

En el artículo publicado por la revista PNAS igualmente colaboraron los profesionales asociados a la investigación del Ivic Lorenzo Alamo, biólogo egresado de la Universidad Central de Venezuela (UCV); Antonio Pinto, ingeniero electrónico titulado en la Universidad de Boston de los Estados Unidos; Gustavo Márquez, doctorado en Fisiología y Biofísica en el Ivic; y Franklin Méndez, ingeniero químico del Instituto Universitario de Tecnología “Dr. Federico Rivero Palacio”.

Con ellos participaron Raúl Padrón, investigador titular emérito del Ivic y fundador del actual Centro de Biología Estructural “Humberto Fernández-Morán”; y Roger Craig, profesor de la Universidad de Massachusetts de los Estados Unidos. Padrón y Craig -junto con Lorenzo Álamo- fueron los responsables de elaborar el modelo cuasi-atómico del filamento grueso de miosina de tarántula, hoy en día de referencia mundial en la materia.