Describen la Evolución Molecular de Mycobacterium tuberculosis

• AUTOR : Arnold C
• TITULO ORIGINAL : Molecular Evolution of Mycobacterium tuberculosis
• CITA : Clinical Microbiology and Infection 13(2):120-128, Feb 2007
• MICRO : Las evoluciones específicas en diferentes elementos genéticos determinaron diferentes patrones de infección por Mycobacterium tuberculosis; de esta manera, el estudio de los marcadores del reloj molecular de esta micobacteria permite identificar sus tasas de variación.

Introducción

A pesar de que la tuberculosis (TB) es una enfermedad potencialmente curable desde hace más de 50 años, permanece como una de las enfermedades infecciosas que se asocian con mayor carga de morbimortalidad en todo el mundo. En la actualidad esta infección afecta a aproximadamente un tercio de la población mundial, en particular en los países en vías de desarrollo y entre los pacientes con infección por VIH o SIDA. La Organización Mundial de la Salud (OMS) señala que la TB causa 5 000 defunciones diarias y entre 2 a 3 millones de muertes anuales, la mayoría de ellas en países en vías de desarrollo. El método estándar para el estudio de la infección por Mycobacterium tuberculosis es el examen directo de las muestras de esputo para bacilos ácido-alcohol resistentes que puede realizarse en pocas horas y el cultivo. Al respecto, debido a que el cultivo del germen en medio sólido puede demorar varias semanas, e incluso meses, se han elaborado métodos de cultivo en medio líquido, que redujeron a 1 o 2 semanas el tiempo requerido para la confirmación del diagnóstico. La técnica más rápida para la detección de M. tuberculosis es la tinción de las muestras de esputo para bacilos ácido-alcohol resistentes. Sin embargo, la positividad de su resultado requiere una carga bacteriana de 10 000 células/ml, por lo que una importante proporción de pacientes con resultados negativos con este método han presentado luego resultados positivos en el cultivo. En la presente revisión, el autor describió algunas de las estrategias de variación genética empleadas por M. tuberculosis y el efecto de éstas sobre el reloj molecular de los marcadores genéticos frecuentemente analizados. Al respecto, el análisis del reloj molecular permite la investigación de la evolución molecular de la especie estudiada durante diferentes períodos.

Origen de M. tuberculosis

El M. tuberculosis forma parte de un complejo de micobacterias relacionadas y con crecimiento lento, que incluye además a Mycobacterium bovis, Mycobacterium africanum, Mycobacterium microti y Mycobacterium canettii. En general, la variación genética observada en M. tuberculosis es baja, lo cual parece indicar que la población total de éste es producto de una expansión clonal iniciada hace 15 000 a 35 000 años.

Principios generales de la evolución bacteriana

La evolución induce la formación de genomas de menor tamaño, dado que los cromosomas más pequeños pueden replicarse con mayor velocidad. Las especies bacterianas se modifican como respuesta al ambiente en el que se encuentran. Cuando las células de crecimiento encuentran una modificación en el ambiente circundante, ponen en marcha mecanismos compensatorios, como el aumento de los niveles de transcripción o de mutación. Sin embargo, la continua ausencia de una fuente exógena de energía determina que la célula aumente de manera inespecífica todas las mutaciones para producir un organismo mutante con capacidad de sobrevivir. La mutación resulta afectada por la acción de otras variables, como los agentes oxidantes y la actividad de las enzimas reparadoras del ADN. Al respecto, la acumulación de lesiones en el ADN de células sometidas a estrés puede determinar la saturación de los sistemas de reparación de éste, lo que a su vez produce un aumento de la tasa de mutaciones.

Estrategias para la generación de variación genética

Para identificar las diferentes cepas de M. tuberculosis se utiliza el análisis de variación genética o genotipificación. El estudio del reloj molecular permite evaluar la producción de cambios durante diferentes períodos. El análisis de un marcador de un reloj molecular rápido determinará si una infección constituye una reactivación de una infección antigua, mientras que el estudio de un marcador de un reloj molecular lento permitirá evaluar la evolución durante miles de años. Las estrategias de generación de variación genética pueden ser clasificadas dentro de 3 categorías: producción de pequeños cambios en la secuencia de nucleótidos del genoma, reorganización de segmentos de la secuencia genómica y adquisición de secuencias de ADN a partir de otros organismos. La primera se basa en funciones biológicas ya disponibles. Al respecto, las mutaciones silenciosas en el ADN son de gran utilidad en el estudio de la evolución, dado que se mantienen por varias generaciones y permiten la detección de microorganismos relacionados. La reorganización intragenómica puede producir nuevas combinaciones de capacidades disponibles a través de la fusión de diferentes dominios funcionales; esta estrategia también puede producir la deleción de segmentos de ADN. La adquisición de ADN a partir de otros organismos probablemente constituye la estrategia más frecuente por la cual se adquiere la capacidad para producir nuevas proteínas; si bien la transferencia horizontal es común entre las bacterias, este proceso sería infrecuente en el caso de M. tuberculosis.

Pequeños cambios locales en la secuencia de nucleótidos en M. tuberculosis

En los estudios de evolución de M. tuberculosis se han analizado polimorfismos de un solo nucleótido (SNP [single nucleotide polymorphisms]) de tipo sinónimo, aunque algunos investigadores también han estudiado SNP codificadores o no sinónimos. En un trabajo en el cual se comparó la totalidad del genoma de las cepas CDC1551 y H37Rv de M. tuberculosis se observó que aproximadamente el 85% de las sustituciones presentes en los 1 075 SNP se producían en las regiones codificadoras. Al mismo tiempo, se observó que la relación entre las sustituciones en SNP sinónimos y en SNP no sinónimos fue de 1.6.

Reorganización intragenómica

Los elementos móviles son comunes en los genomas de todas las plantas y animales y en las bacterias. En estas últimas, los elementos móviles son denominados secuencias de inserción, las cuales tienen la capacidad de integrarse dentro del genoma a través de un mecanismo de «cortar y pegar». Al respecto, se han observado diferentes patrones de M. tuberculosis sobre la base del número de copias y la localización de la huella del ADN IS6110. Estos patrones pueden ser muy diferentes entre cepas no relacionadas epidemiológicamente, pero los patrones de bandeo de las cepas aisladas de un mismo individuo son relativamente estables durante el transcurso de la enfermedad. La comparación genómica también ha mostrado la presencia de secuencias cortas repetidas denominadas MIRU (mycobacterial interspersed repeat units). La localización y la cantidad de repeticiones varían en las diferentes cepas de M. tuberculosis, y pueden ser analizadas a través de métodos basados en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La espoligotipificación es una técnica de hibridización inversa basada en la PCR, que permite detectar la presencia o ausencia de 43 secuencias cortas únicas o de repeticiones directas. Las regiones espaciadoras separan las secuencias únicas a través de secuencias idénticas, lo que permite el uso de la PCR. Los datos son útiles en el estudio de la evolución, dado que las secuencias compuestas por las repeticiones directas y las regiones espaciadoras sólo pueden perderse luego del movimiento del elemento IS6110. Por su parte, sobre la base de la presencia o ausencia de la deleción específica de M. tuberculosis (TbD1), las cepas de M. tuberculosis pueden ser clasificadas como «ancestrales» o «modernas». La presencia de esta deleción también se correlaciona con la observación de 2 copias de MIRU 24.

Las líneas de linaje pueden ser creadas a partir de la información evolutiva de los marcadores descritos. La determinación de la condición de ancestral o moderna de una cepa se realiza por la presencia de 2 copias de MIRU 24 y de TbD1. A continuación, la espoligotipificación permite refinar el mapa genético a lo largo del tiempo.

Entre los 121 aislamientos ancestrales analizados, se observaron 80 perfiles únicos de secuencias repetidas de 40 a 100 bp (unidades repetidas de número variable denominadas VNTR [variable number tandem repeat]), mientras que entre los 369 aislamientos representantes de 2 linajes modernos se constataron 180 perfiles únicos de VNTR. En general, las VNTR se calcularon a partir de una base de datos de 478 aislamientos microbiológicos de tipo ancestral y moderno, con información de 9 estudios. Se cree que la variación en las VNTR ocurre tanto a partir de incrementos en la cantidad de repeticiones como a través de la disminución de éstas. La pérdida de repeticiones parece ser más frecuente en las cepas modernas en comparación con las cepas ancestrales. Sobre la base del análisis del patrón de VNTR, se ha observado que el locus más variable en las cepas modernas parece ser el MIRU26. Sin embargo, en las cepas ancestrales, las cuales presentan un número bajo de copias de este locus, este último resulta estable.

Conclusiones

El análisis de los marcadores genéticos de M. tuberculosis muestra que cada una de las diferentes cepas presenta un ancestro determinado. Al respecto, señala el autor, el estudio de la desviación genética producida desde los ancestros permitirá conocer la evolución según marcadores individuales y el grado de convergencia entre las familias. El mayor conocimiento de los mecanismos moleculares de evolución de M. tuberculosis tendrá un efecto significativo en el campo de los estudios epidemiológicos a partir de la identificación molecular de los nuevos brotes.

Especialidad: Bibliografía - Infectología