14.5C: Regulación de la virulencia

La regulación de virulencia es una combinación de los rasgos específicos del patógeno y las presiones evolutivas que conducen a rasgos virulentos.

Objetivos de aprendizaje

• Comparar y contrastar las hipótesis que explican por qué un patógeno evoluciona como lo hace: Trade-Off, Evolución Miope y Evolución Coincidental Hipótesis

Puntos Clave

• La virulencia es el grado de patogenicidad dentro de un grupo o especie de parásitos como lo indican las tasas de letalidad y/o la capacidad del organismo para invadir los tejidos del huésped.
• La capacidad de un microorganismo para causar enfermedad se describe en términos del número de bacterias infectantes, la vía de entrada al cuerpo, los efectos de los mecanismos de defensa del huésped y las características intrínsecas del microorganismo llamadas factores de virulencia.
• La virulencia óptima aumenta con la transmisión horizontal (entre no parientes) y disminuye con la transmisión vertical (de padres a hijos).
• La población de patógenos puede evolucionar una vez que está en el hospedador.
• Las tres hipótesis principales sobre por qué un patógeno evoluciona como lo hace son la Hipótesis de Trade-Off, la Hipótesis de Evolución Miope y la Hipótesis de Evolución Coincidental.

Términos Clave

• virulencia: El grado de patogenicidad dentro de un grupo o especie de parásitos como lo indican las tasas de letalidad y/o la capacidad del organismo para invadir los tejidos del huésped y está determinado por factores de virulencia.

La virulencia es el grado de patogenicidad dentro de un grupo o especie de parásitos como lo indican las tasas de letalidad y/o la capacidad del organismo para invadir los tejidos del huésped. La patogenicidad de un organismo —su capacidad de causar enfermedades— está determinada por sus factores de virulencia. En un contexto ecológico, la virulencia puede definirse como la pérdida de condición física inducida por el parásito del huésped. La virulencia se puede entender en términos de causas próximas, aquellos rasgos específicos del patógeno que ayudan a enfermar al huésped, y las causas últimas, las presiones evolutivas que conducen a rasgos virulentos que ocurren en una cepa patógena.

La capacidad de un microorganismo para causar enfermedad se describe en términos del número de bacterias infectantes, la vía de entrada al cuerpo, los efectos de los mecanismos de defensa del huésped y las características intrínsecas del microorganismo llamadas factores de virulencia. La patogénesis mediada por el huésped es a menudo importante porque el huésped puede responder agresivamente a la infección con el resultado de que los mecanismos de defensa del huésped dañan los tejidos del huésped mientras se contrarresta la infección.

Según la medicina evolutiva, la virulencia óptima aumenta con la transmisión horizontal (entre no parientes) y disminuye con la transmisión vertical (de padres a hijos). Esto se debe a que la aptitud del huésped está ligada a la aptitud en la transmisión vertical pero no está tan ligada en la transmisión horizontal. La población de patógenos puede evolucionar una vez que está en el huésped. Hay tres hipótesis principales sobre por qué un patógeno evoluciona como lo hace. Estos tres modelos ayudan a explicar las estrategias de historia de vida de los parásitos, incluyendo reproducción, migración dentro del huésped, virulencia, etc.

Figura: Cultivo de Tuberculosis: La bacteria Mycobacterium tuberculosis puede evolucionar para subvertir la protección que ofrecen las defensas inmunitarias. Este primer plano revela la morfología colonial de este organismo. Cabe destacar la superficie rugosa incolora, las cuales son características morfológicas típicas observadas en el crecimiento colonial de Mycobacterium tuberculosis. El examen macroscópico de los patrones de crecimiento colonial sigue siendo una de las formas en que a menudo se identifican los microorganismos.

1. La hipótesis de compensación sostiene que los patógenos tienden a evolucionar hacia una virulencia cada vez menor porque la muerte del huésped (o incluso una discapacidad grave) es en última instancia dañina para el patógeno que vive en su interior. Por ejemplo, si el hospedador muere, la población de patógenos en su interior puede morir por completo. Por lo tanto, se creía que los patógenos menos virulentos que permitieran al huésped moverse e interactuar con otros hospedadores deberían tener mayor éxito reproduciéndose y dispersándose. Pero este no es necesariamente el caso. Las cepas patógenas que matan al huésped pueden aumentar en frecuencia siempre y cuando el patógeno pueda transmitirse a un nuevo huésped, ya sea antes o después de que el hospedador muera. La evolución de la virulencia en patógenos es un equilibrio entre los costos y beneficios de la virulencia para el patógeno.
2. La hipótesis de la evolución miope sugiere que los rasgos que incrementan la tasa de reproducción y transmisión a un nuevo hospedador aumentarán a alta frecuencia dentro de la población de patógenos. Estos rasgos incluyen la capacidad de reproducirse antes, reproducirse más rápido, reproducirse en mayor número, vivir más tiempo, sobrevivir contra los anticuerpos, o sobrevivir en partes del cuerpo en las que normalmente el patógeno no se infiltra. Estos rasgos suelen surgir debido a mutaciones, que ocurren con mayor frecuencia en poblaciones de patógenos que en poblaciones hospedadoras, debido al rápido tiempo de generación de los patógenos y su inmenso número. Después de sólo unas pocas generaciones, las mutaciones que potencian la rápida reproducción o dispersión aumentarán en frecuencia. Las mismas mutaciones que potencian la reproducción y dispersión del patógeno también potencian su virulencia en el huésped, causando mucho daño (enfermedad y muerte). Si la virulencia del patógeno mata al huésped e interfiere con su propia transmisión a un nuevo hospedador, se seleccionará la virulencia contra. Pero mientras la transmisión continúe a pesar de la virulencia, los patógenos virulentos tendrán la ventaja.
3. La hipótesis de evolución coincidente sostiene que algunas formas de virulencia patógena no co-evolucionaron con el hospedador. Por ejemplo, el tétanos es causado por la bacteria del suelo Clostridium tetani. Después de que la bacteria C. tetani ingresa a una herida humana, la bacteria puede crecer y dividirse rápidamente, aunque el cuerpo humano no sea su hábitat normal. Mientras se divide, C. tetani produce una neurotoxina que es letal para los humanos. Pero es la selección en el ciclo de vida normal de la bacteria en el suelo lo que la lleva a producir esta toxina, no ninguna evolución con un hospedador humano. La bacteria se encuentra dentro de un ser humano en lugar de en el suelo por mera casualidad. Podemos decir que la neurotoxina no está dirigida al huésped humano.