Priones y encefalopatía espongiforme bovina

Priones y encefalopatía espongiforme bovina

INVESTIGACIÓN y CIENCIA, julio, 2001

Los tests actuales revelan si un animal sacrificado padecía la enfermedad de las vacas locas en un grado avanzado, pero distan mucho de poder asegurar que una pieza de carne adquirida en el comercio está exenta de peligro. En los nuevos tests basados en los mecanismos y en la velocidad de reproducción de los agentes causales de la encefalopatía espongiforme bovina y de otros priones infecciosos podría hallarse la solución

Manfred Eigen

Desde que apareció en Europa el primer caso de enfermedad de las vacas locas reina una gran inquietud entre la población. La encefalopatía espongiforme bovina (EEB) ocupa portadas de periódicos y revistas. La patología debe su nombre a la degeneración que en forma de esponja aparece en el sistema nervioso central en las vacas que sufren el estadio final de la enfermedad.

Por lo que sabemos. la EEB puede trasmitirse también a las personas y. después de un período de incubación de uno a varios años. provocar una nueva variedad de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. que termina en una demencia progresiva y en la muerte. (La genuina enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. conocida desde hace tiempo. sigue el mismo curso. pero no es contagiosa. Surge espontánea. sin intervención de factores externos. con una probabilidad sumamente escasa.)

¿Qué riesgo hay de infectarse? ¿Qué se puede comer sin peligro? ¿Hasta qué punto son seguros los tests utilizados para detectar la enfermedad? ¿Cuánto dura el período de incubación en las vacas y en las personas? Se trata de preguntas inquietantes a las que no podemos ofrecer respuestas definitivas y exactas. por una razón poderosa: nos faltan datos sobre la multiplicación del agente causal de .la enfermedad de las vacas .locas.. Desconocemos cómo se originan los síntomas característicos. Para entender el mecanismo de infección de la EEB y sus efectos resulta indispensable poner en claro la cinética de los procesos moleculares subyacentes. Sólo así podremos encontrar medidas eficaces para paliar la epidemia.

En un artículo que publiqué en 1996 analizaba las distintas hipótesis sobre la multiplicación del agente causal de la EEB y de otros "priones" para determinar su relación con el curso clínico y los conocimientos adquiridos sobre la difusión de la epidemia. Los nuevos hallazgos confirman las conclusiones a que llegaba en dicho ,trabajo. Entretanto, basándose en aquellas conclusiones, se ha desarrollado un modelo molecular que ha servido de fundamento para un nuevo test de detección de agentes infecciosos; la prueba permite demostrar la presencia de priones de la EEB en unas concentraciones de diez a cien veces inferiores alas que se necesitan con los métodos estándar actuales. Se podrá así diagnosticar la enfermedad de las vacas locas en una fase precoz. En cualquier caso, seguirá necesitándose un test mucho más sensible para poder asegurar que una de- terminada pieza de carne de ternera se puede con- sumir sin peligro, es decir, para garantizar que contiene menos priones peligrosos de los requeridos para transmitir la enfermedad.

¿ Qué es un prion ?

A Stanley Prusiner., de 1a Universidad de California en San Francisco, le corresponde el mérito, galardonado con el Nobel de química en 1997, de haber demostrado que una proteína era el agente infeccioso de la EEB y enfermedades afines. Comprobó la presencia en todos los organismos sanos de una proteína con una secuencia de aminoácidos siempre idéntica cuya función era hasta entonces desconocida. La llamó prion. Hoy se habla de proteína priónica (PrP) y se especifica su forma celular normal con el sufijo "c" (inicial de 'célula'); en cambio, el sufijo "sc" designa la variante patológica infecciosa. Deriva el sufijo "sc" de la enfermedad epidémica mortal conocida desde hace tiempo en las ovejas con el nombre de scrapie; en ésta, ya principios de los años ochenta, Prusiner centró sus investigaciones, cuando todavía se desconocía la EEB. La PrPc difiere de la PrPsc sólo en su estructura espacial, esto es, en el plegamiento de la cadena de aminoácidos.

Una molécula de PrPSC sola no es infecciosa. La "unidad infecciosa", es decir, la cantidad mínima de moléculas que puede desencadenar la infección, comprende al menos 100.000 moléculas de PrPSC. Ha que- dado ello demostrado en experimentos en los que se inyectaron diferentes cantidades de PrPSC en anima- les. observando luego cuántos de cada grupo del ensayo enfermaban al cabo de determinado tiempo.

Una de las demostraciones más convincentes a favor de la hipótesis de Prusiner sobre la instauración de las enfermedades por priones la aportaron Charles Weissmann y su equipo, de la Universidad de Zurich. Revelaron que en ratones a los que se les había eliminado el gen PrP. impidiendo en consecuencia la síntesis de la proteína Prpc. no producía ningún efecto la infección con PrPSC .

La demostración cuantitativa de que. de acuerdo con la hipótesis de Prusiner. los priones no contienen material hereditario en forma de ácidos nucleicos fue lograda por Detlev Riesner. de la Universidad de Düsseldorf. A través de mediciones fisicoquímicas extraordinariamente sensibles excluyó la presencia de ARN o de ADN en los agentes causales de enfermedades como la EEB. Basándose en los límites de detección que presenta el método de Riesner puede excluirse que las unidades infecciosas de Prpsc tengan más de una molécula de ácido nucleico de una longitud máxima de 100 nucleótidos; esto es en todo caso insuficiente para codificar la proteína priónica.

Lo anterior nos lleva a una afirmación importante: la EEB y otras enfermedades por priones son "infecciosas" en el sentido de que su agente causal se reproduce exponencialmente. Hasta ahora todas las enfermedades infecciosas se atribuían a agentes "re- producibles", en cuya base se halla la duplicación del sustrato hereditario, representado por ARN o ADN. No es el caso en los priones. Sin embargo, tal des- cubrimiento no echa por tierra los conocimientos de la virología y la bacteriología. Lo único que de- muestra es que hay sistemas constituidos exclusiva- mente por proteínas que "simulan" el comportamiento de replicación típico de los ácidos nucleicos.

A Kurt Wüthrich, del Instituto Politécnico Federal de Zurich, le debemos otro avance en la investigación. Mediante el recurso a la resonancia: magnética nuclear (RMN) él y su grupo determinaron la estructura de los priones normales. Estos contendrían un dominio "globular", donde las cadenas de aminoácidos presentan tres estructuras en tirabuzón (helicoidales) unidas. El dominio, como el resto de la molécula, puede ser "digerido" por una proteasa, lo que no es posible para el segmento análogo de la Prpsc. La razón de tal diferencia reside, con probabilidad, en que la variedad patológica presenta menos hélices y más "hojas beta"; en éstas la cadena de aminoácidos conforma un entrelazado parecido a una lámina ondulada. Aquí las enzimas sólo pueden disociar la extremidad abierta de la cadena.

En semejante comportamiento dispar de los Prpc y de los Prpsc se fundan los tests hoy utilizados para la detección de la EEB. Kurt Wüthrich ha examinado las diferencias estructurales del dominio globular en priones de diversas especies y encontrado ahí la clave para explicar la posible transmisión de la enfermedad. Se ha observado, por ejemplo, que las proteínas priónicas de la vaca y del hombre presentan estructuras muy similares, indicio de una discreta probabilidad de que la epidemia pase de una especie a la otra.

Stanley Prusiner propuso también un mecanismo .., para la transformación de la PrPC en PrPSC. A tenor del mismo, una molécula de Prpsc se enlazaría con otra de PrPC y le haría adoptar la forma patológica. Dicho mecanismo correspondería ala autocatálisis directa de una transformación estructural. El agente patógeno actuaría favoreciendo la conversión de la forma inocua en la maligna, procurándose de ese modo su propia reproducción.

Peter Lansbury, del Brigham and Women's Hospital de Boston, propone, por el contrario, un mecanismo de amplificación de las cadenas en torno a un "germen" de crecimiento. Según Lansbury, la multiplicación de la Prpsc patológica se asemejaría aun proceso de polimerización, similar a la producción de sustancias sintéticas lineales como el polietileno:

1. ESTRUCTURA DE LA PROTEINA PRIONICA NORMAL. La proteína priónica normal de la vaca (PrPC) está "plegada" de forma complicada entre los aminoácidos números 121 y 230 mientras que .el resto de la molécula (aminoácidos números 23 a 121) forman una cadena libremente fluctuante. La zona plegada contiene tres hélices a enroscadas en forma de sacacorchos (en verde) y una pequeña hoja plegable ~ (en azul). Al transformarse en la forma patógena Prpsc esta parte de la molécula adopta una estructura espacial diferente.

una cadena de unidades de Prpsc en fila crece con

la incorporación, una tras otra, de moléculas de Prpc que van transformándose en la variante patológica. Presuponer la constitución de un germen para el crecimiento de la cadena significa que deba alcanzar una longitud crítica antes de que la incorporación de nuevas unidades se desarrolle a mayor velocidad que la pérdida de las viejas por separación. Con este modelo Lansbury pretende encontrar explicación a dos hechos: que las Prpsc adopten en el cerebro de las víctimas la forma de bastoncitos y que la "unidad

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