Finalmente identificado el culpable de una misteriosa epidemia de supergusanos

IEn marzo de 2022, Judit Penzesvirólogo de la Universidad de Rutgers, fue contactado por un granjero de Utah que estaba preocupado por las muertes a gran escala que se estaban produciendo en sus poblaciones de supergusanos. Supergusanos, las larvas del Zofobas morio escarabajo, son un fuente de alimento rico en proteínas para reptiles, aves y anfibios en cautiverio, y frente a una población mundial en crecimiento, una posible fuente alternativa de proteínas para los humanos.¹ ellos también comer poliestirenoofreciendo una solución innovadora al cada vez más grave problema de los residuos plásticos de la humanidad.² Pero durante los últimos años, estas pequeñas pero poderosas larvas se han visto amenazadas por una enfermedad mortal que se extiende por todo el país.

Los supergusanos del frustrado granjero, alguna vez sanos, mostraban movimientos angustiados e incontrolables y ennegrecimiento seguido de rigidez, licuefacción y muerte. No fue el único que había observado estas extrañas muertes: durante años, las instalaciones de cría de insectos en todo Estados Unidos habían estado luchando por determinar la causa de este apocalipsis de supergusanos. “Me metí en la madriguera del conejo para tratar de descubrir qué está pasando”, dijo Pénzes, quien comenzó a explorar foros de insectos y publicaciones en las redes sociales sobre el tema que se remontan a 2019. La gente menciona humedad, temperatura e incluso un hongo en el La comida de los supergusanos como un posible culpable, pero Pénzes tenía otro agente en mente. “Nadie pensó realmente que fuera un virus, lo cual era extraño en ese momento porque para mí, que había visto varias infecciones virales en insectos de granja, esa fue mi primera suposición”, recordó.

Ahora, con la ayuda de la microscopía electrónica criogénica (crio-EM), Pénzes y sus colegas identificaron la causa de la actual pandemia agrícola: un parvovirus al que denominaron Z. morio virus debilitante negro (ZmBWV).³ Al caracterizar el virus, los investigadores identificaron un enfoque profiláctico para proteger las poblaciones de supergusanos. Publicaron sus hallazgos en Celúla.

“Aparte de la interesante historia de detectives que era, también había mucha biología estructural muy emocionante allí”, dijo Joost Snijdervirólogo estructural de la Universidad de Utrecht que no participó en el estudio.

Los virus transmitidos por insectos que afectan a los humanos, como el dengue, son el foco de mucha investigación, pero a lo largo de los años, Pénzes se ha establecido como una experta en los virus menos conocidos que dañan principalmente a los propios insectos. Antes de incorporarse a virólogo Jason KaelberEn el equipo de la Universidad de Rutgers, trabajó como investigadora postdoctoral en un laboratorio de diagnóstico de insectos en el Centro de Investigación de Biotecnología de Salud Armand-Frappier. “Cuando las granjas de insectos tenían problemas porque sus insectos morían por razones inexplicables, se comunicaban con nosotros y nos enviaban muestras”, dijo Pénzes. “Este granjero obtuvo mi información de que soy la persona a quien contactar si tienes un problema de insectos”. Ella accedió a mirar los supergusanos del granjero. “Una semana después, encontramos alrededor de cuatro libras de larvas de supergusanos muy muertas, supurantes y apestosas en nuestra sala de correo”, dijo Pénzes.

Aunque tenía el presentimiento de que un virus podría ser el culpable de las mortandades masivas, no sabía por dónde empezar. “Los virus de los escarabajos están muy poco investigados”, afirmó Pénzes. Entonces, trituró los gusanos muertos y pasó la suspensión de supergusanos a través de un cojín de sacarosa, un gradiente de densidad que separa el contenido líquido. Apiladas en los peldaños más bajos del gradiente estaban sus primeras pistas: evidencia de cápsides virales.

“Una semana después, estas muestras ya estaban en nuestro microscopio crioelectrónico, y fue entonces cuando vislumbramos por primera vez cómo se ve realmente este virus y qué tipo de virus puede ser”, dijo Pénzes.

Utilizando crio-EM, los investigadores capturaron una estructura tridimensional de resolución casi atómica de la proteína de la cápside de ZmBWV y el contenido de su genoma. Después de consultar en el Banco de Datos de Proteínas proteínas conocidas con estructuras similares, quedó claro que estaban buscando un virus perteneciente a la Densovirinae subfamilia de la Parvoviridae.

“Para inferir a nivel de género qué tipo de patógeno estás observando, es muy impresionante obtenerlo sólo a partir de los mapas EM”, dijo Snijder.

Pénzes y su equipo adoptaron un enfoque algo inusual al utilizar crio-EM como herramienta de diagnóstico principal; basado en secuenciación Las técnicas siguen siendo el enfoque más común para detectar patógenos.⁴ Aunque la infraestructura crio-EM es más difícil de conseguir y plantea limitaciones técnicas, Pénzes señaló que la EM puede ayudar a los científicos a identificar rápidamente un virus a nivel de género y, a diferencia de la metagenómica, no depende de bases de datos de referencia restringidas a secuencias conocidas. “Es realmente genial que puedas llegar tan lejos de los mapas crio-EM, y para un experto en EM como Jason, eso era lo primero que debía hacer, aunque creo que en la mayoría de los laboratorios de virología, laboratorios epidemiológicos y la mayoría de las instituciones de salud pública. La secuenciación de próxima generación seguirá siendo, durante mucho tiempo, la herramienta de referencia”, afirmó Snijder.

Para asegurarse de identificar correctamente al culpable de la epidemia, los investigadores recolectaron muestras adicionales de otros criadores de supergusanos y tiendas de mascotas locales. “Cada vez que iba a una tienda de mascotas, abría los contenedores de supergusanos para ver si tenían alguno infectado”, dijo Pénzes. Las larvas de supergusanos sintomáticas de estos sitios dieron positivo en una prueba de diagnóstico de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) que desarrollaron para ZmBWV. Además, las larvas sanas que infectaron con el virus recién identificado desarrollaron la enfermedad mortal.

Cuando Pénzes visitó una granja de supergusanos, notó que un puñado de gusanos de la harina del criador (una especie estrechamente relacionada de escarabajo oscuro) había muerto de una manera que parecía sospechosamente similar a los supergusanos afectados por virus. Un curioso Pénzes regresó al laboratorio con una muestra de gusanos de la harina asintomáticos y les hizo pruebas para detectar el virus. “Para mi gran sorpresa, encontré el virus con el mismo rendimiento que el que encontramos en los cadáveres ennegrecidos de los supergusanos”, dijo Pénzes. Sin embargo, a diferencia de los supergusanos, los gusanos de la harina experimentaron una tasa de mortalidad mucho menor, lo que sugiere susceptibilidades específicas de cada especie al mismo virus. Experimentos adicionales revelaron la presencia de virus similares al ZmBWV, lo que dejó a Pénzes preguntándose si los gusanos de la harina también albergaban variantes no patógenas.

Pénzes aisló y purificó las variantes virales identificadas en los gusanos de la harina y las introdujo en supergusanos sanos. “Los supergusanos tampoco enfermaron, por lo que quedó claro que encontramos la variante no virulenta”, dijo. Además, las larvas de supergusanos tratadas con una cepa no virulenta quedaron protegidas de la exposición posterior a la variante patógena, lo que destaca un posible enfoque profiláctico para prevenir el desarrollo de enfermedades inducidas por el ZmBWV.

Pénzes y su equipo están desarrollando actualmente una estrategia de vacunación para administrar cepas no virulentas de ZmBWV a las larvas de escarabajo. Como muchas vacunas humanas, su enfoque profiláctico no necesariamente evitaría la infección, pero reduciría la mortalidad, mejorando no sólo la vida de los supergusanos, sino también la de los agricultores.

Divulgación de conflictos de intereses: Judit Pénzes y sus colegas han presentado una patente preliminar para desarrollar cepas no virulentas del ZmBWV en una vacuna para supergusanos.