PAGLas infecciones arasíticas plantean desafíos para la creación de terapias efectivas porque estos microorganismos son eucariotas, como los humanos y los animales que infectan. Además, especies como Toxoplasma gondii viven dentro de las células, lo que dificulta su estudio y aumenta los problemas de desarrollo de tratamientos.
«Con el fin de [discover] mejores objetivos, necesitamos explorar en detalle los cambios que este parásito está induciendo en las células huésped”, dijo Gina Gallego Lópezinvestigador postdoctoral y parasitólogo del Instituto Morgridge de Investigación y la Universidad de Wisconsin-Madison. Muchos de los aminoácidos y lípidos que T. gondii requiere para su supervivencia son productos del metabolismo del huésped, por lo tanto, comprender cómo manipula el parásito rutas metabólicas del huésped puede sugerir nuevas estrategias para derrotar a este invasor.1
Recientemente, Gallego-López y sus colegas desarrollaron un nuevo enfoque para estudiar infecciones intracelulares en el que aplicaron microscopía de dos fotones para detectar de forma no invasiva medir los cambios metabólicos en T. gondii-células infectadas.2 Esta investigación, publicada en mbio, demostró que T. gondii actividad metabólica alterada en fibroblastos humanos, arrojando luz sobre el recableado metabólico inducido por parásitos.
«Es realmente difícil separar el metabolismo de la célula huésped del metabolismo del parásito», dijo Laura Knollparasitólogo de la Universidad de Wisconsin-Madison y coautor del estudio. Para superar esto, el equipo utilizó T. gondii que expresaba el fluoróforo rojo mCherry para rastrear la ubicación de los parásitos. Luego, aprovecharon la fluorescencia natural de los metabolitos de la respiración celular para monitorear los cambios en la cantidad de estos productos durante la infección.
El equipo comenzó sus estudios con una cepa menos virulenta de T. gondii que proliferaron más lentamente lo que les permitió estudiar los cambios en el metabolismo a lo largo del tiempo. Obtuvieron conocimientos sobre el metabolismo celular midiendo la nicotinamida adenina dinucleótido y el nicotinamida adenina dinucleótido fosfato, llamados juntos NAD(P)H, dos metabolitos que aceptan o donan electrones durante la respiración celular. Por tanto, los cambios en la proporción de NAD(P)H unido a proteínas frente a la enzima libre sirvieron como un indicador fiable del metabolismo celular. Ellos observaron que T. gondii la infección aumentó la proporción de enzimas unidas y creó un ambiente intracelular más oxidado, lo cual indica un aumento del metabolismo.
Utilizando microscopía de dos fotones, el equipo rastreó la cantidad de NAD(P)H en las células huésped durante el curso de la infección capturando la autofluorescencia de los metabolitos. La concentración de NAD(P)H se infiere por el gradiente de color, siendo el azul menos metabolito y el rojo más.
Gina Gallego López
“No teníamos idea de los cambios redox inducidos por Toxoplasma gondii en el anfitrión”, dijo Gallego-López. «Esta es la primera vez que alguien pudo medir eso en células vivas».
Para explorar más a fondo los efectos metabólicos de T. gondii infección, el equipo estudió los cambios en la concentración de glucosa y lactato. Demostraron que la glucosa aumentaba gradualmente en las primeras nueve horas después de la infección y luego disminuía durante las 48 horas restantes. Mientras tanto, la concentración de lactato celular comenzó a disminuir después de seis horas de infección. Esto se correspondió con un aumento de la glucólisis al comienzo de la infección y luego una disminución de la glucólisis después de 24 horas, en paralelo con una mayor oxidación intracelular, lo que sugiere que el parásito altera el metabolismo de la glucosa para su crecimiento.
El equipo comparó estos hallazgos con sus resultados anteriores. Resultados de la secuenciación de ARN..3 Descubrieron que el aumento de la expresión genética que habían observado previamente en las células huésped correspondía a enzimas implicadas en la respiración celular. Además, observaron una mayor expresión de enzimas metabolizadoras de especies reactivas de oxígeno en T. gondii así como otras enzimas metabólicamente importantes.
El presente estudio y su concordancia con los datos de expresión genética anteriores del equipo indican que T. gondii Altera el metabolismo celular. El equipo de Knoll sospecha que esto podría proporcionar pistas sobre estrategias terapéuticas viables. El grupo demostró previamente que un candidato a fármaco contra el cáncer reducido T. gondii crecimiento en las células.4 “El cáncer está replicando rápidamente células eucariotas que evitan la respuesta inmune, y eso es lo que [intracellular parasites] también lo son”, dijo Knoll. “Por lo tanto, deberíamos repensar los medicamentos que ya tenemos, y algunos de ellos podrían ser medicamentos muy útiles. [against T. gondii].”
Zhicheng Douun genetista molecular que estudia T. gondii en la Universidad de Clemson y no participó en el estudio, dijo que el trabajo era interesante y que la técnica de imágenes sería útil en el campo una vez que los laboratorios más la aplicaran y demostraran su validez en más modelos. También está interesado en una mayor exploración de los mecanismos detrás del metabolismo alterado.
«Esto es algo que probablemente deberíamos entender en el futuro», dijo Dou, añadiendo que el campo puede explorar de dónde vienen estos cambios. «Las células huésped pueden cambiar su metabolismo para resistir la infección».