Mosquitos modificados genéticamente para combatir la propagación de enfermedades

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Los mosquitos son uno de los organismos más versátiles que existen y se han vuelto un verdadero problema para la salud pública debido a la transmisión de distintas enfermedades. Actualmente la dificultad del control poblacional de los mosquitos es el  resultado de su alta adaptabilidad; su elevada capacidad reproductiva e incremento en su distribución geográfica ha provocado la búsqueda de alternativas de control que superen las deficiencias de los métodos tradicionales como el uso de insecticidas. Los investigadores han recurrido a diversas estrategias que van desde esterilizar a los mosquitos macho hasta modificar a los microorganismos que habitan en su intestino con el fin de mermar la población.

A finales del  siglo XIX por primera vez asocia la picadura de mosquitos con la transmisión de patógenos que causan enfermedades en seres humanos y otros animales. Estos mosquitos son vectores, es decir únicamente sirven para transmitir el microorganismo patógeno que causa la enfermedad [1].

Existen tres tipos de géneros de mosquitos que transmiten enfermedades: Anopheles, Aedes y Culex que transmiten los patógenos que causan la malaria, el dengue y la filiarasis, así como otros virus como el Virus del Nilo del Este, Virus de la Encefalitis de San Luis Fig. 1

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Fig. 1. Principales géneros de mosquitos que transmiten enfermedades dependiendo del patógeno que contengan ya sean virus, protozoos o nematodos. Cada género posee varios subgéneros y cientos de especies.

Nos enfrentamos a dos tipos de resistencia, por una parte la del mosquito a los insecticidas y por otra su fortaleza ante los parásitos que transportan. Por ejemplo,  Plasmodium  es resistente frente a las drogas contra la malaria.

Por esta razón se han buscado alternativas para contrarrestar la población de mosquitos y, así, evitar la propagación de enfermedades. Una de estas alternativas es la modificación de mosquitos en el laboratorio para su posterior liberación. Cabe destacar, que la mayoría de las modificaciones se llevan a cabo en mosquitos macho, con el fin de eliminar a las hembras ya que son las únicas que se alimentan de sangre y son la responsables de transmitir la enfermedad.

En este artículo nos vamos a enfocar en tres estrategias de control genético de mosquitos Fig. 2:

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Fig. 2. Estrategias de control de mosquitos que intentan superar las limitaciones de las técnicas convencionales como el uso de pesticidas.

 

Esterilización de mosquitos macho

La premisa de esta técnica es que las hembras mosquitos son monógamas (al contrario de los machos que son polígamos), se reproducen sólo una vez, y almacenan el esperma del macho en una cavidad denominada espermateca para fertilizar sus huevos (son fértiles toda su vida) Fig 3. Si se reproducen con un macho estéril, los huevos no serán capaces de desarrollarse, disminuyendo el tamaño de la población.

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Fig. 3. Estructura interna de un mosquito hembra, se indican la espermateca y los ovarios. Modificado de: http://bit.ly/1JVJHyC

 

La historia de este procedimiento se remonta a 1950 cuando el entomólogo Edward Knipling se dedicó a esterilizar a las pupas del gusano barrenador Cochliomyia hominovorax, un parásito de mamíferos de sangre caliente que infesta heridas y fue una peste seria de ganado en el sur de EUA y América central. Posteriormente, se liberaron masivamente estas pupas de forma aérea y para 1959 los campos se habían declarado libres del gusano [1] [2]

Pero ¿cómo logramos que los mosquitos sean estériles? Se necesitan varias etapas [1]:

  1. Desarrollo de técnicas de crianza, que obviamente requieren investigación sobre su manejo, cuidado, alimentación y prevención de enfermedades.
  2. Separación de los machos de las hembras. En las especies de Culex pueden separarse los sexos con base en el tamaño de la pupa Fig 4. Sin embargo, para otras especies es mucho más difícil como las Anopheles, por lo que los científicos crean mosquitos con “marcadores de selección” para distinguir los sexos, con base en la resistencia a un insecticida como propoxur o dieldrin. Dicha resistencia está dada por un gen en el cromosoma Y  (como nosotros, los humanos, los mosquito macho se caracterizan por un cromosoma Y). Al estar expuestos al insecticida sólo sobreviven los macho y mueren las hembras. Sin embargo, puede existir la supervivencia de ciertas hembras resistentes por lo que también usan cepas de mosquitos transformados con una proteína fluorescente presente en los machos.

 

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Fig. 4. Ciclo de vida de un mosquito. Modificado de: http://bit.ly/1SqDlKz

 

Las técnicas de esterilización son mediante:

–        Quimioesterilización. Sumergen a las pupas en un compuesto mutagénico como la aziridina.

–        Irradiación de rayos gamma lo que produce mutaciones letales en el esperma.

La liberación de machos estériles se lleva a cabo en temporadas en las que la población nativa es escasa, por ejemplo en una cierta estación del año o después de tratar el lugar con un insecticida, que en ocasiones, disminuye el número de la población, pero no la erradica. Casos de éxito registrados son en 1970 en una isla de Florida  liberando  de 8 -16 mil mosquitos machos quimioesterilizados pertenecientes a la especie Culex quinquefasciatus  y en 1974 en el Salvador esterilizando a mosquitos Anopheles albimanus. Al final del programa se obtuvo la eliminación total de la población.

Un aspecto relevante en esta estrategia es entender los hábitos de reproducción de los machos, por ejemplo  los mosquitos del género anopheles elaboran enjambres durante la época de apareamiento que representan un gran coste energético, además de existir una gran lucha para encontrar pareja, por lo que muchas veces las técnicas de esterilización afectan la supervivencia de los machos (afectando su salud debido a los químicos o radiación empleada), haciendo que esta estrategia, en ocasiones, no tenga éxito [3].

Las ventajas de este tipo de control genético son: impide la restricción del  acceso humano (como en el caso del uso de pesticidas) y puede llevarse a cabo en numerosos lugares, no afecta a especies relacionadas o a otros insectos o animales, lo que implica una intervención precisa con escasa  o nula repercusión ambiental  o en la salud pública [1].

 

Reemplazar la población de mosquitos nativos con mosquitos transgénicos

El objetivo es crear mosquitos transgénicos que sean resistentes al parásito que transportan, impidiendo que se replique dentro de él y pueda transmitirlo al ser humano. Se busca que con el tiempo estos mosquitos transgénicos, que no pueden transmitir la enfermedad, reemplacen a la población original. Un ejemplo, son los mosquitos transgénicos de Anopheles gambiae que transportan un  péptido antimicrobiano como la cecropina en el intestino que provoca una reducción de oocistos  de plasmodium Fig. 5

 

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Fig. 5 Ciclo de vida de Plasmodium, el oocistos es un estadio del parásito que se forma después de la fertilización.

 

El ejemplo más exitoso de este estrategia es la cepa de Aenopheles aegypti OX513A desarrollada por la empresa británica Oxitec. Se trata de mosquitos macho que poseen en su información genética un gen letal que es inactivo en la presencia de una sustancia denominada tetraciclina. Cuando se crean estos mosquitos, las larvas son alimentadas en el laboratorio con tetraciclina, lo que impide que el gen sea activo y provoque su muerte. Los mosquitos macho al ser liberados se reproducen y crean descendencia con el mismo gen letal, que sólo sobrevive hasta su estadio de larva, ya que en la naturaleza no hay tetraciclina el sistema letal se activa y mueren [4]. Actualmente una legión semanal de 800.000 mosquitos transgénicos creados en Oxitec son liberados en la ciudad brasileña de Piracicaba para combatir el dengue y el zika [5].

 

Paratransgénesis

Todos los seres vivos tenemos millones de organismos viviendo dentro y fuera de nosotros, en nuestra piel, estómago, intestino, etc.,  ya sean virus, bacterias y hongos. Y obviamente los mosquitos no son la excepción, justo esto es lo que toma en cuenta esta tecnología para hacerla efectiva Fig. 6.

La paratransgénesis, por tanto,  es la modificación de los organismos que viven dentro de los mosquitos, como bacterias y hongos, para que liberen sustancias tóxicas que puedan matar al patógeno que trasmite el mosquito. Para llevar a cabo esto, los investigadores analizan que tipo de organismos viven dentro de estos insectos, los modifican genéticamente para expresar ciertas moléculas con efectos negativos en el desarrollo del patógeno y posteriormente son reintroducirlas en los mosquitos. Entre las moléculas que pueden emplearse existen algunas que reducen la etapa de oocisto del plasmodium y así no pueden cruzar las paredes del intestino medio del mosquito y viajar a sus glándulas salivales, que justamente es ahí donde se transmite la enfermedad. También pueden provocar daños en la reproducción de los mosquitos [6].

 

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Fig. 6. La paratrangénesis usa microorganismos del intestino de los mosquitos para transformarlos y que actúen de forma negativa contra estos.

 

¿Por qué es importante esta tecnología de paratransgénesis?

Como se discutió arriba, el uso de mosquitos transgénicos tiene la desventaja de que son específicos para un tipo de mosquito, ya que se basa en la reproducción de los mosquitos (estos sólo se aparean con los de su misma especie). Se debe crear un tipo de mosquito transgénico para cada especie, por ejemplo Anopheles gambiae  en África tiene especies con variantes aisladas reproductivamente. La estrategia paratransgénica puede colonizar varias clases de mosquitos que pueden transmitir diversas enfermedades.

Por otra parte, es mucho más fácil modificar bacterias que crear mosquitos transgénicos, incluso hay mosquitos difíciles de transformar genéticamente como los del género Culex. Se dice que es una solución más adaptable que los mosquitos transgénicos debido a que se pueden reemplazar las bacterias simbiontes y las moléculas efectoras si no dan los resultados deseados. Entre las bacterias que se pueden encontrar en los mosquitos se encuentran Pseudomonas, Bacillus, Staphylococcus, Enterobacter y es necesario que, una vez transformadas, sean ingeridas, sin embargo si se usan hongos los mosquitos pueden infectarse superficialmente. Un ejemplo de esto último es emplear el hongo modificado Metarhizium anisopliae,  que expresa escorpina contra el dengue, capaz de colonizar a Aenopheles aegypti. De esta forma podrían crearse biopesticidas que contengan esporas de  hongos y que colonicen mosquitos [6].

Las consideraciones de esta alternativa es que se necesitan buscar bacterias que puedan sobrevivir en el mosquito el tiempo necesario para liberar las moléculas dañinas y además, que  no sean patógenas para humanos y otros insectos. Estas bacterias, por ejemplo, naturalmente son necesarias para la digestión y obtención de nutrientes de la sangre y son forzosas para que se desarrollen los huevos de los mosquitos. Si se eliminan estas bacterias, la fertilidad disminuye [7]. Cuando se ingiere la sangre, la cantidad de bacterias incrementa enormemente, lo que provocaría que se liberara una mayor cantidad de moléculas tóxicas.

 Peligros de la tecnología

En este tipo de estrategias siempre hay que valorar las repercusiones en el medio ambiente, determinar el impacto que puede existir en los depredadores de los mosquitos transgénicos, como las arañas o las aves, así como el potencial de que esos mosquitos transgénicos se lleguen a convertir en vectores de las enfermedades que se pretenden erradicar o incluso generar otras.

La introducción de mosquitos modificados en un ambiente determinado puede provocar que se extiendan a otras zonas llegando a tener implicaciones internacionales.

Asimismo, es factible que exista un cambio en la inmunidad de las personas a largo plazo, como sabemos no todas las personas responden de la misma forma a una enfermedad y pueden crear inmunidad específica en enfermedades víricas. Si se eliminan los vectores de los parásitos entonces disminuirá la inmunidad de las personas, lo que provocaría que, si llegaran a existir otras cepas o vectores secundarios de dicha enfermedad, se genere un brote epidémico.

Como hemos visto, la lucha contra los mosquitos no es sencilla tiene muchas implicaciones biológicas y medioambientales, incluyendo la aceptación de organismos genéticamente modificados. Aunque una cosa es cierta y es que el ser humano es la única especie que se resiste a la selección natural gracias a su ingenio, aunque no sabemos por cuanto tiempo tendremos éxito.

Fuentes de consulta

[1] Becker N., D. Petric, M. Zgomba, C. Boase, M. Madon, C. Dahl and A. Kaiser. Chapter 20. Genetic control of mosquitoes in Mosquitoes and their control: 483-490.

[2]  La mosca del gusano barrenador. Tomado de: http://bmeditores.mx/la-mosca-del-gusano-barrenador-cochliomyia-hominivorax/

[3] Diabate A. and F. Tripet.2015. Targeting male mosquito mating behaviour for malaria control. Parasites & Vectors. 8 (347): 1-13.

[4] Gabrieli P., A. Smidler and F. Catteruccia. 2014. Engineering the control of mosquito-borne infectious diseases. Genome Biology 15 (535)

[5] Usan mosquitos transgénicos para combatir el dengue y el zika. Tomado de http://elcomercio.pe/ciencias/medicina/usan-mosquitos-transgenicos-combatir-dengue-y-zika-noticia-1874386

[6] Barretto A. and M. Toledo.2015. Paratransgenesis: a promising new strategy for mosquito vector control. Parasites & Vectors 8(342): 1-9

[7] Gaio A, D. Gusmão, A. Santos, M. Berbert-Molina, P. Pimenta, F. Lemos. 2011. Contribution of midgut bacteria to blood digestion and egg production in Aedes aegypti (Diptera: culicidae). Parasit Vectors 4(105): 1-10

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