Selección natural y medicina
Entendiendo la evolución Relevancia de la evolución Medicina por el equipo de Understanding Evolution.
Tomado de: https://evolution.berkeley.edu/the-relevance-of-evolution/medicine/
Presentación: Observar ejemplos de selección natural en organismos macroscópicos puede ser complicado ya que implica un seguimiento continuo y además, en algunos casos, largos periodos de tiempo para que se puedan cumplir los ciclos vitales de los organismos que nos permitan observar este proceso evolutivo; sin embargo, en los organismos microscópicos donde los ciclos de vida se cumplen en cuestión de minutos podemos ver procesos evolutivos de selección natural fácilmente; en este artículo se hablará acerca de la resistencia a los antibióticos por parte de bacterias así como las estrategias de medicación para pacientes con VIH basadas en selección natural.
La ciencia médica realiza continuos avances: se desarrollan e introducen nuevos medicamentos y tratamientos a un ritmo rápido, pero podemos aprovechar mejor estos avances si tenemos en cuenta la evolución.
Como todos los sistemas biológicos, tanto los organismos causantes de enfermedades como sus víctimas evolucionan. Comprender la evolución puede marcar una gran diferencia en cómo tratamos las enfermedades. La evolución de los organismos causantes de enfermedades puede superar nuestra capacidad para inventar nuevos tratamientos, pero estudiar la evolución de la resistencia a los medicamentos puede ayudarnos a frenarla. Aprender sobre los orígenes evolutivos de las enfermedades puede proporcionar pistas sobre cómo tratarlas. Y considerar los procesos básicos de la evolución puede ayudarnos a comprender las raíces de las enfermedades genéticas.
Los estudios de caso de esta sección ilustran cómo los enfoques evolutivos pueden marcar una diferencia en el mundo de la medicina.
El escape de los patógenos: una carrera armamentista evolutiva
Las poblaciones humanas se encuentran constantemente en una carrera armamentística evolutiva contra patógenos que invaden nuestros cuerpos. Debemos reconocer que estos patógenos son entidades en constante evolución para desarrollar mejores maneras de combatirlos y controlar su evolución.
¿Una onza de prevención…cada año?
Recientemente, el alcalde de la ciudad de Nueva York hizo un llamado a los ciudadanos para que se adelantaran a una carrera armamentística evolutiva en particular: «Insto a los neoyorquinos mayores y a otras personas en riesgo a protegerse de la gripe y la neumonía mediante una medida de prevención simple y comprobada: las vacunas. El momento de vacunarse es ahora, antes del pico de la temporada de gripe».
Muchos de esos neoyorquinos ya se habían vacunado contra la gripe el año anterior y el anterior, pero, curiosamente, se les pedía que se vacunaran de nuevo. ¿Por qué necesitamos una nueva vacuna contra la gripe cada año? ¿Acaso la medicina moderna no puede inventar una sola vacuna que sea suficiente?
Los virus de la gripe evolucionan rápidamente.
A medida que circulan entre las poblaciones de todo el mundo y cambian de huésped, los virus de la gripe cambian tanto que nuestras vacunas se vuelven obsoletas cada año. La gripe es un problema para el cual es necesario rediseñar y reconstruir una solución cada año, como un puente que se derrumba en cada temporada de inundaciones. Solo entendiendo la gripe como una entidad en evolución podemos entender por qué nuestra solución al problema debe cambiar cada año.
Diariamente entramos en contacto con millones de bacterias y virus. Algunos son dañinos y otros beneficiosos, mientras que el resto no tiene ningún efecto aparente en nuestra salud. Cuando microorganismos dañinos entran en nuestro cuerpo, se desata una batalla.
Reproducción rápida y selección natural
Debido a que las bacterias y los virus se reproducen rápidamente, evolucionan con rapidez. Estos cortos tiempos de generación —algunas bacterias tienen un tiempo de generación de tan solo 15 minutos— implican que la selección natural actúa con rapidez. En cada generación de patógenos, se generan nuevas mutaciones y combinaciones genéticas que luego pasan por el filtro selectivo de nuestros fármacos y la respuesta inmunitaria. A lo largo de muchas generaciones de patógenos (una pequeña fracción de una vida humana), estos se adaptan a nuestras defensas, evolucionando sin que nosotros intentemos eliminarlos.
Aplicando nuestro conocimiento de la evolución
Pero eso no significa que debamos dejar de intentar ganar estas batallas. Al comprender estos patógenos como entidades en evolución, sujetas a los mismos procesos evolutivos que podemos estudiar en las moscas de la fruta o en el registro fósil, podríamos identificar maneras de frenar su avance.
Resistencia a los antibióticos: retrasando lo inevitable
Hace tan solo unas décadas, los antibióticos se consideraban medicamentos milagrosos por su eficacia para curar enfermedades mortales. Irónicamente, muchos antibióticos se han vuelto menos eficaces, precisamente por su eficacia y su uso tan frecuente.
Avances en la lucha contra las enfermedades infecciosas
La era de los antibióticos comenzó en 1929 con la observación de Alexander Fleming de que las bacterias no proliferaban cerca de colonias del moho Penicillium. En las décadas posteriores a este descubrimiento revolucionario, las moléculas producidas por hongos y bacterias se han utilizado con éxito para combatir enfermedades bacterianas como la tuberculosis y la neumonía. Los antibióticos redujeron drásticamente las tasas de mortalidad asociadas con muchas enfermedades infecciosas.
Las enfermedades infecciosas contraatacan
La era dorada de los antibióticos resultó ser efímera. Durante las últimas décadas, muchas cepas bacterianas han desarrollado resistencia a los antibióticos. Un ejemplo de ello es Neisseria gonorrhoeae, la bacteria causante de la gonorrea, que se muestra a la derecha. En la década de 1960, la penicilina y la ampicilina lograron controlar la mayoría de los casos de gonorrea. Hoy en día, más del 24 % de las bacterias gonorreicas en Estados Unidos son resistentes a al menos un antibiótico, y el 98 % de las bacterias gonorreicas en el sudeste asiático son resistentes a la penicilina. Las bacterias infecciosas son mucho más difíciles de controlar que sus predecesoras hace diez o veinte años.
Los médicos extrañan los buenos tiempos, cuando los antibióticos que recetaban curaban constantemente a sus pacientes. Sin embargo, la teoría evolutiva sugiere algunas tácticas específicas para ayudar a ralentizar la tasa de resistencia de las bacterias a nuestros medicamentos.
Aplicando nuestro conocimiento de la evolución
La teoría evolutiva predijo que la resistencia bacteriana ocurriría. Con el tiempo, la herencia y la variación, cualquier organismo vivo (incluidas las bacterias) evolucionará al introducirse una presión selectiva (como la de un antibiótico). Sin embargo, la teoría evolutiva también ofrece a médicos y pacientes estrategias específicas para retrasar una evolución aún más generalizada de la resistencia a los antibióticos. Estas estrategias incluyen:
No uses antibióticos para tratar infecciones virales.
Los antibióticos matan bacterias, no virus. Si tomas antibióticos para una infección viral (como un resfriado o la gripe), no matarás los virus, sino que ejercerás una presión selectiva sobre las bacterias de tu cuerpo, seleccionando inadvertidamente bacterias resistentes a los antibióticos. Básicamente, quieres que tus bacterias sean resistentes a los antibióticos, de modo que, si algún día se descontrolan y causan una infección que tu sistema inmunitario no puede controlar, un antibiótico disponible pueda eliminarlas.
Evite las dosis bajas de antibióticos durante períodos prolongados.
Si es necesario controlar una infección con antibióticos, es preferible una prescripción a corto plazo en dosis altas. Esto se debe a que se desea eliminar todas las bacterias patógenas, sin dejar ninguna superviviente. Cualquier bacteria que sobreviva a una dosis baja probablemente desarrollará cierta resistencia. En resumen, si se va a introducir una presión selectiva (antibióticos), hágalo tan fuerte que provoque la extinción de las bacterias patógenas en el huésped y no su evolución a formas resistentes.
Al tratar una infección bacteriana con antibióticos, tome todas sus pastillas.
Así como las dosis bajas pueden generar resistencia, un régimen incompleto de antibióticos puede permitir que las bacterias sobrevivan y se adapten. Si va a introducir una presión selectiva (antibióticos), que sea muy fuerte y lo suficientemente prolongada como para provocar la extinción de las bacterias patógenas y no su evolución.
Utilice una combinación de medicamentos para tratar una infección bacteriana.
Si un medicamento en particular no funciona, es posible que se trate de una cepa resistente. Administrar una dosis más fuerte del mismo antibiótico simplemente aumenta la fuerza de la misma presión selectiva, e incluso podría provocar la evolución de una cepa "superresistente". En lugar de eso, podría ser conveniente probar un antibiótico completamente diferente al que las bacterias nunca se hayan enfrentado. Esta nueva y diferente presión selectiva podría ser más efectiva para provocar su extinción, no su evolución.
Reducir o eliminar el uso preventivo de antibióticos en el ganado y los cultivos.
El uso innecesario de antibióticos con fines agrícolas y ganaderos puede provocar la aparición de cepas resistentes. Posteriormente, estas cepas no podrán controlarse con antibióticos cuando sea realmente necesario. El uso preventivo de antibióticos en el ganado y los cultivos también puede introducir antibióticos en el organismo de las personas que los consumen. En última instancia, reconocer a las bacterias como entidades en evolución y comprender su evolución debería ayudarnos a controlar esa evolución, permitiéndonos prolongar la vida útil de los antibióticos.
VIH: el evolucionista definitivo
Los biólogos evolutivos pueden ayudar a descubrir pistas sobre nuevas formas de tratar o vacunar contra el VIH. Estas pistas surgen de los orígenes evolutivos del virus, de cómo las poblaciones humanas han evolucionado bajo la presión de otros patógenos mortales y de cómo el virus desarrolla resistencia a los fármacos que hemos diseñado. Controlar la enfermedad podría depender de controlar la evolución de este virus en constante adaptación.
El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es una de las entidades que evolucionan más rápidamente. Se reproduce de forma irregular, acumulando numerosas mutaciones al copiar su material genético. Además, se reproduce a una velocidad vertiginosa: un solo virus puede generar miles de millones de copias en un solo día. Para combatir el VIH, debemos comprender su evolución dentro del cuerpo humano y, en última instancia, encontrar la manera de controlarla.
Adoptar una perspectiva evolutiva sobre el VIH ha llevado a los científicos a mirar en tres nuevas direcciones en su búsqueda de tratamientos y vacunas:
1. ¿Cuáles son los orígenes evolutivos del VIH?
El VIH, como cualquier entidad en evolución, ha estado profundamente marcado por su historia. Los científicos que estudian la historia evolutiva del VIH han descubierto que está estrechamente relacionado con otros virus. Estos virus incluyen los VIS (virus de inmunodeficiencia simia), que infectan a los primates, y los VIF (cepas felinas), más distantemente relacionados, que infectan a los gatos.
Sin embargo, los estudios de estos linajes virales relacionados revelaron algo sorprendente: los primates con VIS y los gatos salvajes con VIF no parecen verse afectados por los virus que portan. Si los científicos logran comprender cómo los primates no humanos y los gatos salvajes pueden convivir con estos virus, podrían aprender a tratar mejor las infecciones por VIH o incluso prevenirlas por completo.
2. ¿Por qué algunas personas son resistentes al VIH?
El VIH no es, ni mucho menos, la primera plaga que la humanidad ha padecido. Muchos patógenos han afectado profundamente nuestra historia evolutiva. De hecho, el genoma humano está plagado de vestigios de nuestras pasadas batallas contra los patógenos, y uno de estos vestigios, una mutación en el gen CCR5, podría conducir a los investigadores a un nuevo tratamiento para el VIH.
El alelo mutante CCR5 probablemente comenzó a propagarse en el norte de Europa durante los últimos 700 años, cuando la población fue asolada por una plaga. (Pudo haber sido la peste bubónica u otro patógeno; la investigación sobre este tema continúa). El mutante CCR5 probablemente hizo a sus portadores resistentes a la enfermedad, por lo que su frecuencia aumentó.
En algunas partes de Europa, actualmente, hasta el 20% de la población porta al menos una copia del alelo protector. Sin embargo, las poblaciones de Asia y África no estuvieron expuestas a las mismas epidemias; muy pocos asiáticos y africanos portan actualmente el alelo. Por lo tanto, el CCR5 es bastante común en el norte de Europa, pero su frecuencia disminuye a medida que nos desplazamos hacia el sur, y la mutación es poco común en el resto del mundo.
Ahora sabemos que el alelo mutante CCR5 tiene un efecto secundario inesperado: confiere resistencia al VIH. Los científicos esperan que el estudio de este subproducto de la selección pasada les ayude a desarrollar nuevos tratamientos para la epidemia de VIH que azota a la población humana actual.
3. ¿Cómo podemos controlar la evolución de la resistencia del VIH a nuestros medicamentos?
El VIH evoluciona tan rápido que se libera de nuestros tratamientos. Cuando un paciente comienza a tomar un medicamento contra el VIH, este impide que muchos virus se reproduzcan, pero algunos sobreviven porque presentan cierto nivel de resistencia. Debido a la rápida evolución del VIH, responde rápidamente a las presiones de selección: los virus que sobreviven al medicamento son favorecidos, y las cepas virales resistentes evolucionan dentro del paciente, a veces en tan solo unas semanas. Sin embargo, la teoría evolutiva básica señala una forma de retrasar esta evolución de cepas virales resistentes. A los pacientes se les recetan "cócteles de medicamentos": varios medicamentos contra el VIH tomados juntos.
Cuando se toma un solo medicamento, es bastante probable que algún virus mutante en el paciente se vuelva resistente, sobreviva al ataque y genere un linaje resistente.
Pero la probabilidad de que el paciente albergue un virus mutante resistente a varios fármacos simultáneamente es mucho menor. Si bien las cepas de VIH resistentes a múltiples fármacos eventualmente evolucionan, los cócteles de fármacos retrasan su evolución.
Un equilibrio evolutivo.
Si un paciente ya está infectado con una cepa de VIH resistente a los medicamentos, la teoría evolutiva básica también ha señalado una manera de que el medicamento vuelva a ser útil. Los estudios sobre la evolución de la resistencia a menudo muestran que no se obtiene algo a cambio de nada. En concreto, a una plaga o patógeno le cuesta ser resistente a un pesticida o medicamento. Si se colocan organismos resistentes y no resistentes en una competencia directa en ausencia del pesticida o medicamento, los organismos no resistentes generalmente ganan.
Consideremos a un paciente que toma un medicamento específico y desarrolla virus resistentes a dicho medicamento. Si deja de tomarlo por un tiempo, la teoría evolutiva predice que su carga viral volverá a evolucionar hacia una cepa no resistente. Si toma dosis muy altas del medicamento, este podría detener la replicación de esos virus no resistentes y reducir su carga viral a niveles muy bajos.
Esta terapia ha mostrado resultados tempranos y prometedores: puede que no elimine el VIH, pero podría mantener bajas las cargas virales de los pacientes durante mucho tiempo, retardando la progresión de la enfermedad.
En última instancia, comprender la historia evolutiva del VIH y su patrón de cambio evolutivo puede ayudarnos a controlar esta enfermedad.
Comprender la evolución es importante.
Comprender la evolución nos ayuda a resolver problemas biológicos que impactan nuestras vidas. Existen excelentes ejemplos de ello en el campo de la medicina. Para anticiparse a las enfermedades patógenas, los investigadores deben comprender los patrones evolutivos de los organismos que las causan. Para controlar las enfermedades hereditarias en las personas, los investigadores estudian la historia evolutiva de los genes que las causan. De esta manera, el conocimiento de la evolución puede mejorar la calidad de vida humana.
Actividades sugeridas
1.- Reflexionar en plenaria sobre los contrastes que hay entre la resistencias bacteriana a los antibióticos y el tratamiento de VIH
2.- Investigar y presentar en plenaria sobre la existencia de "super bacterias"
3.- Elaborar un decálogo sobre como evitar el abuso de antibióticos entre la comunidad de CCH