Evolución y adaptación específica al hospedero de «Pseudomonas aeruginosa»

Pseudomonas aeruginosa causa infecciones multirresistentes, sobre todo en personas con inmunodeficiencias subyacentes o enfermedades pulmonares inflamatorias como la fibrosis quística. Sin embargo, sigue sin estar claro cómo ha evolucionado este microorganismo hasta convertirse en un patógeno altamente adaptado y de difusión mundial.

En el artículo Evolution and host-specific adaptation of Pseudomonas aeruginosa, publicado en la revista Science en julio de 2024, los autores presentan el resultado de una investigación dirigida a dilucidar la evolución como patógeno de P. aeruginosa, combinando la exploración genómica a nivel poblacional con estudios transcriptómicos y fenotípicos.

Para ello analizaron una colección mundial de 9829 aislamientos de P.  aeruginosa, lo que les permitió identificar 21 clones principales, que denominaron “clones epidémicos», responsables de la mayoría de las infecciones clínicas por este microorganismo en todo el mundo, ampliamente distribuidos en el árbol filogenético y que se habían extendido por todo el planeta.

Mediante un análisis pangenómico, pudieron identificar diferencias significativas entre los genomas de las cepas de P. aeruginosa aisladas, tanto de eventos epidémicos como esporádicos, en la adquisición de los genes implicados en procesos celulares específicos, como el control transcripcional.

Según los autores de la investigación, durante los últimos 200 años, determinadas bacterias individuales a las que denominaron clones, lograron adquirir nuevos genes y aumentaron su virulencia, es decir, su capacidad para infectar a los humanos.

Los autores designaron como “clones epidémicos” a esas ramas familiares del árbol genealógico de P. aeruginosa que se dispersaron por el planeta y fijaron la fecha de expansión más probable para el primer clon alrededor del año 1890, aunque el intervalo de confianza es amplio. El estudio estableció que unos 21 de estos son responsables de más del 50.0 % de todas las infecciones por este microorganismo en el mundo.

Estos clones epidémicos surgieron de localizaciones ancestrales distribuidas por todo el planeta y luego se expandieron de forma no sincronizada entre finales de los siglos XVII y XX, potencialmente impulsados por los cambios en la densidad de la población humana, los patrones migratorios y/o la contaminación atmosférica.

En ese sentido sugieren que la propagación de estas familias bacterianas más agresivas se aceleró con la sobrepoblación en las ciudades, producto de los movimientos migratorios a las grandes urbes durante la industrialización. Allí se gestó un caldo de cultivo con áreas densamente pobladas y un incremento de la polución que provocó una mayor susceptibilidad a las infecciones y más facilidad de expansión de esos cuadros infecciosos.

Los autores consideran que cada uno de estos clones epidémicos de P. aeruginosa experimentó al menos una expansión poblacional relevante entre los años 1850 y 2000. Este fenómeno aún se está produciendo.

De esta forma P. aeruginosa se ha convertido en un patógeno oportunista. Esto significa que no daña a las personas sanas, pero sí causa infecciones pulmonares y sistémicas en individuos que tienen un sistema inmunológico comprometido, por ejemplo, personas con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) o fibrosis quística (FQ).

Los investigadores detectaron que diferentes clones epidémicos parecían tener preferencias intrínsecas por los individuos con fibrosis quística (FQ) o sin FQ, y se detectó una clara firma de expresión de los genes asociados positiva y negativamente con la afinidad por la FQ.

Los clones con una alta afinidad por la FQ tienen una mayor capacidad de sobrevivir dentro de los macrófagos, células inmunes encargadas de “engullir” y destruir los microorganismos nocivos, en parte gracias a la expresión del modulador de respuesta estricta DksA1, lo que sugiere que una mayor evasión de la inmunidad innata del hospedero podría explicar el éxito intrínseco de ciertos clones epidémicos a la hora de infectar a los pacientes con FQ, al lograr subsistir en el interior de  los macrófagos y establecer una infección persistente.

Examinando el historial reciente de las mutaciones de los clones individuales para comprender cómo los clones epidémicos de P. aeruginosa se han adaptado al hospedero humano a través de múltiples rondas de evolución dentro de los pacientes, identificaron 224 de 5641 genes que tenían una carga total de mutaciones superior a la esperada por el azar, a los que denominaron genes «patoadaptativos».

Los productos de estos genes patoadaptativos están estrechamente interconectados, lo que indica sus probables papeles funcionales coordinados. Muchos genes mutaron con mayor frecuencia en personas con FQ o sin FQ, lo que sugiere que se estaban modificando distintos programas funcionales como parte de la adaptación específica al hospedero.

Los genes patoadaptativos se asociaron con frecuencia a los cambios en la transmisibilidad y/o en la adaptación específica al hospedero, impulsando así potencialmente la especialización al mismo. En apoyo de esta noción, encontraron pruebas sólidas de infección cruzada entre pacientes con FQ o entre pacientes sin FQ, pero muy pocas entre pacientes con FQ y pacientes sin FQ.

Los investigadores concluyeron que estos hallazgos describen los pasos secuenciales clave implicados en la evolución de P. aeruginosa desde un organismo medioambiental hasta un importante patógeno humano.

Estos pasos incluyen la evolución “en saltos” causada por la transferencia horizontal de genes que genera clones epidémicos, la variación de la afinidad intrínseca de estos clones con el hospedero (vinculada a cambios transcripcionales específicos que permiten la supervivencia dentro de los macrófagos), y múltiples rondas de adaptación convergente y específica al hospedero, que finalmente resultan en la pérdida de su capacidad de transmisión entre diferentes grupos de pacientes.

Los autores señalan que este estudio pone de relieve la importancia de la vigilancia mundial y la prevención de las infecciones cruzadas para evitar la aparición de futuros clones epidémicos.

Fuente: Science