viernes, 15 de julio de 2016

11 DIVERSIDAD Y ADAPTABILIDAD DEL VIH


Uno de los principales obstáculos para el tratamiento del virus de la inmunodeficiencia humana es una enorme variabilidad genética y con gran potencial evolutivo. El VIH puede ser dividido en dos categorías generales, que en realidad corresponden a dos cepas de origen diferente e independiente, de dos cepas del VIS que afecta a dos especies de primates diferentes, los chimpancés “VIS a VIH-1” (Faria et al., 2014; Hemelaar, 2012; Plantier et al., 2009) y los mangabeyes grises “VIS a VIH-2” (Santiago et al., 2005).

El VIH-1 puede ser dividido en varias cepas, de las cuales al menos tres surgieron de forma independiente, o lo que es lo mismo, se han formado mediante tres cruces independientes del VIS al ser humano. Sin embargo, todas las cepas que se encuentran fuera del áfrica descienden de un solo ancestro común, la cepa M del VIH-1. Algunos de los descendientes del VIH-1 M son más virulentos o presentan resistencia a varios antirretrovirales, lo cual dificulta el control del VIH y del desarrollo de la etapa de SIDA.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.1 Camino a entender la diversidad del VIH-1

Basados en los estudios sobre replicación y producción de viriones competentes para el MLV, ALV y HTLV, se pensó originalmente que el VIH-1 sería un virus con un genoma altamente homogéneo y poco variable. Sin embargo, a medida que más y más cepas fueron secuenciadas y categorizadas taxonómicamente en base a las normas de la Teoría Sintética de la Evolución, un resultado se hizo evidente, el VIH-1 presenta una extensa heterogeneidad. El punto es tan absurdo que no existen dos muestras del VIH-1 idénticas, o peor aún, un mismo individuo puede desarrollar cepas diferentes en una misma infección.
       
Aunque las mutaciones pueden distribuirse en todo el genoma, lo cual muestra la enorme flexibilidad de los genes virales al cambio, los loci hipervariables corresponden al gen Env que codifican para las proteínas de la superficie gp160. Sin embargo en gp41 se encontró un dominio altamente conservado que permitió el diseño de anticuerpos de muestras independientes de diferentes continentes, sin embargo aun así existe variación, lo cual ha conllevado a cierta variación en los inmunoensayos como ELISA y westernblot.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.2 Causas de la alta variabilidad del VIH-1

Existen varios factores que contribuyen a la extraordinaria diversidad genética del VIH1:

1- La molécula de ARN es inestable y tiende a generar mutaciones de forma altamente espontánea.
2- La ARN transcriptasa reversa es una enzima que carece de un dominio corrector como si poseen las ADN polimerasas, lo cual hace que la transcriptasa reversa tienda al error –así de la llama en ingles “error-prone” o tendiente al error.
3- Altas frecuencias de recombinación genética acompañando la transcripción reversa.
4-  Altas tasas de replicación por ciclo de infección.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.3 Recombinación genética en el VIH-1

La recombinación es un proceso que le permite a los seres vivos intercambiar loci  con alelos diferentes para formar una nueva progenie con los alelos de los parentales y alelos nuevos recombinados que no existían en la generación anterior.

Aunque la recombinación es un proceso que se enseña para las células eucariotas en su proceso de meiosis, muchos virus incluyendo a los retrovirus llevan a cabo frecuentemente procesos de recombinación. La recombinación en el VIH juega un rol crítico en el incremento de su diversidad de forma independiente a las mutaciones, adicionalmente es de mucha importancia en la formación de variantes de relevancia clínica y epidemiológica.

Aunque se sabe que los fragmentos de los ARN virales no se recombinan al azar, los mecanismos exactos que permiten la recombinación aun no son del todo claros. Los datos de algunos estudios sugieren que la estructura secundaria del cromosoma viral, con sus bucles y cambios de dirección juega un rol importante en el intercambio de genes.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.4 El virus de la inmunodeficiencia humana de tipo 1 VIH-1

El VIH-1 es el más común de los dos tipos generales del VIH, se encuentra universalmente distribuido, es más virulento y su contagio es mucho más probable que el VIH-2.  El VIH-1 ha evolucionado al menos cuatro veces (o más, algunos estudios sostienen que del chimpancé al humano ha pasado tres veces), dos desde los chimpancé (Keele et al., 2006) y dos desde los gorilas que lo obtuvieron de los chimpancés (Plantier et al., 2009; Van Heuverswyn et al., 2006).

En cualquier caso, la mayoría de las personas hacen referencia al VIH en sentido común, aunque para ser precisos la pandemia global es causada por el VIH-1 del subtipo M, el cual puede ser dividido en diferentes categorías. Sin embargo, le daremos un vistazo a los cuatro grupos del VIH denominados clusters principales.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.4.1 Los clústeres del virus de inmunodeficiencia humana VIH-1

Un clúster representa  un punto en un diagrama taxonómico donde se agrupan muchas especies y/o linajes altamente emparentados con un antepasado común reciente. Mediante el análisis comparativo de varias muestras del VIH-1 y varios VIS se ha generado un sistema taxonómico dividido en cuatro clusters generales: M (Main o principal), O (outliner o externo), N (non-M, non-O = no principal y no externo) y el grupo P.

El esquema anterior es el diagrama taxonómico no enraizado para los cuatro grupos del VIH-1, dos de ellos están relacionados con el VIS de los chimpancés (M y N), mientras que los otros dos están relacionados con el VIS de los gorilas (O y P), el cual a su vez está relacionado con el VIS de los chimpancés. Por esto es que se dice que el VIH-1 ha evolucionado varias veces de forma independiente, aunque el linaje mundialmente distribuido es el (M).

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.4.2 Cluster M

M es el clúster más importante de los cuatro que han sido reportados para el VIH-1 y representa a más del 90% de las infecciones registradas alrededor del mundo. El clúster M anida a una serie de clados o subtipos que son designados también mediante una letra. Las formas recombinantes poseen códigos específicos. El código viene antecedido las las letras CRF por forma recombinante circulante “Circulating Recombinant Form” seguido por un numero serial de tres dígitos y terminado por las letras de los clados que se recombinaron.

Si tenemos una cepa recombinada de los clados A y B que resulta ser la 12 en en orden de descubrimiento, su código es CRF12_AB. A su vez los clados pueden ser divididos en subclados como A1, A2 y así sistemáticamente. Los clados del cluster M son: A, B, C, D, E, F, G, H, I, J y K, mientras que las formas recombinantes ampliamente distribuidas superan las 49.

11.4.2.1 Distribución del cluster M

A continuación describiremos los clados en los que se divide el clúster M del VIH-1 y su ubicación más prevalente, teniendo en cuenta que todos los clados pueden ser aislados en África:

A: es común en áfrica occidental, américa del Norte, América Central y la región norte de América del Sur.
B: es representativo de Europa, las américas, Japón, Tailandia y Australia.
C: Se encuentra en el cono sur africano, África del este, India, Nepal y algunas partes de China.
D: Concentrado en áfrica central y del este.
E: Nunca ha sido aislado independientemente, siempre está presente con secciones de otros clados en formas recombinantes por lo que es un virus hipotético.
F: África Central, América del Sur, y el Este de Europa.
G: Ha sido encontrado en África y Europa Central.
H: contenido en África Central.
I: no es un clado en sí, sino el producto especial de varios recombinantes complejos.
J: África Central, Occidental y del Norte, así como en el Caribe.
K: Limitado en la República democrática del Congo y Camerún.


11.4.2.2 Variación de la distribución del cluster M

E virus del VIH evoluciona a gran velocidad, lo cual ha hecho que el mapa de la distribución de sus clados haya cambiado con los años, y ciertamente el mapa que hoy expresamos como imagen principal sea obsoleto en unos cinco o diez años en el futuro.

En cualquier caso, todos los clados del VIH-1 se originaron en África, porque es allí donde se los puede aislar a todos –lo cual es una evidencia más de que el VIH posee un origen africano. Con la rápida diseminación del VIH-1 en la región del sur de África a finales de los años 90s gracias a la política de negacionistas del VIH/SIDA, el clado C se ha convertido es la cepa más prevalente a nivel mundial, acumulando casi la mitad de las infecciones del VIH-1M en el mundo.

El Clado A, el grupo más común en África al inicio de la pandemia, en la actualidad solo representa el 12% de las infecciones mundiales, y se encuentra principalmente en las américas, así como en las regiones de África central y oriental. El clado B es el grupo más intensamente estudiado –y es de hecho el organismo tipo para el cual se diseñan la mayoría de los inmunoensayos –es muy prevalente en América del Norte y Australia.

11.4.2.3 Efecto de la recombinación en el cluster M

Las altas tasas de recombinación son un sello distintivo de los retrovirus y son generados por el hecho de que una sola célula puede ser atacada de forma simultánea por viriones de cepas diferentes.

Para 1995 se hizo medicamente significativo el hallazgo de que una fracción significativa de la diversidad global del VIH-1 clúster M emerge por la recombinación de clados conocidos, incluso de formas muy complejas. Los recombinantes tienen mayor tendencia a aparecer en las regiones donde existen varios clados coexistentes en proporciones significativas como África, América del Sur y el Sudeste de Asia.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.4.3 Cluster N

El clúster N fue bautizado debido a que no encajaba ni con el clúster M o el clúster O. Este grupo fue identificado en 1998 y solo ha sido aislado en Camerún. A la fecha, menos de 15 individuos han sido identificados con este raro grupo del VIH gracias a las técnicas disponibles de inmunoensayos. Cabe anotar que el clúster N presenta variación en su gp41 a un nivel suficiente como para evadir la detección con versiones antiguas de los inmunoensayos.

En 2009 una nueva cepa del VIH fue secuenciada, encontrándose que formaba un clado con virus recientemente descubiertos aislados en gorilas (VISgor), es decir, su ancestro común estaba más cercanamente relacionado con el VIS de los gorilas que con el VIS de los chimpancés. El virus ha sido aislado de una mujer francesa residente en Camerún que fue diagnosticada con VIH-1 en 2004.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.4.4 Cluster P

Pendiente de identificación de más casos humanos.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.4.5 Cluster O

El Clúster O –outliner = externo –no se observaa de forma usual fuera del África del centro-occidente. Es más común en Camerún, en donde un muestreo realizado en 1997 encontró que cerca del 2% de las muestras obtenidas pertenecían al grupo O.

El grupo O es problemático ya que presenta variaciones en gp41 y por lo tanto no podía ser detectado por las primeras versiones comerciales de los inmunoensayos. Nuevos kits de detección han sido desarrollados para poder incluir al clúster O dentro de los positivos.

Al inicio de la infección, el grupo O representaba casi el 20% de las infecciones, lo cual sumado al problema de los primeros kits para el diagnóstico conllevaba a una tasa muy alta de malos diagnósticos paraa el VIH-1 clúster O. Actualmente, los kits han mejorado, y la prevalencia de este clúster ha disminuido a cerca del 1%.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

11.4.6 ¿Por qué el chimpancé está relacionado con el VIH-1?

Aunque dos de los clúster del VIH-1 pueden rastrearse a VIS de gorilas, igual, los VIS de los gorilas pueden rastrearse al VIS del chimpancé como grupo más cercano al ancestro común del VIS de los primates antropomorfos.

¿Por qué el chimpancé?, para responder a esta pregunta hay que dejar claro una cosa, los chimpancés no son estrictamente vegetarianos, ellos también pueden organizar partidas de caza para atrapar a otros primates. Primates que poseen sus propios VIS. Al igual que con los humanos, comer carne cruda de primate es un vector para el contagio de virus de tipo lentivirus.

Análisis genéticos han arrojado que el VIS de los chimpancés, que es el más antiguo de los primates antropomorfos emergió por recombinación del VISgsn y del VISrcm, que son virus de especies de primates típicamente cazadas por los chimpancés, en este caso los cecopitecos de nariz blanca (Cercopithecus nictitans) y los mangabeyes de cabeza rora (Cercocebus torquatus) respectivamente (Vessière, Delaugerre, Plantier, & Simon, 2010).

El modelo encaja en el sentido de que los gorilas y los chimpancés compiten y combaten por el territorio, y los conflictos pueden dejar heridas abiertas y contactos de fluido al morder, lo cual explica el paso del VIS progenitor a los gorilas.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).


11.5 El virus de la inmunodeficiencia humana del tipo 2 VIH-2

El VIH-2 ha sido reportado en otras partes del mundo, la primera vez que se reportó en USA fue en 1987, aunque los muestreos arrojan que se encuentra relativamente aislado en África. Muchos –pero no todos –los kits de diagnóstico para el VIH-1 pueden detectar al VIH-2.

Hasta la fecha se han detectado 8 clústeres del VIH-2 que están nombrados por letras mayúsculas de la A hasta la H. De estos grupos solo los clústeres A y B son epidémicos. El Clúster A ha sido aislado principalmente en África occidental, pero también en Angola, Mozambique, Brasil, India y de forma muy limitada en Europa u USA. El clúster B se encuentra principalmente confinado a África occidental.

El HIV-2 se encuentra cercanamente relacionado con el VIS de los mangabeyes grises (Cercocebus atys) y el código que este virus recibe es VISsmm –SIVsmm por sus siglas en inglés –los cuales habitan los bosques del África occidental (Lemey et al., 2003; Santiago et al., 2005).

Los demás clúster del VIH-2 han sido aislados en solo una persona respectivamente. Lo anterior implica que han sido transmitidos de forma independiente desde los mangabeyes grices, lo cual indica que el VIH-2 ha evolucionado más de 5 veces de forma independiente desde un mismo linaje –evolución paralela y convergente.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).


11.6 Resistencia del VIH a los antirretrovirales

La resistencia a los antirretrovirales es un caso bastante conocido en el tratamiento de las infecciones contra el VIH y que cae en una categoría más general, la resistencia a los tratamientos contra enfermedades infecciosas.

Los seres humanos esperamos que nuestras balas mágicas, una vez que han sido descubiertas, dieran para siempre en base a los años y millones de dólares invertidos en su investigación y desarrollo, pero los agentes infecciosos nos demuestran que los procesos ciegos y aleatorios pueden derrotar aun las moléculas más avanzadas. En estos artículos discutiremos brevemente algunas de las consecuencias de la arrogancia humana sobre la genética del VIH.

11.6.1 Arrogancia médica con respecto a la resistencia contra medicamentos

Se dice que la sífilis hubiera se hubiera convertido en una pandemia del grado del VIH o peor en la Europa posterior a la II guerra mundial si no hubiera sido por la intervención de los antibióticos. Estas drogas milagrosas dieron a la sociedad occidental un sentido de seguridad y confianza enormes, pero en la actualidad la resistencia a los antibióticos se ha convertido en un verdadero desastre.

Del mismo ocurre con la infección con VIH, con un problema adicional, donde los antibióticos tenían éxito de erradicar la enfermedad, los antirretrovirales simplemente restauran la etapa de latencia o la etapa subclínica. A pesar de lo anterior no son raros los documentales y los médicos que sugieren alterar el epíteto de enfermedad mortal al de enfermedad crónica (Soler, 2012).

Casi todas las drogas empleadas para combatir el VIH en la actualidad ya poseen algún tipo de inefectividad contra algunas cepas circulantes del VIH (Gupta et al., 2012; Johnson et al., 2013).

11.6.2 Los cocteles

El HIV ha desarrollado métodos de resistencia para evadir y/o tolerar los efectos de los tratamientos al punto que no existe molécula individual a la cual no existe un mecanismo de resistencia. El problema ocurre cuando la cepa individual ha desarrollado resistencia contra una mezcla amplia de medicamentos, en tal caso la etapa de latencia o subclínica mantenida por los medicamentos regresa rápidamente al SIDA avanzado.

Estudios han demostrado que cerca del 76.3% de los individuos VIH positivo en USA que reciben tratamiento con antirretrovirales poseen alguna forma de resistencia a los antirretrovirales y otros fármacos empleados en el tratamiento de la etapa de SIDA. De todos los rasgos del VIH el factor que más facilita la evolución de mecanismos de resistencia es su alta tasa de mutaciones (Richman et al., 2004).

11.6.3 Potencial evolutivo darwiniano

La transcriptasa reversa carece del segundo dominio que le permite normalmente a las enzimas replicadoras corregir los errores, esto se debe a que la transcriptasa lo que posee es un domino ARNasa que degrada el templado de ARN a medida que sintetiza el ADN bicatenario proviral. Como resultado, de todos los sistemas con la propiedad de evolución, el VIH es sin duda el que posee la tasa de mutaciones más alta conocida. Esto crea una situación ideal para que la Selección Natural entendida como toda interacción entre el virus y su ambiente permita la aparición de adaptaciones.

Las mutaciones se acumulan de generación en generación, y se recombinan con virus de otros linajes, creando una enorme variabilidad al interior de las poblaciones del VIH, y una probabilidad muy alta de que algunas de estas variantes puedan evadir o tolerar mecanismos moleculares que atacan a otras versiones del mismo virus al interior de la población.

En el esquema anterior podemos ver un ejemplo del proceso darwiniano. Las variantes resistentes (R-1, R-2, R-3) se hacen prevalentes en la población cuando se administra una determinada droga, cuando se retira, la forma silvestre o normal se hace más prevalente, pero los genes de resistencia permanecen en la población.

Lo anterior crea ciclos en los tratamientos, el paciente ingresa en etapa de SIDA, se lo trata, luego hay una mejoría inmediata pero paulatinamente regresa a la etapa de SIDA, momento en el cual hay que iniciar con otro tratamiento más potente y posiblemente con efectos secundarios más fuertes.

El modelo anterior muestra como los tratamientos contra el VIH tienden a ser cíclicos, lo cual provoca picos cíclicos en la carga viral, hasta llegar al punto en que ningún tratamiento es suficiente.

Referencias generales: (Black & Black, 2012; P. R. Gross & Levitt, 2011; Knipe & Howley, 2013; Maartens et al., 2014; Roitt & Delves, 2011).

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