Eficacia biológica: las ventajas de estar enfermo

Rosario García

Es sabido por todo el mundo que estar enfermo es algo malo y que te posiciona en desventaja. Pero, ¿y si dijera que hay enfermedades que hacen lo contrario?

Para poder comprender esto, primero tenemos que definir qué es la eficacia biológica. Bien, pues la eficacia biológica es, según el diccionario médico de la Universidad de Navarra, la “capacidad de un organismo de sobrevivir y transmitir sus genes a la generación siguiente. En los humanos, la eficacia biológica de un genotipo es 1 (100%), si al menos dos descendientes alcanzan la edad reproductiva”.

Desglosemos esto. La eficacia biológica es la medida en la que un organismo puede transmitir sus genes a su descendencia y asegurar la supervivencia de la especie.

Eficacia biológica. Gráfico de herencia genética.

Puede parecer increíble que haya enfermedades que aumenten la eficacia biológica, ¿no?

Esto es debido a que se trata de enfermedades genéticas en las que los individuos heterocigotos (los que tienen sólo una copia alterada del gen) presentan síntomas leves que no comprometen la supervivencia del organismo, además de conferir ciertas ventajas frente a otras enfermedades. De esta forma, los individuos con la enfermedad genética tienen más probabilidades de sobrevivir a la enfermedad infecciosa que los individuos sanos, ergo, mayor eficacia biológica.

Veamos un par de ejemplos.

Drepanocitosis y Malaria

El caso más conocido de eficacia biológica aumentada por una enfermedad es el de la anemia falciforme (drepanocitosis) y la malaria.

La anemia falciforme es una enfermedad genética de herencia autosómica recesiva en la que el cambio de un nucleótido en el gen de la beta-globina (que forma la hemoglobina, molécula que permite el transporte de oxígeno), esto supone el cambio de un aminoácido glutamina por una valina en la posición 6 de la cadena de la proteína. Todo esto da lugar a un cambio de la estructura tridimensional de la hemoglobina. La hemoglobina A (la “normal”) pasa a ser hemoglobina S. Esto se traduce en el cambio de forma de los eritrocitos (glóbulos rojos), que en vez de ser botoncitos se convierten en medias lunas.

Eficacia biológica. Drepanocitosis. Anemia falciforme. Hemoglobina A. Hemoglobina S.

La anemia falciforme es una enfermedad hemolítica en la que  los eritrocitos se rompen con facilidad debido a su forma de media luna. Esta “muerte” de los eritrocitos lleva a que disminuyan  las reservas de hierro, porque parte de éste se encuentra en la hemoglobina de los eritrocitos. Esto es lo que produce el principal síntoma que es la anemia.

Otro síntoma también son los accidentes vasculo-oclusivos isquémicos, puesto que la forma de media luna de los eritrocitos puede provocar la obstrucción de capilares y otros vasos sanguíneos pequeños.

Sin embargo, estos síntomas sólo son graves en los individuos homocigotos, mientras que en los heterocigotos son más leves e, incluso, no llegan a manifestarse. La razón de que los síntomas sean tan leves se debe a que los heterocigotos tienen ambos tipos de eritrocitos, los botoncitos (hemoglobina A) y las medias lunas (hemoglobina S), de modo que la capacidad de transportar oxígeno de los botoncitos puede suplir la función defectuosa de las medias lunas.

Por otro lado, la malaria está causada por un parásito, Plasmodium falciparum principalmente, aunque hay más especies de este parásito que pueden causar malaria o paludismo. El mecanismo de transmisión de la enfermedad es a través de un vector, en este caso, un mosquito (del género Anopheles), que mediante su picadura introduce el parásito en el cuerpo del individuo.

El parásito Plasmodium falciparum tiene un ciclo de vida en el que una parte la desarrolla dentro de los eritrocitos. Se multiplica dentro de ellos y finalmente los hace estallar lisándolos.

Ciclo de vida. Parásito. Plasmodium. Plasmodium falciparum.
Ciclo de vida de Plasmodium spp. Imagen del Center for Disease Control and Prevention (CDC).

Una curiosidad de la malaria es que los síntomas fuertes se producen en episodios, que coinciden con el momento del ciclo del parásito en el que se produce la rotura de los eritrocitos (hemólisis). Por ello, los síntomas de la malaria son cíclicos y se producen episodios cada pocos días. Estos síntomas consisten en fiebre, escalofríos, dolor de cabeza, dolor muscular, dolor articular, vómitos y diarrea. Otros síntomas más graves pueden ser esplenomegalia, anemia, trombocitopenia, hipoglucemia, disfunción renal o pulmonar y afecciones neurológicas.

¿Sabías qué...? Plasmodium. Plasmodium falciparum. Ciclo de vida. Mosquito.

¿Cómo contribuye la anemia falciforme a ser resistente a la malaria?

Es simple. Como los eritrocitos característicos de la anemia falciforme tienen forma de media luna, son más difíciles de infectar por parte del parásito y se rompen fácilmente, por lo que Plasmodium falciparum no puede terminar su ciclo vital y es incapaz de lisar los eritrocitos. Esta forma de inmunidad frente a la malaria que confiere la anemia falciforme es como la eficacia biológica se ve aumentada.

Plasmodium. Plasmodium falciparum. Drepanocitosis. Anemia falciforme. Mosquito.
Comparación de la infección con Plasmodium falciparum. en un individuo sano y en un individuo con drepanocitosis.

Los individuos heterocigotos sobrevivirán a la malaria y podrán tener descendencia, pero a su vez, la descendencia heredará también el gen mutado de la anemia falciforme. Esta es una de las causas por las cuales esta enfermedad no ha desaparecido, sino que, todo lo contrario, se ha mantenido en ciertas zonas endémicas de África.

Fibrosis quística y cólera

Otro ejemplo bastante curioso de la eficacia biológica aumentada por una enfermedad es el de la fibrosis quística y el cólera.

La fibrosis quística es una enfermedad autosómica recesiva que afecta principalmente a la población europea y que es debida a mutaciones en un gen que codifica para un canal de cloro (CFTR). Estas mutaciones causan efectos como una mayor mucosidad más abundante y espesa, en todos los tejidos que secretan mucus (vías respiratorias, aparato digestivo, etc.). La acumulación de mucosidad puede propiciar ciertas infecciones, además de que la dificultad para expulsarla puede llevar a la muerte por ahogamiento. Sin embargo, como otras muchas enfermedades hereditarias, es menos grave en los individuos heterocigotos o portadores.

Hablamos más a fondo de ella en este post.

El cólera es una enfermedad provocada por Vibrio cholerae, un microorganismo que secreta una enterotoxina que se introduce en las células del intestino y tras una serie de reacciones activa mucho a los canales de cloro CFTR. Esto produce la secreción excesiva de líquidos, lo que provoca el síntoma más característico de la enfermedad, las abundantes evacuaciones líquidas.

Cólera. Vibrio cholerae.
El cólera se transmite principalmente por aguas contaminadas con Vibrio cholerae.

La expulsión de tanto líquido por parte de las células puede dar lugar a un desequilibrio de los electrolitos. Así se explican los otros síntomas relacionados de esta enfermedad. Algunos ejemplos son vómitos, deshidratación, pulso acelerado, pérdida de la elasticidad de la piel, hipotensión, sed, calambres musculares, mucosas secas e irritabilidad. Incluso, en una fase aguda de la enfermedad, se pueden producir fallos renales y la entrada en coma.

¿Sabías qué...? Enterotoxina. Cólera. Vibrio cholerae. CFTR.

¿Cómo influye la fibrosis quística en el cólera y viceversa?

La relación entre la fibrosis quística y el cólera en la que, por la ventaja del heterocigoto, se produce una mayor eficacia biológica no está del todo clara y todavía se plantea como una hipótesis.

Lo que se propone es que las personas heterocigotas para la fibrosis quística tienen parte de los canales CFTR atrofiados, pero sus canales normales compensan la función defectuosa de los atrofiados. Los canales atrofiados, conceden cierta resistencia frente al cólera a los individuos heterocigotos ya que son más difíciles de hiperactivar y provocar la secreción excesiva de líquidos. Por lo tanto, los individuos heterocigotos tendrán más posibilidades de sobrevivir al cólera y transmitir sus genes a la descendencia, entre ellos el gen mutado causante de la fibrosis quística. Esto se traduce en una eficacia biológica aumentada.

Fibrosis quística. Vibrio cholerae. Enterotoxina. Cólera. CFTR. Eficacia biológica.

Por otro lado, también se propone que la toxina que produce Vibrio cholerae sea capaz de aliviar algunos síntomas de la fibrosis quística, tales como diluir el espeso moco o atenuar el crecimiento bacteriano en la mucosa. Estas investigaciones están todavía en desarrollo y traen nuevas oportunidades en el desarrollo de fármacos y tratamientos para la fibrosis quística.

Hay otra teoría que intenta explicar por qué la fibrosis quística, pese a ser una enfermedad autosómica recesiva, mantiene una alta tasa de incidencia en poblaciones europeas. Esta teoría propone que esta enfermedad ofrece cierta resistencia contra la fiebre tifoidea.  Este sería otro ejemplo de cómo los heterocigotos para una enfermedad pueden tener una mayor eficacia biológica respecto a los individuos sanos.

La fiebre tifoidea o tifus es causada por Salmonella typhi, una bacteria que usa los canales CFTR para entrar en las células. De modo que, en las personas heterocigotas para la fibrosis quística, al haber menos canales CFTR funcionales, la posibilidad de que la bacteria los utilice para entrar a las células y, por consiguiente, infecte al organismo, es menor.

Conclusiones sobre la Eficacia biológica

Los casos que hemos repasado aquí no son más que un par de ejemplos entre los muchos que existen sobre cómo el ser humano y su genética se ven afectados y se van adaptando a las distintas circunstancias que han ocurrido a lo largo del tiempo. Estas modificaciones han surgido con el fin de mantener una alta eficacia biológica, aunque al precio de mantener ciertos caracteres no “ideales”.

Al final se ve todo reducido a muchísimos años de evolución y a la coexistencia del ser humano con numerosas enfermedades.

¡Nos vemos pronto en otro post!

Referencias

Azimi A., “Cystic fibrotics could survive cholera, choleraics could survive cystic fibrosis”; hypothesis that explores new horizons in treatment of cystic fibrosis. (2015) Medical Hypotheses. Volume 85, issue 6, pages 715-717 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306987715004053?via%3Dihub

Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Cholera https://www.cdc.gov/cholera/illness.html

Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Malaria https://www.cdc.gov/dpdx/malaria/index.html

Definición de Eficacia Biológica https://www.cun.es/diccionario-medico/terminos/eficacia-biologica

Esther Samper (Shora), La enfermedad que planta cara a la malaria. (2009) http://www.soitu.es/soitu/2009/06/24/salud/1245835708_130936.html

European Bioinformatic Institute. Cholera toxin https://www.ebi.ac.uk/interpro/potm/2005_9/Page2.htm

Goodman B. E., et al., CFTR in cystic fibrosis and cholera: from membrane transport to clinical practice. (2005) American Physiological Society. Volume 29, issue 2, pages 75-82 https://www.physiology.org/doi/full/10.1152/advan.00035.2004

Orphanet Drepanocitosis https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?Lng=ES&Expert=232

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