Hace 10 años el zika provocó una emergencia sanitaria en Hispanoamérica y dejó una inquietud que todavía preocupa a los científicos: los daños que el virus puede causar en el cerebro humano, especialmente durante su desarrollo. Una investigación de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) encontró que el virus altera sustancias esenciales para la comunicación entre las neuronas, un cambio que le ayudaría a multiplicarse y además explicaría algunas de sus secuelas neurológicas
El hallazgo forma parte de la tesis doctoral de Aura Caterine Rengifo Castillo, doctora en Ciencias Biomédicas de la UNAL e investigadora del Instituto Nacional de Salud (INS), quien estudió qué ocurre en el cerebro cuando el virus del zika infecta las células nerviosas.
El zika es una enfermedad causada por un virus transmitido especialmente por la picadura de mosquitos del género Aedes, los mismos que transmiten el dengue y el chikunguña. Aunque la mayoría de las infecciones son asintomáticas o leves, durante la epidemia se comprobó que el virus podía atravesar la placenta y afectar el desarrollo del cerebro fetal.
Entre las consecuencias más graves del zika está la microcefalia, una condición en la que el bebé nace con una cabeza más pequeña de lo esperado, asociada con alteraciones del desarrollo cerebral.
En febrero de 2016 la magnitud del problema llevó a la Organización Mundial de la Salud (OMS) a declarar una «emergencia de salud pública de importancia internacional». En 2015, en Colombia se habían notificado más de 108.000 casos, de los cuales 94.947 correspondieron a 2016, el año más crítico de la epidemia. Sin embargo, 10 años después el virus sigue circulando en varios países de América.
El cerebelo, la estructura más afectada
Las neuronas se comunican mediante unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores, las cuales activan o disminuyen la actividad cerebral, y su equilibrio mutuo es esencial para funciones como el movimiento, la memoria y el aprendizaje.
La doctora Rengifo estudió dos de estos neurotransmisores; uno utiliza el GABA, que generalmente reduce la actividad de las neuronas maduras mediante receptores como el GABA-A, y el otro emplea el glutamato, que estimula la actividad neuronal a través de receptores como el NMDA. Sin embargo, durante las primeras etapas del desarrollo cerebral, el GABA también puede actuar como estimulante y participar en la formación y maduración de las neuronas.
«El sistema GABAérgico actúa en estructuras fundamentales como la corteza y el cerebelo, y su desequilibrio se ha asociado con diversos trastornos neurológicos y de comportamiento», explica la investigadora.
En cerebros de ratones recién nacidos infectados con zika, la investigadora encontró alteraciones en la producción de estos neurotransmisores, con señales de mayor actividad del sistema GABAérgico y una disminución de los procesos relacionados con la síntesis de glutamato.
Las lesiones más importantes se observaron en el cerebelo, estructura encargada de coordinar los movimientos y mantener el equilibrio. Allí identificó hipoplasia cerebelosa, es decir un desarrollo incompleto de esta región y una reducción de proteínas como la reelina y la MAP-2, necesarias para la organización y maduración de las neuronas.
También encontró pérdida y desorganización de las células de Purkinje, neuronas especializadas que utilizan GABA y participan en la coordinación motora. Estas alteraciones explicarían algunos de los problemas neurológicos asociados con la infección.
En el cerebelo y la corteza cerebral también se observaron calcificaciones, o sea pequeños depósitos de calcio que, según la investigadora, estarían relacionadas con la acción estimulante del GABA durante el desarrollo temprano, aunque esta es apenas una hipótesis.
Algunas de estas lesiones son semejantes a las descritas en fetos y recién nacidos con síndrome congénito por zika, asociado con la infección durante el embarazo. «Nosotros encontramos lo mismo en ratones», señala.
Estudios en laboratorio
Para investigar cómo se producen tales alteraciones, la doctora trabajó con ratones recién nacidos infectados con una cepa colombiana del virus del zika, aislada y caracterizada por el grupo de investigación del INS.
La elección de animales en sus primeros días de vida respondió a una razón científica, y es que su sistema nervioso todavía está en desarrollo y sus defensas frente a determinadas infecciones aún no han alcanzado la madurez. Estas condiciones permiten estudiar algunas de las alteraciones que el virus puede provocar durante las primeras etapas del desarrollo cerebral.
«Durante los tres primeros días de vida los ratones tienen una deficiencia en la respuesta para inhibir la replicación viral. Al inocular a los ratones dentro de esta ventana de tiempo, los signos neurológicos de la enfermedad son muy estables y se reproducen constantemente en los diferentes modelos», explica.
Los animales infectados se compararon con un grupo de control que recibió una inyección sin virus. En unos se analizaron los cambios en genes y proteínas relacionados con la producción y el transporte de GABA y glutamato; y en otros se examinaron muestras de la corteza cerebral y del cerebelo mediante técnicas microscópicas que permitieron observar la organización del tejido, identificar lesiones y localizar estas sustancias químicas.
Diez días después de la infección, cuando los animales ya presentaban signos neurológicos, se obtuvieron las muestras cerebrales siguiendo los protocolos éticos establecidos para la investigación con animales. Los análisis permitieron identificar modificaciones en los sistemas de comunicación neuronal y examinar su posible relación con la presencia del virus.
«Parece que el ambiente de la infección promueve la síntesis de GABA, es decir un ambiente que fomenta la inhibición, y que además disminuye la síntesis de glutamato. El GABA está asociado con un efecto inmunosupresor que favorecería la replicación del virus», menciona.
Esta observación plantea una posibilidad particularmente interesante: que cuando se modifique el equilibrio químico del tejido nervioso el virus encuentre condiciones favorables para multiplicarse. El GABA, además de participar en la comunicación neuronal, puede intervenir en la regulación de algunas respuestas inmunitarias. Por eso la investigadora considera necesario profundizar en su posible relación con los mecanismos de defensa frente al zika.
El virus del zika también podría interactuar con los receptores que utilizan las neuronas para recibir mensajes. Para estudiar esta posibilidad, la investigadora utilizó simulaciones computacionales que permiten analizar cómo encajarían entre sí distintas estructuras moleculares.
Los análisis indicaron que la proteína de envoltura del zika, una estructura ubicada en la superficie del virus que participa en su interacción con las células, se podría unir a regiones de los receptores GABA-A y NMDA relacionadas con el reconocimiento de neurotransmisores.
Las observaciones en cultivos de neuronas de rata mostraron que la distancia entre la proteína viral y estos receptores es nanométrica, es decir que sus separaciones son tan extremadamente pequeñas que se miden en millonésimas de milímetro.
Aunque los resultados respaldan la posibilidad de una interacción, todavía no demuestran que el virus utilice directamente estos receptores para entrar a las neuronas, ni que dicha unión aumente su multiplicación. Para comprobarlo se necesitan experimentos específicos que permitan confirmar la interacción física y determinar sus consecuencias biológicas.
La tesis doctoral reúne así tres aproximaciones complementarias: el estudio de las lesiones cerebrales en animales infectados, el análisis de los cambios químicos y moleculares asociados con la infección, y la exploración de posibles interacciones entre proteínas virales y receptores neuronales.
La experta advierte que se trata de una investigación preliminar, y que antes de pensar en tratamientos para las personas será necesario confirmar los mecanismos propuestos, evaluar la seguridad de las posibles intervenciones y comprobar si los resultados obtenidos en modelos experimentales también se presentan en seres humanos.
Además, insiste en mantener la vigilancia epidemiológica del zika y de otras enfermedades transmitidas por mosquitos, especialmente ante los cambios ambientales y climáticos que pueden modificar la distribución de sus vectores.
