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abr 15 2015

El genoma, transcriptoma y microbioma de Dermatophagoides farinae

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The draft genome, transcriptome, and microbiome of Dermatophagoides farinae reveal a broad spectrum of dust mite allergens. Chan TF et al. J Allergy Clin Immunol 2015 Feb;135(2):539-48. (texto completo libre)

d-farinaeMientras que el término “genoma” ya es de dominio popular, el de “transcriptoma” está menos difundido. Se refiere  al conjunto de “transcripciones” del ADN genómico a ARN mensajero; o sea, equivale al número de proteínas en vías de síntesis (“expresadas”, dicho en lenguaje de la biología molecular) en un organismo o tejido en el momento estudiado. Por su parte “microbioma” denomina  al conjunto de genomas microbianos co-habitantes del organismo hospedero, habitualmente como microbiota normal del tracto digestivo.

El presente artículo constituye un hito importante en la alergología experimental al publicar por primera vez una versión preliminar del genoma (acompañado de transcriptoma  y microbioma) de una de las principales fuentes alergénicas mundiales: el ácaro del polvo doméstico Dermatophagoides farinae. La publicación del genoma permite tener una visión abarcadora de la totalidad de las proteínas potencialmente alergénicas provenientes de este arácnido y evaluar así sus similitudes y diferencias con otras especies. También predecir la existencia de posibles proteínas alergénicas no identificadas anteriormente, por homología con alergenos conocidos. En total, los autores identificaron 16 376 genes y 9 142 transcripciones a ARNm, correspondientes a igual número de unidades polipeptídicas.

El estudio confirmó la presencia de 20 genes (con sus respectivas transcripciones) de alergenos conocidos anteriormente: desde Der f 1 hasta Der f 23, excepto Der f 17 (que aunque ha sido reportado en bases de datos, no se conoce su secuencia de ADN, de modo que su existencia o identidad parece dudosa), así como, los grupos 12 y 19 que hasta ahora parecen exclusivos de Blomia tropicalis. Otros 7 alergenos llamados “no canónicos” se corresponden a secuencias “ortólogas” que en otras especies bastante alejadas taxonómicamente han demostrado generar proteínas alergénicas, tales como profilina (un conocido pan-alergeno hasta ahora encontrado en plantas), Alt a 6 (del hongo Alternaria alternata), Mala s 6 (del hongo Malasezzia simpodialis causante de eccema atópico, dermatitis ganulomatosa y pitiriasis versicolor en humanos) y otros.

Otro de los aportes importantes del trabajo se refiere a la identificación de un nuevo alergeno mayor: denominado Der f 24. Es una proteína de unión a Ubiquinol-Citocromo-C reductasa, la cual juega un papel crítico en la generación de adenosín trifosfato (ATP) e interviene en la llamada respiración celular que consiste en el conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados completamente proporcionando energía aprovechable por la célula, principalmente en forma de ATP. Estructuralmente, es una lipoproteína multimérica transmembrana de 14.45 kDa. Además de su identificación genómica, la proteína recombinante pudo ser expresada en E. Coli y mostró reactividad in-vitro con la IgE sérica de 22 pacientes alérgicos y pruebas cutáneas positivas en 5 de 10 pacientes positivos al extracto de D. farinae.

Al ácaro del polvo doméstico se le ha llamado en ocasiones “ácaro ciego” por la falta aparente de órganos oculares. No obstante, se conoce desde 1975, por evidencias experimentales (Furumizo y Warton[1]) que estos ácaros son capaces de sensar la luz en el rango de longitudes de onda entre 500 y 575 nm (luz verde) y probablemente entre 600 y 675 nm (rojo-naranja); sin haberse podido precisar, sin embargo, la localización anatómica de sus fotorreceptores. El presente estudio arroja más luz sobre los ácaros “ciegos” al detectarse la presencia en los mismos de los genes de la llamada vía de  fototransducción, similar a otros invertebrados, e incluso la expresión de una proteína similar a la Rodopsina, lo cual provee una evidencia molecular importante del proceso de fotodetección en el rango de 500 a 575 nm.

Quizá el aporte más trascendente del trabajo se refiere a la caracterización completa del microbioma del ácaro, identificando un amplio espectro de microorganismos que incluyó más de 100 especies diferentes. El género predominante ampliamente fue Enterobacter con 63.4% del total. El hallazgo contrasta con un estudio anterior que había vislumbrado la presencia de ADN del género intracelular Bartonella.[2] En este estudio las mismas solo representaron 1.7 %. Las enterobacterias son contaminantes frecuentes del ambiente y son reportadas en cerca del 10 % de las infecciones nosocomiales del tracto respiratorio, en particular, la especie E. cloacae, que aquí resultó también predominante. En el trabajo se logra identificar la distribución de este microorganismo a todo lo largo del tracto digestivo del ácaro, con la ayuda de un anticuerpo monoclonal marcado. Entonces, los ácaros pueden servir como un hospedero intermediario para las enterobacterias y contribuir a su transmisión por vía respiratoria, ya que las partículas fecales, por su tamaño y características físicas son inhalables. De ese modo, se provee una posible conexión adicional entre las infecciones del tracto respiratorio y la aparición y desarrollo de la enfermedad alérgica, eventos, cuya asociación es muy conocida de la experiencia clínica y la evidencia epidemiológica.

La localización de estos microorganismos enel tracto digestivo y su capacidad de síntesis de aminoácidos y tiamina sugieren la existencia de relaciones endosimbióticas entre el ácaro y su microbioma, como es bastante común en el reino animal. Una evidencia en ese sentido es el hecho experimental relatado en el trabajo de que los ácaros no son capaces de sobrevivir ante la adición de ampicilina al medio de cultivo, antibiótico capaz de eliminar o reducir drásticamente su microbiota. En esa misma dirección, se identificó en el genoma del ácaro una enzima bacteriolítica digestiva.

Dentro del microbioma, de 20 a 30 genes codifican enzimas involucradas en la biosíntesis de LPS, componente de las membranas de bacterias Gran-negativas. Este hallazgo concuerda con la presencia conocida de endotoxinas en los extractos alergénicos de ácaros, actualmente presentes en el mercado, y empleados para la inmunoterapia alergeno específica. Hasta el momento el origen de estas endotoxinas había sido incierto. El papel del LPS es controvertido, pues es un inmunomodulador pro Th1, capaz, en cierta forma de prevenir la respuesta alérgica IgE en edades tempranas. Sin embargo, la interacción del LPS con las mucosas respiratorias pulmonares promueve la inflamación y el desarrollo del asma. Particularmente, ha sido bien identificada la interacción entre el alergeno mayor Der p 2 o Der f 2 y el LPS, amplificando la respuesta inflamatoria local, mediante mecanismos de la inmunidad innata, activando el receptor TLR4 y la vía Th17. Dilucidar el papel del LPS en los extractos alergénicos pudiera ser importante para lograr una mejor comprensión de los mecanismos de acción de la inmunoterapia alergeno específica. Resulta también intrigante que en contraste con la amplia alergenicidad de las proteínas propias del ácaro, ninguna de las proteínas bacterianas mostró actividad de unión de IgE.

En conclusión, este estudio significa un avance importante en la caracterización de los alergenos de ácaros, con la aplicación de las modernas herramientas biotecnológicas, y posiblemente en la comprensión integral de la etiología de la enfermedad alérgica respiratoria. Sus resultados son de evidente utilidad en el desarrollo futuro de medios de diagnósticos y vacunas terapéuticas.

Referencias


[1] Furumizo RT and Wharton GM (1975) A case of postimaginal moult in the American house dust mite Dermatophagoides farinae Hughes 1961 (Acari: Proglyphidae). Acarologia, 17, 730-733.

[2] Valerio CR, Murray P,  Arlian LG, Slater JE. Bacterial 16S ribosomal DNA in house dust mite cultures J Allergy Clin Immunol 2005;116(6):1296-1300

Por DrC Alexis Labrada

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feb 10 2011

La interacción entre microorganimos y ácaros del polvo

Filed under En Cuba

El pasado 3 de febrero defendió exitosamente su Maestría en Microbiología en la Universidad de La Habana, la Lic. Mercedes Sánchez Millares, del Dpto de Alergenos de BIOCEN. La especialista abordó en su trabajo de tesis el problema de la presencia de diferentes microorganismos (bacterias y hongos) asociados a los ácaros domésticos, y en particular los métodos para controlar estos contaminantes microbianos durante el cultivo de ácaros con destino a la fabricación de las vacunas terapéuticas antialérgicas VALERGEN, fármacos incorporados al Cuadro Básico de Medicamentos. Entre los resultados novedosos expuestos se encuentran la interdependencia del contenido de hongos y la densidad de los ácaros en el cultivo, durante el crecimiento de los mismos, lo cual sugiere una relación simbiótica. Se trata de un trabajo pionero en este tema en Cuba que abre posibilidades futuras de investigación, de indudable utilidad práctica.

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