Ecología de enfermedades

Aunque la influenza ha recibido mucha atención en los medios a raíz del brote de 2009, existe un lado poco explorado de este virus que podría ser crucial para prevenir una pandemia:  sus orígenes multiespecie.  En esta ocasión, 4 jóvenes investigadoras unen fuerzas para contarnos más sobre estos virus.  Acompáñanos con Liliana Gaytán, Jessica Mateus, Brenda Maya y Cecilia Montoya en esta nueva entrada del Blog de Ecología de Enfermedades.

La influenza es una enfermedad con trayectoria histórica, famosa por ser la causa de cuatro grandes pandemias en los últimos dos siglos: la “Gripe española” (1918-1919), causante de cerca de 50 millones de muertes, la “Gripe asiática” (1957-1958) que ocasionó de 1 a 2 millones de muertes, la “Gripe de Hong Kong” (1968-1970), y la pandemia H1N1 de 2009 (2009-2010), denominada “Gripe porcina”, la cual, a pesar de su nombre, surgió por la combinación de genes de virus de influenza A originados en aves, cerdos y humanos (Nickol y Kindrachuk, 2019).

Aunque las pandemias de escala masiva evocan imágenes de muerte y devastación, la influenza es un virus que generalmente causa brotes anuales pequeños en la población humana. La influenza también puede generar brotes (de alta o baja patogenicidad) que afectan a animales de producción como aves y cerdos.  Cuando se presentan estos brotes (particularmente si es de alta patogenicidad) las autoridades de sanidad animal despliegan  estrictos protocolos de control para acabar con el brote y disminuir o evitar la transmisión a otros individuos realizando manejos adecuados de los animales infectados o en riesgo de infección.) A pesar de que estas medidas generan pérdidas económicas importantes, la prioridad en estos casos es detener la propagación del virus entre animales y eliminar la amenaza de una posible transmisión de animales a humanos. Y es que ciertos tipos de influenza tienen la capacidad de infectar a múltiples especies animales, generando nuevas variantes que podrían llegar a causar una próxima pandemia de influenza. Por ello, en años recientes los esfuerzos de monitoreo de la influenza se han extendido más allá de los hospitales y los centros de población humana, para incluir a las poblaciones de animales silvestres donde el virus de influenza circula de manera natural. Pero, ¿cómo es que el origen silvestre de la influenza representa una amenaza para la salud pública y la sanidad animal? Parte de la respuesta la podemos encontrar en la ecología de los virus de influenza.

Clasificación y ecología de los virus de la influenza

Existen 4 tipos de influenza: A, B, C y D. Mientras que los tipos B, C y D infectan a algunas especies en particular (humanos en el caso del tipo B, humanos y cerdos en el caso del tipo C y rumiantes en el caso del tipo D) (Kuchipudi y Nissly, 2018), los virus de influenza tipo A (VIA) pueden infectar a muchas especies, incluyendo aves, caballos, cerdos, focas, gatos, humanos, murciélagos y perros, entre otros (Joseph et al., 2017). Esta capacidad de transmisión entre distintas especies ha generado una gran diversidad de los VIA, la cual se puede clasificar de acuerdo a dos tipos de proteína encontradas la superficie de estos virus:  la hemaglutinina (HA) y la neuraminidasa (NA). Estas proteínas son esenciales para la infección exitosa: la HA se encarga principalmente de que el virus entre a las células del hospedero, mientras que la NA facilita la salida de los nuevos virus, llamados viriones.  A la fecha, se conocen 18 variantes de HA y 11 variantes de NA, (dos de ellas recientemente detectadas y  que describiremos más adelante) y aunque generalmente sólo escuchemos hablar de algunos subtipos (por ejemplo, el H1N1 que es una combinación de HA subtipo 1 y NA subtipo 1), hay una gran diversidad de combinaciones posibles.  De todos los subtipos descritos hasta la fecha, la gran mayoría de ellos se han encontrado en aves acuáticas, particularmente patos, gansos, cisnes y aves playeras (Anseriformes y Charadriiformes), a quienes infectan sin causarles síntomas graves de enfermedad. Por lo anterior, las aves acuáticas se consideran el reservorio natural de los VIA. Algunas de estas aves tienen una amplia distribución debido a sus patrones migratorios;  por ejemplo, el pato de alas azules (Spatula discors) migra desde Canadá y/o Estados Unidos hacia México durante la época invernal. Esta libertad de movimiento facilita el encuentro de estas aves con otras especies de vertebrados (Webster et al., 1992), lo cual podría facilitar a su vez el intercambio de virus. Pero, ¿qué tiene que ocurrir para que un virus salte a otra especie?.

La complejidad de la transmisión del virus de la influenza A entre diferentes especies

Además de su capacidad de infectar múltiples especies de vertebrados, los VIA son considerados agentes infecciosos zoonóticos, es decir, que se pueden transmitir entre humanos y animales. La transmisión interespecie o salto taxonómico ocurre cuando diferentes especies de animales silvestres y/o domésticos, e incluso humanos comparten el mismo espacio y tiempo, lo cual les permite entrar en contacto directo o indirecto (por ejemplo, a través del uso de recursos en común, como el agua), lo que es conocido como “interfaz” (Gortazar et al., 2014, Lloyd-Smith et al., 2009). El éxito de la transmisión interespecie (que el virus pueda infectar y replicarse en otra especie), depende de tres factores principales: características del virus, características del hospedero y contexto ambiental.

 

Virus de influenza, patógenos cambiantes

Los VIA cambian constantemente. Cuando el virus se replica para producir una nueva generación, pueden ocurrir cambios genéticos. Al principio, estos cambios son pequeños y los virus producidos dentro de un mismo hospedero se parecen mucho entre ellos. Sin embargo, con el paso del tiempo los cambios se acumulan y los virus de diferentes hospederos se parecen cada vez menos. Esta es la razón principal por la cual cada año las autoridades de salud producen una nueva vacuna de influenza, ya que los cambios acumulados a lo largo de un año son tantos que la vacuna del año pasado deja de ser efectiva contra el nuevo virus circulante. Además de estos cambios pequeños y acumulativos, los VIA pueden presentar cambios mucho más abruptos y repentinos, que generan variedades completamente nuevas en muy corto tiempo.  Estos cambios ocurren cuando uno o más subtipos de VIA coinfectan una misma célula e intercambian material genético, generando nuevas variedades. Este proceso, llamado rearreglo genético, es posible porque los VIA tienen su material genético dividido en 8 segmentos, lo cual facilita el intercambio de segmentos entre dos o más virus de diferentes orígenes (de diferentes especies).  Por ejemplo, el virus de influenza H1N1 del 2009 es considerado como un rearreglo cuádruple con segmentos provenientes de humanos, aves y cerdos de linaje Norteamericano y Euroasiático (Baldo et al., 2016). Estas nuevas variantes representan un riesgo, ya que tienen el potencial de transmitirse rápidamente antes de que el sistema inmune del hospedero pueda responder.  De hecho, todas las pandemias de influenza (a excepción de la de 1918 cuyo origen aún se debate) fueron causadas por virus combinados de diferentes orígenes.

Características del hospedero

Aunque el surgimiento de nuevas variantes de VIA y la acumulación de mutaciones le da al virus la posibilidad de adaptarse a nuevos hospederos, esto no siempre ocurre. Infectar a una nueva especie de hospedero supone un reto para el virus,  pues es un entorno muy distinto al que está acostumbrado. Por ejemplo, un VIA que salta de un ave silvestre a un mamífero debe poder persistir bajo las nuevas condiciones del hospedero.  Además, debe tener los receptores adecuados para lograr entrar a las células de otra especie, y la capacidad de evadir  la respuesta inmune del hospedero (Yassine et al., 2010; Brown et al., 2009). Entre más parecidas sean las especies entre las que se transmite el virus, mayor probabilidad tiene éste de infectar exitosamente.

Contexto ambiental  relacionado con las actividades humanas

Las actividades humanas pueden favorecer la interfaz entre animales silvestres con domésticos, lo que incrementa la probabilidad de que aparezcan nuevas variantes de VIA con el potencial de generar brotes epidémicos en especies animales y seres humanos (Hassell et al., 2017). Una de las actividades que aumentan el contacto entre animales silvestres y domésticos es la producción pecuaria. En Latinoamérica y diversos países del continente asiático, la gran mayoría de estas producciones se realizan en sistemas de traspatio – al menos en México, representan hasta el 85% de la producción nacional -. Estos sistemas de producción familiar o pequeña escala presentan escasas medidas de bioseguridad, lo cual facilita la presencia y contacto entre diversas especies animales cuando hay un manejo poco controlado de los corrales, o por un manejo inadecuado de excretas  y/o animales muertos que se dejan al aire libre. Estas condiciones propician el contacto y la posible transmisión de VIA entre distintas especies (Gutiérrez-Ruiz, et al., 2012). Asimismo, existen otro tipo de producciones basadas en la tenencia de animales en libertad, con el fin de disminuir el estrés a causa del encierro. Estos sistemas se diferencian del traspatio porque se utiliza el pastoreo como sistema de alimentación y se tiene mayor control sobre los animales. Este tipo de producción es llamado de libre pastoreo (free-ranging) y se ha desarrollado en distintas regiones, principalmente en Estados Unidos, China y algunos países africanos como Kenia. Sin embargo, aunque estos sistemas brindan mayor bienestar para los animales, el riesgo de contacto entre aves silvestres reservorias del VIA y animales domésticos susceptibles a la infección es alto, como lo han indicado estudios en China (Cappelle et al., 2014). Actualmente, a pesar de que se reconoce la importancia que tienen este tipo de producciones en la dinámica de transmisión del VIA, poco se ha estudiado sobre la ecología del VIA en las diferentes interfaces que existen entre animales silvestres y domésticos en América Latina, ya que la mayoría de las investigaciones se han centrado principalmente en identificar VIA en una sola especie de hospedero, sin tomar en cuenta la presencia de múltiples hospederos.

Avances en la integración de nuevos hospederos en la ecología del virus de influenza

Los cerdos asilvestrados han sido el centro de atención para nuevos estudios debido a las interacciones biológicas en las que pueden participar durante la transmisión del VIA. El cerdo asilvestrado (Sus scrofa), cerdo doméstico, jabalí europeo e híbridos de éstos, son animales que por efecto de las actividades humanas dejan el cautiverio y se convierten en “silvestres”. Son considerados especies invasoras y de alto riesgo para ambientes conservados, no sólo por su capacidad de desplazar a especies nativas, sino porque se les ha asociado a enfermedades virales emergentes y reemergentes, como la influenza aviar, existiendo casos confirmados de exposición a virus de influenza A de subtipos aviares, humanos y porcinos (Martin et al., 2017; Biondo et al, 2014).

Por otro lado, en cuanto a animales silvestres se refiere, el reciente descubrimiento de nuevos subtipos de VIA (H17N10 y H18N11) aislados en murciélagos frugívoros de las especies Sturnira lilium y Artibeus jamaicensis en Centroamérica, han evidenciado nuevas interacciones biológicas dentro de la ecología del VIA (Tong et al., 2013; Short et al., 2015). Estos subtipos presentan marcadas diferencias respecto a los virus convencionales, por lo cual los murciélagos han sido considerados como una nueva fuente potencial de diversidad genética del VIA. No obstante, el conocimiento actual sobre la distribución y la diversidad de VIA de murciélagos es sólo la punta del iceberg (Brunotte, 2016).

Avances en la investigación de los VIA por parte del LEEyUS

Como hemos visto, el estudio de los VIA es complejo, debido a la gran cantidad de factores involucrados en la dinámica de transmisión viral. A través de la historia, la mayoría de investigaciones se han enfocado en identificar los VIA principalmente en humanos, aves domésticas o cerdos. Sin embargo, la influencia de actividades humanas como la producción pecuaria en sistemas abiertos ha facilitado el contacto entre especies domésticas y silvestres. Por lo anterior, la inclusión de animales como las aves acuáticas, los murciélagos y los cerdos asilvestrados en las investigaciones científicas representan un punto de partida crítico para comprender de manera integral la ecología de los VIA.

En este sentido, en el Laboratorio de Ecología de Enfermedades y Una Salud (LEEyUS) estamos realizando investigaciones donde estudiamos la dinámica de transmisión de los VIA en una interfaz entre patos silvestres migratorios, aves de corral y cerdos domésticos en un Área Natural Protegida conocida como Las Ciénegas de Lerma. Para ello, llevamos a cabo la detección de los subtipos de VIA presentes o que habrían circulado en esas especies animales, mediante métodos moleculares y serológicos. Esto nos permite estudiar sus relaciones evolutivas, para determinar  qué subtipos tiene mayor cercanía genética y geográfica. Además, también estamos realizando la identificación de VIA en murciélagos y cerdos asilvestrados, buscando el papel que desempeñan estos hospederos en la ecología del virus.

---

¿Quieres saber más sobre los virus de la influenza tipo A?  Aquí hay algunas referencias (citadas en el texto) donde puedes encontrar más información.

• Baldo, V., Bertoncello, C., Cocchio, S., Fonzo, M., Pillon, P., Buja, A., Baldovin, T., 2016. The new pandemic influenza A/(H1N1)pdm09 virus: is it really “new”? J. Prev. Med. Hyg. 57, E19-22.
• Biondo, N. et al. (2014) ‘Genomic analysis of influenza A virus from captive wild boars in Brazil reveals a human-like H1N2 influenza virus’, Veterinary Microbiology, 168(1), pp. 34–40. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2013.10.010
• Brown, J.D., Goekjian, G., Poulson, R., Valeika, S., Stallknecht, D.E., 2009. Avian influenza virus in water: Infectivity is dependent on pH, salinity and temperature. Vet. Microbiol. 136, 20–26. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2008.10.027
• Brunotte, L., Beer, M., Horie, M., Schwemmle, M., 2016. Chiropteran influenza viruses: flu from bats or a relic from the past? Curr. Opin. Virol. 16, 114–119. https://doi.org/10.1016/j.coviro.2016.02.003
• Cappelle, J., Zhao, D., Gilbert, M., Nelson, M.I., Newman, S.H., Takekawa, J.Y., Gaidet, N., Prosser, D.J., Liu, Y., Li, P., Shu, Y., Xiao, X., 2014. Risks of Avian Influenza Transmission in Areas of Intensive Free-Ranging Duck Production with Wild Waterfowl. EcoHealth 11, 109–119. https://doi.org/10.1007/s10393-014-0914-2
• Gortazar, C., Reperant, L.A., Kuiken, T., de la Fuente, J., Boadella, M., Martínez-Lopez, B., Ruiz-Fons, F., Estrada-Peña, A., Drosten, C., Medley, G., Ostfeld, R., Peterson, T., VerCauteren, K.C., Menge, C., Artois, M., Schultsz, C., Delahay, R., Serra-Cobo, J., Poulin, R., Keck, F., Aguirre, A.A., Henttonen, H., Dobson, A.P., Kutz, S., Lubroth, J., Mysterud, A., 2014. Crossing the Interspecies Barrier: Opening the Door to Zoonotic Pathogens. PLoS Pathog. 10, e1004129. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1004129
• Gutiérrez-Ruiz, E.J., Aranda-Cirerol, Rodríguez-Vivas, Bolio-González, Ramírez González, Estrella-Tec, 2012. Factores sociales de la crianza de animales de traspatio en Yucatán, México. Bioagrociencias 5, 20–28.
• Hassell, J.M., Begon, M., Ward, M.J., Fèvre, E.M., 2017. Urbanization and Disease Emergence: Dynamics at the Wildlife–Livestock–Human Interface. Trends Ecol. Evol. 32, 55–67. https://doi.org/10.1016/j.tree.2016.09.012
• Joseph, U., Su, Y.C.F., Vijaykrishna, D., Smith, G.J.D., 2017. The ecology and adaptive evolution of influenza A interspecies transmission. Influenza Other Respir. Viruses 11, 74–84. https://doi.org/10.1111/irv.12412
• Kuchipudi, S., Nissly, R., 2018. Novel Flu Viruses in Bats and Cattle: “Pushing the Envelope” of Influenza Infection. Vet. Sci. 5, 71. https://doi.org/10.3390/vetsci5030071
• Lloyd-Smith, J.O., George, D., Pepin, K.M., Pitzer, V.E., Pulliam, J.R.C., Dobson, A.P., Hudson, P.J., Grenfell, B.T., 2009. Epidemic Dynamics at the Human-Animal Interface. Science 326, 1362–1367. https://doi.org/10.1126/science.1177345
• Long, JS, Mistry, B., Haslam, SM, y Barclay, WS (2018). Host and viral determinants of influenza A virus species specificity. Nature Reviews Microbiology. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0115-z
• Martin, B. E. et al. (2017) ‘crossm Feral Swine in the United States Have Been Exposed to both Avian and Swine Influenza A Viruses’, 83(19), pp. 1–12.  https://doi.org/10.1128/AEM .01346-17
• Nickol, M.E., Kindrachuk, J., 2019. A year of terror and a century of reflection: perspectives on the great influenza pandemic of 1918–1919. BMC Infect. Dis. 19. https://doi.org/10.1186/s12879-019-3750-8
• Short, K.R., Richard, M., Verhagen, J.H., van Riel, D., Schrauwen, E.J.A., van den Brand, J.M.A., Mänz, B., Bodewes, R., Herfst, S., 2015. One health, multiple challenges: The inter-species transmission of influenza A virus. One Health 1, 1–13. https://doi.org/10.1016/j.onehlt.2015.03.001
• Tong, S., Zhu, X., Li, Y., Shi, M., Zhang, J., Bourgeois, M., Yang, H., Chen, X., Recuenco, S., Gomez, J., Chen, L.-M., Johnson, A., Tao, Y., Dreyfus, C., Yu, W., McBride, R., Carney, P.J., Gilbert, A.T., Chang, J., Guo, Z., Davis, C.T., Paulson, J.C., Stevens, J., Rupprecht, C.E., Holmes, E.C., Wilson, I.A., Donis, R.O., 2013. New World Bats Harbor Diverse Influenza A Viruses. PLoS Pathog. 9, e1003657. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003657
• Webster, R.G., Yoon, S.-W., Webby, R.J., 2014. Evolution and Ecology of Influenza A Viruses, in: Compans, R.W., Oldstone, M.B.A. (Eds.), Influenza Pathogenesis and Control – Volume I. Springer International Publishing, Cham, pp. 359–375. https://doi.org/10.1007/82_2014_396
• Yassine, H.M., Lee, C.-W., Gourapura, R., Saif, Y.M., 2010. Interspecies and intraspecies transmission of influenza A viruses: viral, host and environmental factors. Anim. Health Res. Rev. 11, 53–72. https://doi.org/10.1017/S1466252310000137
  

  ---

  Agradecimientos especiales

Agradecemos al equipo editorial del blog del Laboratorio de Ecología de Enfermedades y Una Salud, en particular a Rafael Ojeda, Paola Martínez y Paulina Pontifes por su apoyo en la edición del texto y la revisión de fuentes.