Ecología de enfermedades

Los murciélagos son animales tan fascinantes como importantes: polinizan cerca de 500 especies distintas de plantas, incluyendo algunas tan representativas como el agave azul, del que obtenemos el tequila, así como guayabas y plátanos, entre muchas otras.  Son excelentes controladores de plagas de insectos y su capacidad como dispersores de semillas permite la recuperación de selvas, bosques y otros ecosistemas.  Sin embargo, pese a su gran valor ecológico, su fama actual se debe a que han sido señalados como reservorios de una importante diversidad viral. Estos dos grupos de especies -murciélagos y virus- han sido objeto de diversas interpretaciones socioculturales que los han convertido en el blanco de muchas creencias populares erróneas e historias de terror basadas principalmente en la falta de información.  En el siguiente número de nuestra serie especial sobre coronavirus, el Dr. Rafael Ojeda y la M. en C. Paulina Pontifes, nos hablan de una increíble historia de éxito evolutivo entre virus y murciélagos, así como una de las hipótesis más interesantes para explicar la diversidad de virus, algunos de ellos de alta importancia médica, que albergan estos mamíferos. 

Los murciélagos son mamíferos extraordinarios.  En términos ecológicos, son especies clave para la seguridad alimentaria y la conservación de ecosistemas por la variedad de sus hábitos alimenticios:  polinizan cultivos, dispersan semillas a grandes distancias y devoran insectos al por mayor.  En la agricultura, los murciélagos son grandes aliados para el control de plagas, generando ahorros de más de 20 mil millones de dólares anuales,   que de otra manera se invertirían en pesticidas para cultivos (sin contar las pérdidas económicas por plagas resistentes a los pesticidas). En cuanto a su mala fama como vampiros chupa sangre, sólo tres especies de las cerca de 1,200 existentes se consideran verdaderos vampiros, y se alimentan específicamente de sangre de animales.  En términos fisiológicos, su condición como mamíferos voladores les ha conferido una serie de características no sólo a nivel físico sino celular y molecular, que los hace organismos de estudio de alto interés para nuevos desarrollos en ingeniería y en medicina.

Con la pandemia de COVID-19 el interés por este grupo se ha renovado, en particular para entender por qué los murciélagos están asociados a una gran diversidad de virus, y por qué algunos de estos virus que logran cruzar la barrera de transmisión entre especies son capaces de causar enfermedades, a menudo con resultados letales.  La respuesta es compleja: este grupo de mamíferos tiene varias características biológicas que los hace hospederos “atractivos” para los virus, características que a lo largo de millones de años de evolución conjunta han generado una relación finamente calibrada entre los murciélagos y sus virus.  Por otra parte, muchas actividades humanas han perturbado severamente el hábitat natural de los murciélagos y el ciclo natural de estos virus, colocando así al humano como un eslabón nuevo en una cadena de transmisión de la que nunca habíamos sido parte.  De la primera parte hablamos en este texto, mientras que la segunda la discutiremos a mayor detalle en la entrada de blog sobre enfermedades zoonóticas (que pasan de animales a humanos) emergentes, que publicaremos en la siguiente entrega.

La diversidad de virus en los murciélagos:  la importancia de los números

Como grupo taxonómico los murciélagos presentan varias características en común:  tienen comportamientos gregarios, alcanzando densidades poblacionales altas dentro de espacios reducidos (hasta veinte millones en una colonia) donde pueden convivir varias especies de murciélagos. Adicionalmente, muchas especies de murciélagos forman lazos sociales, reforzados por el contacto físico cercano.  Los murciélagos también son especies longevas para su tamaño, con promedios de vida entre 20-40 años. Este conjunto de características los hace hospederos “interesantes” para los virus, que esencialmente necesitan transmitirse entre individuos susceptibles (es decir, no infectados) para persistir:  el contacto físico cercano por hábitos sociales aumenta la probabilidad de una transmisión exitosa, mientras que la longevidad genera un mayor número de oportunidades en el tiempo para poderse transmitir.  Por su parte, la alta densidad poblacional de las colonias garantiza que el virus tendrá un flujo constante de individuos nuevos, susceptibles de ser infectados, incluso si una gran parte de la población adulta es inmune.

Varias especies, incluyendo al humano, comparten estas características de socialidad, longevidad y gregarismo.  Sin embargo, a diferencia de los humanos, los murciélagos son un linaje evolutivamente muy antiguo, con un tiempo de existencia de aproximadamente 50 millones de años.  Esto les ha permitido co-evolucionar con sus virus por mucho tiempo, y llegar al equilibrio de la coexistencia, donde sus virus no les causan signos graves de enfermedad.  Su largo tiempo evolutivo también les ha permitido acoger a diversos virus, algunos de los cuales han pasado al salón de la fama por causar enfermedades de alto perfil:  Marburg, Hendra, Nipah, SARS, MERS y, recientemente COVID-19.

Pero, ¿realmente los murciélagos albergan una cantidad desproporcionada de virus letales que representan un riesgo para los humanos? De acuerdo con un estudio reciente, realizado por el grupo de trabajo de uno de los grandes expertos en murciélagos y sus enfermedades, la respuesta es que no.  Estos investigadores encontraron que, comparado a otros grupos que también alojan virus capaces de infectar humanos (específicamente, aves y roedores), el número de virus que albergan distintos órdenes taxonómicos de murciélagos es proporcional al número de especies que estos contienen.  En otras palabras, los grupos más diversos (mayor número de especies) tienen una cantidad proporcional de especies  de virus, un patrón que se repite tanto en murciélagos como en aves y roedores.  Otra conclusión interesante de este estudio es que, a nivel biológico, los factores de riesgo para una transmisión zoonótica tienen más que ver con las características de los virus que con las características de sus hospederos.  Esto quiere decir que no existe un mayor riesgo de transmisión de los virus que alojan estos mamíferos voladores, sólo por el hecho que sean virus de murciélagos.  Finalmente, y como lo discutiremos en la siguiente entrega de este blog, los autores también concluyen que la razón por la cual algunos virus zoonóticos se vuelven epidemias o pandemias (y otros no), tiene mucho que ver con nuestras interacciones invasivas de las dinámicas naturales de los ecosistemas.

¿Pero entonces por qué pareciera que los virus de los murciélagos son notoriamente peligrosos para los humanos? Cuando un virus atraviesa la barrera entre especies y logra infectar a una nueva especie de hospedero, se encuentra en territorio desconocido.  Esto puede tener consecuencias desastrosas, tanto para el virus como para el hospedero:  si el virus no logra colonizar las células de su nuevo hospedero no podrá replicarse y estará en un callejón sin salida.  Si lo logra, el hospedero se encuentra en desventaja, ya que su sistema inmune no tiene experiencia previa para lidiar con el virus o con algo que se le parezca.  De acuerdo con un trabajo de investigación reciente, esta desventaja es más severa entre mayor es la distancia evolutiva entre especies.  Esto quiere decir que, para los humanos, los virus de un grupo evolutivamente distante como el de los murciélagos serían más virulentos  (en el caso de que lograran establecer una infección) que los virus que vinieran de primates, aunque este estudio también resalta que el riesgo de transmisión es menor a mayor distancia evolutiva.  A pesar de esto, hay ocasiones donde estos patógenos sí logran hacer el salto entre especies y establecer una infección en una nueva especie de hospedero.  Y es aquí cuando los virus de murciélagos destacan, pues estos mamíferos tienen una característica que ningún otro tiene, y que podría ser la clave para entender por qué sus virus causan enfermedades tan notorias:  el vuelo.

Sistema inmune de los murciélagos: más vale virus volando

Los murciélagos son los únicos mamíferos capaces del vuelo sostenido, habilidad que les ha valido el título de “los amos del vuelo nocturno”.  A diferencia de las aves, los murciélagos mantuvieron la flexibilidad de los huesos de la mano, al igual que nosotros, y es justamente esta flexibilidad la que les permite maniobrar durante el vuelo con una precisión hasta 10 veces mayor en comparación a las aves voladoras.

Además de las adaptaciones físicas, los murciélagos también han desarrollado un metabolismo rápido, capaz de generar enormes cantidades de energía para mantener el vuelo noche con noche.  Son estas adaptaciones, físicas y fisiológicas, las que a su vez impulsaron cambios importantes en el sistema inmune de los murciélagos, y que parecen ser la clave para entender por qué los murciélagos alojan diversos virus sin enfermarse.

De acuerdo con una investigación publicada en la revista Emerging Infectious Diseases,  los murciélagos aumentan su temperatura corporal durante el vuelo hasta superar los 41 ºC, por la demanda metabólica de esta actividad. Estas altas temperaturas podrían potenciar la respuesta inmune, a través de la activación de múltiples mecanismos de defensa y en consecuencia proteger a los murciélagos de la misma manera en que la fiebre facilita el combate de infecciones (siempre y cuando no se salga de control).  De acuerdo con los investigadores, la elevación constante de la temperatura corporal podría ayudar a los murciélagos en las primeras etapas de las infecciones virales.  Para sobrevivir a estas condiciones, los virus de los murciélagos se han adaptado a las altas temperaturas, alcanzado una especie de equilibrio con sus hospederos naturales.  Aunque esto es buena noticia para los murciélagos, no lo es tanto para especies que no han coevolucionado por millones de años con los virus de estos, ya que a un virus de murciélago le sería posible sobrevivir a temperaturas similares a la de estados febriles (arriba de 38ºC en el caso de los humanos, por ejemplo).

Además de trabajar a altas temperaturas, el sistema inmune de los murciélagos responde rápidamente a la presencia de virus mediante la producción de sustancias que los ayudan a mantenerlos a raya.  El interferón-alfa, una de estas sustancias, es especialmente útil para combatirlos.    En murciélagos, la señal para producirlo está constantemente prendida.  De hecho, todo el sistema inmune de los murciélagos parece estar en constante alerta.  Esto marca otra diferencia con mamíferos como los humanos, donde la hiper-respuesta o hiper-vigilancia del sistema inmune puede resultar en procesos inflamatorios muy dañinos, así como en enfermedades autoinmunes.  Sin embargo, los murciélagos también tienen mecanismos para inhibir la inflamación y reducir el daño asociado.

Otra área en que el sistema inmune de los murciélagos es muy eficaz es contra el estrés oxidativo, generado por moléculas liberadas durante la producción sostenida de energía necesaria para el vuelo.  Estas moléculas pueden dañar las células y el ADN que contienen si el daño no se detecta y repara rápidamente.  De acuerdo con un grupo de científicos, esta gran capacidad para reducir el estrés oxidativo también parece ser el resultado de la coevolución entre virus y murciélagos. Un grupo de científicos de Australia, Dinamarca y Singapur publicó en 2013 en la revista Science un artículo sobre la relación entre la evolución del vuelo de los murciélagos y la inmunidad.  En este trabajo, los investigadores analizaron el genoma completo de dos especies de murciélagos distantemente relacionadas y descubrieron que estos animales cuentan con más genes responsables de la codificación de las proteínas encargadas de detectar y reparar los daños en el ADN.

En conjunto, todos estos hallazgos científicos indican que los virus han jugado un papel crucial en la evolución del sistema inmune y metabolismo de los murciélagos.  La coevolución de ambos grupos ha elevado al máximo los mecanismos de vigilancia y protección inmune de los murciélagos, y ha permitido establecer entre estos y sus virus una relación simbiótica, ciertamente fructífera, a lo largo de millones de años.

Virus y murciélagos:  oportunidades de investigación y nuevos tratamientos

Las interacciones virus-hospedero ofrecen una ventana excepcional para estudiar procesos coevolutivos, pues la evolución de los virus está completamente ligada a las características ecológicas y evolutivas de sus hospederos.  Además, también es una fuente de información crucial para entender el delicado balance de ataques y contraataques entre el sistema inmune y los mecanismos de evasión de los virus.  Esta información ayudaría a entender no sólo cómo combatir más eficientemente las enfermedades zoonóticas que saltan de murciélagos a humanos, sino también a encontrar tratamientos para otras enfermedades.  Por ejemplo, un grupo de investigación México-Estados Unidos encontró  que ciertos componentes de los anticoagulantes que secreta al alimentarse una especie de murciélago vampiro (Desmodus rotundus) podrían revolucionar el tratamiento para una variedad de condiciones médicas que van de la hipertensión a las enfermedades cardiacas, y mejorar los procedimientos de trasplantes de tejidos.  Otras investigaciones usan a los murciélagos como modelo para mejorar nuestro entendimiento de las enfermedades autoinmunes, como la artritis reumatoide.

Además de su potencial como modelos de estudio para la medicina, los murciélagos también nos ayudan directamente a combatir la transmisión de algunas otras enfermedades víricas, como el Zika, el Chikungunya y el dengue, que se transmiten a través de vectores como los mosquitos. Los murciélagos son extraordinarios reguladores de poblaciones de mosquitos:  un solo murciélago puede consumir en una noche aproximadamente mil mosquitos, el equivalente al 60% de su peso. En plena crisis mundial por la expansión de virus transmitidos por mosquitos (sí, también tenemos una crisis de eso, igualmente relacionada a la destrucción de los ecosistemas), algunos países han reconocido el importante papel que juegan los murciélagos insectívoros como aliados contra estas enfermedades. En estos lugares se han desarrollado proyectos para conservar sus poblaciones para beneficiarse de su actividad de depredación natural como un servicio antiviral tremendamente efectivo. En la ciudad de Barcelona, por ejemplo, se colocaron torres-nido en parques urbanos para proveer refugios artificiales a los murciélagos, a cambio de su ayuda para controlar poblaciones de mosquitos y, por ende, los virus que estos transmiten.

Las críticas negativas y francamente satanizantes que han recibido los murciélagos han sido una constante a lo largo de su convivencia con los humanos, pero a raíz de la pandemia de COVID-19 la agresión contra sus poblaciones ha aumentado, sin mas motivo que el miedo fundamentado en la ignorancia.  Atacar a los murciélagos nos hace perdernos de los beneficios que estos nos generan a través de sus actividades de control de plagas o polinización de cultivos, y nos quita la oportunidad de aprender más sobre los componentes de un sistema inmune eficiente, conocimiento que podría salvar muchas vidas y llevar los tratamientos médicos a nuevos niveles.  Aunque son hospederos de diversos virus, culpar a los murciélagos directamente de la transmisión de enfermedades es contar una historia incompleta y tergiversada para evitar responsabilizarnos del hecho que, esta pandemia, como todos los brotes de enfermedades emergentes a lo largo de nuestra historia, la causamos nosotros.  Exactamente cómo las causamos, es tema de la siguiente entrada del blog.

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¿Quieres saber más de los coronavirus? Sigue nuestro próximo número del blog, estamos haciendo una serie especial sobre el SARS-CoV-2 y la enfermedad que causa.

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Agradecemos al equipo editorial del blog del Laboratorio de Ecología de Enfermedades y Una Salud, en especial a María del Carmen Villalobos, por su apoyo en la edición del texto y la revisión de fuentes.