Los microbios del ántrax pueden ayudar a calmar el dolor, según científicos de Harvard

La enfermedad de ántrax tiene una reputación aterradora. Ampliamente conocida por causar infecciones pulmonares graves en humanos y lesiones cutáneas antiestéticas, aunque indoloras, en ganado y personas, la bacteria que provoca ántrax incluso se ha utilizado como arma en el pasado.

Ahora, los hallazgos de un nuevo estudio sugieren que el temido microbio también tiene un potencial beneficioso inesperado: una de sus toxinas puede silenciar múltiples tipos de dolor en los animales.

La investigación revela que esta toxina de ántrax específica funciona para alterar la señalización en las neuronas sensibles al dolor y, cuando se administra de manera específica en las neuronas del sistema nervioso central y periférico, puede ofrecer alivio a los animales en peligro. El trabajo, dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard en colaboración con científicos de la industria e investigadores de otras instituciones, se publicó en Nature Neuroscience.

En su trabajo, el equipo combinó partes de la toxina del ántrax con diferentes tipos de cargas moleculares y las administró a las neuronas sensibles al dolor. La técnica se puede utilizar para diseñar nuevos tratamientos dirigidos con precisión que actúen sobre los receptores del dolor, pero sin los efectos sistémicos generalizados de los medicamentos actuales para aliviarlo, como los opioides.

“Esta plataforma molecular de usar una toxina bacteriana para administrar sustancias en las neuronas y modular su función representa una nueva forma de atacar las neuronas mediadoras del dolor”, afirmó el investigador principal del estudio, Isaac Chiu, profesor asociado de inmunología en el Instituto Blavatnik de la Escuela de Medicina de Harvard.

“La necesidad de expandir el arsenal terapéutico actual para el manejo del dolor sigue siendo aguda”, señalaron los investigadores en su estudio. Los opioides siguen siendo los analgésicos más efectivos, pero tienen efectos secundarios peligrosos, sobre todo su capacidad para reconfigurar el sistema de recompensa del cerebro, lo que los hace altamente adictivos, y su propensión a suprimir la respiración, lo que puede ser fatal. “Todavía existe una gran necesidad clínica de desarrollar terapias para el dolor no opioides que no sean adictivas pero que sean efectivas para silenciar el dolor, dijo la primera autora del estudio, Nicole Yang, investigadora del HMS en inmunología en el Laboratorio Chiu.

Nuestros experimentos muestran que una estrategia, al menos experimentalmente, podría ser apuntar específicamente a las neuronas del dolor usando esta toxina bacteriana”. Sin embargo, los investigadores advierten que, por ahora, este enfoque sigue siendo puramente experimental y aún debe probarse y perfeccionarse en más estudios con animales y, eventualmente, en humanos.

Los investigadores del laboratorio de Chiu se han interesado durante mucho tiempo en la interacción entre los microbios y los sistemas nervioso e inmunológico. El trabajo anterior dirigido por Chiu ha demostrado que otras bacterias que causan enfermedades también pueden interactuar con las neuronas y alterar su señalización para amplificar el dolor. Sin embargo, solo un puñado de estudios hasta ahora ha analizado si ciertos microbios podrían minimizarlo o bloquearlo. Esto es lo que Chiu y Yang se propusieron hacer en este nuevo trabajo.

Para el estudio actual, comenzaron tratando de determinar cómo las neuronas sensibles al dolor pueden ser diferentes de otras en el cuerpo. Para hacerlo, primero recurrieron a los datos de expresión génica. Una de las cosas que les llamó la atención fue que las fibras del dolor tenían receptores para las toxinas del ántrax, mientras que otros tipos de neuronas no los tenían. En otras palabras, las fibras del dolor estaban preparadas estructuralmente para interactuar con la bacteria del ántrax. En esta instancia se preguntaron por qué. Los hallazgos demuestran que el silenciamiento del dolor ocurre cuando las neuronas sensoriales de los ganglios de la raíz dorsal, los nervios que transmiten las señales de dolor a la médula espinal, se conectan con dos proteínas específicas producidas por la propia bacteria del ántrax.

Los experimentos revelaron que esto ocurre cuando una de las proteínas bacterianas, el antígeno protector (PA), se une a los receptores de las células nerviosas y forma un poro que sirve como puerta de entrada para otras dos proteínas bacterianas, el factor de edema (EF) y el factor letal (LF), para ser transportado a la célula nerviosa. La investigación demostró además que la PA y la EF juntas, conocidas colectivamente como toxina del edema, alteran la señalización dentro de las células nerviosas, lo que en efecto silencia el dolor.

En una serie de experimentos, los investigadores encontraron que la toxina del ántrax alteró la señalización en las células nerviosas humanas en el laboratorio, y también lo hizo en animales vivos. La inyección de la toxina en la parte inferior de la columna vertebral de los ratones produjo potentes efectos de bloqueo del dolor, lo que impidió que los animales sintieran estímulos mecánicos y de alta temperatura. Es importante destacar que los otros signos vitales de los animales, como la frecuencia cardíaca, la temperatura corporal y la coordinación motora, no se vieron afectados, una observación que subrayó que esta técnica era altamente selectiva y precisa para atacar las fibras del dolor y bloquear el dolor sin efectos sistémicos generalizados.

Además, inyectar a los ratones la toxina del ántrax alivió los síntomas de otros dos tipos de dolor: el dolor causado por la inflamación y por el daño de las células nerviosas, que a menudo se observa después de una lesión traumática y ciertas infecciones virales como el herpes zoster o la culebrilla, o como una complicación de la diabetes y el tratamiento del cáncer. Además, los investigadores observaron que a medida que el dolor disminuía, las células nerviosas tratadas permanecían fisiológicamente intactas, un hallazgo que indica que los efectos de bloqueo del dolor no se debían a una lesión de las células nerviosas, sino a la alteración de la señalización en su interior.

En un paso final, el equipo diseñó un vehículo transportador a partir de proteínas de ántrax y lo utilizó para administrar otras sustancias que bloquean el dolor en las células nerviosas. Una de estas sustancias era la toxina botulínica, otra bacteria potencialmente letal conocida por su capacidad para alterar la señalización nerviosa. Ese enfoque también bloqueó el dolor en los ratones. Los experimentos demostraron que este podría ser un nuevo sistema de administración para combatir el dolor. “Tomamos partes de la toxina del ántrax y las fusionamos con la carga de proteínas que queríamos que entregara, dijo Yang. En el futuro, se podría pensar en diferentes tipos de proteínas para ofrecer tratamientos específicos”.

Los científicos advierten que a medida que avanza el trabajo, la seguridad del tratamiento con la toxina debe monitorearse cuidadosamente, especialmente dado que la proteína del ántrax ha estado implicada en la alteración de la integridad de la barrera hematoencefálica durante la infección.

Los nuevos hallazgos plantean otra pregunta interesante: evolutivamente hablando, ¿por qué un microbio silenciaría el dolor? Chiu cree que una explicación muy especulativa, puede ser que “los microbios hayan desarrollado formas de interactuar con su huésped para facilitar su propia propagación y supervivencia. En el caso del ántrax, ese mecanismo de adaptación puede ser a través de señales alteradas que bloquean la capacidad del huésped para sentir el dolor y, por lo tanto, la presencia del microbio. Esta hipótesis podría ayudar a explicar por qué las lesiones cutáneas negras que a veces forma la bacteria del ántrax son notablemente indoloras”, completó Chiu. Los nuevos hallazgos también apuntan a nuevas vías para el desarrollo de fármacos más allá de las terapias tradicionales de moléculas pequeñas que actualmente se están diseñando en los laboratorios. “Traer una terapia bacteriana para tratar el dolor plantea la pregunta: ¿Podemos extraer analgésicos del mundo natural y microbiano? Hacerlo puede aumentarla diversidad de los tipos de sustancias que rastreamos en busca de soluciones”, concluyó Chu.

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