Imágenes avanzadas revelan cómo el ‘beso’ del parásito altera el metabolismo celular

Toxoplasma gondii es el parásito responsable de la toxoplasmosis, una infección crónica de por vida que prevalece en aproximadamente el 30% de la población humana. Causa poco daño a personas sanas, pero puede tener graves consecuencias para personas inmunodeprimidas. Si la infección ocurre durante el embarazo, el parásito puede atravesar la placenta y causar problemas de retina o neurológicos en el feto en desarrollo y, en casos graves, la muerte.

Actualmente no existe ninguna vacuna para la infección por Toxoplasma y aún no se comprende el mecanismo biológico por el cual el parásito afecta el metabolismo de las células huésped.

En una nueva investigación publicada en la revista mbioLos investigadores de Morgridge utilizan el poder de las imágenes metabólicas ópticas (OMI) por primera vez para describir cómo la infección por Toxoplasma altera el metabolismo de la célula huésped durante el curso de la infección.

La científica asistente Gina Gallego-Lopez, exalumna del Programa de becarios postdoctorales de Morgridge y primera autora del estudio, dirigió la colaboración entre sus coasesores, la investigadora de Morgridge en imágenes biomédicas Melissa Scala y la profesora de microbiología e inmunología médica de UW-Madison, Laura Knolow. .

El laboratorio de Knoll se centra en el estudio de T. gondii y otros parásitos relacionados, como Entamoeba, mientras que el laboratorio de Skala desarrolla herramientas de imágenes biomédicas, como OMI, para controlar la actividad celular.

«Tengo experiencia con parásitos, pero el campo de la óptica es nuevo para mí», dice Gallego-Lopez. «Quiero intentar obtener imágenes de Toxoplasma gondii para ver cómo afecta el metabolismo de la célula huésped, y usar OMI es una buena opción porque no es invasivo».

Un enfoque no invasivo es importante para poder observar los cambios en tiempo real. OMI permite a los investigadores controlar el metabolismo dentro de las células vivas mediante la detección de actividad fluorescente ya presente en las células. Esto se hace sin fijar ni teñir las muestras, lo que finalmente mata las células.

En este estudio, los investigadores observaron cambios en la biología redox, medida por la actividad química de los metabolitos NAD(P)H y FAD. Descubrieron que durante el período de infección de 48 horas, las células huésped infectadas se oxidaban más y la vida media del NAD(P)H aumentaba. Este resultado muestra que el parásito puede cambiar fundamentalmente el metabolismo de la célula huésped.

Además, confirmaron cambios metabólicos en los niveles de glucosa, lactato y producción de ROS, todos factores asociados con cambios en la biología redox en las células infectadas.

«El parásito necesita energía para replicarse; vemos que esos cambios son diferentes en la infección temprana, con un aumento de la glucosa reducida con el tiempo y una relación redox en la infección tardía», dice Gallego-López. «Así que tenemos un escenario de primera mano de lo que está sucediendo a nivel de biología redox en células infectadas con Toxoplasma gondii».

Gallego-López también sentía curiosidad por los cambios metabólicos asociados con el llamado mecanismo de «besar y escupir», donde T. gondii interactúa con la superficie de las células huésped antes de invadirlas por completo.

«Una célula puede infectarse, pero las células que la rodean también pueden infectarse; el parásito ‘besa’ esas células y luego inyecta algunas proteínas: besa y escupe», dice. «Para nuestra sorpresa, pudimos ver cambios similares a los de una infección completa. Por lo tanto, un simple ‘beso’ del parásito es suficiente para inducir cambios en la célula huésped».

Para responder muchas más preguntas, Gallego-López dice que el OMI es la herramienta perfecta para usar en este escenario porque puede medir con precisión pequeños cambios. Después de correlacionar los datos OMI y los datos metabolómicos con el análisis de la expresión genética, los siguientes pasos implicaron un estudio más profundo de los objetivos genéticos involucrados en estas vías.

«Necesitamos entrar en detalles (qué gen específico o proteína específica) para poder diseñar mejores objetivos para el desarrollo de vacunas o terapias farmacológicas, pero primero necesitamos conocer los cambios en el huésped debido a la infección», dice Gallego-López.

Con el tiempo, Gallego-López espera montar su propio laboratorio para seguir estudiando parásitos apicomplejos como Toxoplasma y Cryptosporidium, el último de los cuales se ha relacionado con el cáncer colorrectal.

«Quiero entender cómo estos parásitos inducen cambios en el huésped para desencadenar cáncer con el tiempo», dice. «Estoy usando Toxoplasma como modelo para comprender los cambios en Cryptosporidium que se pueden aplicar más adelante. Ese es mi objetivo».