Cerebros profidén

El 23 de enero de 2019 salía a la luz un artículo (1) cuyo título no dejaba indiferente a nadie:

En la lengua de Cervantes, el título del artículo dice claramente que la enfermedad está causada por una infección cerebral por Porphyromonas gingivalis, una bacteria asociada a enfermedades de las encías. Como comprenderéis, aquí está el lío. Imaginad los titulares: “Una mala higiene bucal provoca Alzheimer”. Así, sin anestesia ni nada. Quizá llegue el día que tu dentista se ocupe también de tu cerebro (y miedo me da de que se monte otro iDental si llega a ocurrir), pero antes de que nos lancemos a comprar pasta de dientes como locos, igual deberíamos tener en consideración algunas cosillas.

La enfermedad de Alzheimer

La enfermedad de Alzheimer (desde ahora “EA”) es una enfermedad neurodegenerativa, es decir, que cursa con un deterioro progresivo del sistema nervioso y que causa entre el 60% y el 70% de los casos de demencia senil en el mundo (2). La característica principal de la EA es la muerte de las neuronas en todas las áreas del cerebro, especialmente en las áreas parietal y temporal de la corteza cerebral, la corteza frontal y el hipocampo, así como algunas áreas del tronco encefálico, como el locus coeruleus.

En las zonas en las que se observa la muerte neuronal aparecen unos acúmulos de proteínas muy especiales en forma de ovillos o de placas. Estos acúmulos se van formando durante el envejecimiento de forma normal. El problema es que, cuando su número es muy elevado, provoca que las neuronas mueran.

Los ovillos neurofibrilares están compuestos por una proteína llamada tau, que pertenece al grupo de las proteínas sin plegamiento intrínseco o IDPs (3). Sin embargo, adquiere plegamiento de dos formas: una, uniéndose a tubulina (una proteína indispensable en la formación de nuevas prolongaciones de las neuronas); la otra, uniéndosele residuos de fosfato. Esta última, la que llamamos forma fosforilada, es la forma capaz de autoagregarse y formar los dichosos ovillos.

Alois Alzheimer, primera persona en describir la enfermedad que lleva su nombre.

Las placas, por su parte, están formadas por un péptido corto, de entre 36 y 43 aminoácidos, que denominamos péptido β-amiloide (desde ahora Aβ; 4), que al contrario que la proteína tau, sí tiene un plegamiento nativo. De hecho, el péptido Aβ puede adquirir distintas conformaciones, algunas de las cuales son capaces de inducir su plegamiento en otras unidades del péptido. Estas formas se denominan semillas y son insolubles, por lo que la célula no tiene forma de eliminarlas, así que lo que hace es ir acumulándolas. En principio, el sistema linfático debería encargarse de eliminar estos acúmulos (5), pero no está claro si su no eliminación tiene relación con la EA.

Entre las funciones de este péptido Aβ, entre las que se incluyen la activación de enzimas o la transcripción de genes, está la acción antibacteriana (6).Y aquí es donde adquiere importancia el hecho de que una infección pueda ser la causa de la EA.

Cultivo de P. gingivalis en una placa Petri. Fuente.

Porphyromonas gingivalis

Como os decía al principio, P. gingivalis es una bacteria que causa enfermedades de las encías, como la periodontitis. Produce unas enzimas proteasas especiales, llamadas gingipaínas, que utiliza para la colonización del tejido del huésped y para que progrese la infección. Las gingipaínas se dividen en dos grupos: las arginina-gingipaínas (Rgp), que degradan proteínas cortando antes de un resto de arginina; y las lisina-gingipaínas (Kgp), que lo hacen antes de un resto de lisina. Estas proteasas son exclusivas de P. gingivalis, por lo que su presencia es indicativa de que la bacteria está por ahí.

Yo no sé a vosotros, pero a mí jamás se me habría ocurrido asociar la EA con una periodontitis. Incluso podría parecer lógico pensar que las bacterias que tengan su nicho cerca del cerebro (y esta especie de bacteria no se llama gingivalis por vivir entre los dedos de los pies) lo tienen mucho más fácil para acceder al cerebro. Pero nuestro artículo dice lo que dice. No habla de correlación, no habla de asociación… habla de causa.

Al lío…

No sé si vosotros le habéis echado un ojo al artículo de marras, pero si lo habéis hecho, habréis llegado a la misma conclusión que yo. Es farragoso, denso, confuso y ambiguo. Llevo muchos años leyendo artículos científicos de todo tipo y no dudaría en decir que este es uno de los más difíciles de leer de todos con los que me he topado.

Para establecer la relación causal entre P. gingivalis y la EA es necesario que haya evidencias de la presencia de la bacteria en el tejido dañado. Se pueden encontrar rastros de P. gingivalis en el 96% de los pacientes con demencia senil desarrollada y hasta en el 52% de los pacientes que presentan signos de EA pero sin haber llegado a desarrollar demencia. Pero, ¿qué ocurre con los individuos sin signo alguno de EA? ¿Presentan algún rastro de la bacteria? No lo sabemos. O bueno, no directamente. El artículo utiliza un recurso muy socorrido, pero, en este caso un poco marrullero para mi gusto: normalizar los resultados frente a controles. Esto es habitual y perfectamente lícito, ojo; consiste en asignar un valor a la media y desviación de los controles y luego ponderar los valores del resto de muestras en función de la transformación realizada sobre el control. Habitualmente, ese valor es del 100% o de 1. Si un grupo experimental muestra valores cercanos a ese valor, no habrá cambios significativos en el parámetro que se está midiendo.

Por eso parece que en el artículo no tenemos controles sanos: los valores de los experimentos realizados sobre tejido cerebral humano se han normalizado respecto a los controles. Así, el artículo se basa en los cambios frente a estos controles normalizados en lugar de a controles “reales”, por llamarlos de alguna manera.

Esto interfiere a la hora de entender el artículo en dos sentidos. Para empezar, puede pasar lo que me ha pasado a mí. He necesitado varios días y consultas (gracias a Vary Ingweion y Daniel Orts por su inestimable ayuda, así como a todos los componentes de Borregos Illuminati) para conseguir entender de qué hablaba el artículo en este bloque de experimentos. Esta ambigüedad acaba por perjudicar la comprensión de los resultados, ya que distinguir entre controles reales, controles no demenciados y, finalmente, pacientes enfermos se vuelve complicado.

Presencia de rastros de P. gingivalis en cerebros de pacientes con signos de EA pero sin demencia (Control) y pacientes con EA completamente desarrollada (AD). Hay que tener en cuenta la normalización realizada. Fuente.

Estas son gráficas del propio artículo hablando de la presencia de proteínas específicas de la bacteria. A partir de dichas gráficas, los autores sugieren que la EA se presenta como un continuo. ¿Qué significa esto? Pues que la enfermedad, desde el instante en que se inicia, independientemente del momento, sigue un desarrollo progresivo durante el que la presencia de P. gingivalis aumenta con la gravedad de la enfermedad hasta que aparece la demencia.

Efectivamente, parece cierto que los pacientes con EA (en rojo) tengan mayor presencia de proteínas de P. gingivalis en su tejido cerebral, pero la afirmación del continuo progresivo es un tanto apresurada. ¿Por qué digo esto? Fijaos en la parte de la figura referida a RgpB. Si recordáis, el valor 1 se ha asignado a los controles “reales”. Pues bien, la mayoría de los individuos que el artículo llama “controles no demenciados” tienen valores comparables a los que se supone deben tener los controles “reales”. Siendo, como son, individuos con signos de EA, lo esperable es que tuvieran una presencia de proteínas de P. gingivalis superior a los valores de referencia normalizados. Sin embargo, esto no ocurre, por lo que afirmar que los signos de la EA aparezcan en su caso por una mayor presencia de la bacteria es prematuro. O al menos, lo es hasta que no se rebase cierto nivel que sí muestran los pacientes con EA plenamente desarrollada.

Mención aparte merecen los experimentos de PCR, para detectar la presencia de ADN de la bacteria. En estos ya no se utilizan controles “reales”. Ni normalizados ni sin normalizar ni Cristo que lo fundó. En estos experimentos, la PCR se realiza en individuos que presentan una EA totalmente desarrollada y en individuos con patología de EA pero sin demencia. A pesar de lo reducido del número de muestras (9 en un experimento y 10 en otro), que también supone un problema, en todos ellos la cantidad de ADN de P. gingivalis alcanza niveles comparables. Sin embargo, cabe preguntarse si en controles sanos, sin patología alguna de EA, se pueden detectar niveles de ADN de P. gingivalis que sean comparables, algo que sabríamos si se hubiesen dignado a hacer esos análisis, pero que en caso de suceder, el hallazgo no sería tan sonado. También existe la duda de si en un número de pacientes suficientemente elevado, que tenga un mayor peso estadístico, la correlación sería tan fuerte. Sobre todo si tenemos en cuenta que uno de los experimentos tiene 6 de los llamados controles no demenciados y uno de esos controles no muestra presencia en absoluto de rastros de la bacteria.

En este punto se plantea otro problema. Las proteínas Kgp y RgpB se han detectado en los mismos lugares que tau, que el Aβ y que donde se ha localizado mayor muerte neuronal. Los autores interpretan este hecho asumiendo que ambas proteínas son igualmente necesarias para causar la patología de la EA (porque si no están las dos la infección no es tan potente) y que estas proteínas están ligadas a la aparición de los signos histopatológicos de la EA. Y aunque los investigadores pretenden contestar a esta pregunta incubando Kgp y RgpB en cultivos de células que producen tau en exceso, lo único que demuestran con ello es que ambas proteínas, como buenas enzimas proteasas que son, pueden procesar y cortar la proteína tau, no que sean la causa del excedente de tau insoluble en el cerebro de los enfermos. Tenemos claro que el huevo es antes que la gallina, sin embargo, en este caso ¿qué sucede antes? ¿La producción de tau insoluble y de Aβ o la infección por P. gingivalis?

No es el único punto flaco que encuentro en torno al argumento de la presencia de Kgp y RgpB. Como decíamos, se detectan ambas en los mismos lugares en que hay proteínas características de la EA como el Aβ. Sabemos que Kgp y RgpB son proteasas, enzimas que cortan otras proteínas. Las proteasas existen a lo largo de toda la escala evolutiva y su acción es muy similar, por lo que no sería extraño encontrar similitudes entre las enzimas bacterianas y enzimas propias de los pacientes, como por ejemplo las que posee con las caspasas, específicamente en su plegamiento (7). Las caspasas son enzimas que se encargan de dirigir los procesos de muerte celular, como los que ocurren en la EA.

Estructuras 3D de β-secretasa humana (BACE1) y RgpB de P. gingivalis. En morado, aparecen las zonas de mayor identidad topológica y de secuencia.

Para detectar la presencia de estas proteínas se usan anticuerpos. Estas moléculas, como expliqué en otra parte, no se unen únicamente a secuencias específicas, sino también a zonas de proteínas con organizaciones espaciales determinadas. Así pues, y teniendo en cuenta que en la zona hay caspasas en abundancia, no se puede descartar que el anticuerpo usado para detectar RgpB pueda haberse unido a una de estas proteínas, errando la diana.

Siguiendo con esto, el artículo señala que la RgpB se encuentra en los mismos lugares que el péptido Aβ. Yo no sé si a alguno de los autores se le habrá ocurrido testar el anticuerpo en cuestión frente a la β-secretasa (BACE1), que es una enzima implicada en la producción de Aβ. Porque resulta que BACE1 y RgpB poseen 166 aminoácidos equivalentes (distintos, pero que no afectan significativamente a la estructura de la proteína), un 32,74% de la proteína, y de entre ellos, 85 son completamente idénticos. Tal vez os parezca poco, pero hablamos una proteína bacteriana y otra humana. Estas similitudes son perfectas para que el anticuerpo pueda “confundirse” de diana y, hasta donde se lee en el artículo, no se ha descartado que los anticuerpos que se usan frente a RgpB no se unan a BACE1, o cualquier otra proteína asociada a la producción de Aβ. Sobre estas líneas, podéis ver las estructuras 3D de ambas proteínas; aunque no lo parezca, las zonas señaladas en lila son muy similares en secuencia y en organización espacial, por lo que un anticuerpo podría hacer diana en ambas sin distinción.

Infectar ratones por vía oral con P. gingivalis para comprobar si la infección llega al cerebro es otro paso dentro del trabajo. Los autores deciden llevar a cabo esta experiencia en dos grupos de edad: en ratones de 44 semanas y en ratones de 8 semanas. Aunque pueda parecer irrelevante, esta diferencia llama la atención. En ambos casos la idea es comprobar la producción de signos relacionados con el Alzheimer en el cerebro a la vez que se pueda demostrar que la bacteria llega al tejido nervioso desde la mucosa oral, y en ambos casos, se demuestra que los ratones infectados con P. gingivalis acaban por presentar señales de la bacteria en el cerebro. En los ratones de 44 semanas, además, se detecta un aumento de la cantidad de Aβ en el cerebro tras la infección.

Ratón de la cepa BALB/c, una de las más utilizadas en investigación. Fuente.

Dejando a un lado el hecho de que se utilicen dos franjas de edad tan dispares sin justificación alguna, llama la atención que se use el péptido Aβ como indicador de la relación entre la infección y la patología del Alzheimer. La cepa de ratones utilizada ha mostrado producir amiloides en exceso en órganos como el bazo, el riñón o los ovarios de individuos de avanzada edad (8). Aunque esto no signifique que también los produzca en el cerebro, existe la posibilidad de que el aumento de Aβ observado se deba a la propia naturaleza de la cepa del ratón y no a la infección en sí. Una infección falsa en este caso no resultaría un control adecuado, sobre todo si tenemos en cuenta que una de las hipótesis principales del trabajo es que el Aβ tiene funciones antibióticas. Si cualquier otra infección produjera un aumento de Aβ similar en condiciones similares, la relación con P. gingivalis no sería causal como claman en el título del artículo, sino que la causa sería cualquier infección bacteriana que alcanzara el cerebro.

Llegados a este punto podría haberlo dejado del todo, porque existía una probabilidad real cercana a uno de que mis neuronas decidieran entrar en apoptosis si seguía. Pero, eh, aquí hemos venido a jugar.

La función antimicrobiana del péptido Aβ se pone a prueba en el artículo enfrentando a P. gingivalis con una de las formas más comunes de dicho péptido, el Aβ1-42. La presencia de este péptido en cultivos de la bacteria produce un mayor nivel de muerte bacteriana que el péptido Aβ1-40 o que el péptido Aβ42-1. Sin embargo, la variedad de Aβ más tóxica es la variedad Aβ25-35 (9), siendo además la más presente en enfermos de EA, pero no se ha tenido en cuenta si esta variedad específica tiene alguna función antibacteriana.

Siendo así, cualquier antibiótico podría tener una función preventiva del Alzheimer. Lo cierto es que al probar antibióticos de amplio espectro no hay un efecto significativo in vivo, mientras que sí se obtienen resultados al aplicar inhibidores de la actividad de las gingipaínas. El caso de los antibióticos resulta extraño: experiencias anteriores con aplicación de antibióticos tales como sulfadiazina (10) o minociclina (11) muestran una mejoría en parámetros relacionados con la EA en ratas. ¿Dónde está el truco?

Bueno, realmente el truco está en que en los trabajos realizados con sulfadiazina y minociclina no había una infección bacteriana por medio, sino que se aplicaban en animales que habían sido sometidos a una infusión continua de Aβ. Simplificando: había Aβ, pero no P. gingivalis. Así que tenemos que a) los antibióticos sirven cuando no hay bacteria; y b) los inhibidores de gingipaína son eficaces haya o no presencia de P. gingivalis. ¿Recordáis lo que hemos dicho antes de la homología entre BACE1 y RgpB? ¿Y si la diana de estos antibióticos o de los inhibidores de gingipaínas fuera la propia BACE1? Esto explicaría por qué tanto unos como otros tengan cierta eficacia en la protección frente al daño de la EA. Una forma de averiguar esto sería comprobar si la aplicación de inhibidores de gingipaínas tiene algún efecto sobre la actividad de BACE1.

Hemos hablado de muchas moléculas, de proteínas, de inhibidores y demás, pero seguro que lleváis con una pregunta rondando la cabeza durante todo este tiempo. ¿Cómo llega la P. gingivalis al cerebro? Pues me temo que esto habrá que resolverlo en otro capítulo, porque los autores tampoco lo saben. Estas bacterias tienen la mala manía de esconderse dentro de células eucariotas, e incluso pueden migrar de unas a otras, por lo que es posible que llegue por infección en los nervios craneales, viajando a través de ellos hasta el cerebro, o que las propias células inmunitarias que debieran encargarse de controlar la infección viajen al cerebro con la bacteria en su interior como un pasajero y allí se libere. O incluso que la propia bacteria dañe la barrera hematoencefálica (la barrera que separa el sistema nervioso del resto del organismo) y acabe por entrar ella solita. No lo sabemos.

Terminando

Si has llegado hasta aquí, enhorabuena. Yo me he sentido tentado de tirar la toalla varias veces a la hora de leer el trabajo original. Es difícil de procesar, mucho, casi parece escrito adrede de esa forma tan farragosa para complicar su lectura.

No diré que el trabajo no contenga hallazgos útiles, pero la relación causal que anuncia en el título, al que solo le hace falta ponerle lucecitas de colores por si no fuera suficientemente llamativo, no parece deducirse de los datos obtenidos una vez se analiza a fondo el trabajo. Sí que se fundamenta una fuerte correlación entre P. gingivalis y Alzheimer, pero asegurar una relación de causa-efecto es demasiado prematuro. Y demasiado corto: el número de pacientes observado en algunos análisis es demasiado escaso (3 pacientes, 10 pacientes…).

Tampoco queda demasiado claro cuál sería la línea temporal de la EA en este caso. Por poner un ejemplo, se asocia la producción de tau insoluble a la presencia de P. gingivalis en el cerebro. Sin embargo, la infección de P. gingivalis se asocia al daño producido por la degradación de tau soluble: sería la caspasa 3 la que produciría el aumento de tau insoluble que, al dañar el tejido, llevaría a la infección por P. gingivalis. Así pues, ¿qué sería antes: la producción de tau insoluble para permitir la colonización de la bacteria o la colonización de la bacteria que produce tau insoluble para infectar el cerebro? ¿Y si antes de esta infección tienen que abrir camino otras bacterias? ¿Y si es el daño producido por tau y Aβ el que abre el camino a la infección?

No sé si algún día veremos algún anuncio de sonrisas brillantes y dientes de blanco cegador que prometan conservar tus recuerdos como los álbumes de fotos, pero lo que sí sé es que, de ocurrir, estamos aún lejos de ello.

 

Este artículo nos lo envía David Aguado Llera (@solof1sincirco en Twitter). Fue investigador en su día. Enamorado de la neurobioquímica, la inmunología y la biofísica, es autor del blog Indignación científica, colabora con la iniciativa Borregos Illuminati y prepara oposiciones a profesor de secundaria.

 

Referencias científicas y más información:

1.- http://advances.sciencemag.org/content/5/1/eaau3333

2.- https://www.bmj.com/content/338/bmj.b158

3.- https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0022283677902133

4.- https://www.nature.com/articles/nrm2101

5.- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3880190

6.- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2831066

7.- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1171614/pdf/005453.pdf

8.- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2138448/pdf/387.pdf

9.- https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja010452r

10.- https://www.karger.com/Article/Abstract/194657

11.- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306452208006398?via%3Dihub

 

 

 

 

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Por Colaborador Invitado
Publicado el ⌚ 11 febrero, 2019
Categoría(s): ✓ Neurociencia