Ítem
Acceso Abierto
Análisis epidemiológico, genómico y proteómico de Leishmania infantum en Colombia
Título de la revista
Autores
Castillo Castañeda, Adriana Catherine
Fecha
2024-05-31
Directores
Ramírez González, Juan David
Patiño Blanco, Luz Helena
Manzano Román, Raúl
López Abán, Julio
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad del Rosario
Buscar en:
Métricas alternativas
Resumen
La leishmaniasis es una enfermedad transmitida por vectores (ETV) que engloba diferentes formas clínicas, como la cutánea (LC), mucosa (LM) y visceral (LV). En conjunto, estas parasitosis se consideran enfermedades tropicales desatendidas, asociadas a la pobreza y el olvido. A nivel mundial, las especies del complejo Leishmania donovani son los principales agentes causales de la LV, seguidas en menor medida por las especies del complejo L. enrietti. En regiones como Centro y Sur América, la cuenca del Mediterráneo y el este de África, es la especie L. infantum la más prevalente. A nivel de Sur América, aunque Colombia es uno de los países endémicos para la LV; en el país, poco se estudia sobre la epidemiología de la enfermedad, la biología de L. infantum y los patrones evolutivos de este parásito. Actualmente, la LV presenta diversas problemáticas, entre las que destacan: i) la aparición de casos en nuevas zonas de transmisión, ii) la coinfección con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y otros agentes infeccioso, iii) la falta de desarrollo de herramientas para identificar posibles eventos de coinfección, y iv) el incremento en la falla terapéutica debido principalmente a la circulación de cepas resistentes a los tratamientos de primera línea como el Estibogluconato de sodio (Sb), la Anfotericina B (AMB) y la Miltefosina (MIL). Ante la gravedad de la enfermedad, la vulnerabilidad de las poblaciones expuestas, la expansión de los focos de transmisión, las lagunas en el conocimiento de la resistencia y la necesidad apremiante de identificar nuevos blancos terapéuticos; ha surgido el interés de estudiar la especie L. infantum a nivel local, generando datos relevantes que puedan ser útiles y extrapolables a nivel regional y mundial. Considerando el contexto anterior, nuestra propuesta de investigación se enfocó en abordar la LV desde cuatro perspectivas clave, utilizando herramientas bioestadísticas, epidemiológicas, moleculares y bioinformáticas: 1) Se realizó un análisis de los datos oficiales y de las publicaciones científicas disponibles para describir las características demográficas de los pacientes, estudiar los cambios en los patrones espaciales y temporales de la distribución de casos de LV en Colombia durante el periodo de 2007 y 2018, especialmente en términos de incidencia; así mismo, se exploró la relación entre la distribución de especies del vector Lutzomyia spp. y la incidencia de casos a nivel nacional. 2) A partir de la innovadora propuesta de utilizar secuenciación basada en amplicones (amplicon-based sequencing) para un fragmento de el gen HSP70, se logró detectar la presencia de eventos de coinfección por diversas especies de Leishmania e incluso Trypanosoma spp. en muestras de vectores, mamíferos silvestres y domésticos, y pacientes con LC, LV; además, se identificó la circulación de especies de Leishmania que no habían sido descritas previamente en algunos departamentos de Colombia. 3) Al comparar el genoma de 4 aislamientos de L. infantum de Colombia contra genomas de esta especie provenientes de diferentes partes del mundo, se consiguió caracterizar la diversidad genética de la especie tanto dentro como entre los grupos (clasificados por ubicación geográfica: América, Europa, África, Asia y Colombia), identificando cuatro poblaciones definidas de la especie y sus distribuciones geográficas; además, se observó una relación filogenética más estrecha entre los genomas de Colombia con los de Europa y el norte de África que con respecto a los genomas de la región; así mismo, se encontraron interesantes diferencias entre las secuencias de nucleótidos de los principales antígenos del parásito usados en el diagnóstico de la LV. Finalmente, 4) Mediante el empleo de proteómica de alta profundidad, se caracterizaron cualitativa y cuantitativamente los cambios proteicos en L. infantum con resistencia inducida al SbIII, los promastigotes de esta línea resistente tuvieron cambios en cinética de su crecimiento, pues aunque los dos grupos (silvestre y resistente) alcanzaron la fase logarítmica, en el último tomo más tiempo; adicionalmente, la línea resistente tuvo una importante producción de proteínas relacionadas con la transcripción y traducción, el metabolismo de lípidos, el metabolismo de carbohidratos, la compensación energética y la biogénesis de peroxisomas; mientras que, se observó un panorama de reducción de las proteínas asociadas al metabolismo del hierro y de metales. La presente tesis destaca la importancia de abordar la leishmaniasis visceral desde diversas perspectivas, empleando una amplia gama de métodos y herramientas centrados en la investigación no solo del parásito, sino también de sus vectores y reservorios, permitiendo una mejor comprensión de la enfermedad a nivel local y global. Por un lado, se ha analizado el impacto de diversos factores sobre la LV a lo largo del tiempo y el espacio en Colombia. Por otro lado, el desarrollo de una estrategia eficaz para la identificación simultánea de diferentes especies de Leishmania y Trypanosoma en un mismo individuo ha expuesto la ocurrencia de eventos de coinfección, relacionando su influencia en la gravedad y el curso de la enfermedad en países endémicos para ambas patologías. Asimismo, el estudio de la diversidad genética de los parásitos autóctonos ha contribuido a comprender mejor el flujo genético y las relaciones filogenéticas de la especie a nivel global, proporcionando una base genética para entender las variaciones en la sensibilidad de ciertos antígenos utilizados en el diagnóstico de la LV. Por último, pero no menos importante, se ha ampliado la comprensión de la resistencia de L. infantum al estibogluconato de sodio, revelando un panorama complejo y multifactorial que incluye eventos no considerados previamente; y aunque, no es posible señalar nuevos blancos terapéuticos con certeza, confiamos en que esta información puede ser crucial para el desarrollo de nuevas propuestas terapéuticas o la mejora de las existentes.
Abstract
Leishmaniasis, a vector-born disease (VBD), presents various clinical forms including cutaneous (CL), mucosal (LM), and visceral (VL). These parasitic illnesses are collectively categorized as neglected tropical diseases due to their association with poverty and lack of attention. Globally, the main causative agents of VL belong to the Leishmania donovani complex, with species of the L. enrietti complex playing a lesser role. In regions like Central and South America, the Mediterranean basin, and eastern Africa, L. infantum is the predominant species associated. Despite Colombia being one of the endemic countries for VL in South America, there remains limited research on the epidemiology of the disease, the biology of L. infantum, and the evolutionary patterns of this parasite within the country. Currently, VL presents several challenges, including: i) emergence of cases in new transmission areas, ii) coinfection with HIV and other pathogens, iii) lack of tools to identify potential coinfection events and iv) increasing therapeutic failures primarily due to the circulation of strains resistant to first-line treatments like Sodium Stibogluconate (Sb), Amphotericin B (AMB), and Miltefosine (MIL). Given the disease's severity, the vulnerability of affected populations, the spread of transmission foci, gaps in resistance knowledge, and the urgent need to identify new therapeutic targets, there's a growing interest in studying L. infantum locally. This aims to generate relevant data applicable not only at a regional but also at a global level. Considering the abovementioned context, our research aimed to address VL from four main perspectives, utilizing biostatistical, epidemiological, molecular, and bioinformatic tools. Firstly, we analyzed official data and scientific literature to describe the demographic characteristics of patients and examine changes in the spatial and temporal distribution patterns of VL cases in Colombia from 2007 to 2018, particularly focusing on incidence rates. Additionally, we investigated the correlation between the distribution of Lutzomyia spp. vectors and the incidence of cases nationwide. Secondly, we employed amplicon-based sequencing targeting a fragment of the HSP70 gene, enabling the detection of coinfection events involving various species of Leishmania and Trypanosoma spp. in samples from vectors, wild and domestic mammals, as well as patients with LC and VL. Moreover, we identified the circulation of previously undescribed Leishmania species in certain Colombian regions. Thirdly, through genome comparisons of four L. infantum isolates from Colombia with genomes from different global regions, we characterized the genetic diversity within and between geographic groups (America, Europe, Africa, Asia, and Colombia), identifying four distinct populations of the species and their geographic distributions. We also noted a closer phylogenetic relationship between Colombian genomes, Europe, and North Africa, compared to those from the local region and identified intriguing differences in nucleotide sequences of key parasite antigens used in VL diagnosis. Finally, employing high-depth proteomics, we qualitatively and quantitatively characterized protein changes in SbIII-induced resistant L. infantum. The resistant line's promastigotes exhibited altered growth kinetics, with a prolonged logarithmic phase compared to the wild type. Furthermore, we observed significant production of proteins related to transcription, translation, lipid and carbohydrate metabolism, energy compensation, and peroxisome biogenesis in the resistant line, alongside a reduction in proteins associated with iron and metal metabolism. The current thesis underscores the importance of addressing VL from multiple perspectives. A better understanding of the disease at local and global levels has been achieved by utilizing a wide array of methods and tools focusing not only on the parasite but also on its vectors and reservoirs. On one hand, it has examined the impact of various factors on VL over time and space. On the other hand, the development of an effective strategy for the simultaneous identification of different Leishmania and Trypanosoma species in the same individual has shed light on the occurrence of coinfection events and their impact on disease severity and progression in endemic countries for both leishmaniasis and Chagas disease. Additionally, the study of the genetic diversity of autochthonous parasites has helped to understand better the genetic flow and phylogenetic relationships of the species on a global scale, providing genetic support for understanding the variation in sensitivity of certain antigens used in the diagnosis of this parasitic disease. Finally, but no less important, the understanding of L. infantum resistance to sodium stibogluconate has been expanded beyond what was previously known, elucidating a complex and multifactorial landscape that includes biological events not previously considered; while pinpointing new therapeutic targets is not feasible with certainty, we trust that this information can yield crucial insights for the development of new therapeutic proposals or the enhancement of existing ones.
Palabras clave
Leishmaniasis , Leishmania infantum , Leishmania spp , Epidemiología , Identificación molecular , Diversidad genética , Proteómica , Resistencia
Keywords
Leishmaniasis , Leishmania infantum , Leishmania spp , Epidemiology , Molecular identification , Genetic diversity , Proteomic , Resistance
