Paso en serie - Serial passage

El paso en serie se refiere al proceso de crecimiento de bacterias o virus en iteraciones. Por ejemplo, un virus puede desarrollarse en un entorno y luego una parte de esa población de virus puede eliminarse y colocarse en un nuevo entorno. Este proceso se repite con tantas etapas como se desee, y luego se estudia el producto final, a menudo en comparación con el virus original.

Este tipo de transmisión facilitada a menudo se lleva a cabo en un laboratorio, porque es de interés científico observar cómo el virus o la bacteria que se transmite evoluciona a lo largo del experimento. En particular, el pase en serie puede ser bastante útil en estudios que buscan alterar la virulencia de un virus u otro patógeno . Una consecuencia de esto es que el pase en serie puede ser útil para crear vacunas , ya que los científicos pueden aplicar pases en serie y crear una cepa de un patógeno que tenga baja virulencia, pero que tenga una inmunogenicidad comparable a la cepa original.

Mecanismo

El pase en serie puede realizarse in vitro o in vivo . En el método in vitro, se aislará un virus o una cepa de bacterias y se dejará crecer durante un tiempo determinado. Una vez que la muestra haya crecido durante ese tiempo, parte de ella se transferirá a un nuevo entorno y se dejará crecer durante el mismo período. Este proceso se repetirá tantas veces como se desee.

Alternativamente, se puede realizar un experimento in vivo en el que un animal está infectado con un patógeno, y este patógeno deja tiempo para crecer en ese hospedador antes de que se extraiga una muestra del hospedador y se pase a otro hospedador. Este proceso se repite para un cierto número de hosts; el experimento individual determina este número.

Cuando se realizan pases seriados in vitro o in vivo, el virus o la bacteria pueden evolucionar mutando repetidamente.

La identificación y el estudio de las mutaciones que ocurren a través de pases seriados a menudo revela información sobre el virus o la bacteria que se está estudiando. En consecuencia, después de que se haya realizado el pase en serie, puede ser valioso comparar el virus o la muestra de bacteria resultante con el original, notando cualquier mutación que haya ocurrido y sus efectos colectivos. Pueden ocurrir varios resultados importantes. La virulencia del virus puede cambiarse, por ejemplo, o un virus podría evolucionar para adaptarse a un entorno de hospedador diferente al que se encuentra típicamente. Tenga en cuenta que son necesarios relativamente pocos pases para producir un cambio notable en un virus; por ejemplo, un virus puede adaptarse típicamente a un nuevo huésped dentro de unos diez pasajes.

De hecho, precisamente porque el paso en serie permite la rápida evolución de un virus a su huésped, puede utilizarse para estudiar la evolución de la resistencia a los antibióticos; específicamente, para determinar qué mutaciones podrían conducir al desarrollo de resistencia a los antibióticos.

Historia

La técnica del pasaje en serie ha existido desde el siglo XIX. En particular, el trabajo de Louis Pasteur con la vacuna contra la rabia a fines del siglo XIX ejemplifica este método.

Pasteur creó varias vacunas a lo largo de su vida. Su trabajo antes de la rabia incluía la atenuación del virus, pero no mediante pases seriados. En particular, Pasteur trabajó con el cólera y descubrió que si cultivaba bacterias durante largos períodos de tiempo, podía crear una vacuna eficaz. Pasteur pensó que había algo especial en el oxígeno y por eso pudo atenuar (crear una versión menos virulenta) del virus. Pasteur también intentó aplicar este método para crear una vacuna contra el ántrax , aunque con menos éxito.

A continuación, Pasteur quiso aplicar este método para crear una vacuna contra la rabia. Sin embargo, la rabia era, sin que él lo supiera, causada por un virus, no por un patógeno bacteriano como el cólera y el ántrax, y por esa razón la rabia no se podía cultivar de la misma manera que el cólera y el ántrax. Los métodos para el paso en serie de virus in vitro no se desarrollaron hasta la década de 1940, cuando John Enders , Thomas Huckle Weller y Frederick Robbins desarrollaron una técnica para esto. Estos tres científicos posteriormente ganaron el Premio Nobel por su gran avance.

Para solucionar este problema, Pasteur trabajó con el virus de la rabia in vivo. En particular, tomó tejido cerebral de un perro infectado y lo trasplantó a otro perro, repitiendo este proceso varias veces y, por lo tanto, realizando pases en serie en perros. Estos intentos aumentaron la virulencia del virus. Luego, se dio cuenta de que podía poner tejido de perro en un mono para infectarlo y luego realizar pases en serie en monos. Después de completar este proceso e infectar a un perro con el virus resultante, Pasteur se dio cuenta de que el virus era menos virulento. Sobre todo, Pasteur trabajó con el virus de la rabia en conejos. Finalmente, para crear su vacuna contra la rabia, Pasteur utilizó un método simple que consistía en secar el tejido. Como se describe en su cuaderno:

En una serie de frascos en los que el aire se mantiene seco ... cada día se suspende un espesor de tejido espinal de conejo fresco extraído de un conejo muerto de rabia. Cada día también se inocula bajo la piel de un perro 1 mL de caldo esterilizado, en el que se ha dispersado un pequeño fragmento de una de estas piezas espinales desecadas, comenzando por una pieza más distante en el tiempo de cuando se trabajó, en para asegurarse de que no sea virulento en absoluto.

Pasteur usó principalmente otras técnicas además del paso en serie para crear sus vacunas. Sin embargo, la idea de atenuar un virus mediante pases en serie sigue vigente.

Uso en vacunas

Una forma de atenuar un virus a un huésped es transmitir el virus a una especie diferente. La idea es que, a medida que una cepa de un virus se adapta más a una especie diferente, esa cepa se adaptará menos al huésped original, disminuyendo así su virulencia con respecto al huésped original. Este es el principio implícito que Louis Pasteur estaba utilizando sin saberlo cuando transmitió el virus de la rabia a los monos y terminó con un virus que era menos peligroso para los perros, por ejemplo.

El proceso de pases en serie produce una vacuna viva . Esto tiene ventajas y desventajas. En particular, las vacunas vivas son a veces más efectivas y más duraderas que las vacunas inactivadas o de otro tipo. Sin embargo, al igual que el virus evolucionó para atenuarse, puede evolucionar a la inversa en el hospedador y provocar una infección.

Experimentos

Los investigadores han realizado muchos experimentos utilizando pases en serie. Algunos de los usos experimentales para el pase en serie incluyen cambiar la virulencia de un virus, estudiar la evolución adaptativa o la evolución potencial de enfermedades zoonóticas a nuevos huéspedes y estudiar la resistencia a los antibióticos .

Aumento de la virulencia para su uso en modelado animal.

Cuando se desarrollan vacunas contra virus, se hace hincapié en atenuar el virus o disminuir su virulencia en un huésped determinado. A veces es útil emplear pases en serie para aumentar la virulencia de un virus. Por lo general, cuando se realiza un pase en serie en una especie, el resultado es un virus que es más virulento para esa especie.

Por ejemplo, un estudio utilizó pases seriados en babuinos para crear una cepa del VIH-2 que es particularmente virulenta para los babuinos. Las cepas típicas del VIH-2 solo infectan a los babuinos lentamente. Esta especificidad hace que sea un desafío para los científicos usar el VIH-2 en modelos animales del VIH-1, porque los animales en el modelo solo mostrarán síntomas lentamente. Sin embargo, la cepa más virulenta del VIH-2 podría ser práctica para su uso en modelos animales.

Otro estudio de Kanta Subbaro involucró un experimento de pasaje en serie en el que los ratones fueron infectados con SARS . El SARS generalmente no enferma particularmente a los ratones; sin embargo, después de que el virus pasó en serie en los ratones, se volvió letal.

Cambiar la virulencia del SARS de esta manera fue importante, porque sin una forma virulenta de SARS para infectar a los animales de laboratorio, los científicos no habrían podido probar los efectos del SARS en un modelo animal.

De manera más general, este experimento también refleja un principio médico general: la virulencia de un virus está mediada por la dificultad de su transmisión.

Generalmente, si un virus mata a su anfitrión demasiado rápido, el anfitrión no tendrá la oportunidad de entrar en contacto con otros anfitriones y transmitir el virus antes de morir. En el paso en serie, cuando un virus se transmitía de un huésped a otro independientemente de su virulencia, como en el experimento de Subbaro, se seleccionan los virus que crecen más rápido (y por lo tanto son los más virulentos).

Este principio tiene implicaciones para la salud pública, porque sugiere que, en áreas muy densamente pobladas o superpobladas, como barrios marginales o instalaciones de cuarentena grupal , la selección natural puede favorecer virus más virulentos.

Esto también ayuda a explicar por qué una buena higiene es tan importante. Una buena higiene selecciona contra virus altamente virulentos al reducir la capacidad de transmisión de los patógenos.

El paso en serie se ha utilizado para producir SARS-CoV-2 adaptado al ratón.

Influenza

El virus H5N1 es una cepa de influenza particularmente letal . Actualmente, puede infectar a los humanos, pero no es contagioso entre humanos. Aún así, se sabe que más de 600 personas en todo el mundo han muerto a causa del virus H5N1 transmitido por animales, por lo que la transmisibilidad del virus es de gran preocupación para los científicos.

Se han realizado varios experimentos de pases en serie para determinar la posibilidad de que el virus se vuelva transmisible en humanos. En particular, Ron Fouchier y sus colegas hicieron un experimento de pasajes en serie de 10 pasos en hurones. Al hacerlo, crearon una cepa de influenza que no solo infectó a los hurones, sino que se transmitió entre los hurones. En particular, esta cepa era muy similar a la cepa original con la que habían infectado al primer hurón; en otras palabras, solo eran necesarias unas pocas mutaciones para que el virus se volviera transmisible entre hurones. De manera similar, el investigador Yoshihiro Kawaoka descubrió que una sola mutación es necesaria para que el virus sea transmisible en hurones.

Tanto la investigación de Fouchier como la de Kawaoka fueron inicialmente censuradas, por implicaciones para el bioterrorismo . La investigación se publicó más tarde, pero siguió siendo controvertida.

El pasaje en serie es una técnica artificial que se utiliza en un laboratorio, en lugar de un proceso natural. En consecuencia, se desconoce la probabilidad de que el virus H5N1 mute para convertirse en transmisible en humanos; sin embargo, el investigador Derek Smith creó un modelo evolutivo para demostrar que esto es posible.

Entender cómo los virus saltan entre especies

Otro uso del pasaje en serie es para comprender cómo los patógenos se adaptan a nuevas especies. Al introducir un patógeno en una nueva especie huésped y realizar pases en serie, los científicos pueden observar cómo el patógeno se adapta a su nuevo huésped y señalar las mutaciones que permiten esta adaptación.

Referencias

Ver también