Virulencia óptima

La virulencia óptima es un concepto relacionado con la ecología de los hospedadores y los parásitos . Una definición de virulencia es la pérdida de aptitud inducida por el parásito en el hospedador . La aptitud del parásito está determinada por su éxito en transmitir descendencia a otros hospedadores. Durante unos 100 años, el consenso fue que la virulencia disminuía y las relaciones parasitarias evolucionaban hacia la simbiosis . Esto incluso se denominó la ley de la virulencia decreciente a pesar de ser una hipótesis, ni siquiera una teoría. Ha sido cuestionada desde la década de 1980 y ha sido refutada. ^{[1] [2]}

Un patógeno que se muestra demasiado restringido perderá en la competencia frente a una cepa más agresiva que desvía más recursos del huésped hacia su propia reproducción. Sin embargo, el huésped, que en cierto modo es el recurso y el hábitat del parásito, sufre por esta mayor virulencia . Esto podría inducir una muerte más rápida del huésped y actuar en contra de la aptitud del parásito al reducir la probabilidad de encontrarse con otro huésped (matando al huésped demasiado rápido para permitir la transmisión). Por lo tanto, existe una fuerza natural que ejerce presión sobre el parásito para que "autolimite" la virulencia. La idea es, entonces, que existe un punto de equilibrio de virulencia, donde la aptitud del parásito es máxima. Cualquier movimiento en el eje de virulencia, hacia mayor o menor virulencia, resultará en una menor aptitud para el parásito y, por lo tanto, será seleccionado en su contra.

Paul W. Ewald ha explorado la relación entre la virulencia y el modo de transmisión. Llegó a la conclusión de que la virulencia tiende a permanecer especialmente alta en las infecciones transmitidas por el agua y por vectores, como el cólera y el dengue . El cólera se propaga a través de las aguas residuales y el dengue a través de los mosquitos . En el caso de las infecciones respiratorias, el patógeno depende de un huésped ambulatorio para sobrevivir. Debe preservar al huésped el tiempo suficiente para encontrar un nuevo huésped. La transmisión por agua o por vectores evita la necesidad de un huésped móvil. Ewald está convencido de que el hacinamiento en los hospitales de campaña y la guerra de trincheras proporcionaron una ruta fácil para la transmisión que desarrolló la virulencia de la pandemia de gripe de 1918. En esas condiciones inmovilizadas y de hacinamiento, los patógenos pueden hacer que las personas enfermen gravemente y, aun así, saltar a las personas sanas.

Otros epidemiólogos han ampliado la idea de una compensación entre los costos y los beneficios de la virulencia. Un factor es el tiempo o la distancia entre los huéspedes potenciales. Los viajes en avión, las granjas industriales abarrotadas y la urbanización se han sugerido como posibles fuentes de virulencia. Otro factor es la presencia de múltiples infecciones en un solo huésped, lo que conduce a una mayor competencia entre los patógenos. En este escenario, el huésped puede sobrevivir solo mientras resista a las cepas más virulentas. La ventaja de una estrategia de baja virulencia se vuelve discutible. Las infecciones múltiples también pueden dar lugar a un intercambio de genes entre patógenos, lo que aumenta la probabilidad de combinaciones letales.

Existen tres hipótesis principales sobre por qué un patógeno evoluciona como lo hace. Estos tres modelos ayudan a explicar las estrategias de la historia de vida de los parásitos, incluyendo la reproducción, la migración dentro del huésped, la virulencia, etc. Las tres hipótesis son la hipótesis de la compensación, la hipótesis de la evolución miope y la hipótesis de la evolución coincidente. Todas ellas ofrecen explicaciones definitivas sobre la virulencia de los patógenos.

En algún momento, algunos biólogos argumentaron que los patógenos tenderían a evolucionar hacia una virulencia cada vez menor porque la muerte del huésped (o incluso una discapacidad grave) es en última instancia perjudicial para el patógeno que vive en su interior. Por ejemplo, si el huésped muere, la población de patógenos que se encuentra en su interior puede desaparecer por completo. Por lo tanto, se creía que los patógenos menos virulentos que permitían al huésped moverse e interactuar con otros huéspedes deberían tener mayor éxito en la reproducción y dispersión.

Pero esto no es necesariamente así. Las cepas patógenas que matan al huésped pueden aumentar su virulencia siempre que el patógeno pueda transmitirse a un nuevo huésped, ya sea antes o después de que el huésped muera. La evolución de la virulencia de los patógenos es un equilibrio entre los costos y los beneficios de la virulencia para el patógeno. Por ejemplo, los estudios del parásito de la malaria utilizando modelos de roedores ^[3] y pollos ^[4] encontraron que había una compensación entre el éxito de la transmisión y la virulencia definida por la mortalidad del huésped.

La evolución miope sugiere que los rasgos que aumentan la tasa de reproducción y la transmisión a un nuevo huésped aumentarán a una alta frecuencia dentro de la población de patógenos. Estos rasgos incluyen la capacidad de reproducirse antes, reproducirse más rápido, reproducirse en mayor número, vivir más tiempo, sobrevivir contra anticuerpos o sobrevivir en partes del cuerpo en las que el patógeno normalmente no se infiltra. Estos rasgos suelen surgir debido a mutaciones, que ocurren con mayor frecuencia en las poblaciones de patógenos que en las poblaciones de huéspedes, debido al rápido tiempo de generación de los patógenos y su inmenso número. Después de solo unas pocas generaciones, las mutaciones que mejoran la reproducción o dispersión rápidas aumentarán en frecuencia. Las mismas mutaciones que mejoran la reproducción y dispersión del patógeno también mejoran su virulencia en el huésped, causando mucho daño (enfermedad y muerte). Si la virulencia del patógeno mata al huésped e interfiere con su propia transmisión a un nuevo huésped, la virulencia será seleccionada en contra. Pero mientras la transmisión continúe a pesar de la virulencia, los patógenos virulentos tendrán la ventaja. Así, por ejemplo, la virulencia suele aumentar en el seno de las familias, donde es probable la transmisión de un huésped a otro, sin importar lo enfermo que esté el huésped. De manera similar, en condiciones de hacinamiento, como en los campos de refugiados, la virulencia tiende a aumentar con el tiempo, ya que los nuevos huéspedes no pueden escapar a la probabilidad de infección.

Algunas formas de virulencia patógena no coevolucionan con el huésped. Por ejemplo, el tétanos es causado por la bacteria del suelo Clostridium tetani . Después de que la bacteria C. tetani entra en una herida humana, la bacteria puede crecer y dividirse rápidamente, aunque el cuerpo humano no sea su hábitat normal. Mientras se divide, C. tetani produce una neurotoxina que es letal para los humanos. Pero es la selección en el ciclo de vida normal de la bacteria en el suelo lo que la lleva a producir esta toxina, no cualquier evolución con un huésped humano. La bacteria se encuentra dentro de un ser humano en lugar de en el suelo por mera casualidad. Podemos decir que la neurotoxina no está dirigida al huésped humano.

De manera más general, la virulencia de muchos patógenos en los seres humanos puede no ser un objetivo de la selección en sí, sino más bien un subproducto accidental de la selección que opera sobre otros rasgos, como es el caso de la pleiotropía antagónica .

Existe un potencial de virulencia cuando un patógeno invade un nuevo entorno, huésped o tejido. Es probable que el nuevo huésped esté mal adaptado al intruso, ya sea porque no ha desarrollado una defensa inmunológica o debido a una vulnerabilidad fortuita. En épocas de cambio, la selección natural favorece las mutaciones que explotan al nuevo huésped con mayor eficacia que la cepa fundadora, lo que brinda una oportunidad para que surja la virulencia.

La susceptibilidad del huésped contribuye a la virulencia. Una vez que se produce la transmisión, el patógeno debe establecer una infección para continuar. Cuanto más competente sea el sistema inmunitario del huésped, menos posibilidades hay de que el parásito sobreviva. Puede que sean necesarios múltiples eventos de transmisión para encontrar un huésped adecuadamente vulnerable. Durante este tiempo, el invasor depende de la supervivencia de su huésped actual. Las condiciones óptimas para una alta virulencia serían una comunidad con disfunción inmunitaria (y/o higiene y saneamiento deficientes ) que fuera lo más saludable posible en todos los demás aspectos (por ejemplo, nutrición óptima ).

• Ley de virulencia decreciente  : hipótesis refutada del epidemiólogo Theobald Smith

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