nueva página del texto (beta)
Español (pdf)
Artículo en XML
Referencias del artículo
Traducción automática
Enviar artículo por email
Citado por SciELO 
Similares en
SciELO 
Permalink
INTRODUCCIÓN
Los nematodos parásitos impactan negativamente a la salud humana y al sector pecuario. La mayoría de los animales destinados para consumo experimentan una exposición constante o estacional a parásitos a lo largo de su vida, lo cual frecuentemente genera importantes pérdidas económicas1.
El control de las parasitosis mediante antihelmínticos sintéticos de uso comercial es actualmente ineficiente. Esto se debe principalmente a que los nematodos que parasitan a especies de importancia económica han desarrollado resistencia hacia las principales familias de fármacos antiparasitarios de amplio espectro2. La resistencia puede ocurrir a varios niveles; por un lado, puede deberse a cambios en el blanco molecular, de modo que el fármaco no reconoce el objetivo y por tanto se vuelve ineficaz; o bien, se dan modificaciones metabólicas en el nematodo que inactivan o eliminan el fármaco3. Pese a la resistencia, el desarrollo de nuevas clases de antihelmínticos es lento e ineficiente. Por tal razón es necesaria la generación de nuevos fármacos, así como métodos que nos permitan comprender sus mecanismos de acción4.
Una alternativa metodológica para el desarrollo de nuevos fármacos es la búsqueda de plantas con potencial antihelmíntico, con base en el conocimiento y prácticas tradicionales5. En países en desarrollo, la etnobotánica forma parte importante de la cultura y de la medicina preventiva, ya que existen zonas que carecen de acceso a la medicina convencional para el cuidado de la salud6. La evidencia de las propiedades antihelmínticas de extractos de plantas proviene principalmente de fuentes etnobotánicas, documentadas en diferentes partes del mundo7-13.
A pesar de este potencial, la actividad antihelmíntica de muchas plantas utilizadas localmente por diversas culturas, no se ha corroborado experimentalmente, y en la mayoría de los casos se desconoce cuáles son los metabolitos activos y sus mecanismos de acción. Por esto, existe interés científico en el estudio de las prácticas etnobotánicas, para el desarrollo y promoción de medicamentos eficaces, basados en los principios activos de plantas disponibles a nivel local8-13.
En esta revisión se resalta la relevancia de evaluar la capacidad antihelmíntica de las plantas que el conocimiento tradicional reporta, y se discute el valor del nematodo Caenorhabditis elegans como modelo de estudio para determinar la capacidad antihelmíntica de las plantas.
El impacto de los helmintos en la producción animal
La principal causa de pérdidas económicas relacionadas con la producción de rumiantes a nivel mundial es el parasitismo14; para contrarrestarlo, se han implementado diferentes estrategias, tales como el control biológico y la selección de animales resistentes. Para el tratamiento y el control de las helmintiasis se depende críticamente de la eficacia de los fármacos antihelmínticos; sin embargo, su utilidad ha disminuido severamente por la rápida evolución y propagación de la resistencia de los helmintos15.
Además, las pérdidas económicas pecuarias ocasionadas por la exposición constante a parásitos en los animales destinados para consumo son altas, y ocurren principalmente en países en vías de desarrollo. Se estima que las pérdidas han llegado a alcanzar cifras de 1.7 billones de dólares anuales16. La intensificación de los sistemas de producción animal ha dado lugar a una dependencia casi exclusiva de los fármacos antiparasitarios, por lo que el desarrollo de resistencia a la acción de los principales fármacos antihelmínticos de amplio espectro, es una seria amenaza para los sistemas de producción animal17. Desgraciadamente, la industria farmacéutica tiene poco interés en invertir en el desarrollo de antihelmínticos, debido a que la producción de dichos fármacos representa un mercado inseguro y no muy rentable, en particular porque está dirigido principalmente a países en vías de desarrollo18. De hecho, se estima que la elaboración de nuevos antihelmínticos implicaría la inversión de 200 millones de dólares y 10 años de investigación para ingresar al mercado veterinario19. En este contexto, la búsqueda de recursos biológicos locales como plantas, representa una fuente alternativa de metabolitos con potencial antihelmíntico.
La resistencia a los antihelmínticos
El manejo pecuario actual incluye el uso indiscriminado de fármacos antiparasitarios, principalmente en cuanto a la administración masiva de medicamentos antihelmínticos20-23, acción respaldada por la Organización Mundial de la Salud (OMS) en su plan de trabajo (2015-2020) sobre el control y eliminación de las enfermedades tropicales desatendidas24-25. Esta estrategia conlleva a la generación de resistencia por parte de los helmintos.
La resistencia se presenta cuando dentro de una población existe una frecuencia alta de helmintos capaces de tolerar dosis de un compuesto dado, lo que una población normal de la misma especie no toleraría. El hecho de que dicha capacidad sea heredable determina el impacto de la resistencia26. En realidad, la resistencia a los antihelmínticos ocurre como una respuesta a las presiones de selección que ejercen los fármacos sobre las poblaciones de parásitos que infectan a un organismo. De hecho, suele presentarse de forma simultánea en los nematodos parásitos, los cuales dejan de ser sensibles al efecto de varias drogas27.
A comienzos de 1960 por primera vez se reportó resistencia antihelmíntica a la droga fenotiazina por parte del parásito gástrico hematófago Haemonchus contortus28 y después en pequeños estróngilos típicos del caballo29. En 1961 se liberó el tiabendazol en el mercado, un fármaco anunciado como el primero en combinar una eficacia nematicida de amplio espectro y una baja toxicidad. Sin embargo, a los pocos años de uso se reportó la resistencia al tiabendazol por parte de H. contortus, Teladorsagia (Ostertagia) y Trichostrongylus30. Para mediados de 1970, se encontró que múltiples especies presentaban resistencia a los benzimidazoles, y que ésta era común y generalizada en ovejas y caballos en todo el mundo. El mismo patrón se repitió en la década de los ochenta con otros fármacos, como el imidazotiazol-tetrahidropirimidina y la avermectina-milbemicina31,32,33. Para la década de 1990, la resistencia antihelmíntica ya era un problema generalizado. Los informes de helmintos resistentes a múltiples fármacos aumentaron, por lo que el fenómeno pasó a ser percibido como una amenaza importante para la producción de pequeños rumiantes en varias partes del mundo34 como África, Argentina, Paraguay, Brasil y Uruguay, donde cabras y borregos fueron tratados durante un breve periodo de tiempo con tiabendazol y se observó el desarrollo de resistencia rápida a las tres principales clases de antihelmínticos35.
Es importante mencionar que los países industrializados no son excepción a la generación de resistencia a antihelmínticos, puesto que también hay registros de resistencia a más de siete fármacos anti-parasitarios en Australia, España y Holanda36,37,38. Por mencionar solamente a un parásito muy estudiado, H. contortus, éste ha desarrollado tal resistencia a los antihelmínticos existentes, que sus infecciones amenazan la viabilidad de las industrias de los pequeños rumiantes en gran parte de América del Sur39,40,41, Sudáfrica42, Malasia43,44 y el sureste de los Estados Unidos45.
Mecanismos de resistencia
La resistencia a los fármacos antihelmínticos no surge de manera espontánea en un parásito, sino que se adquiere con el tiempo, cuando una droga que es inicialmente efectiva para un fin terapéutico determinado, deja de serlo. Actualmente la resistencia se presenta hacia los tres principales grupos de fármacos antihelmínticos: 1) benzimidazoles, 2) imidazotiazoles y tetrahidropirimidinas, y 3) avermectinas y milbemicinas, mismos que se describen de manera general a continuación.
Los compuestos benzimidazoles (BZD) actúan ligándose selectivamente a la subunidad β de la proteína tubulina de nematodos y cestodos, lo que modifica el patrón de polimerización para la formación de microtúbulos. La resistencia ocurre cuando los genes que codifican para β tubulina sufren mutaciones, lo cual reduce la afinidad del receptor por BZD46,47.
Los imidazotiazoles (levamisol) y tetrahidropirimidinas (p. ej.: morantel y pirantel), actúan rápido y selectivamente como agonistas colinérgicos sobre receptores nicotínicos sinápticos y extrasinápticos de las membranas de las células musculares de los nematodos48,49. Cuando el levamisol se une a los receptores nicotínicos se abren los canales iónicos y aumenta la conductancia al sodio, por lo que son despolarizadas las membranas de las células musculares, resultando en contracción muscular y parálisis espástica48. La resistencia a estos agonistas colinérgicos se produce por cambios en las propiedades de la población de receptores nicotínicos50 y a través de una alteración en la unión de estos fármacos con sus receptores nicotínicos. Se ha determinado que los genes lev-1, unc-29 y unc-38 son algunos de los genes responsables de la resistencia, ya que codifican subunidades proteicas que forman los canales iónicos nicotínicos del nematodo y afectan la afinidad del fármaco por el canal51.
Las avermectinas (AVM) y milbemicinas (MBM) actúan como agonistas de alta afinidad sobre la subunidad α de canales iónicos selectivos a cloro, mismos que están presentes en nematodos y artrópodos52,53,54. Estos canales iónicos están compuestos por cinco subunidades proteicas que se combinan entre sí para formar un pentámero53,54,55. Cuando AVM y MBM se unen selectiva e irreversiblemente a estos receptores, aumenta la permeabilidad de la membrana al cloro, lo cual origina la hiperpolarización de la membrana de la célula muscular o neuronal del parásito. La resistencia a AVM y MBM podría entonces estar asociada a modificaciones en las subunidades del receptor GluCl, o a la expresión aumentada de una glicoproteína de membrana (glicoproteína P), lo que posiblemente impediría alcanzar concentraciones activas de la molécula antiparasitaria en el receptor de glutamato del parásito resistente56,57,58.
Plantas con capacidad antihelmíntica
La tasa de diseño y elaboración de fármacos activos nuevos no es suficiente para las necesidades actuales59, y no existe información pública disponible sobre los planes para el desarrollo de nuevas drogas antihelmínticas. Recurrir al conocimiento etnofarmacológico es una manera de comenzar la búsqueda de nuevos compuestos con potencial antiparasitario2, que tengan mecanismos de acción distintos a los descritos hasta el momento.
Las plantas son una fuente de biocompuestos, algunos con potencial para tratar infecciones parasitarias de animales de interés pecuario2. Sin embargo, la evidencia científica sobre la eficacia antiparasitaria de extractos botánicos es limitada, independientemente de su amplio uso tradicional. Por esto, su validación es muy necesaria antes de adoptarlas como un nuevo método de tratamiento60,61.
La evidencia de las propiedades antihelmínticas de extractos de plantas se deriva principalmente de fuentes etnoveterinarias, conocimiento que se ha documentado en diferentes partes del mundo8-10,14,15. En Reino Unido, por ejemplo, desde principios del siglo XX, las hojas y flores secas del epazote, Chenopodium ambrosioides, se han utilizado como antihelmínticos62. El epazote todavía se utiliza para el tratamiento de infecciones por helmintos en América Latina. Asimismo, el helecho macho Dryopteris filix-mas y la planta conocida como ajenjo o hierba santa (género Artemisia) se usan contra diversos nematodos que afectan a las aves de corral62. En los países en vías de desarrollo se tienen identificadas varias plantas que tienen el potencial de ser utilizadas como antihelmínticos63.
La mayoría de los datos recogidos por fuentes etnoveterinarias son descriptivos y no indagan en los mecanismos de acción ni en los compuestos activos64. Los métodos de preparación y posología de algunas de las plantas que se utilizan como anti-parasitarios se han documentado en algunos casos65,66,67. Por ejemplo, las semillas o el follaje del ajo, Allium sativum, A. cepa L.; la menta, Mentha piperita L.; la nuez pecana, Carya illinoinensis; el eneldo, Anethum graveolens L.; y el perejil, Petroselinum crispum Miller, se utilizan para tratar animales que sufren de parasitismo gastrointestinal, mientras que el pepino, Cucumis sativus, y las semillas de la calabaza, Cucurbita maxima, se utilizan para expulsar tenias68. En ninguno de los casos se ha realizado trabajo experimental para determinar y comprobar la eficacia antihelmíntica, así como su mecanismo de acción61.
Una vez detectadas las plantas con potencial antihelmíntico, se requiere detectar y cuantificar a los posibles compuestos activos, para validar su potencial antihelmíntico y finalmente entender sus mecanismos de acción sobre el parásito. Con base en los extractos botánicos, pueden identificarse plantas que tienen potencial para ser utilizadas como base para la elaboración de fármacos antihelmínticos complementarios a los existentes63.
La mayoría de los ensayos que evalúan el potencial antihelmíntico de extractos vegetales se enfocan en estudiar el efecto de los extractos sobre la fertilidad y motilidad de sus modelos de estudio69,70. En estos casos se determina la presencia o ausencia de un efecto y no se indaga más allá. A la fecha se han explorado diferentes métodos para evaluar el potencial antihelmíntico de extractos botánicos tanto in vivo como in vitro. La principal ventaja de los ensayos in vitro es que suelen tener un menor costo que los ensayos con animales hospederos vivos. Además, al hacer estudios in vitro, se puede evaluar un mayor número de plantas y concentraciones, y es posible fraccionar un extracto de interés y probar el o los compuestos purificados. Por estas ventajas los ensayos in vitro se han usado para detectar la actividad antihelmíntica de las plantas69-72.
Una vez que el extracto ha sido seleccionado se requiere elegir un nematodo para probar el efecto. Pensar en un parásito como organismo modelo es lo primero que viene a la mente; sin embargo, es difícil mantenerlos en cultivos debido a que en su mayoría presentan ciclos de vida complejos, requieren de hospederos intermediarios y condiciones que son difíciles de reproducir en laboratorio. Por lo tanto, una alternativa es el uso de nematodos modelo de vida libre como C. elegans12,65,69,70.
Resulta evidente que no todas las preguntas pueden responderse bajo condiciones de laboratorio, pero poder mantener condiciones específicas y medibles permite responder preguntas puntuales con precisión. En el caso de la búsqueda de extractos de plantas con acción antihelmíntica, se requiere asegurar que el extracto sea responsable de la actividad antiparasitaria, y que el efecto observado no responda a alguna variable ajena al extracto.
C. elegans como modelo para estudios de actividad antihelmíntica
El nematodo de vida libre C. elegans, se ha propuesto como un buen modelo para estudios in vitro, ya que su mantenimiento en laboratorio es fácil y de bajo costo69. En condiciones de laboratorio, C. elegans se alimenta de cepas no patógenas de Escherichia coli, las cuales son fáciles de mantener en cultivo (Figura 1). Debido a que este nematodo se ha utilizado como modelo animal desde hace mucho tiempo, existen protocolos de manejo y está disponible una cantidad considerable de información sobre la especie en línea70. A continuación se presentan algunos aspectos básicos de la biología de este nematodo modelo.
Imagen tomada por María de Jesús Guerrero Sánchez
Figura 1 El nematodo de vida libre Caenorhabditis elegans
A nivel anatómico, el cuerpo de C. elegans es transparente (Figura 2), por lo que no requiere métodos de aclaramiento para observar sus estructuras internas en distintos estadios de vida71. Esta característica podría ser ideal para evaluar el efecto de algún extracto sobre el movimiento faríngeo, como sucede con la ivermectina72.
C. elegans se desarrolla a temperatura ambiente en un periodo de aproximadamente tres días, en los que pasa de huevo a adulto fértil. Existen hermafroditas y machos, y cada hermafrodita puede dejar entre 300 y 1,000 descendientes71, lo cual es ventajoso a nivel experimental, ya que en poco tiempo se pueden generar cientos de individuos. Para estudios sobre antihelmínticos, cuando se pretende probar extractos de plantas en varias concentraciones, es muy útil contar con muchos individuos en breves periodos de tiempo. Por otro lado, ya que la mayoría de los individuos son hermafroditas que se autofertilizan, se tiene cierta uniformidad genética entre individuos71,73. Esto implica que si se desea estudiar el mecanismo de acción a nivel genético o molecular, será más sencillo detectarlo, puesto que los individuos serían réplicas experimentales.
Otra característica de particular importancia es que C. elegans es el nematodo más estudiado en términos moleculares, de hecho fue el primer metazoario en secuenciarse su genoma74, y actualmente se conoce la secuencia de cada nucleótido con alto nivel de certeza75. Si comparamos esta situación con la de los nematodos parásitos, solamente nueve de ellos han sido completamente secuenciados76. C. elegans va muy adelantado puesto que también su transcriptoma está completamente descrito y disponible (http://www.nematodes.org). La información genómica y neural disponible en este nematodo ha permitido la aplicación de potentes enfoques genéticos moleculares para entender el modo de acción de antiparasitarios de uso comercial disponibles actualmente, así como los mecanismos de resistencia hacia estos77. Además, están disponibles varias cepas mutantes y transgénicas de C. elegans, lo que facilita la búsqueda de mecanismos de acción en antihelmínticos comerciales como benzimidazoles, lactonas macrocíclicas y levamisol54,78. Por otro lado, en C. elegans también es posible evaluar el efecto de compuestos con potencial antiparasitario en términos de oviposición79-82, ya que la fisiología de este proceso está bien descrita para la especie.
El modelo nematodo C. elegans es todavía más útil para evaluar el potencial antihelmíntico de un extracto, porque comparte características morfológicas, genéticas y neurológicas con los nematodos parásitos77,83,84. Incluso se ha reportado que algunos nematodos, como Ascaris suum, que no son tan cercanos filogenéticamente a C. elegans, tienen alta similitud en la neuromusculatura y en los neurotransmisores84,85. Esto es relevante, debido a que el mecanismo de acción de varios de los antihelmínticos implica aspectos relacionados con la motilidad. Hay algunos mecanismos que son compartidos entre nematodos independientemente de sí son parásitos o no, y por ende, los compuestos que actúan sobre ellos actuarán de forma semejante sobre los parásitos. Un ejemplo es el benzimidazol, el cual inhibe la polimerización de la (-tubulina, que está presente en la mayoría de los nematodos conocidos, por lo que su mecanismo de acción es generalizado sin que importe la distancia filogenética86,87.
A pesar de que el que algunos mecanismos sean compartidos, es importante aclarar que esto no asegura que un compuesto dado tenga en todos los nematodos parásitos exactamente el mismo mecanismo de acción observado en C. elegans. Por ejemplo, se ha visto que en nematodos filariales, la diferencia entre genes de parásitos es semejante a la que diferencia a los nematodos parásitos de C. elegans (≥30 %)78. Debido a las presiones de selección a las que están expuestos los nematodos parásitos, estos han desarrollado diversos mecanismos de resistencia, mismos que podrían implicar otras formas de evadir el efecto de los fármacos, tal como la p-glicoproteína, que tiene que ver con mecanismos de desintoxicación88. En este sentido, es posible que los efectos de los fármacos sobre C. elegans podrían expresarse de forma distinta. A pesar de esto, los estudios que utilizan a C. elegans como modelo para ensayos de compuestos anti-parasitarios, podrían avanzar en la detección de moléculas útiles y mecanismos de acción de dichas moléculas.
C. elegans ha ayudado a determinar las propiedades antihelmínticas de distintos extractos de plantas. Extractos acuosos y orgánicos de 17 plantas se seleccionaron para su investigación con base en sus usos tradicionales en África subsahariana para enfermedades gastrointestinales, y se probó su actividad con base en el efecto de la motilidad de C. elegans. De estos, ocho mostraron fuerte evidencia de actividad89,90.
Extractos etanólicos y acuosos de plantas medicinales de Camerún y Ghana fueron probados para determinar su actividad antihelmíntica mediante el uso de C. elegans91. Estos mismos autores encontraron que algunos extractos acuosos y etanólicos de plantas afectaban el crecimiento y supervivencia de C. elegans, por lo que sugieren que estos extractos podrían proveer de alternativas en el control de infecciones helmínticas. Con base en el contenido de polifenoles en estos extractos, también probaron el efecto de tres fenoles en cepas silvestres y resistentes a antihelmínticos comerciales de C. elegans, lo que les permitió ver que el ácido elágico era una opción potencial para el tratamiento de infecciones por nematodos, incluso en casos de resistencia a antihelmínticos comerciales92.
Katiki et al93 probaron diferentes extractos de plantas en C. elegans y encontraron que plantas ricas en taninos hidrolizables tienen mayor actividad antihelmíntica que plantas ricas en taninos condensados. C. elegans también ha permitido probar la mejor opción de solvente para preparar los extractos94,95. Además, C. elegans ha sido probado para identificar metabolitos secundarios de hongos con propiedades antihelmínticas96. Igualmente, la búsqueda de nuevos compuestos antihelmínticos también puede verse acelerada mediante la implementación de sistemas automatizados para detectar efectos en el movimiento y desarrollo de C. elegans97. C. elegans también ha sido utilizado para determinar interacciones sinérgicas entre antihelmínticos comerciales; esta estrategia es una alternativa contra el incremento de resistencia a antihelmínticos individuales98,99.
Análisis genético en C. elegans ha ayudado a identificar los mecanismos de acción de algunos nuevos antihelminticos; como la betaina que actúa sobre un canal iónico activado por ligando100 y la emodepsida que paraliza los músculos de la pared del cuerpo y la faringe, vía un mecanismo que involucra a receptores tipo latrofilina101-102.
Burns et al103 analizaron 67,012 compuestos para identificar aquéllos que afectaban la supervivencia de C. elegans; los compuestos seleccionados los vuelven a probar y seleccionan los que afectan a dos especies de nematodos parásitos y que no afectan a dos modelos vertebrados; finalmente identifican 30 moléculas con potencial antihelmíntico y después determinan de éstas, cuáles tienen la mayor probabilidad de generar resistencia en un periodo menor de tiempo. Estos trabajos, entre otros, han ayudado a establecer a C. elegans como un sistema modelo para el descubrimiento de antihelmínticos.
CONCLUSIÓN
Un buen modelo no sólo es aquel que permite extrapolar, sino aquel que además da lugar al diseño de experimentos que llevan a responder nuevas preguntas. Para el caso particular del escrutinio de extractos de plantas, C. elegans permite diseñar ensayos que van más allá de contar el número de huevos del nematodo y observar el efecto sobre la motilidad.
El potencial antihelmíntico de la mayoría de las plantas utilizadas como antiparasitarias en medicina tradicional en México es un campo abierto para la exploración científica. Indagar en los mecanismos de acción de los compuestos potenciales como antihelmínticos será importante para buscar alternativas a la resistencia. El nematodo modelo C. elegans, representa una alternativa útil para explorar el mecanismo de acción de los compuestos de las plantas que poseen un probable efecto antiparasitario. Debido a que hasta el momento es el nematodo mejor estudiado en términos moleculares y fisiológicos, se puede indagar sobre la interacción de los metabolitos activos presentes en las plantas a nivel genético y molecular. La evaluación de metabolitos potencialmente antihelmínticos, procedentes de fuentes naturales, es una de las alternativas que se investiga como solución a la problemática de la generación de resistencia hacia los fármacos antiparasitarios comercialmente disponibles. En conjunto, el uso del nematodo modelo C. elegans para explorar los mecanismos de acción de compuestos de plantas con potencial antiparasitario es un paso más para intentar resolver los problemas de parasitosis que aquejan a países en vías de desarrollo.
