Kuru, canibalismo y evolución

El kuru es una enfermedad infecciosa similar a la de las vacas locas. Los afectados padecen temblores y fiebre y suelen morir entre tres y seis meses después de que aparezcan los primeros síntomas. La enfermedad sólo ha afectado a los Fore, un grupo de nativos de Nueva Guinea. Originalmente se pensó que era una enfermedad hereditaria, puesto que ocurría en familias, sobre todo en las mujeres y los niños. Varios investigadores pasaron nueve meses con los Fore, pero no encontraron ninguna causa genética.

Cannibals, Papua, circa 1910 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cannibals,_Papua.jpg
Caníbales, Papua, circa 1910

Intrigados volvieron tras un tiempo para continuar sus investigaciones. Esta vez se preguntaron: ¿Habrá algo que hagan las mujeres y los niños que no hagan los hombres de las familias afectadas? La respuesta era afirmativa. Los Fore eran caníbales y las mujeres y los niños se comían parte de sus muertos, especialmente el cerebro, durante los ritos funerarios.

Pork brain, ready for cooking. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Porkbrain.jpg
Cerebro.

De vuelta al laboratorio intentaron inducir kuru en primates dándoles de comer parte del tejido cerebral infectado de una víctima de kuru. No lo consiguieron. ¿Tal vez no les habían dado suficiente cantidad de cerebro para comer? ¿Sólo era transmisible a humanos? ¿No se transmitía a través del sistema digestivo, sino por pequeños cortes durante la preparación de la comida?

Encefalopatías espongiformes

A pesar de estos resultados negativos no se descartó la hipótesis. Los síntomas del kuru eran demasiado similares a otras enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, la encefalopatía espongiforme bovina (la de las vacas locas) o el insomnio familiar fatal. Estas enfermedades se conocen colectivamente como encefalopatías espongiformes porque el cerebro queda reducido a una especie de mousse esponjosa llena de agujeros.

Cerebro espongiforme
Cerebro espongiforme

Tras los primeros fracasos con los primates se continuó la investigación y, finalmente, se consiguió reproducir la enfermedad. Lo hicieron inyectando un extracto de cerebro afectado directamente en el cerebro de monos y roedores. Estas enfermedades tienen un pronóstico mortal, pero por fortuna tienen una prevalencia (proporción de individuos enfermos en la población) muy pequeña. Algunas son hereditarias y otras, como el kuru o la de las vacas locas, se deben al consumo de alimentos infectados o, en algunos casos, aparecen sin causa aparente. Estos casos se denominan espontáneos. El agente causal de estas enfermedades es muy particular ya que no es ninguno de los sospechosos habituales. No es ni un virus, ni una bacteria, ni un hongo, sino una proteína. Esto es extraordinariamente sorprendente porque las proteínas no son seres vivos, no tienen material genético y no pueden reproducirse ni infectar a nadie. Cuando un virus o una bacteria infectiva entra en un organismo, se dedica a hacer copias de sí misma utilizando la energía y los materiales de construcción generosamente proporcionados por el huésped. La multiplicación desaforada de estos microorganismos patógenos y, en muchos casos, la respuesta defensiva a la infección del sistema inmune del huésped son las que suelen causar los daños. Pero en el caso de estas proteínas no hay multiplicación de la proteína infecciosa sino algo mucho más sutil. Pero para poder explicarlo necesitamos antes entender un poco más sobre cómo funcionan los seres vivos.

Los priones son proteínas, no seres vivos

Los seres vivos están compuestos por distintas moléculas que tienen una clara división del trabajo. Los ácidos nucleicos (el ADN y el ARN) encierran la información del material genético. Esta es la información que dicta cómo debe organizarse el metabolismo en el ser vivo y es la que se copia para crear una nueva generación, para reproducirse. Los virus, las bacterias, las mariposas, los tomates y los tiburones blancos tienen ácidos nucléicos. Son la característica esencial de la vida. Pero a pesar de ello los ácidos nucléicos, especialmente el ADN, son moléculas químicamente muy aburridas. Básicamente su función es no hacer nada. Podríamos compararlos con los libros de texto de un ingeniero, son interesantes, pero no hacen nada. ¿Quiénes son las máquinas pues? Las proteínas. Del mismo modo que los libros del ingeniero indican cómo deben construirse las máquinas, los ácidos nucléicos indican cómo deben construirse las proteínas, las máquinas celulares que están encargadas de realizar la mayor parte de funciones esenciales en el ser vivo. Las proteínas causantes de las encefalopatías espongiformes no tienen ADN ni ARN y, por lo tanto, no pueden reproducirse. ¿Qué hacen pues? Modifican la estructura tridimensional de las proteínas de su mismo tipo que encuentra en la víctima. A este tipo de proteínas se les denomina priones.

Estructura tridimensional del prión humano
Prión humano

En las proteínas la estructura tridimensional es fundamental para su función. La proteínas están compuestas por una cadena lineal de aminoácidos, es decir, por una serie de aminoácidos unidos uno detrás de otro en una secuencia muy precisa, que los ácidos nucléicos establecen. Pero su función no está determinada por esta cadena lineal. Una vez que la proteína se sintetiza se pliega en una estructura tridimensional determinada y es esta estructura la que determina su función. El modo en que la lista ordenada de aminoácidos da lugar a una estructura tridimensional es uno de los grandes problemas abiertos de la biología actual.

Los priones modifican la estructura de las proteínas

Cuando las proteínas pierden su estructura tridimensional correcta, pierden su función, a pesar de que su composición química es exactamente igual a la anterior. El ejemplo más cotidiano de destrucción de la estructura tridimensional es el de la tortilla. Cuando calentamos un huevo lo que sucede es que las proteínas que lo componen pierden su estructura y acaban convertidas en una maraña inservible. Cocer un huevo es destruir la estructura de sus proteínas y esto es lo que hacen los priones. La proteína de los priones está en cerebro sano y que tiene una estructura y unas funciones celulares concretas, que no conocemos del todo. Como las proteínas del huevo, esta proteína puede estar en su estructura correcta o en una incorrecta. La particularidad del prión radica en que su estructura incorrecta promueve la destrucción de la estructura correcta en las proteínas de su tipo con las que entra en contacto. Esta es la clave de su modo de actuación.

Huevo con proteínas desnaturalizadas
Huevo frito, proteínas desnaturalizadas

Cuando un prión entra en un cerebro se encuentra con proteínas con la estructura correcta y las modifica para que adquieran la estructura incorrecta. A su vez estas proteínas desestructuradas entran en contacto con otras proteínas correctas y vuelven a estropearlas. Esto produce una reacción en cadena que acaba por destruir el cerebro. Pero volvamos a los caníbales. ¿Qué tienen los cerebros de los supervivientes que sea tan notable? Pues tienen proteínas inmunes a la acción de los priones. Es decir, que aunque se coman un cerebro infectado y los priones lleguen a su cerebro, sus proteínas no son susceptibles de estropearse. ¿Cómo lo han conseguido? Mediante selección natural. La práctica cultural de comer cerebros de enfermos hizo que muchos de ellos enfermasen y muriesen, como cualquiera de nosotros moriría, si decidiese hacer lo mismo. Al menos esto es lo que le pasó a la mayoría. Unos pocos individuos, que no conocemos, debían de tener una mutación en la proteína del prión. Esta mutación puede que no otorgase ninguna ventaja a su portador en condiciones normales, pero si el portador decidiese hacerse caníbal y comerse el cerebro de su padre enfermo sí le conferiría una gran ventaja ya que los priones invasores no podrían convencer a sus proteínas de cambiar a la estructura errónea y, por lo tanto, sería inmune a la enfermedad.

El canibalismo seleccionó mutaciones protectoras

Lo que este portador debió ver es que la mayoría de miembros de su familia y de las familias de alrededor iban muriendo, pero que él se mantenía sano (y harto de cerebros de víctimas). Este superviviente debió de tener más hijos que los afectados por la enfermedad, dado que morirse suele limitar bastante la capacidad de engendrar hijos. Con el tiempo sus descendientes, que habrían heredado la mutación protectora, se hicieron más frecuentes en la población y esto es exactamente lo que se ha visto. En la población de los Fore se ha encontrado, secuenciando el ADN de muchos individuos, que muchos de ellos tienen una mutación en el aminoácido 129 de la proteína en cuestión, concretamente la metionina (un aminoácido) que suele encontrarse en esta posición está cambiada por una valina (otro aminoácido). ¿Demuestra esto que esta mutación es la causante de la protección frente al kuru? No. La mutación podría encontrarse en esta población simplemente por azar. Podría ser que el cambio en el ADN que constituye la mutación estuviese en los Fore simplemente por casualidad, que no tuviese nada que ver con el canibalismo y el kuru. ¿Cómo se ha comprobado que la mutación sí tiene que ver con el kuru? Haciendo un experimento en el que la única variación destacable era la presencia de la mutación. Esto no puede hacerse en humanos porque sería inmoral infectar gente con y sin la mutación. El experimento se ha hecho en ratones transgénicos. En algunos se ha introducido una copia del gen con la mutación y en otros sin la mutación. Después se han infectado los ratones con extractos de cerebro de afectados por distintas enfermedades. El resultado ha sido que los ratones con el gen mutante son inmunes a todo lo que les han inyectado y, sin embargo, los ratones con el gen normal han enfermado.

Still frame from the animated cartoon
Superratón

Los seres humanos, y el resto de seres vivos, somos parecidos a los demás individuos de nuestra especie, pero no idénticos. Una excepción a esto son los gemelos idénticos. Dos gemelos idénticos tienen una identidad prácticamente total en su ADN, por eso son tan similares. El resto de nosotros somos diferentes porque aunque nuestras secuencias de ADN, nuestros genomas, son muy parecidos no son idénticos. El genoma humano tiene unas 3000 millones de posiciones, de nucleótidos, de letras. Puede que usted tenga una A en la posición 101.143.521 y su vecino del quinto tenga una mutación, por ejemplo una T.

Hay millones de cambios en el genoma

Hay proyectos de investigación encargados de catalogar todos estos cambios. En la mayoría de los casos estas  variaciones son completamente inócuas y en otras, por desgracia, pueden causar problemas. La forma de elaborar este catálogo es leer el ADN, el genoma, de muchos individuos y compararlos. Como hay muchos cambios en la especie humana, bastantes millones, si comparamos dos individuos cualesquiera, siempre encontraremos millones de cambios entre ellos, incluso aunque sean familia cercana.

Variacion Humana
Variación humana

Estas variaciones son la base sobre la que trabaja la evolución. En la población de los Fore, y muy posiblemente en otras, debía de haber individuos con la proteína normal y la mutante y el canibalismo seleccionó en esa población la versión mutante. Esto muestra claramente dos características de la selección natural. La primera que la selección actúa sobre una variación preexistente. No fueron el canibalismo ni el kuru los que hicieron aparecer la mutación, simplemente la seleccionaron. La selección elige mutaciones del catálogo disponible, no crea mutaciones. La segunda que la selección depende del ambiente. Esta mutación no se ha seleccionado en otras poblaciones, porque no es habitual comerse el cerebro de los enfermos. Esta mutación sólo es útil en el caso de que el ambiente incluya esta práctica. Pero esta característica no es algo particular de este caso, sino un rasgo general de la selección natural. El efecto de una mutación siempre deberá ser tenido en cuenta en un ambiente concreto. Es una gran ventaja tener una piel menos susceptible a los rayos del Sol si vives al sur del Sáhara, pero no lo es si vives al norte de Estocolmo. Es una gran ventaja poder digerir la leche si bebes leche, pero no lo es si no lo haces.

La selección natural depende del ambiente

En el caso de los Fore el ambiente ha cambiado. Ya no son caníbales y el kuru se considera una enfermedad erradicada, por lo que la mutación ya no tiene ninguna ventaja. A pesar de ello este caso nos muestra claramente el funcionamiento y la velocidad de la selección natural. Suele pensarse que la selección requiere miles de años para actuar y que no debe haber habido cambios en los humanos o en otras especies en épocas históricas. Nada más lejos de la realidad. Los ejemplos de cambios debidos a la selección natural en tiempos históricos son abundantes y este es un ejemplo de ellos. Los Fore afirman haber adquirido la costumbre de comerse a sus muertos recientemente, después de que apareciesen por Nueva Guinea los primeros aviones. Más información: El artículo en el que se describe la nueva mutación en los Fore.