Pasaje serial

El paso en serie es el proceso de cultivo de bacterias o virus en iteraciones. Por ejemplo, un virus puede cultivarse en un entorno y luego se puede extraer una parte de esa población viral y colocarla 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 se lleva a cabo a menudo en un entorno de laboratorio, porque es de interés científico observar cómo evoluciona el virus o la bacteria que se está transmitiendo a lo largo del experimento. En particular, el paso 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 paso en serie puede ser útil para crear vacunas , ya que los científicos pueden aplicar el paso en serie y crear una cepa de un patógeno que tiene baja virulencia, pero tiene una inmunogenicidad comparable a la cepa original. ^[1] Esto también puede crear cepas que son más transmisibles además de una virulencia menor, como lo demuestra el paso del virus A/ H5N1 en hurones. ^[2]

El paso en serie se puede realizar in vitro o in vivo . En el método in vitro, se aísla un virus o una cepa de bacterias y se deja crecer durante un tiempo determinado. Después de 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. ^{[3] [4]} Este proceso se repetirá tantas veces como se desee.

Otra posibilidad es realizar un experimento in vivo en el que se infecta a un animal con un patógeno y se le permite a este crecer en ese huésped antes de extraer una muestra del mismo y pasarla a otro huésped. Este proceso se repite para una cierta cantidad de huéspedes; el experimento individual determina esta cantidad.

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 menudo revelan información sobre el virus o la bacteria que se está estudiando. En consecuencia, después de que se han realizado pases seriados puede ser valioso comparar el virus o la muestra de bacterias resultantes con el original, anotando las mutaciones que se han producido y sus efectos colectivos. Pueden ocurrir varios resultados significativos. La virulencia del virus puede cambiar, ^[5] o un virus puede evolucionar para adaptarse a un entorno huésped diferente de aquel en el que se encuentra típicamente. ^[5] Son necesarios relativamente pocos pases para producir un cambio notable en un virus; por ejemplo, un virus puede adaptarse típicamente a un nuevo huésped en aproximadamente diez pases. ^[5]

Debido a que el paso en serie permite una rápida evolución de un virus a su huésped, se puede utilizar para estudiar la evolución de la resistencia a los antibióticos; específicamente, para determinar qué mutaciones podrían conducir al desarrollo de la resistencia a los antibióticos. ^[6]

La técnica del pase seriado existe 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. ^[7]

Pasteur creó varias vacunas a lo largo de su vida. Su trabajo anterior a la rabia implicaba la atenuación de patógenos, pero no a través de 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. ^{[7] [8]} Pasteur pensó que había algo especial en el oxígeno y que por eso pudo atenuar (crear una versión menos virulenta) de las bacterias. Pasteur también intentó aplicar este método para crear una vacuna contra el ántrax , aunque con menos éxito. ^[7]

A continuación, Pasteur quiso aplicar este método para crear una vacuna contra la rabia. Sin embargo, la rabia, sin que él lo supiera, era causada por un virus, no por un patógeno bacteriano como el cólera y el ántrax, y por esa razón la rabia no podía cultivarse de la misma manera que el cólera y el ántrax. ^[8] Los métodos para el paso serial 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 ello. Estos tres científicos ganaron posteriormente el Premio Nobel por su importante avance. ^[9]

Para resolver este problema, Pasteur trabajó con el virus de la rabia in vivo. ^{[7] [8]} En particular, tomó tejido cerebral de un perro infectado y lo trasplantó a otro perro, repitiendo este proceso varias veces y, de esta manera, realizando pases seriados en perros. ^[7] Estos intentos aumentaron la virulencia del virus. ^[7] Luego, se dio cuenta de que podía poner tejido de perro en un mono para infectarlo y luego realizar pases seriados en monos. ^[7] 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. ^[7] Principalmente, Pasteur trabajó con el virus de la rabia en conejos. ^[8] Finalmente, para crear su vacuna contra la rabia, Pasteur utilizó un método simple que implicaba secar el tejido. Como se describe en su cuaderno:

En una serie de frascos en los que se mantiene el aire en estado seco… cada día se suspende un espesor de tejido espinal fresco de conejo tomado 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 uno de estos trozos espinales disecados, comenzando por el trozo más distante en el tiempo de cuando se trabajó, para estar seguros de que no es en absoluto virulento. ^[7]

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

Una forma de atenuar un virus en un huésped es pasándolo a una especie diferente. ^[5] La idea es que, a medida que una cepa de un virus se adapta mejor a una especie diferente, esa cepa se adaptará menos al huésped original, disminuyendo así su virulencia con respecto al huésped original. ^[5] Este es el principio implícito que Louis Pasteur estaba utilizando sin saberlo cuando pasó el virus de la rabia a los monos y terminó con un virus que era menos peligroso para los perros, por ejemplo. ^[7]

El proceso de pases seriados produce una vacuna viva . Esto tiene ventajas y desventajas. En particular, las vacunas vivas a veces son más efectivas y más duraderas que las vacunas inactivadas u otros tipos de vacunas. ^{[10] [11]} Sin embargo, así como el virus evolucionó para atenuarse, puede revertir su evolución en el huésped, lo que lleva a la infección. ^[11]

Los investigadores han llevado a cabo muchos experimentos utilizando el método de pasajes seriados. Algunos de los usos experimentales del método de pasajes seriados incluyen cambiar la virulencia de un virus, estudiar la evolución adaptativa o la posible evolución de enfermedades zoonóticas a nuevos huéspedes y estudiar la resistencia a los antibióticos .

Al desarrollar vacunas contra virus, el énfasis está puesto en atenuar el virus, o disminuir su virulencia, en un huésped determinado. A veces es útil emplear el pase seriado para aumentar la virulencia de un virus. Por lo general, cuando se realiza el pase seriado en una especie, el resultado es un virus que es más virulento para esa especie. ^[5]

Por ejemplo, un estudio ^[12] utilizó el paso serial en babuinos para crear una cepa de VIH-2 que es particularmente virulenta para los babuinos. Las cepas típicas de VIH-2 solo infectan a los babuinos lentamente. ^[12] Esta especificidad hace que sea un desafío para los científicos utilizar el VIH-2 en modelos animales de VIH-1, porque los animales en el modelo solo mostrarán síntomas lentamente. Sin embargo, la cepa más virulenta de VIH-2 podría ser práctica para su uso en modelos animales. ^[12]

Otro estudio realizado por Kanta Subbaro implicó un experimento de pasajes seriados en el que ratones fueron infectados con SARS . ^[13] El SARS por lo general no enferma particularmente a los ratones, sin embargo, después de que el virus había sufrido pasajes seriados en los ratones, se había vuelto letal. ^[13]

Cambiar la virulencia del SARS de esta manera fue importante, porque sin una forma virulenta del SARS que infectara a los animales de laboratorio, los científicos no habrían podido probar los efectos del SARS en un modelo animal. ^[13]

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.

En general, si un virus mata a su anfitrión demasiado rápido, este no tendrá la oportunidad de entrar en contacto con otros anfitriones y transmitir el virus antes de morir. En el pasaje serial, cuando un virus se transmite de un anfitrión a otro sin importar su virulencia, como en el experimento de Subbaro, se seleccionan los virus que crecen más rápido (y por lo tanto son los más virulentos). ^[13]

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

Esto también ayuda a explicar por qué es tan importante una buena higiene. Una buena higiene evita los virus muy virulentos al reducir la capacidad de transmisión de los patógenos. ^[13]

Se ha utilizado el pase seriado para producir SARS-CoV-2 adaptado al ratón. ^[14]

El virus H5N1 es una cepa de influenza particularmente letal . Actualmente, puede infectar a los humanos, pero no es contagioso entre humanos. Aun así, se sabe que más de 600 personas en todo el mundo han muerto a causa del virus H5N1 transmitido por animales ^[13] , por lo que la transmisibilidad del virus es una preocupación importante para los científicos.

Se han llevado a cabo varios experimentos de pasajes en serie para determinar la posibilidad de que el virus se vuelva transmisible en humanos. En particular, Ron Fouchier y sus colegas realizaron un experimento de pasajes en serie de 10 pasos en hurones. ^[13] Al hacerlo, crearon una cepa de influenza que no solo infectaba a los hurones, sino que era transmisible entre hurones. ^[13] Cabe destacar que esta cepa era muy similar a la cepa original con la que habían infectado al primer hurón; en otras palabras, solo fueron necesarias unas pocas mutaciones para que el virus se volviera transmisible entre hurones. ^{[13] [15]} De manera similar, el investigador Yoshihiro Kawaoka descubrió que es necesaria una sola mutación para que el virus sea transmisible en hurones. ^[15]

Tanto la investigación de Fouchier como la de Kawaoka fueron censuradas inicialmente por sus implicaciones para el bioterrorismo . ^[15] La investigación se publicó más tarde, pero siguió siendo controvertida. ^[15]

El paso serial es una técnica artificial que se utiliza en un laboratorio, en lugar de un proceso natural. Por lo tanto, se desconoce la probabilidad de que el virus H5N1 mute para volverse transmisible en humanos; sin embargo, el investigador Derek Smith creó un modelo evolutivo para demostrar que esto es posible. ^[13]

Otro uso del paso serial es entender cómo los patógenos se adaptan a nuevas especies. Al introducir un patógeno en una nueva especie huésped y realizar el paso serial, los científicos pueden observar cómo el patógeno se adapta a su nuevo huésped y detectar las mutaciones que permiten esta adaptación. ^[5]

• Experimento de evolución a largo plazo de E. coli
• Evolución experimental