La proteína DDX41 es un poderoso sensor intracelular inmunitario de bacterias intracelulares y virus, que ofrece una herramienta eficaz para detectar la resistencia a enfermedades en la salmonicultura. recientemente descubierta en el Sur de Chile. Esta proteína emerge como un nuevo guardián inmunitario del salmón del Atlántico que significa un gran aporte para la industria en materia de sostenibilidad.
El nuevo estudio publicado en la revista International Journal of Molecular Sciences fue realizado por científicos del sur de Chile de diversas instituciones y centros de investigación, liderados por el Dr. Alejandro Yáñez y Marcos Mancilla, investigadores del Centro FONDAP-INCAR y ADL Diagnostic Chile, en colaboración con investigadores de la Universidad Austral de Chile (UACh), Universidad Andrés Bello (UNAB), Universidad Santo Tomás, TEKBios y Melisa Institute.
Hasta ahora, la investigación sobre DDX41 en peces se ha centrado en un número limitado de especies. Este estudio es pionero en examinar la función de DDX41 en el salmón del Atlántico. Dado el papel crucial de DDX41 en los humanos, se espera que desempeñe una función similar en la detección de patógenos y la activación de respuestas inmunitarias en el salmón.
El Dr. Alejandro Yáñez en entrevista con InfoSALMON destacó que estos hallazgos podrían tener aplicaciones prácticas significativas, como el desarrollo de vacunas más efectivas o tratamientos que potencien la respuesta inmunitaria innata del salmón. “Al mejorar la capacidad de los salmones para detectar y responder a patógenos, podríamos reducir la incidencia de enfermedades prevalentes en la salmonicultura, mejorando así la salud general de las poblaciones de salmón y la sostenibilidad de la industria acuícola”, realzó.
-¿Puede detallar cómo se desarrolló el estudio que logró identificar y caracterizar el gen ddx41 en el salmón del Atlántico y cuáles fueron los principales resultados?
Primero, realizamos una búsqueda exhaustiva en bases de datos genómicas utilizando la secuencia del gen ddx41 humano como referencia. Esto nos permitió identificar una secuencia homóloga única en el genoma del salmón del Atlántico, ubicada en el cromosoma 5, lo que sugiere una capacidad reguladora significativa.
Para confirmar la existencia y funcionalidad única del gen ddx41 en el salmón, realizamos análisis transcriptómicos utilizando muestras del riñón cefálico de salmones sanos. Estos análisis demostraron que el gen ddx41 se transcribe en ARN mensajero (ARNm) con alta fidelidad, mostrando una conservación significativa con la secuencia predicha in silico. Además, identificamos un polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) que no afectaba la secuencia de aminoácidos, lo que sugiere una estabilidad evolutiva del gen.
La siguiente fase del estudio implicó la identificación proteómica mediante espectrometría de masas. Este análisis confirmó la traducción del ARNm en una proteína funcional, lo que valida la presencia y funcionalidad del gen ddx41 en el salmón del Atlántico.
Nuestro estudio también incluyó análisis filogenéticos y estructurales que demostraron una conservación evolutiva significativa del gen ddx41 entre diferentes especies de vertebrados, incluyendo humanos, ratones, aves y otros peces. Esta alta conservación sugiere un papel crucial del gen en la respuesta inmune innata.
Finalmente, evaluamos la expresión del gen ddx41 y de genes inflamatorios en células SHK-1 de salmón infectadas con las bacterias Piscirickettsia salmonis y Renibacterium salmoninarum. Observamos una sobreexpresión significativa del gen ddx41 y un aumento en los niveles de citocinas proinflamatorias, lo que indica un papel central del gen en la respuesta inmune del salmón frente a infecciones bacterianas.
-¿Cuáles fueron los principales desafíos que se presentaron durante los ensayos?
Durante el estudio enfrentamos varios desafíos. Uno de los principales fue la complejidad de mantener condiciones experimentales consistentes y controladas en los estudios in vivo, especialmente durante los ensayos de infección en los peces comentó el Dr. Marcos Mancilla ADL Diagnostic Chile. Además, la interpretación de datos complejos de proteómica y transcriptómica requirió un análisis detallado para confirmar la funcionalidad y la relevancia del gen ddx41.
En nuestro estudio, llevamos a cabo tanto experimentos in vitro como in vivo para investigar la función del gen ddx41 en la respuesta inmune del salmón del Atlántico. Los estudios in vitro utilizaron la línea celular SHK-1 de riñón cefálico de salmón, una herramienta adecuada para estudiar la respuesta inmune debido a su capacidad de imitar las condiciones inmunológicas del salmón en un entorno controlado. En estos experimentos, infectamos las células SHK-1 con dos tipos de bacterias patógenas: Piscirickettsia salmonis y Renibacterium salmoninarum, conocidas por causar enfermedades graves en el salmón del Atlántico.
Observamos una sobreexpresión significativa del gen ddx41 en respuesta a la infección con ambas bacterias, especialmente a las 3 horas post-infección (hpi), lo que sugiere una respuesta rápida y temprana a la infección. Además del aumento en la expresión de ddx41, también detectamos un incremento en los niveles de citocinas proinflamatorias como IL-1β, TNFα e IFNγ, y la activación del factor regulador de interferón 3 (IRF3). Esta activación de IRF3 es crucial para la producción de interferones tipo I y la respuesta inmune antiviral y bacteriana, indicando que DDX41 juega un papel central en la activación de la respuesta inmune innata en las células infectadas.
Por otro lado, los estudios in vivo se realizaron con salmones del Atlántico sanos que fueron desafiados con P. salmonis. Las infecciones se llevaron a cabo mediante cohabitación para simular condiciones naturales de infección. Los salmones fueron monitoreados para observar los niveles de mortalidad y la respuesta inmune a lo largo del tiempo. La mortalidad en los peces comenzó a los 12 días post-inoculación (dpc) y alcanzó el 100% a los 23 dpc en el grupo de peces infectados.
El Dr. Marcos Mancilla Director de I+D de ADL diagnostic Chile destacó que en estos estudios in vivo, observamos una sobreexpresión del gen ddx41 a partir de los 28 días post-inoculación (dpi), coincidiendo con el inicio de la respuesta inmune del salmón frente a la infección por P. salmonis. Esta sobreexpresión se mantuvo elevada hasta los 42 dpi, indicando una respuesta prolongada del sistema inmune. Similar a los estudios in vitro, se detectó un aumento significativo en los niveles de citocinas proinflamatorias (IL-1β, TNFα, IFNγ) y la activación de IRF3, sugiriendo una fuerte respuesta inmune innata activada por DDX41 en el contexto de una infección bacteriana.
– ¿Puede explicar cómo se desarrolla la conservación evolutiva de la proteína y cuál es la relevancia de la conservación de motivos estructurales clave?
Nuestro estudio ha revelado aspectos fascinantes sobre la conservación evolutiva de la proteína DDX41 y la relevancia de sus motivos estructurales clave. La proteína DDX41 es conocida por su papel en la detección de patógenos y la activación de la respuesta inmune innata, no solo en los seres humanos, sino también en otros vertebrados, incluidos los peces.
La conservación evolutiva de la proteína DDX41 se refiere a la preservación de sus secuencias y funciones a lo largo de millones de años de evolución en diversas especies. En nuestro estudio, utilizamos análisis filogenéticos para comparar las secuencias del gen ddx41 en diferentes especies, incluyendo humanos, ratones, aves y varios peces, como el salmón del Atlántico. Encontramos que el gen ddx41 en el salmón del Atlántico comparte un alto grado de identidad con su contraparte humana, con una similitud del 83.92% a nivel de aminoácidos. Esta alta conservación sugiere que la función de la proteína es fundamental y ha sido preservada debido a su importancia en la supervivencia y defensa del organismo durante toda la evolución.
Los motivos estructurales clave dentro de la proteína DDX41, como los dominios helicasa, son esenciales para su función. Estos dominios incluyen el motivo DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp), el dominio de unión a ATP, y el dominio C-terminal de helicasa (HELICc). Estos motivos son cruciales para la capacidad de la proteína de unirse y desenrollar ácidos nucleicos, y para la hidrólisis de ATP, que proporciona la energía necesaria para sus funciones.
La conservación de estos motivos estructurales en diferentes especies indica que las funciones esenciales de DDX41, como la detección de ADN y ARN patógenos y la activación de la respuesta inmune, han sido tan cruciales a lo largo de la evolución que las secuencias que codifican estas funciones han permanecido prácticamente sin cambios. En nuestro estudio, el análisis de alineación múltiple de secuencias mostró que estos motivos están altamente conservados entre el salmón del Atlántico y otros vertebrados, lo que subraya su importancia evolutiva.
La conservación evolutiva de la proteína DDX41 y la relevancia de sus motivos estructurales clave reflejan la importancia fundamental de esta proteína en la respuesta inmune innata. Al entender cómo estas estructuras se han mantenido a lo largo de la evolución, podemos apreciar mejor la función crítica que desempeñan en la protección contra patógenos y en la supervivencia de las especies. Nuestro estudio proporciona una base sólida para futuras investigaciones sobre cómo estas funciones pueden ser aprovechadas para mejorar la resistencia a enfermedades en la acuicultura.
-¿Por qué esta proteína es un componente crucial para la defensa inmunitaria y cómo se produce esta protección en el salmón del Atlántico?
La proteína DDX41 es un componente crucial del sistema inmunitario innato del salmón del Atlántico debido a su capacidad para detectar patógenos y activar una respuesta inmunitaria rápida y efectiva. En términos simples, DDX41 actúa como un sensor interno de la célula que detecta la presencia de AMP o GMP di ciclicos (producidos por bacterias), ADN y ARN de patógenos invasores, como bacterias y virus.
La proteína DDX41 se localiza en el citosol de las células inmunitarias, como las células dendríticas y los macrófagos. Cuando DDX41 detecta AMP o GMP di ciclicos , ADN o ARN extraño, se une a estos ácidos nucleicos y se activa una serie de señales intracelulares que resultan en la producción de citocinas proinflamatorias e interferones tipo I (IFNs).
Estos interferones y citocinas juegan un papel vital en la respuesta inmunitaria. Los interferones tipo I, por ejemplo, ayudan a establecer un estado antiviral y bacteriano en las células cercanas y aumentan la actividad de las células asesinas naturales (NK), que son esenciales para eliminar células infectadas por virus o bacterias, células aun no completamente descritas en salmon.. Las citocinas proinflamatorias, como IL-1β, TNFα e IFNγ, ayudan a coordinar la respuesta inflamatoria, reclutando más células inmunitarias al sitio de la infección y activando procesos como la fagocitosis, donde las células inmunitarias engullen y destruyen los patógenos.
-¿Cómo vienen a aportar los hallazgos para detectar y combatir infecciones bacterianas persistentes que afectan a la salmonicultura? (Ejemplifique los patógenos que se podrían combatir)
La proteína DDX41 es un componente intracelular sensor clave del sistema inmunitario innato del salmón del Atlántico debido a su capacidad para detectar una amplia variedad de patógenos bacterianos y virales. Esta capacidad de detección se basa en la habilidad de DDX41 para reconocer ácidos nucleicos extraños, como AMP o GMP di ciclicos, ADN y ARN, que son comunes a muchos patógenos.
Entre los patógenos bacterianos que DDX41 podrian detectar se encuentra Aeromonas salmonicida, que causa furunculosis, una enfermedad grave que produce úlceras y septicemia en los salmones. Al detectar el ADN de Aeromonas salmonicida, DDX41 puede activar una respuesta inmunitaria rápida. Otro patógeno bacteriano es Vibrio anguillarum, responsable de la vibriosis, una enfermedad que provoca septicemia hemorrágica. La capacidad de DDX41 para detectar el ADN de Vibrio anguillarum permite una respuesta rápida a esta infección. También está Flavobacterium psychrophilum, que causa la enfermedad del agua fría en los salmones juveniles, provocando lesiones en la piel y alta mortalidad. La detección del ADN de este patógeno por DDX41 puede iniciar una respuesta inmunitaria efectiva. Todos nuevos estudios por realizar por nuestros investigadores colaboradores.
En cuanto a los patógenos virales, DDX41 podrian detectar el virus de la Necrosis Pancreática Infecciosa (IPNV), que causa una enfermedad altamente contagiosa en salmones jóvenes, afectando el páncreas y otros órganos internos. Al detectar el ARN viral de IPNV, DDX41 activa una respuesta antiviral. Otro virus es el de la Anemia Infecciosa del Salmón (ISAV), que provoca anemia y mortalidad en los salmones del Atlántico. La detección del ARN de ISAV por DDX41 desencadena la producción de interferones tipo I, fundamentales para la respuesta antiviral. Además, DDX41 puede detectar el virus de la Necrosis Hematopoyética Infecciosa (IHNV), que causa una enfermedad viral con alta mortalidad en salmones jóvenes. La capacidad de DDX41 para detectar el ARN de IHNV ayuda a activar respuestas inmunitarias innatas contra este virus.
-¿Cuáles serán los siguientes pasos o líneas de investigación que desarrollarán para avanzar en el descubrimiento de las propiedades de DDX41?
Luego de nuestros descubrimientos iniciales sobre la proteína DDX41 y su papel crucial en la respuesta inmune del salmón del Atlántico, hemos identificado varias líneas de investigación futuras que serán esenciales para profundizar en la comprensión de las propiedades de este gen y su aplicación en la acuicultura.
Con base en los conocimientos obtenidos, una línea de investigación clave será el desarrollo de vacunas y terapias inmunomoduladoras que puedan potenciar la función de DDX41. Esto incluirá la creación de vacunas que estimulen específicamente la activación de DDX41 y la producción de citocinas proinflamatorias e interferones tipo I. También exploraremos el uso de compuestos que puedan aumentar la actividad de DDX41 y mejorar la capacidad del salmón para detectar y responder a patógenos.
Otro paso importante será llevar a cabo estudios en condiciones de campo para evaluar cómo las manipulaciones genéticas y terapéuticas que aumentan la función de DDX41 pueden mejorar la resistencia a enfermedades en poblaciones de salmón cultivadas. Colaboraremos con empresas de acuicultura para implementar estas estrategias y monitorear su efectividad en la reducción de la incidencia de enfermedades como la Piscirickettsiosis y la Enfermedad Bacteriana del Riñón (BKD).
Finalmente, ampliaremos nuestras investigaciones a otras especies de peces de importancia comercial para determinar si las estrategias desarrolladas para el salmón del Atlántico pueden ser aplicables a otros peces. Esto permitirá mejorar la salud y la resistencia a enfermedades en una variedad de especies acuáticas, beneficiando así a la industria de la acuicultura en general.
El Gerente General de ADL Diagnostic Chile, Dr. Patricio Bustos coincidiendo con el Dr. Alejandro Yáñez manifestó que esto refuerza la idea de que aún tenemos mucho camino por recorrer en el entendimiento de la inmunología del salmón y que estamos apenas en las etapas iniciales de su desarrollo.
