La transmisión entre especies ( TSE ), también llamada transmisión interespecie , salto de hospedador o derrame , es la transmisión de un patógeno infeccioso , como un virus , entre hospedadores pertenecientes a especies diferentes . Una vez introducido en un individuo de una nueva especie hospedadora, el patógeno puede causar enfermedad al nuevo hospedador y/o adquirir la capacidad de infectar a otros individuos de la misma especie, lo que le permite propagarse a través de la nueva población hospedadora. [1] El fenómeno se estudia más comúnmente en virología , pero la transmisión entre especies también puede ocurrir con patógenos bacterianos u otros tipos de microorganismos. [2]
Los pasos involucrados en la transferencia de patógenos a nuevos huéspedes incluyen el contacto entre el patógeno y el huésped; la infección exitosa de un huésped individual inicial, que puede conducir a la amplificación y un brote ; y la adaptación del patógeno, ya sea dentro del huésped original o nuevo, que puede hacerlo capaz de propagarse eficientemente entre individuos en poblaciones del nuevo huésped. [3] El concepto es importante para comprender y controlar las enfermedades infecciosas emergentes en humanos, especialmente aquellas causadas por virus. La mayoría de las enfermedades virales de los humanos son de origen zoonótico , habiendo sido transmitidas históricamente a poblaciones humanas de varias especies animales; los ejemplos incluyen SARS , ébola , gripe porcina , rabia e influenza aviar . [4]
Los mecanismos exactos que facilitan la transmisión entre especies varían según el patógeno, e incluso en el caso de enfermedades comunes, a menudo se comprenden mal. Se cree que los virus con altas tasas de mutación son capaces de adaptarse rápidamente a nuevos huéspedes y, por lo tanto, superar las defensas inmunológicas específicas del huésped , lo que permite su transmisión continua. Un evento de cambio de huésped ocurre cuando una cepa que anteriormente era zoonótica comienza a circular exclusivamente entre las nuevas especies huésped. [5]
La transferencia de patógenos es más probable que ocurra entre especies que frecuentemente están en estrecho contacto entre sí. También puede ocurrir indirectamente entre especies con un contacto menos frecuente si lo facilita una especie intermediaria; por ejemplo, una especie reservorio puede transferir el virus a una especie vectora , que a su vez transfiere el virus a los humanos. [6] [7] El grado de parentesco filogenético entre especies hospedadoras también influye en la probabilidad de que un patógeno se transmita entre ellas, probablemente debido a la similitud de las defensas inmunológicas de los hospedadores; por ejemplo, la mayoría de las transmisiones zoonóticas humanas provienen de otras especies de mamíferos. Los patógenos de especies más distantemente relacionadas, por otro lado, como los virus de las plantas , pueden no ser capaces de infectar a los humanos en absoluto. Otros factores que influyen en las tasas de transmisión incluyen la proximidad geográfica y los comportamientos intraespecie. [3] Debido al cambio climático y la pérdida de hábitat debido a la expansión del uso de la tierra, [8] se predice que el riesgo de propagación viral aumentará significativamente. [9]
La transmisión entre especies es la causa más importante de aparición de enfermedades en humanos y otras especies. [ cita requerida ] Las enfermedades zoonóticas de origen microbiano de la fauna silvestre también son el grupo más común de enfermedades emergentes en humanos, y la transmisión de enfermedades transmitidas por el aire entre la fauna silvestre y el ganado tiene impactos económicos apreciables en la agricultura al reducir la productividad ganadera e imponer restricciones a las exportaciones. [2] Esto hace que la transmisión de enfermedades transmitidas por el aire sea una preocupación importante para la salud pública , la agricultura y la gestión de la fauna silvestre . [ cita requerida ]
Los autores de un estudio sobre la peste bubónica en Orán subrayan que la enfermedad "es principalmente una zoonosis bacteriana que afecta a los roedores . Es causada por Yersinia pestis y se transmite de un animal a otro por las pulgas . Los humanos se infectan generalmente por la picadura de una pulga infectada de un roedor ". La medida de control sanitario instaurada por la autoridad de salud pública fue de naturaleza química: " Se realizaron fumigaciones intra y peridomésticas con permetrina . Se espolvoreó deltametrina sobre las huellas y alrededor de las madrigueras de los roedores situadas en un radio de 10 km alrededor de la vivienda de los pacientes. Se prohibió la matanza incontrolada de ratas". [10]
Se considera que una gran proporción de los patógenos virales que han surgido recientemente en los seres humanos se originaron en varias especies animales. Esto se demuestra por varias epidemias recientes como la gripe aviar , el ébola , la viruela del mono y los virus Hanta . [11] Hay evidencia que sugiere que algunas enfermedades pueden potencialmente reintroducirse en las poblaciones humanas a través de huéspedes animales después de haber sido erradicadas en los seres humanos. [12] Existe el riesgo de que este fenómeno ocurra con los morbilivirus , ya que pueden cruzar fácilmente las barreras de las especies. [12] El CST también puede tener un efecto significativo en las industrias de productos agrícolas. Genotipo VI: el serotipo 1 del paramixovirus aviar (GVI-PMV1) es un virus que surgió a través de eventos de transmisión entre especies de Galliformes (es decir, pollos ) a Columbiformes , y se ha vuelto frecuente en la industria avícola . [13]
La transmisión de variantes del virus de la rabia entre muchas poblaciones de especies diferentes es una preocupación importante en el manejo de la vida silvestre . La introducción de estas variantes en animales que no son reservorios aumenta el riesgo de exposición humana y amenaza los avances actuales en el control de la rabia. [14]
Se cree que muchos patógenos tienen especialización en el hospedador, lo que explica el mantenimiento de cepas distintas en especies hospedadoras. [5] Los patógenos tendrían que superar su especificidad del hospedador para cruzar a una nueva especie hospedadora. Algunos estudios han sostenido que las especializaciones del hospedador pueden ser exageradas y que los patógenos tienen más probabilidades de presentar CST de lo que se creía anteriormente. [5] Los hospedadores originales suelen tener bajas tasas de mortalidad cuando se infectan con un patógeno, y las tasas de mortalidad tienden a ser mucho más altas en los nuevos hospedadores [15].
Debido a la estrecha relación entre los primates no humanos (NHP) y los humanos , la transmisión de enfermedades entre los NHP y los humanos es relativamente común y puede convertirse en un importante problema de salud pública. Enfermedades como el VIH y los adenovirus humanos se han asociado con interacciones de los NHP. [16] [17]
En lugares donde el contacto entre humanos y NHP es frecuente, a menudo se toman precauciones para prevenir la transmisión de enfermedades. Los virus espumosos de los simios (SFV) son un retrovirus enzoótico que tiene altas tasas de transmisión entre especies y se sabe que afecta a humanos mordidos por NHP infectados. [18] Ha causado problemas de salud en lugares como Indonesia, donde los visitantes de los templos de monos pueden contraer SFV de los macacos del templo ( Macaca fascicularis ). [19] TMAdV ( adenovirus del mono titi ) es un virus NHP altamente divergente, que comparte <57% de identidad de nucleótidos por pares con otros adenovirus, que tuvo una alta tasa de mortalidad (83%) en monos y es capaz de propagarse a través de huéspedes humanos. [15]
La predicción y el seguimiento son importantes para el estudio de las CST y sus efectos. Sin embargo, los factores que determinan el origen y el destino de los eventos de transmisión entre especies siguen siendo poco claros para la mayoría de los patógenos humanos. [4] Esto ha dado lugar al uso de diferentes modelos estadísticos para el análisis de la CST. Algunos de ellos incluyen modelos de análisis de riesgo, [20] modelos de punta fechada de tasa única (SRDT), [17] y modelos de difusión filogenética. [4] El estudio de los genomas de los patógenos implicados en eventos de CST es muy útil para determinar su origen y destino. [4] Esto se debe a que la diversidad genética y la tasa de mutación de un patógeno son factores clave para determinar si puede transmitirse a través de múltiples huéspedes. Esto hace que sea importante que los genomas de las especies de transmisión estén secuenciados parcial o completamente. [15] Un cambio en la estructura genómica podría hacer que un patógeno que tiene un rango de huéspedes estrecho sea capaz de explotar un rango de huéspedes más amplio. [5] La distancia genética entre diferentes especies, el rango geográfico y otras barreras de interacción también influirán en la transmisión entre especies. [4]
Un enfoque para el análisis de evaluación de riesgos de la transmisión de enfermedades de transmisión sexual consiste en desarrollar modelos de análisis de riesgos que dividan el «proceso» de transmisión de enfermedades en partes. Los procesos e interacciones que podrían conducir a la transmisión de enfermedades entre especies se describen explícitamente como una cadena de infección hipotética. Los datos de experimentos de laboratorio y de campo se utilizan para estimar la probabilidad de cada componente, la variación natural esperada y los márgenes de error. [19]
Los distintos tipos de investigación sobre la CST requerirían diferentes vías de análisis para satisfacer sus necesidades. Un estudio sobre la identificación de virus en murciélagos que podrían propagarse a otros mamíferos utilizó el flujo de trabajo: secuenciación de muestras genómicas → “limpieza” de lecturas en bruto → eliminación de lecturas del huésped y contaminantes eucariotas → ensamblaje de novo de las lecturas restantes → anotación de contigs virales → detección molecular de virus específicos → análisis filogenético → interpretación de datos. [21]
La detección de la CST y la estimación de su tasa basándose en datos de prevalencia es un desafío. [2] Debido a estas dificultades, se utilizan métodos computacionales para analizar los eventos de CST y los patógenos asociados a ellos. El desarrollo explosivo de técnicas moleculares ha abierto nuevas posibilidades para utilizar el análisis filogenético de la genética de los patógenos para inferir parámetros epidemiológicos . [2] Esto proporciona cierta información sobre los orígenes de estos eventos y cómo podrían abordarse. Los métodos de prevención de la CST utilizan actualmente datos tanto biológicos como computacionales. Un ejemplo de esto es el uso de ensayos celulares y comparaciones filogenéticas para respaldar un papel de TRIM5α, el producto del gen TRIM5, en la supresión de la transmisión entre especies y la aparición de retrovirus en la naturaleza. [22]
La comparación de datos genómicos es muy importante para el estudio de la transmisión entre especies. El análisis filogenético se utiliza para comparar la variación genética tanto en los patógenos asociados con la transmisión cruzada de especies como en las especies hospedadoras que infectan. En conjunto, es posible inferir qué permitió que un patógeno se cruzara con un nuevo hospedador (es decir, mutación en un patógeno, cambio en la susceptibilidad del hospedador) y cómo se puede prevenir esto en el futuro. Si los mecanismos que utiliza un patógeno para ingresar inicialmente en una nueva especie están bien caracterizados y comprendidos, se puede obtener un cierto nivel de control y prevención de riesgos. En caso de contacto, una comprensión deficiente de los patógenos y sus enfermedades asociadas dificulta la adopción de medidas preventivas [20].
Los huéspedes alternativos también pueden tener un papel crítico en la evolución y difusión de un patógeno. [23] Cuando un patógeno cruza especies, a menudo adquiere nuevas características que le permiten romper las barreras del huésped. [20] Diferentes variantes de patógenos pueden tener efectos muy diferentes en las especies huésped. [23] Por lo tanto, puede ser beneficioso para el análisis CST comparar los mismos patógenos que ocurren en diferentes especies huésped. El análisis filogenético se puede utilizar para rastrear la historia de un patógeno a través de diferentes poblaciones de especies. Incluso si un patógeno es nuevo y altamente divergente, la comparación filogenética puede ser muy reveladora. [15] Una estrategia útil para investigar la historia de las epidemias causadas por la transmisión de patógenos combina el análisis del reloj molecular , para estimar la escala de tiempo de la epidemia, y la teoría coalescente , para inferir la historia demográfica del patógeno. [17] Al construir filogenias, a menudo se utilizan bases de datos y herramientas informáticas. Se utilizan programas, como BLAST , para anotar secuencias de patógenos, mientras que bases de datos como GenBank proporcionan información sobre funciones basadas en la estructura genómica de los patógenos. Los árboles se construyen utilizando métodos computacionales como MPR o inferencia bayesiana, y los modelos se crean según las necesidades del estudio. [24] Los modelos de punta fechada de tasa única (SRDT), por ejemplo, permiten estimaciones de escala de tiempo bajo un árbol filogenético. [17] Los modelos para la predicción de CST variarán según los parámetros que se deban tener en cuenta al construir el modelo. [ cita requerida ]
La parsimonia es el principio según el cual se elige la explicación científica más simple que se ajuste a la evidencia. En términos de construcción de árboles filogenéticos, la mejor hipótesis es la que requiere la menor cantidad de cambios evolutivos. El uso de la parsimonia para reconstruir estados de caracteres ancestrales en un árbol filogenético es un método para probar hipótesis ecológicas y evolutivas . [25] Este método se puede utilizar en estudios de CST para estimar el número de cambios de caracteres que existen entre patógenos en relación con su huésped. [2] Esto hace que la MPR sea útil para rastrear un patógeno de CST hasta sus orígenes. La MPR también se puede utilizar para comparar rasgos de poblaciones de especies huésped. Los rasgos y comportamientos dentro de una población podrían hacerlas más susceptibles a la CST. Por ejemplo, las especies que migran regionalmente son importantes para propagar virus a través de redes poblacionales. [26]
A pesar del éxito de las reconstrucciones de parsimonia, las investigaciones sugieren que suelen ser sensibles y, en ocasiones, pueden ser propensas a sesgos en modelos complejos. [25] Esto puede causar problemas para los modelos CST que deben considerar muchas variables. Se han desarrollado métodos alternativos, como la máxima verosimilitud, como una alternativa a la reconstrucción de parsimonia. [25]
Dos métodos de medición de la variación genética, las repeticiones en tándem de número variable (VNTR) y los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP), han sido muy beneficiosos para el estudio de la transmisión bacteriana. [2] Los VNTR, debido al bajo costo y las altas tasas de mutación, los hacen particularmente útiles para detectar diferencias genéticas en brotes recientes , y aunque los SNP tienen una tasa de mutación por locus más baja que los VNTR, ofrecen relaciones genéticas más estables y confiables entre aislamientos. Ambos métodos se utilizan para construir filogenias para el análisis genético, sin embargo, los SNP son más adecuados para estudios sobre la contracción de filogenias. [2] Sin embargo, puede ser difícil para estos métodos simular con precisión los eventos de CST. Las estimaciones de CST basadas en filogenias realizadas utilizando el marcador VNTR pueden estar sesgadas hacia la detección de eventos de CST en una amplia gama de parámetros. Los SNP tienden a estar menos sesgados y ser variables en las estimaciones de CST cuando las estimaciones de las tasas de CST son bajas y se utiliza un número bajo de SNP. En general, las estimaciones de la tasa de CST utilizando estos métodos son más confiables en sistemas con más mutaciones, más marcadores y altas diferencias genéticas entre las cepas introducidas. [2] La CST es muy compleja y los modelos deben tener en cuenta muchos parámetros para representar con precisión los fenómenos. Los modelos que simplifican demasiado la realidad pueden dar como resultado datos sesgados. Múltiples parámetros como la cantidad de mutaciones acumuladas desde la introducción, la estocasticidad , la diferencia genética de las cepas introducidas y el esfuerzo de muestreo pueden dificultar las estimaciones no sesgadas de la CST incluso con secuencias de genoma completo, especialmente si el muestreo es limitado, las tasas de mutación son bajas o si los patógenos se introdujeron recientemente. [2]
El proceso de uso de marcadores genéticos para estimar las tasas de CST debe tener en cuenta varios factores importantes para reducir el sesgo. Uno es que el árbol filogenético construido en el análisis debe capturar el proceso epidemiológico subyacente que genera el árbol. [2] Los modelos deben tener en cuenta cómo la variabilidad genética de un patógeno influye en una enfermedad en una especie, no solo las diferencias generales en la estructura genómica. En segundo lugar, la solidez del análisis dependerá de la cantidad de mutaciones acumuladas desde que se introdujo el patógeno en el sistema. [2] Esto se debe a que muchos modelos utilizan el número de mutaciones como un indicador de la frecuencia de CST. Por lo tanto, los esfuerzos se centran en estimar el tiempo desde la introducción o la tasa de sustitución del marcador (a partir de experimentos de laboratorio o análisis comparativo genómico). Esto es importante no solo cuando se utiliza el método MPR sino también para los enfoques de verosimilitud que requieren una estimación de la tasa de mutación. [2] En tercer lugar, la CST también afectará la prevalencia de la enfermedad en el huésped potencial, por lo que la combinación de datos de series temporales epidemiológicos con datos genéticos puede ser un enfoque excelente para el estudio de la CST [2]
Los marcos bayesianos son una forma de análisis basados en máxima verosimilitud y pueden ser muy eficaces en estudios de transmisión entre especies. Los métodos de inferencia bayesiana de evolución de caracteres pueden dar cuenta de la incertidumbre del árbol filogenético y de escenarios más complejos, con modelos como el modelo de difusión de caracteres que se está desarrollando actualmente para el estudio de la CST en virus de ARN . [2] Un enfoque estadístico bayesiano presenta ventajas sobre otros análisis para rastrear los orígenes de la CST. Las técnicas computacionales permiten la integración sobre una filogenia desconocida, que no se puede observar directamente, y un proceso de migración desconocido, que generalmente se comprende mal. [27]
Los marcos bayesianos también son muy adecuados para reunir diferentes tipos de información. El software BEAST, que se centra en las filogenias y genealogías calibradas, lo ilustra ofreciendo una gran cantidad de modelos evolutivos complementarios, incluidos modelos de sustitución, modelos demográficos y de reloj relajado que se pueden combinar en un modelo probabilístico completo. Al agregar la reconstrucción espacial, estos modelos crean la probabilidad de reconstrucción de la historia biogeográfica a partir de datos genéticos. [27] Esto podría ser útil para determinar los orígenes de las transmisiones entre especies. La alta efectividad de los métodos estadísticos bayesianos los ha convertido en instrumentos en los estudios evolutivos. [28] La reconstrucción bayesiana del huésped ancestral bajo modelos de difusión discretos se puede utilizar para inferir el origen y los efectos de los patógenos asociados con la CST. Un estudio sobre adenovirus humanos que utilizó el método bayesiano respaldó un origen de gorila y chimpancé para las especies virales, lo que ayudó a los esfuerzos de prevención. [16] A pesar del presumiblemente raro contacto directo entre poblaciones simpátricas de las dos especies, pueden ocurrir eventos de CST entre ellas. El estudio también determinó que ocurrieron dos eventos independientes de transmisión de HAdV-B a humanos y que los HAdV-B que circulan en humanos son de origen zoonótico y probablemente han afectado la salud global durante la mayor parte de la vida de nuestra especie. [16]
Los modelos de difusión filogenética se utilizan con frecuencia para los análisis filogeográficos, y la inferencia de saltos de hospedador se está volviendo de creciente interés. [4] El enfoque de inferencia bayesiana permite promediar el modelo sobre varios predictores de difusión potenciales y estima el apoyo y la contribución de cada predictor mientras marginaliza la historia filogenética. [4] Para estudiar la CST viral, la flexibilidad del marco estadístico bayesiano permite la reconstrucción de la transmisión del virus entre diferentes especies hospedadoras mientras que simultáneamente prueba y cuantifica la contribución de múltiples influencias ecológicas y evolutivas tanto del derrame de CST como del cambio de hospedador. [4] Un estudio sobre la rabia en murciélagos mostró que la superposición del rango geográfico es un predictor modesto para la CST, pero no para los cambios de hospedador. [4] Esto resalta cómo las inferencias bayesianas en los modelos se pueden utilizar para el análisis de la CST. [ cita requerida ]