Caenorhabditis elegans como modelo de infecciones provocadas por el patógeno Clostridium perfringens y nuevas alternativas para su combate

Clostridium perfringens es una bacteria anaerobia, Gram-positiva, formadora de esporas, responsable de la producción de severas enfermedades histotóxicas y gastrointestinales en humanos y animales. Este microorganismo es capaz de producir una gran cantidad y variedad de toxinas, generando patologías como gangrena gaseosa asociadas principalmente a las toxinas perfringolisina O y fosfolipasa C, o diarreas asociadas a alimentos contaminados o al uso excesivo de antibióticos producidos por la enterotoxina de Clostridium perfringens denominada CPE. En la actualidad, los estudios de las infecciones y las enfermedades causadas por C. perfringens se realizan sobre algunos mamíferos y aves, siendo una práctica controversial y de compleja aplicación, debido a los altos costos y a las implicancias bioéticas. En este trabajo de tesis,propusimos, estudiamos y concluimos la potencialidad del nematodo Caenorhabditis elegans, como modelo animal para el estudio de infecciones clostridiales. Este nematodo posee múltiples ventajas como modelo de estudio de la interacción patógeno – hospedador, es económico, transparente, posee el genoma completamente secuenciado, de vida corta. Debido a que la primera etapa en un proceso infectivo es la colonización del tejido diana, en una primera parte de este trabajo, estudiamos y determinamos que el patógeno es capaz de colonizar el intestino de C. elegans, es decir, establecerse, multiplicarse y esporular, y que produce sus toxinas letales extracelulares en el lumen intestinal. Además, a través de estudios de comportamiento, como quimiotaxis o movilidad, y por microscopia, observamos que el patógeno fue capaz de enfermar y dañar al nematodo, y que, a mayores tiempos de exposición del mismo al patógeno, los síntomas aumentaron, hasta ocasionarle la muerte. Se determinó, por ensayos de supervivencia, que C. perfringens, es capaz de matar al gusano por dos mecanismos diferentes, una muerte rápida, mediada por las toxinas extracelulares liberadas al medio ambiente (tasa de muerte de un 60%); y una muerte lenta, mediada por un proceso de colonización y establecimiento del patógeno en el hospedador (tasa de muerte del 30%). Sorprendentemente, no encontramos diferencias significativas en la supervivencia media de los gusanos infectados por la cepa 13 o la cepa SM101 utilizadas regularmente para el estudio de la gangrena gaseosa o de intoxicaciones por CPE, respectivamente. Luego, estudiamos los mecanismos moleculares de la inmunidad innata de C. elegans necesarios para la protección y defensa contra C. perfringens. Determinamos, que la vía de señalización de insulina/IGF-1 (IIS), mediada por el receptor DAF-2 o IGFR ortólogo en mamíferos, y la vía de señalización activada por la proteína DBL-1, ligando ortólogo en mamíferos al factor de crecimiento transformante β, son necesarias para la defensa innata contra el patógeno en estudio. Observamos, que un factor de transcripción, DAF-16 o FOXO en mamíferos, que induce la transcripción de genes antimicrobianos, fundamental para la supervivencia en presencia de C. perfringens, es regulado principalmente por DAF-2 y parcialmente por otras dos proteínas denominadas JNK-1 y RSKS-1 como parte de la defensa contra el mismo. El aporte de la vía DBL-1 en la inmunidad innata frente a este patógeno, resultó significativo, pero menor que la vía IIS. Interesantemente, tanto la vía DBL-1 como la vía IIS a través de DAF-16, comparten la regulación de algunas lisozimas microbicidas que se excretan al lumen intestinal, por lo que podrían estar relacionadas en ese punto para atacar y defenderse del patógeno. Por otro lado, uno de los factores de virulencia importante de C. perfringens, es que tiene la capacidad de esporular, por lo tanto, puede permanecer en estado latente hasta encontrarse con una herida abierta o ser ingerido, germinar, multiplicarse y producir la enfermedad. Por esto, y debido a la emergencia de patógenos multiresistentes a antibióticos, estudiamos la capacidad microbicida y esporicida de nuevas nanopartículas de cobre como alternativa a los microbicidas que se utilizan actualmente. Determinamos que estas nanopartículas de cobre sintetizadas por una vía innovadora son muy sensibles y eficaces contra las células vegetativas y las esporas de C. perfringens, y contra otros microorganismos patógenos y multiresistentes ensayados, por lo tanto, podrían ser una muy buena alternativa para reemplazar a los antimicrobianos y/o desinfectantes actuales. De este modo, la presente investigación muestra que es posible reemplazar y/o reducir el uso de mamíferos y aves en ensayos experimentales de patogenicidad de C. perfringes, indicando que, a través de los resultados obtenidos, el nematodo C. elegans se presenta como un modelo alternativo y eficiente para estudiar la influencia de los microrganismos patógenos en la salud.