Nuestra primera defensa contra el virus de influenza
Por Roberto A. Sáenz*
Durante el invierno, es común observar un aumento de los casos de enfermedades respiratorias. Uno de esos padecimientos es ocasionado por el virus de influenza, el cual se transmite cuando una persona contagiada tose o estornuda y libera al virus en el aire, que una persona sana puede respirar. De esta manera, el virus ingresa por la nariz o boca al cuerpo de un nuevo paciente. Ya dentro de nuestro cuerpo, el virus infecta principalmente las células en la superficie (células epiteliales) de algunos órganos de nuestro aparato respiratorio, como la garganta. En cada célula infectada, el virus se apodera de la maquinaria celular y la utiliza para replicarse, hasta que la célula deja de vivir. Estos virus recién fabricados tratarán de infectar nuevas células, repitiendo nuevamente el proceso.
Sin embargo, nuestro cuerpo opone resistencia al ataque de estos diminutos invasores. Como primera defensa, una célula recién infectada comienza a mandar señales de advertencia (en forma de pequeñas partículas que libera) a las demás células. Una vez en contacto con estas partículas, de las cuales el interferón es una de las más importantes, las células que aún no se han contagiado quedan prevenidas y entran en un estado antiviral, en el cual el virus no podrá replicarse.
Este estado antiviral es sólo temporal, dura menos de 24 horas, pero es suficiente para detener el crecimiento exponencial del virus y dar tiempo para que aparezca, después de unos días, la segunda parte de nuestra defensa. En esta segunda parte aparecen células del sistema inmunológico programadas para destruir cualquier célula donde se replique el virus, y otras que producen partículas que pueden neutralizarlo.
A través de los años, se han llevado a cabo diversos experimentos para entender mejor nuestra reacción ante una infección viral. Por ejemplo, se ha contagiado con el virus a personas voluntarias, dando seguimiento a sus síntomas y a la cantidad de virus que liberan en sus secreciones nasales. Por conveniencia, estos experimentos son más comunes en animales que son hospederos naturales del virus y que tienen un sistema inmunológico similar a los humanos, como cerdos, caballos o hurones. Sin embargo, estas mediciones no muestran todo lo que sucede dentro del cuerpo; por ejemplo, no podemos observar directamente a las células contagiadas con el virus o a todos los componentes de la respuesta inmune, lo que nos impide tener certeza de la actividad del virus.
Una alternativa a los experimentos anteriores, son los llamados experimentos ex vivo, en donde se infecta con el virus a un tejido de algún órgano previamente removido del animal de estudio. De esta manera, las células corresponden exactamente a aquellas que el virus infectaría en condiciones regulares. Más aún, las células conservan su capacidad de producir interferón y al contacto con éste, entrar en la fase antiviral donde estarán protegidas contra el virus. Precisamente de este último tipo de experimento, nuestro grupo de investigación tuvo acceso a los resultados observados después de infectar con el virus de influenza tejidos de la tráquea de cerdo.
Además de la cantidad de virus en el exterior de las células, obtuvimos información de la cantidad de células infectadas. Nuestro objetivo fue determinar el mecanismo específico de acción del interferón, en especial, si el estado antiviral antes mencionado impide completamente la replicación del virus o sólo la disminuye, o, por otro lado, el estado antiviral reduce la probabilidad de que una célula se infecte con el virus. Para evaluar las hipótesis anteriores, utilizamos modelos matemáticos.
Los modelos matemáticos son expresiones matemáticas que describen, o modelan un proceso biológico, en este caso el proceso de infección del virus. Nosotros empleamos un tipo de modelo llamado autómata celular, para el cual consideramos un arreglo hexagonal (como el que se observa en los paneles de abejas) donde cada hexágono representa una célula del tejido en el experimento. De esta manera damos seguimiento a lo que le ocurre a cada célula a través del tiempo, con la posibilidad de que se infecte con el virus si éste se encuentra en su exterior, y entonces produzca más virus, pero también interferón.
Tanto el virus como el interferón se pueden propagar a lo largo y ancho del tejido, por lo que además de infectarse, las células podrían entrar en el estado antiviral y protegerse de la infección. Cada hipótesis mencionada anteriormente, puede incorporarse al modelo para entonces comparar el comportamiento del modelo con los resultados experimentales y de esta manera concluir si una hipótesis es o no correcta. En particular, en nuestro trabajo mostramos que esa fase antiviral con protección completa ante la infección es necesaria para explicar lo observado en los experimentos. Nuestro trabajo es una muestra del rol que juegan los modelos matemáticos en mejorar la comprensión de nuestra respuesta inmunológica ante infecciones virales.
*Basado en el artículo de investigación:
Olmos Liceaga, D., Nunes, S.F. & Saenz, R.A. Ex Vivo Experiments Shed Light on the Innate Immune Response from Influenza Virus. Bull Math Biol 85, 115 (2023). https://doi.org/10.1007/s11538-023-01217-5. Fue presentado en el 55 Congreso Nacional de la Sociedad Matemática Mexicana.
*Miembro del núcleo académico de la Maestría en Ingeniería de Procesos, en la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica y profesor investigador de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Colima
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