La tuberculosis ha dado forma a la sociedad humana desde la edad de piedra

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Bacteria 'Mycobacterium tuberculosis', responsable de la enfermedad. Imagen de: NIAB (Flickr)

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Los investigadores Clara Prats, Martí Català y Pere-Joan Cardona, autores del estudio

Una colaboración entre el Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol (IGTP), el Centro de Medicina Comparativa y Bioimagen (CMCiB-IGTP), CIBERES y la UPC ha descubierto, mediante un modelo matemático que combina datos biológicos, antropológicos e históricos , que no sólo los humanos han sobrevivido a pesar de las infecciones por tuberculosis sino que, muy probablemente, esta infección haya tenido un papel clave en la forma actual de la sociedad. El artículo se ha publicado en la revista 'Scientific Reports'.

17/01/2020

La tuberculosis (TB), causada por el microbio Mycobacterium tuberculosis complejo (MtbC), ha estado infectando humanos desde la vieja edad de piedra, o periodo paleolítico, cuando las personas vivían como cazadores-recolectores, organizados en grupos reducidos. Hace 43.000 años, durante el neolítico, la gente comenzó a asentarse y crear granjas; aproximadamente en esta época, se desarrolló la forma más moderna de tuberculosis. La TB es una enfermedad devastadora, ha matado unas 1.000.000.000 personas los últimos 200 años, el equivalente a la población actual de todo el continente americano, y plantea cuestiones interesantes. ¿Por qué no acabó con la pequeña población de los primeros humanos? ¿Cómo han sobrevivido, tanto la tuberculosis como sus huéspedes? Y, ¿por qué parece que las mujeres son más resistentes a la enfermedad que los hombres?

Para responder a estas preguntas, el equipo liderado por Pere-Joan Cardona en la Unidad de Tuberculosis Experimental (UTE) del Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol (IGTP), ha llevado a cabo un complejo trabajo de detectives mediante un modelo matemático que combina datos biológicos, antropológicos e históricos para poder ofrecer respuestas. El resultado es sorprendente: no sólo los humanos han sobrevivido a pesar de las infecciones por TB sino que, probablemente, esta infección haya tenido un papel clave en la forma actual de la sociedad como la conocemos.

El estudio es una colaboración entre el IGTP, el Centro de Medicina Comparativa y Bioimagen de Cataluña (CMCiB), el Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Respiratorias (CIBERES) y la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC). El artículo ha sido publicado por la revista Scientific Reports.

"Es una larga historia sobre la batalla entre las personas y los bacterios" explica Martí Català, estudiante del programa de doctorado en Física Computacional y Aplicada en la UPC y modelizador del equipo. "Cuando apareció la enfermedad en el paleolítico, el crecimiento de población había caído del 1% a solo el 0,003%, probablemente los pequeños grupos se infectaron y fueron muriendo. Nuestro modelo muestra como en aquella época, en que la mortalidad infantil era del 50%, las mujeres debían tener 2 hijos supervivientes (o sea, cuatro partos) para mantener la población. Con la llegada de las cepas modernas de Mycobacterium tuberculosis, la enfermedad se hizo más mortal y aumentó las cifras necesarias para poder mantener la especie a tres hijos supervivientes, es decir por lo menos seis embarazos".

No se ha llegado a comprender el motivo por el cual la población pasó de la dinámica de cazadores-recolectores al asentamiento y la vida agrícola, en un momento en que las partes habitables del mundo de limitaban del Subcontinente indo a Australia, debido a la glaciación generalizada. Hasta ahora no ha habido motivos obvios para explicar este cambio.

"Nuestros datos sugieren que la única forma para que nuestra especie sobreviviera a los estragos de la TB era incrementar la fertilidad, y la mejor forma de conseguirlo era probablemente empezar a cultivar y aumentar la producción de alimentos", explica Clara Prats, investigadora del grupo de investigación de Biología Computacional y Sistemas Complejos (BIOCOM-SC), vinculada al Departamento de Física de la UPC y  coordinadora del programa de modelización in silico en el CMCiB-IGTP, que ha desarrollado el modelo. "Los datos apuntan que la muerte de grupos enteros sólo se podía frenar con un aumento de población sin precedentes (una multiplicación de 20 veces en 100 años). Sobre este momento, personas que habían sido infectadas por cepas bacterianas anteriores y que habían sobrevivido, también comenzaron a desarrollar resistencia a la enfermedad. Irónicamente, el cambio del are libre, el ejercicio y el campo abierto hacia los espacios cerrados humeantes y saneamiento deficiente hizo que las personas fueran menos sanas y más susceptibles a la infección", añade la también profesora de la Escuela Superior de Agricultura de Barcelona (ESAB).

"Nuestro modelo también muestra que la resistencia femenina es una pieza clave en esta batalla", apunta Cardona. "Significa que debemos repensar los factores involucrados en el crecimiento de población en el paleolítico, que serán clave para comprender como ambos, el MtbC y los humanos, han sobrevivido. También debemos saber más sobre porque las mujeres son más resistentes a la TB, no solo para arrojar luz sobre cómo ha evolucionado nuestra especie, sino también porque es vital en la lucha actual para frenar la TB, todavía hoy una enfermedad mortífera y debilitante".

Datos y modelización para dibujar nuestra historia
Este estudio se ha llevado a cabo en el Centro de Medicina Comparativa y Bioimagen (CMCiB-IGTP), junto con la UPC utilizando un modelo matemático. El equipo diseñó un modelo matemático en compartimentos (TBOREX: TB, Origen y Sex) basado en cinco ecuaciones diferenciales para describir la dinámica de las infecciones por MtbC en la población. Permite que los investigadores modelicen un escenario estándar de un grupo de personas en el que se incluye una persona infectada. Se pueden incluir y cambiar diferentes factores para mostrar cómo afectan a la dinámica de la población en el tiempo. Este modelo de investigación se ha utilizado para estudiar cómo interaccionaban las cepas antiguas y modernas de tuberculosis, cuáles son los factores necesarios para mantener las epidemias de tuberculosis y cómo la resistencia femenina ha sido esencial para la coevolución del MtbC y los humanos.

Cardona destaca la importancia de estas nuevas técnicas de investigación. "Es una parte importante del trabajo en el CMCiB; utilizando las llamadas técnicas in silico, o computacionales, para utilizar los datos existentes de experimentos para hacer nuevos descubrimientos. En este caso, tenemos nueva información sobre nuestro pasado, pero también sobre cómo nos podemos defender mejor de una de las más importantes amenazas de la humanidad en la edad moderna". El estudio de enmarca dentro de un proyecto con el apoyo de la Fundación "la Caixa" que promueve nuevos métodos experimentales que reducen o eliminan la necesidad de experimentación con animales (LCF/PR/GN16/10290002). "En este caso, hemos construido un nuevo modelo in silico para estudiar enfermedades infecciosas", añade Cardona.