What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
¿Qué forma tienen tus células? ¿Cilíndrica y esponjosa? ¿Forma de zig zags dentados? Probablemente no pienses demasiado en la forma de estos ladrillos naturales, pero a nivel microscópico los pequeños cambios pueden tener importantes implicaciones. Y si bien algunas adaptaciones alteran estas formas para bien, otras pueden desencadenar una cascada de complicaciones debilitantes. Ésta es la historia de la anemia falciforme.
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows. Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
La anemia falciforme afecta los glóbulos rojos encargados de transportar el oxígeno desde los pulmones hacia todos los tejidos del cuerpo. Para realizar esta tarea vital, los glóbulos rojos contienen proteínas de hemoglobina que transportan moléculas de oxígeno. Estas proteínas flotan independientemente dentro del glóbulo rojo, cuya estructura es como un disco moldeable, y mantiene las células lo suficientemente flexibles para poder contener hasta los vasos sanguíneos más finos. Pero en la anemia falciforme, una única mutación genética altera la estructura de la hemoglobina. Después de enviar oxígeno a los tejidos, estas proteínas mutadas se unen en hileras rígidas, barras de hemoglobina que deforman la célula y le dan la apariencia de hoz. Estos glóbulos rojos son más rígidos y viscosos y ya no fluyen de forma normal a través de los vasos sanguíneos. Las células falciformes se atascan y se apilan bloqueando, en ocasiones, el vaso sanguíneo de forma total. Esto impide que el oxígeno llegue a varias células y provoca la mayor parte de los síntomas que experimentan las personas con anemia falciforme.
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
Desde el año de edad o antes, los pacientes sufren ataques repetidos de dolor punzante en los tejidos privados de oxígeno. El lugar donde está el vaso obstruido determinará los síntomas específicos. Una obstrucción en el bazo, parte del sistema inmunológico, aumenta el riesgo de contraer infecciones peligrosas. Una acumulación en los pulmones puede causar fiebre y dificultad respiratoria. Una oclusión cerca del ojo puede ocasionar problemas de la vista y desprendimiento de retina. Y si los vasos obstruidos son los que van al cerebro, el paciente podría incluso tener un ACV.
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
Peor aún, las células falciformes tampoco sobreviven mucho tiempo, únicamente 10 o 20 días, en contraste con las células sanas que viven 4 meses. Esta corta supervivencia significa que el paciente siempre tiene una deficiencia de glóbulos rojos, enfermedad denominada "anemia falciforme".
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
Quizá lo más sorprendente de esta mutación maligna sea que originalmente evolucionó como una adaptación benéfica. Los investigadores han rastreado los orígenes de la anemia falciforme a las regiones históricamente devastadas por la enfermedad tropical conocida como malaria. La malaria se transmite a través de un parásito en los mosquitos locales y usa los glóbulos rojos como incubadoras para esparcirse de forma rápida y letal por todo el torrente sanguíneo.
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
Sin embargo, los mismos cambios estructurales que convierten los glóbulos rojos en barricadas también los vuelven más resistentes a la malaria. Y si un niño hereda de sólo uno de sus progenitores una copia de la mutación, tendrá apenas la cantidad suficiente de hemoglobina anormal para complicarle la vida al parásito de la malaria, a la vez que la mayor parte de sus células mantendrá su forma y función normales. En las zonas donde este parásito abunda, la mutación de las células falciformes brinda una gran ventaja evolutiva. Pero a medida que la adaptación prosperó, se hizo evidente que heredar la mutación de ambos progenitores causaba anemia falciforme.
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy. Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.
Actualmente, la mayoría de la gente con anemia falciforme puede identificar ancestros oriundos de países donde la malaria es endémica. Y esta mutación aún cumple un papel fundamental en África, donde ocurren más del 90 % de las infecciones por malaria. Afortunadamente, a medida que esta adaptación prospera, los tratamientos médicos para la anemia falciforme siguen mejorando. Por años, la hidroxiurea fue el único medicamento disponible que reducía la intensidad de los síntomas de las células falciformes y aumentaba la esperanza de vida. El trasplante de médula ósea constituye una estrategia curativa, pero esta operación es complicada y a menudo inasequible. Pero hoy día se está experimentando con formas novedosas de tratamiento, como mantener el oxígeno unido a la hemoglobina para evitar la deformación de las células o para reducir su viscosidad. Y la capacidad de editar el ADN ha introducido la posibilidad de que las células madre produzcan hemoglobina normal. Conforme estas herramientas estén disponibles en las regiones más afectadas por la malaria y la anemia falciforme, podremos mejorar la calidad de vida para mayor cantidad de pacientes con esta adaptación perjudicial.