Arbovirus y Enfermedades víricas importadas

​El laboratorio de Arbovirus y Enfermedades Víricas Importadas (AEVI) del CNM desarrolla su trabajo dentro de la línea de investigación “Virus emergentes transmitidos por vector y/o reservorio, de importancia en salud pública”, que se sustenta en las áreas de epidemiología molecular, desarrollo metodológico, detección en vectores y reservorios y, otros aspectos relacionados con estas zoonosis con una aplicación clara hacia la investigación, prevención, preparación, control y respuesta a las amenazas o brotes causados por  estos virus.
Arbovirus como Dengue, Chikungunya o Zika son virus endémicos en todo el cordón tropical/sub-tropical del planeta en continua expansión a latitudes más lejanas debido al calentamiento global y a la dispersión y colonización de nuevos hábitats llevada a cabo por sus vectores artrópodos y son transportados a otras zonas del planeta a través de pacientes virémicos por lo que si, como ocurre en España, se cuenta con vectores transmisores establecidos, se puede propiciar el establecimiento de circulación autóctona. Además de estos virus exóticos, en España circulan endémicamente los arbovirus Toscana, West Nile y el virus de la Fiebre hemorrágica de Crimea-Congo, entre otros.
La OMS elaboró un listado en 2019 con las 10 amenazas para la Salud Global que consideraron más importantes, entre las que se  encuentran los virus Dengue, Ébola y Zika. El principal temor es que la falta de preparación cause una epidemia. Además, algunos de estos virus como Dengue y Chikungunya son considerados también “Enfermedades Tropicales Desatendidas” que ponen en peligro la salud de muchas personas en países empobrecidos sin que se estudien con los recursos necesarios.

La importancia para la salud pública de estos patógenos, y la necesidad de prepararse frente a ellos, se refleja también en la lista de actividades prioritarias de investigación y desarrollo de la OMS que actualmente incluye, entre otros, el Ébola, el virus de la Fiebre Hemorrágica de Crimea Congo, el virus de Zika y la enfermedad por el virus de Nipah,  debido a la amenaza que suponen para la Salud Pública por su potencial epidémico o porque no hay medidas de control suficientes. Además del peligro real que representan en zonas endémicas, algunos de los virus mencionados (Ébola, Zika, West Nile, Crimea-Congo y Dengue) han supuesto, y continúan siendo, una amenaza para nuestro país habiendo producido casos esporádicos o brotes localizados de infección autóctona. El riesgo para España de las enfermedades transmitidas por vectores está aumentando de manera muy clara como se ha podido observar en los últimos años, y la previsión es que siga aumentando.
Todos estos virus son virus zoonóticos emergentes y nuestro grupo de investigación lleva décadas trabajando en diferentes aspectos en relación con estos patógenos. El riesgo de emergencia y expansión de estos virus se basa de sus ciclos complejos de transmisión, por lo que nuestros estudios se basan tanto en el ser humano, como en los reservorios y los vectores que los transmiten. De esta base, parten transversalmente las líneas de actuación que van enfocadas a estudios de epidemiología molecular, desarrollo metodológico, detección de virus en vectores y hospedadores, caracterización de los mismos y estudios de competencia vectorial, con una aplicación dirigida hacia la investigación, prevención y respuesta a las amenazas o brotes causados por estos virus. El trabajo que desarrollamos se articula en torno a 3 objetivos principales:

Objetivo 1. Búsqueda y caracterización de virus emergentes en vectores y/o reservorios. Se lleva a cabo mediante herramientas moleculares incluyendo las nuevas estrategias de NGS, de virus emergentes en vectores y reservorios. De los virus detectados se realiza una caracterización molecular y serológica, llevando a cabo estudios de epidemiología molecular y de relaciones genéticas y antigénicas con virus relacionados.

Objetivo 2. Desarrollo metodológico para detección, identificación y caracterización de virus emergentes. Los métodos desarrollados pueden transferirse al SNS, explotarse comercialmente y/o utilizarse en la Cartera de Servicios del CNM. Estos desarrollos moleculares, y/o serológicos, refuerzan al CNM en su papel como Laboratorio Nacional de Referencia de Zoonosis, con un aporte de herramientas útiles y necesarias para la detección y caracterización de estos agentes. De igual forma, el desarrollo de herramientas tipo flujo lateral, las denominadas “Point Of Care” es una de las necesidades que pretendemos dar solución.

Objetivo 3. Eco-epidemiología de viriasis emergentes.  Debido a los complejos ciclos biológicos de los arbovirus, el estudio de las especies de vectores implicados en nuestro país, así como el origen y evolución de los agentes circulantes, es crucial a la hora de entenderlos y responder a las amenazas que generan. Para ello estudiamos la presencia de estos virus tanto en muestras humanas como de vectores y posibles hospedadores, lo que nos permite, con un enfoque de “Una Salud”, entender los mecanismos que controlan su circulación y que puedan estar implicados en su patogenicidad.

Babesiosis

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Bacterial Genetics

Our group has been studying for more than 30 years the mechanisms of antibiotic resistance in Streptococcus pneumoniae (Spn). Our objectives are to understand the molecular basis of antimicrobial action, to search for new targets of action and new compounds. Seconeolitsine (SCN) is one of these new compounds targeting topoisomerase I (Topo I). As for the search for new targets, our research has focused in recent years on the factors that organize the topology of the chromosome, allowing optimal compaction (about 1000-fold) to harmonize its replication, chromosome segregation and gene expression. This compaction is mediated both by the level of DNA supercoiling (Sc) and by association with nucleoid-binding proteins (NAPs). The level of Sc depends mainly on the enzymatic activities of their DNA topoisomerases, reaching a homeostatic equilibrium by the opposite activities of the topoisomerases that relax DNA (Topo I and Topo IV), and of gyrase, which introduces negative Sc. Our group has characterized the three Spn topoisomerases and two NAPs: HU and SatR. In addition, the availability of antimicrobials that inhibit each of the Spn topoisomerases has allowed us to analyze their transcriptome under conditions of local or global change of the Sc level and to define gene domains of coordinated transcription and similar functions. Fluoroquinolones, which inhibit Topo IV and gyrase, produce local changes in Sc that induce alterations in 6% of the transcriptome, altering metabolic pathways that originate an increase in reactive oxygen species (ROS) that contribute to lethality, in accordance with the general mechanism of bactericidal antibiotics. On the other hand, the induction of global changes in Sc by novobiocin (NOV, gyrase inhibitor), or by SCN (Topo I inhibitor), has allowed us to define topological domains. Global changes in Sc include the regulation of topoisomerase genes: its decrease activates the transcription of gyrase genes (gyrA, gyrB) and inhibits those of Topo IV (parEC) and Topo I (topA); the increase in Sc regulates the expression of topA. Decreased Sc affects 37% of the genome, with >68% of genes clustered in 15 domains. Increased Sc affects 10% of the genome, with 25% of the genes clustered in 12 domains. The AT content in the genome correlates with the domains, being higher in UP domains than in DOWN domains. The genes in the different domains have common functional characteristics, indicating that they have been subjected to topological selective pressure to determine the location of genes involved in metabolism, virulence and competition. 

The current objectives of the group are:
1.    Identification of factors that stabilize chromosome topology: NAPs, ncRNAs, intra-chromosomal interactions.
2.    Regulation of transcription in response to topological stress: in vivo localization of DNA topoisomerases, RNA polymerase and NAPs.
3.    Topo I as a new antimicrobial target and action of SCN. 
4.    Design of antisense RNAs and use of the CRISPR system as new antibacterial agents.

Biología y Variabilidad del VIH

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Enfermedades bacterianas transmitidas por agua y alimentos

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Entomología Médica

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Genomica y Bioinformática

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Hepatitis

1. Diseño de métodos diagnósticos para el estudio de los virus de las hepatitis (VH) A, B, C, D, E: Diseñamos sistemas de PCR para su detección y caracterización.
2. Evaluación de métodos diagnósticos de los VH. Colaboramos con empresas para estudios de sensibilidad y especificidad de equipos diagnósticos.
3.  Estudios de Seroprevalencia de los virus de las hepatitis.
4.  Epidemiología genómica de genomas completos de VHA, VHB, VHC, VHD y VHE en colaboración con el ECDC. Estudios de trazabilidad del VHE.
5. Caracterización molecular de virus de las hepatitis mediante secuenciación masiva:               a) VHB: mutantes de escape HBsAg (prevalencia y efectos en la detección del HBsAg). Estudio de mutaciones en epítopos de estimulación inmune y mutaciones asociadas a evolución clínica desfavorable.
   1. b) VHC: resistencias a los antivirales de acción directa. Análisis molecular de subtipos poco frecuentes.
      c) Estudios filogenéticos del VHD.
       d) Análisis genómico del VHE.
       e) Investigación etiológica de hepatitis no filiadas mediante estudios de metagenómica.

Infección Viral e Inmunidad

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Infecciones relacionadas con la Asistencia Sanitaria

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Infecciones Víricas e Inmunidad en Enfermos Inmunodeprimidos

Nuestras líneas de investigación se centran en distintas áreas del conocimiento relacionadas con hepatitis virales crónicas (Hepatitis B, C y D), VIH, y SARS-CoV-2:

- Inmunopatogenia de las infecciones virales y su relación con eventos clínicos.

- Impacto en el organismo del control o eliminación de la infección viral.

- Biopsia líquida y ómicas: biomarcadores de enfermedad en infección viral.

- Resistencia a la infección viral y aclaramiento espontáneo.

- Cribado de infección viral y epidemiología molecular de los virus.

- Desarrollo de kits de diagnóstico rápido.

- Respuesta inmune a vacunas.

Infección por CMV en pacientes trasplantados

En los últimos años en nuestro grupo hemos estudiado la cinética de infección por CMV y el desarrollo de la respuesta inmune protectora específica frente a CMV. Como resultados de estos estudios hemos sido capaces de caracterizar la cinética y magnitud de la adquisición de la respuesta inmune frente a CMV y establecer puntos de corte de inmunidad específica que se relacionan con la protección frente a la infección.

El objetivo de esta línea de investigación en los últimos años ha sido definir parámetros relacionados con la respuesta inmune específica frente a CMV y con factores genéticos que puedan estar relacionados con el control de la infección y enfermedad por CMV. El estudio de estas variables de forma conjunta como marcadores de predicción del riesgo de desarrollo de infección/enfermedad y de la evolución de la infección tras el trasplante permitirían establecer un algoritmo para el manejo de los pacientes. Además, permitirían definir niveles mínimos de protección que sirvan de endpoints para el desarrollo de una vacuna. Esta línea de investigación se enmarca dentro del programa de Infecciones en Transplantes de la Red Española de Investigación en Patologías Infecciosas (REIPI), como parte del WP2 denominado Optimización de la prevención de la enfermedad por CMV.

Desarrollo preclínico de vacunas protectoras frente a CMV

La vacuna ideal frente a CMV debería estar compuesta por múltiples antígenos y ser capaz de imitar el efecto producido por la infección natural, y estimular una respuesta inmune específica combinada tanto de células T como de anticuerpos neutralizantes. Sin embargo, a pesar de los esfuerzos realizados y los progresos de los últimos años, los resultados obtenidos en el desarrollo de una vacuna frente a CMV no han mostrado resultados definitivos.

Por tanto, el objetivo de esta línea de investigación es promover aproximaciones innovadoras para el diseño y desarrollo de una vacuna frente a la infección por CMV. Para ello se ha puesto en marcha una aproximación a través de la construcción de un plásmido optimizado para generar una respuesta inmune combinada y amplia específica frente a CMV y la búsqueda de los antígenos candidatos, a través del estudio de la inmunogenicidad in vivo del proteoma completo de CMV.

Desarrollo preclínico de alternativas terapéuticas frente a CMV basadas en la inmunoterapia

La inmunidad mediada por células T constituye una respuesta adaptativa fundamental y representa el mecanismo de defensa más importante frente a la infección viral. Por otra parte, la presencia en suero de anticuerpos neutralizantes se han asociado con tasas más bajas de transmisión del CMV de la madre al feto y en los receptores de trasplante de órgano sólido.

El presente proyecto propone un enfoque novedoso a través de la identificación y  caracterización de la respuesta inmune tanto celular como de  anticuerpos en pacientes que han sido inmunizados de forma natural y están protegidos frente a  la infección por CMV, para abordar el desarrollo preclínico de alternativas terapéuticas basadas en la transferencia adoptiva de células T CD8+ citotóxicas y de anticuerpos monoclonales específicos de CMV con el objetivo de desarrollar una nueva estrategia terapéutica para el tratamiento frente a la infección por este patógeno. ​

Estudio del desarrollo de inmunidad frente a SARS-CoV-2 

Dada la situación producida como consecuencia de la propagación del SARS-CoV-2 urge la realización de estudios serológicos que nos ayuden a determinar el alcance y la duración de la inmunidad adquirida por la población infectada por SARS-CoV-2 que ha superado la enfermedad. En este sentido el estudio de los anticuerpos neutralizantes, que son aquellos que reconocen las proteínas del virus implicadas en el reconocimiento del receptor celular bloqueando su capacidad infectiva, en pacientes recuperados de la infección por SARS-CoV-2 podrían ser clave para explicar el pronóstico de la enfermedad en estos pacientes. Además son necesarios estudios que estudien la cinética de la inmunidad de anticuerpos específicos frente a coronavirus y su relación con la evolución de la enfermedad que nos permitan establecer estrategias de manejo de los pacientes en base a su patrón inmunológico.

También participamos en el desarrollo de un prototipo de vacuna basado en ADN plasmídico que expresa antígenos de SARS-CoV-2 y la caracterización de la respuesta inmune inducida por esta vacuna en un modelo murino de inmunización.

Inmunología Celular

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Inmunología Microbiana e Inmunogenética

1. Análisis de la respuesta innata de mamíferos en la infección por Leishmania.

2. Caracterización inmunoproteómica en :

   a.  Streptococcus suis

   b. Lactococcus garviae

   c. Mycobacterium spp

3. Desarrollo de inmunoensayos analíticos basados en anticuerpos monoclonales (AcM) para detectar y cuantificar antígenos de origen animal, vegetal y microbiano.

4. Desarrollo y caracterización de AcM frente a los componentes del sistema del Complemento. Aplicación diagnóstica.

5. Desarrollo de reactivos de referencia y diseño de inmunoensayos para la evaluación cualitativa y cuantitativa de toxinas clostridiales.

6. Oferta tecnológica de producción de AcM  y policlonales frente a substancias de interés industrial y biomédico.

​El grupo está interesado en el estudio de la respuesta inmune desde una perspectiva multidisciplinar que incluye aproximaciones bioquímicas, biotecnológicas, genómicas, inmunoinformáticas y proteómicas, que junto con el uso adicional de modelos in vivo se encaminan al diseño de estrategias terapéuticas frente a diversas enfermedades crónicas, infecciosas y raras que poseen un claro componente inmunológico en su etiología.

Las principales líneas de investigación que está desarrollando el grupo en la actualidad son:

• * Análisis de las respuestas inmunes celulares frente a patógenos virales y bacterianos, mediante técnicas inmunoproteómicas, modelos in vivo con animales transgénicos y muestras humanas.
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• * Caracterización de CD69: regulación génica, función reguladora inmune en homeostasis e infección y su uso como diana terapéutica, edición génica por CRISPR en modelos animales y celulares, etc.

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* Desarrollo de herramientas inmunoinformáticas que permitan analizar la respuesta inmune celular frente a diversos virus de interés sanitario y determinar la eficacia de sus vacunas a nivel de población mundial.

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* Estudio de las respuestas inmunes celulares frente a enfermedades raras (artritis reactiva y síndrome del linfocito desnudo) y crónicas (espondiloartropatías).

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* Inclusión de componentes del sistema inmune en la fabricación de tejidos humanos, especialmente piel, para uso clínico, farmacéutico y cosmético.

• * Generación de virus recombinantes como vectores vacunales.

Inmunopatología del SIDA

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Leishmaniasis y Enfermedad de Chagas

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Malaria y Parasitosis Emergentes

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Micobacterias

• Estudio taxonómico.

• Estudio de la sensibilidad fenotípica a nuevos fármacos antituberculosos.

• Análisis de las bases moleculares de la resistencia a fármacos antituberculosos.

• Epidemiología molecular de la tuberculosis. • Desarrollo de nuevos métodos de identificación y detección de resistencias en micobacterias.

​La tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa, provocada por un grupo de micobacterias incluidas en el grupo Mycobacterium tuberculosis complex, que puede afectar tanto al hombre como a los animales. Se caracteriza por la formación de tubérculos o nódulos en los tejidos infectados. Su trasmisión es por vía aérea, pero puede afectar a diferentes órganos del cuerpo.
La TB fue declarada emergencia sanitaria mundial por la Asamblea de la Organización Mundial de la Salud (OMS) en el año 1991 y continúa siendo una de las enfermedades infecciosas con mayor incidencia y tasa de mortalidad. Un tercio de la población mundial está infectada, constituyendo el reservorio de la enfermedad. En el año 2019 se estimó que 10 millones de personas contrajeron la enfermedad con 1,2 millones de fallecimientos. En España, el Plan Nacional para la Prevención y Control de la TB fue aprobado en 2019. Recoge los desafíos actuales que giran en torno a la detección precoz de la enfermedad, la realización de estudios de sensibilidad a todas las cepas aisladas, la mejora en el cumplimiento del tratamiento, la realización de estudios de contactos y la aplicación de marcadores epidemiológicos para la detección de brotes.
La aparición de cepas resistentes representa una amenaza para los planes de control y erradicación propuestos por la OMS. La TB multirresistente (MDR) causada por cepas resistentes al menos a Isoniacida y Rifampicina (los fármacos más activos frente a M. tuberculosis complex), requieren para su tratamiento drogas alternativas menos eficaces y peor toleradas, implicando regímenes terapéuticos más prolongados, aumentando la toxicidad y reduciendo las probabilidades de curación. En 2019 se estimó que más de medio millón de personas desarrollaron una TB causada por cepas MDR-TB. La OMS los términos pre-XDR para la TB pre-extemadamente resistente (causada por cepas MDR-TB que además son resistentes a Quinolonas), y XDR (cepas MDR-TB que son resistentes a cualquier Quinolona y al menos a Linezolid o Bedaquilina). Estas cepas producen una TB de muy difícil tratamiento, con escasa probabilidad de curación y terapias muy costosas que agravan el problema de la TB.
Las micobacterias no tuberculosas (MNT) son bacterias ubicuas que se encuentran en el medio ambiente siendo éste su reservorio y la fuente de infección. Taxonómicamente las MNT forman un grupo de especial complejidad por el gran número de especies y por la diversidad biológica entre ellas, que se traduce en una elevada heterogeneidad intraespecífica tanto fenotípica como genotípica, lo que hace que por economía, rentabilidad y organización el Centro Europeo de Control de Enfermedades (ECDC) recomiende la centralización de las labores de identificación y estudios de sensibilidad en laboratorios con un alto grado de especialización y que dispongan de las medidas de bioseguridad adecuadas para el manejo de estas cepas.
El número de casos causado por estas micobacterias, ha sufrido un aumento muy importante en la última década, al utilizar medios de cultivo mejor diseñados para su aislamiento, al uso de técnicas quirúrgicas más agresivas que favorecen la infección por bacterias oportunistas, la utilización de fármacos inmunosupresores, la mayor supervivencia de los pacientes con inmunodeficiencias y, sobre todo a la aparición del VIH.

Micología

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Microbiología Estructural

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Neisseria, Listeria y Bordetella

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