La peste y el cólera son enfermedades infecciosas graves
causadas por las bacterias Yersinia pestis y Vibrio
cholerae, respectivamente. Causan brotes epidémicos que pueden llegar a
afectar a muchos países al mismos tiempo, lo que se denominan pandemias.

A lo largo de la historia ha habido tres grandes pandemias de peste. La primera entre los años 541-543
DC, la plaga de Justiniano, y que muy probablemente influyó en la caída del
imperio romano. Fue seguida de brotes epidémicos cíclicos, cada 8-12 años
durante los dos siglos siguientes. La segunda pandemia, la peste negra, durante
los siglos XIV-XVII, y la tercera en el siglo XIX. Se calcula que han podido
morir de peste más de 200 millones de personas, quizá sea una de las enfermedades
infecciosas más letales de todas las conocidas hasta la fecha. Desde 1817, ha habido siete pandemias de
cólera que se han extendido desde Asia al resto del mundo. No tan
devastadora como la peste, el cólera también ha afectado a millones de personas
y causado cientos de miles de muertos. Sólo en 2012 afectó entre 3 y 4 millones
de personas y mató cerca de 100.000.

Probable distribución
geográfica de Yersinia pestis. La
primera pandemia, la plaga de Justiniano, se originó en China y llegó hasta
Europa a través de la ruta de la seda. La segunda pandemia, la peste negra, también
debió llegar desde Asia a Europa y se extendió por la zona del rio Nilo por el
continente africano, para volver de nuevo a China, desde dónde se extendió la tercera
pandemia globalmente.

Hasta ahora conocíamos las características de algunas de las
cepas responsables de estas pandemias. Por ejemplo, las Yersinia responsables de las segunda y tercera pandemias han sido
genéticamente caracterizadas, pero de la primera hay muy pocos datos. De las
cepas de Vibrio responsables de las
pandemias de cólera, sólo ha sido posible hasta ahora caracterizar
genéticamente las dos más recientes. La cepa predominante del cólera es del
grupo O1, y tiene dos biotipos distintos: el clásico, que se cree que fue
responsable de las primeras seis pandemias de cólera; y El Tor, que por razones
desconocidas desplazó al biotipo clásico y es responsable de la mayoría de los
brotes de cólera de los últimos 50 años.

Por tanto, una pregunta que quedaba sin responder y que
intrigaba a los investigadores es de dónde habían surgido y cómo eran aquellas bacterias que causaron
las primeras pandemias de peste y cólera. Se acaban de publicar ahora dos
trabajos independientes que caracterizan genéticamente las cepas de Yersinia pestis de la primera pandemia
de peste (años 541-543 DC) y de Vibrio
cholerae de la segunda pandemia del año 1849. En ambos casos, han sido
capaces de extraer DNA antiguo de estas
bacterias de pacientes fallecidos en esas épocas, secuenciar y reconstruir
el genoma de las bacterias y compararlo con las cepas actuales.

En el primer trabajo, publicado en la revista Lancet Infectious Diseases, han obtenido
el DNA de Yersinia a partir de dientes de dos personas que murieron en la
primera pandemia de peste, enterradas en un cementerio medieval alemán. Por
técnicas radiactivas, han fechado las muestras en los años 533 y 504 DC,
aproximadamente.  El genoma reconstruido
de estas cepas de Yersinia lo han
comparado con las cepas que causaron la segunda y tercera pandemias de peste.
Los resultados demuestran que la
bacteria que causó la primera pandemia es distinta de las que produjeron las
otras dos, y más parecida a las que se aíslan de los roedores. Los roedores
son el reservorio o almacén natural de las cepas de Yersinia pestis. Esta cepa está más relacionado con cepas de
roedores y probablemente provenía de China, y no de África como se pensaba. La
mortalidad de la primera pandemia fue muy alta, cerca del 40%. En esta cepa se
han encontrado varias mutaciones y genes relacionados con la virulencia, que
quizá sean responsables de esta alta mortalidad. De todas formas, la cepa de la
primera pandemia no es similar a las actuales, por lo que muy probablemente se
ha extinguido. Todo esto demuestra además que las bacterias que causaron la segunda
y tercera pandemias eran cepas distintas de las que causaron la primera
pandemia. La plaga de Justiniano y la
peste negra fueron cepas distintas. No se trata por tanto de una
re-emergencia de la primera, que vuelve a surgir al cabo de los siglos, si no
que la segunda y tercera pandemias fueron causadas por nuevas cepas que
“saltaron” de los roedores al hombre.

Botecito con la muestra del intestino de una víctima de la
pandemia de cólera de 1849. La muestra se guardaba en el museo Mütter del
Colegio de Médicos de  Filadelfia
(EE.UU.)

En el estudio sobre el cólera del 1849, publicado en New England Journal of Medicine, los
investigadores obtienen el DNA de Vibrio
cholerae a partir de una muestra de
intestino de un paciente hombre de raza negra que murió en la epidemia de
cólera de 1849 en Filadelfia, muestra que se guardaba en un botecito en un
museo de la ciudad. Han reconstruido el genoma de la cepa de Vibrio responsable de la segunda
pandemia de cólera y la han comparado con la cepa actual O395. La cepa de 1849 es
del grupo O1 biotipo clásico, pero le faltan tres regiones del genoma, tiene
203 mutaciones simples y una reorganización de la parte del genoma responsable
de la producción de la toxina del cólera. No saben por qué causó esa epidemia y
lo que sigue siendo un misterio es por qué varios años después fue sustituida
por el biotipo El Tor, responsable de la mayoría de las epidemias de cólera actuales.

Ambos trabajos, demuestran cómo hoy en día las técnicas de
secuenciación masiva y de reconstrucción de genomas antiguos nos pueden dar
mucha información sobre aquellos patógenos que, aunque ya se hayan extinguido,
influyeron en la historia de la humanidad.

David M Wagner, et al. (2014). Yersinia pestis and the Plague of Justinian 541–543 AD: a genomic analysis. Lancet Infect Dis, 13 (S1473-3099) DOI: 10.1016/S1473-3099(13)70323-2 

Devault AM (2014). Second-pandemic strain of Vibrio cholerae from the Philadelphia cholera outbreak of 1849. The New England journal of medicine, 370 (4), 334-40 PMID: 24401020

Vibrio cholerae es una bacteria patógena capaz de causar grandes
epidemias y pandemias. Se estiman unos 3-5 millones de casos de cólera en el mundo. La diarrea puede ser tan grave que la persona puede llegar a perder
entre 10 y 15 litros de fluidos durante la infección. Sin tratamiento, la
muerte puede ocurrir en pocas horas. Cada año unas 100.000 personas pueden
morir por cólera. Las epidemias de cólera están causadas por las cepas O1 y
O139 de V. cholerae, que producen una
potente enterotoxina que causa una
pérdida masiva de fluidos y sales en la persona infectada. Se conocen siete
pandemias de cólera que han ocurrido desde 1.817 y se han extendido en
distintas oleadas epidémicas por todo el mundo.

La primera pandemia (1.817–1.826)
comenzó en Bengala y se expandió a través de la India hasta la China y el Mar
Caspio antes de disminuir. La segunda (1.829–1.851) alcanzó Europa y América
(Londres y Nueva York en 1.832). La tercera (1.852–1.860) afectó principalmente
a Rusia, con más de un millón de muertos. La cuarta (1.863–1.875) se extendió
en su mayor parte por Europa y África. La quinta pandemia (1.899–1.923) tuvo
pocos efectos en Europa gracias a los progresos en salud pública, pero Rusia
fue gravemente afectada de nuevo. La sexta, llamada «El Tor» por la cepa de Vibrio choleare que la produjo, comenzó
en Indonesia en 1.961 y alcanzó Bangladesh en 1.963, India en 1.964 y la URSS
en 1.966. La séptima pandemia se inició en Indonesia y presentó una primera
etapa de progresión lenta y la segunda a partir de los años setenta, más
rápida.

La actual pandemia se originó en el Sudeste asiático y se ha
extendido por el mundo en varias oleadas de transmisión. En octubre de 2.010,
el cólera hizo su aparición en Haití. Antes
de 2.010 no había documentado ningún caso de cólera en ese país, a pesar de
los brotes que hubo en el Caribe en el siglo XIX. Su introducción en la isla La
Española ocurrió después del terremoto de enero de 2.010 y ha resultado ser la
mayor epidemia de cólera de los últimos años: 674.879 casos con 8.258 muertes (datos
acumulados hasta el 4 de septiembre de 2013). Los estudio epidemiológicos y
genéticos se han centrado en descubrir cuál
ha sido el origen de este epidemia. Se ha demostrado que la cepa V. cholerae O1 tuvo un origen humano
desde el exterior, desde el sur de Asía. La
investigación epidemiológica apunta a las tropas nepalíes de Naciones Unidas
como la fuente del cólera en Haití. Los análisis filogenéticos de
aislamientos de cepas de Haití y Nepal apoyaron la hipótesis de que la cepa
epidémica fue importada del Nepal.

La epidemia de Haití se trata por tanto de un caso de
introducción de una única fuente de infección en una región geográficamente
aislada. Esto supone un experimento natural sin precedentes para caracterizar
en detalle el ritmo y modo de evolución del genoma de este patógeno mortal.
Para ello, se ha analizado el genoma completo de 23 aislamientos de cepas de V. cholerae obtenidas al principio de la
epidemia y cerca de un año después, y los han comparado entre sí y con otras
cepas de V. cholerae. Los resultados
de este trabajo demuestran que el origen de las cepas de V. cholerae de Haití es clonal, es decir a partir de un único origen
o ancestro. Los análisis de genética poblacional permiten estimar que ese
ancestro común (la primera cepa de V.
cholerae) se originó en el intervalo del 23 de julio al 17 de octubre de
2.010.  Estos datos coinciden
perfectamente con los datos epidemiológicos: los soldados nepalíes llegaron a
Haití el 9 de octubre y el primer fallecido por cólera (el caso índice de la
epidemia) es del 12 de octubre. Además, los resultados confirman que las cepas
de Haití son genéticamente indistinguibles de otras cepas del Nepal. Las cepas aisladas
en Haití más recientemente no tienen su origen debido a una  segunda introducción desde el exterior si no
que provienen del ancestro primero, de la cepa original. El contenido en genes de
todas las cepas de Haití es muy similar, hay muy pocas diferencias, no hay
evidencia de adquisición de genes por transferencia horizontal o
transformación, pero a lo largo del tiempo las cepas han perdido algunos pocos
genes.

Paradojas de la vida: este trabajo confirma que la epidemia
de cólera de Haití tuvo su origen en una bacteria que llegó a la isla con la
ayuda humanitaria.

Katz, L. S., et al. (2013). Evolutionary dynamics of Vibrio cholerae O1 following a singlesource
introduction to Haiti.
mBio, 4 (4) DOI: 10.1128/mBio.00398-13.