Curiosidades de la Microbiología

Lípido asesino

2009-12-09T19:20:00.004+01:00

Hace unos años se describió que las poblaciones de fitoplakton del Atlántico Norte estaban muriendo en grandes cantidades. Hubo muchas hipótesis que intentaron explicar dicho evento, contaminación, cambio climático, prácticas pesqueras. Pero poco a poco se fue encontrando evidencias de que la responsabilidad recaía en los virus, aunque no se entendía muy bien como podían provocar tal mortandad de manera tan rápida. Ahora, según informa Science Daily, una colaboración entre grupos de la Universidad de Rutgers y la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) parecen haber encontrado la respuesta al misterio.

El responsable parece ser un glicoesfingolípido sintetizado por un Coccolithovirus que ataca al alga eucariota Emiliania huxley, más conocida como EHUX. Este alga es uno de los principales componentes del fitoplakton y se encuentra en todos los océanos del mundo. Se ha estudiado en profundidad debido a que es una de los protagonistas del ciclo global del carbono. A veces ocurren explosiones poblacionales tan grandes que pueden ser observadas mediante satélites artificiales como enormes manchas blanquecinas.

Imagen mostrando la importancia ecológica de Emiliana huxleyi. En una explosión poblacional se pueden alcanzar extensiones mayores a 100.000 kilómetros cuadrados, una superficie mayor que el tamaño de Inglaterra. Al morir el alga, su concha calcarea se deposita en el fondo marino formándose nuevos sedimentos. (Fuente: Microbe Wiki)

Pues bien, al cabo de unos pocos días de observarse esas explosiones poblacionales, las algas comienzan a morir. Y es precisamente debido a que el virus causa la muerte del alga por una molécula lipídica desconocida. Según el científico del WHOI Benjamin Van Mooy, no están muy seguros de porqué sucede, pero el lípido es la clave. El artículo fue publicado el pasado mes de noviembre en la revista Science.

En el recuadro inferior se ve una microfotografia de barrido del alga Emiliana huxleyi con un virus adherido a su concha calcárea (flecha). Este alga prolifera hasta formar extensas manchas en el mar que pueden ser vistas mediante satélite. (Fuente: Nature)

Esta observación tiene mucha importancia en la modelización del ciclo del carbono. E. huxleyi es uno de los principales organismos fotosintetizadores de la biosfera. Fijan el CO2 de la atmósfera en sus biomoléculas, pero además, también lo utilizan para producir su concha de carbonato cálcico. Si un virus mata a estas algas, no se produce tanta fotosíntesis y por lo tanto no se fija tanto CO2 atmosférico.

Microfotografia de transmisión del alga Emiliana huxleyi conteniendo virus (puntos negros) en su interior (Fuente: Science Daily)

En abril del 2008, el equipo de Van Mooy recogió muestras de agua marina en la zona de las Bermudas y encontraron esfingolípidos virales. Pensaron que el lípido era una marcador biológico de la acción del virus sobre las algas y el hecho de encontrarla podía servir para identificar los lugares en los cuales habían sucedido explosiones poblacionales del alga. Pero la sorpresa fue encontrar que si se purificaba dicho lípido y se añadía a un cultivo de E. huxleyi, las algas comenzaban a morir como si hubieran sido infectadas por el virus.

Estructura interna de Emiliana huxleyi.

El mecanismo citotóxico por el cual este lípido provoca la muerte del alga es por la inducción de una ruta de "suicido celular" muy similar a la apoptosis de eucariotas superiores. Según los datos del laboratorio del doctor Bidle en la Universidad Rutgers, esta "muerte celular programada" es un proceso muy importante que explica la evolución y el destino de estas explosiones poblacionales de fitoplakton en los mares. Sorprendentemente, los genes que codifican para las enzimas responsables de la biosíntesis del lípido se encuentran en el genoma viral, pero su origen parece derivarse de la propia alga. Esto es un caso único. E. huxleyi presenta genes para rutas biosintéticas muy similares en su genoma pero en palabras del propio Bidle, "el virus los tomó prestados, los metió en su genoma y consiguió alterarlos para hacer un producto tóxico".

Estructura de un Coccolithovirus. Su genoma tiene 407.339 pares de bases y tiene capacidad para codificar 472 proteínas. Al parecer el virus presenta una envoltura con el esfingolípido que le permitiría unirse al alga.

Adicionalmente este descubrimiento puede tener ramificaciones interesantes. Los investigadores están intentando caracterizar el esfingolípido responsable, y una vez hecho esto, intentar modificarlo para usarlo frente a un tipo de células que se caracterizan por presentar un defecto en sus rutas apoptóticas: las células cancerosas. Se especula con la posibilidad de crear nuevas moléculas capaces de destruir a las células tumorales induciendo en ellas las rutas de muerte celular.

Peste bovina ¿la segunda enfermedad en ser erradicada?

2009-12-03T11:19:00.006+01:00

La revista Nature publica un optimista artículo sobre la posibilidad de que el virus de la peste bovina sea oficialmente declarado como erradicado en un año y medio. De ser así, se convertiría en la segunda enfermedad eliminada del planeta después de que en 1980 se consiguiera dicho objetivo con la viruela.

Alegoria de la epidemia de peste bovina que asoló la región de Bolonia en 1713. Fuente:National Portrait Gallery

Devastación causada por la peste bovina en Sudáfrica en el año 1897. Fuente: de la imagen

El virus de la peste bovina (rinderpest en inglés) estuvo considerado durante mucho tiempo como una de las peores enfermedades veterinarias. Afectaba tanto a animales domésticos como salvajes. Su mortandad era muy elevada lo que causaba graves perjuicios a las cabañas ganaderas, con efectos terribles en los países subdesarrollados. Este virus pertenece a los morbillivirus, grupo donde está incluido el virus del sarampión. Los síntomas de la enfermedad son fiebre, lagrimeo mucopurulento, diarrea y deshidratación. La mortalidad es superior al 80% en tan sólo diez días.

Síntomas de la peste bovina. Fuente: Texas A&M University

La enfermedad proviene de las estepas asiáticas y llegó a Europa en el siglo IV, junto con las hordas de hunos que invadieron el Imperio Romano. De Europa se extendió a África, Asia Menor y la India. Afortunadamente no fue exportada ni a las Américas ni a Australia. En los años 80 se desarrolló una vacuna a partir de virus atenuados que producía inmunización total y que además era estable a temperatura ambiente. En 1994 la FAO lanzó un programa de erradicación global (Global Rinderpest Eradication Programme) que comenzó por estudiar la distribución geográfica de la enfermedad para posteriormente tomar medidas de contención y así evitar su dispersión. Posteriormente se promovía la vacunación masiva del ganado y de la fauna salvaje seguido de la vigilancia exhaustiva para detectar nuevos brotes. Esta última parte ha sido la más difícil, pues muchas de las áreas vigiladas se encontraban en zonas de guerra como Etiopía o Sudán.

Mapa de la FAO mostrando el avance temporal en la erradicación de la enfermedad

Como la vacunación produce inmunización no es posible distinguir entre animales vacunados y animales que hayan sobrevivido a la infección. Así que la única forma de saber si la enfermedad ha desaparecido es suspender el programa de vacunación y esperar si aparece algún animal enfermo en alguna de las áreas en las que se mantenía la enfermedad. Desde hace seis meses no se vacunan a los terneros recién nacidos frente a la peste bovina. Si transcurren dieciocho meses más y no se detecta ningún animal infectado entonces se declarará formalmente erradicada la enfermedad.

Vacunación del ganado (Fuente: FAO)

Crucemos los dedos.

Manifiesto “En defensa de los derechos fundamentales en internet”

2009-12-02T12:54:00.003+01:00

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Ante la inclusión en el Anteproyecto de Ley de Economía sostenible de modificaciones legislativas que afectan al libre ejercicio de las libertades de expresión, información y el derecho de acceso a la cultura a través de Internet, los periodistas, bloggers, usuarios, profesionales y creadores de Internet manifestamos nuestra firme oposición al proyecto, y declaramos que:

1.- Los derechos de autor no pueden situarse por encima de los derechos fundamentales de los ciudadanos, como el derecho a la privacidad, a la seguridad, a la presunción de inocencia, a la tutela judicial efectiva y a la libertad de expresión.

2.- La suspensión de derechos fundamentales es y debe seguir siendo competencia exclusiva del poder judicial. Ni un cierre sin sentencia. Este anteproyecto, en contra de lo establecido en el artículo 20.5 de la Constitución, pone en manos de un órgano no judicial -un organismo dependiente del ministerio de Cultura-, la potestad de impedir a los ciudadanos españoles el acceso a cualquier página web.

3.- La nueva legislación creará inseguridad jurídica en todo el sector tecnológico español, perjudicando uno de los pocos campos de desarrollo y futuro de nuestra economía, entorpeciendo la creación de empresas, introduciendo trabas a la libre competencia y ralentizando su proyección internacional.

4.- La nueva legislación propuesta amenaza a los nuevos creadores y entorpece la creación cultural. Con Internet y los sucesivos avances tecnológicos se ha democratizado extraordinariamente la creación y emisión de contenidos de todo tipo, que ya no provienen prevalentemente de las industrias culturales tradicionales, sino de multitud de fuentes diferentes.

5.- Los autores, como todos los trabajadores, tienen derecho a vivir de su trabajo con nuevas ideas creativas, modelos de negocio y actividades asociadas a sus creaciones. Intentar sostener con cambios legislativos a una industria obsoleta que no sabe adaptarse a este nuevo entorno no es ni justo ni realista. Si su modelo de negocio se basaba en el control de las copias de las obras y en Internet no es posible sin vulnerar derechos fundamentales, deberían buscar otro modelo.

6.- Consideramos que las industrias culturales necesitan para sobrevivir alternativas modernas, eficaces, creíbles y asequibles y que se adecuen a los nuevos usos sociales, en lugar de limitaciones tan desproporcionadas como ineficaces para el fin que dicen perseguir.

7.- Internet debe funcionar de forma libre y sin interferencias políticas auspiciadas por sectores que pretenden perpetuar obsoletos modelos de negocio e imposibilitar que el saber humano siga siendo libre.

8.- Exigimos que el Gobierno garantice por ley la neutralidad de la Red en España, ante cualquier presión que pueda producirse, como marco para el desarrollo de una economía sostenible y realista de cara al futuro.

9.- Proponemos una verdadera reforma del derecho de propiedad intelectual orientada a su fin: devolver a la sociedad el conocimiento, promover el dominio público y limitar los abusos de las entidades gestoras.

10.- En democracia las leyes y sus modificaciones deben aprobarse tras el oportuno debate público y habiendo consultado previamente a todas las partes implicadas. No es de recibo que se realicen cambios legislativos que afectan a derechos fundamentales en una ley no orgánica y que versa sobre otra materia.

Este manifiesto, elaborado de forma conjunta por varios autores, es de todos y de ninguno. Si quieres sumarte a él, difúndelo por Internet.
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Los superpoderes de las cucarachas

2009-12-01T08:41:00.002+01:00

Hay una vieja historia que dice que en caso de guerra nuclear total, los únicos supervivientes serían las cucarachas. Lo cierto es que uno no puede dudarlo si lee algo sobre lo que son capaces de hacer. El último de sus "superpoderes" ha sido descrito en un reciente artículo publicado en la revista PNAS a cargo de un grupo investigador liderado por la doctora Nancy Moran.

En la escuela aprendemos que el nitrógeno es un gas inerte y que es el principal componente de la atmósfera. Lo de "inerte" tiene su importancia, porque si fuera reactivo como el oxígeno la vida en el planeta sería muy distinta de como la conocemos ahora. El nitrógeno gaseoso (N2) no puede ser usado por casi ninguna célula. Es una molécula tremendamente estable, y es necesario romperla para poder combinar el nitrógeno con otros elementos para así sintetizar proteínas y ácidos nucleicos entre otras biomoléculas.

Son muy pocos los seres vivos que consiguen romper esa molécula de N2, y todos ellos son microorganismos. Son los llamados fijadores del nitrógeno. Quizás el más famosos de ellos sea la bacteria Rhizobium melliloti, que consigue establecer una simbiosis con plantas leguminosas para poder realizar el proceso de fijación. Su simbiosis podría resumirse de la siguiente forma: la planta da cobijo y alimento a la bacteria y ésta a su vez consigue fijar nitrógeno gaseoso en sus compuestos orgánicos, que luego cede a la planta. Una vez ya tenemos el nitrógeno en un compuesto orgánico ya podemos imaginarnos que llega a los animales a través de la dieta: la planta es comida por un herbívoro, y éste a su vez es comido por un carnívoro, etc.

Pero a veces hay problemas con el suministro de nitrógeno orgánico. Así que muchos seres vivos intentan establecer simbiosis con microorganismos que metabolicen eficientemente el nitrógeno y tener un problema alimentario menos del que preocuparse. Y ese truco parece que también lo han aprendido las cucarachas, unos animalitos acostumbrados a alimentarse de cualquier cosa.

Como muchos otros insectos, las cucarachas excretan nitrógeno en forma de ácido úrico, pero con una sutil diferencia. Lo excretan al interior de su cuerpo, en concreto a los llamados cuerpos grasos. De esa forma pueden recuperarlo en caso de necesidad. Pero ¿cómo pueden reciclar ese ácido úrico? Hay dos tipos de células en dichos cuerpos grasos. Uno son adipocitos en los que se acumulan grasas y cristales de ácido úrico. El otro tipo celular consiste en los micetocitos o bacteriocitos, que están llenos de bacterias. En concreto se trata de una bacteria Gram negativa de nombre Blattabacterium y que se transmite de manera vertical entre estos insectos.

Células de Blattabacterium en el interior de un micetocito. Las bacterias están señaladas con las flechas blancas. El núcleo del micetocito tiene color azul y están señalados por la flecha blanca punteada (Fuente PNAS).

El grupo investigador ha secuenciado el genoma de la bacteria que se encuentra dentro de la cucaracha Periplaneta americana. Han confirmado que pertenece a las Flavobacterias y que su "pariente más próximo" es el endosimbionte Sulcia muelleri, que vive dentro de insectos especializados en chupar la savia. Mediante la información genómica contenida en sus 636 Mb han reconstruido el posible metabolismo de Blattabacterium y han encontrado que puede reciclar el nitrógeno a partir de urea o de amonio ya que posee genes para la ureasa y la glutamato deshidrogenasa, aunque carece de enzimas uricolíticas. Además es capaz de producir aminoácidos esenciales, varias vitaminas y otros compuestos útiles para la cucaracha. También han concluido que la asociación entre Blattabacterium y las cucarachas se originó hace unos 140 millones de años, en pleno Jurásico.

Predicción del metabolismo de Blattabacterium. En azul se indican las rutas para aminoácidos, en verde la de metabolitos varios y en púrpura la de las vitaminas. En rojo se indican los aminóacidos no producidos por la bacteria y que son originados por la cucaracha(Fuente PNAS).

Como no se han encontrado genes para enzimas uricolíticas en el genoma de Blattabacterium no está muy claro el modo en que aprovechan el ácido úrico. Los investigadores proponen tres hipótesis. La primera es que la actividad uricolítica está producida por otra enzima no identificada en Blattabacterim. La segunda es que la actividad uricolítica sea debida a las células de la cucaracha. Pero en contra de esta hipótesis está el hecho de que si se trata a las cucarachas con antibióticos la actividad uricolítica desaparece. La tercera es que la cucaracha acumule el úrico en los adipocitos y cuando necesita nitrógeno, transporta el úrico al intestino donde la microflora intestinal es capaz de descomponerlo en amonio, que vuelve a ser absorbido y transportado por la hemolinfa a los micetocitos.

Sea lo que sea, hay que reconocer que las cucarachas tienen un kit de supervivencia que sería la envidia de McGyver.

ClimateGate: ¿Es la hipótesis del cambio climático una estafa?

2009-11-27T12:39:00.010+01:00

El pasado lunes se celebró en la UMH la cuarta conferencia dedicada a la conmemoración de Darwin. El título de la misma era "Darwin en su ambiente científico y social" y fue impartida por el profesor Enrique Cerdá Olmedo. Fue una gran disertación que concluyó con una animada discusión en la que el profesor Cerdá argumentó sobre los peligros de reflejar nuestras filias y fobias en la investigación científica. Parafraseando uno de sus argumentos, en el descubrimiento de una nueva estrella no tiene importancia que el astrónomo sea de izquierdas o de derechas, lo importante es la estrella.

Pues bien, esa frase me vino a la mente cuando hace un par de días comenzó a saltar una noticia por la web sobre un posible fraude científico por parte de aquellos que defienden el cambio climático antropogénico. Es lo que se ha dado en llamar el ClimateGate.

Este planeta ha sufrido un montón de cambios climáticos a lo largo de su historia sin que hubiera un ser humano destrozando el ambiente. Eso es un hecho indiscutible y basta saber un poco de ecología microbiana y repasarse los ciclos biogeoquímicos para darse cuenta de ello. También me parece un error mayúsculo que estemos quemando combustibles fósiles como si nada, arrasando y contaminando al buen tuntún los mares y destruyendo zonas verdes como si fueran infinitas. Se supone que este es el único planeta que tenemos y debemos cuidarlo para las generaciones futuras. Ahora, debo confesar que soy bastante escéptico con la hipótesis del cambio climático antropogénico y que no me creo el documental propagandístico de Al Gore y similares. El escepticismo meteorológico me viene desde los tiempos de la carrera porque en esa época se estilaba el "enfriamiento global" y se temía una nueva glaciación. De hecho, por propia experiencia, he comprobado que algunos se toman lo del cambio climático antropogénico como una creencia religiosa más que como una hipótesis científica que corroborar.

El caso es que la historia saltó porque un hacker pirateó los ordenadores del CRU (Climate Research Unit) e hizo pública la correspondencia privada de los investigadores. Mi primera reacción fue "matar al mensajero", pero caí en la cuenta de que lo de robar información confidencial no suele molestar cuando los afectados son multinacionales petrolíferas, o tabacaleras, o grandes industrias eléctricas, o nuestros políticos. Además, desde hace bastante tiempo se le estaba demandando al CRU que pusiera sus datos en crudo a disposición de todos aquellos que lo solicitaran, y se venía negando a hacerlo sistemáticamente (y eso es un poco mosqueante). Una vez perdonada la vida del portador de noticias me puse a leer un poco más despacio de que se trataba el asunto. Ahí saltó una segunda señal de alarma porque las fuentes de referencia eran sitios conocidos por su "negacionismo" y su filiación política o económica. Pero lo cierto es que las acusaciones eran bastante fuertes. De todas formas pensé que si de verdad era tan grave, sin duda el caso saldría comentado en alguna revista científica.

Y lo cierto es que desde el pasado lunes 23 de noviembre la revista Science se hizo eco del escándalo en su sección Science Insider pero analizando el aspecto de la disponibilidad de los datos. En una columna titulada "In Climate Hack Story, Could Talk of Cover-Up Be as Serious as Crime?" se trataba el tema de si el hackeo era un crimen, pero también se discutía si la ocultación y destrucción de datos por parte del CRU era un crimen mayor. El motivo es el siguiente, el Reino Unido tiene una legislación que protege la libertad de información. Bajo esa legislación cualquier institución pública está obligada a dar los datos y la correspondencia relacionada a cualquier persona que lo solicite mediante un mandato legal y como he dicho antes el CRU se negaba sistemáticamente a ello (supongo que todo el mundo recuerda la escena de Emma Thompson en la película "En el nombre del padre" solicitando los testimonios y las pruebas forenses). No sólo eso, dichas instituciones públicas están obligadas a conservar esos datos. Si los destruyen cometen un grave delito. El día 24, la revista Nature también llevaba el asunto a su página web. El miércoles 25, Science volvió a sacar otra columna sobre el tema de la destrucción de correos firmada por Eli Kintisch y titulada "Union of Concerned Scientists on Climate Scientists' Behavior". Ese mismo día la revista Nature publicó en su web la columna: CRU scientist in leaked data row respond. La última noticia publicada en el día de hoy es que se ha iniciado una investigación criminal.

¿Qué puede leerse en dichos mensajes? Pues asuntos bastante graves y sucios.

- Manipulación de datos
- Destrucción de datos
- Solicitudes de destrucción de correspondencia
- Presión sobre compañías e instituciones para conseguir fondos
- Presión a editores de revistas científicas para impedir la publicación de artículos de los llamados "científicos escépticos".

El último punto me parece especialmente grave. Si se confirma, estaríamos ante un caso que afectaría al llamado proceso de "revisión por pares" (peer-review) tan importante en la publicación de trabajos científicos. Cualquier persona que trabaje en un campo científico sabe que cuando manda un artículo a publicación este va a ser revisado y evaluado por otros colegas. Está claro que los científicos son seres humanos con sus virtudes y defectos, y más de una vez han aparecido denuncias sobre posibles fallos de integridad del sistema. Pero en general los científicos pensamos que el sistema funciona. Caso de confirmarse esto sería la primera vez, que yo sepa, en la que quedaría demostrada una "mafia" científica de alto nivel.

En cuanto a la respuesta a la pregunta de esta entrada. Estos hechos no demuestran que la hipótesis sea una estafa, pero si pueden hacer dudar de que sea una hipótesis correcta. Lo peor que puede pasar es que esto se traduzca en una desconfianza de la sociedad hacia la Ciencia. No debemos olvidar que gran parte del desarrollo científico se puede realizar gracias a los impuestos de los ciudadanos y eso exige la máxima transparencia. Los datos del CRU deberían hacerse públicos para su escrutinio y debería investigarse si las acusaciones son ciertas o no. La Ciencia es una vela en la oscuridad como dijo Carl Sagan, y el fraude científico puede ser un soplo de aire frío que la apague.

Actualización día 1 de diciembre: Según informa la revista Science, el doctor Phil Jones, ha dejado temporalmente su puesto como director del CRU mientras se investigan los hechos. El propio CRU ha reconocido que sólo el 95% de los datos está disponible para su escrutinio por otros científicos. Sin embargo una noticia en el períodico The Times habla de que parte de los datos originales han sido destruidos. La verdad es que el asunto comienza a tener mala pinta.

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La belleza de la caca de los microbios

2009-11-25T11:39:00.009+01:00

Gruta do Carvão en la isla São Miguel, del archipielago de las Azores

En el sitio web de la revista National Geographic podemos encontrar la interesante historia "Lava cave minerals actully microbe poop" que podría traducirse por Los minerales de las cuevas de lava son en realidad caca de microbios.

Gruta Kano Hina en las Islas Hawai

El interés de estudiar dichos microbios es porque su forma de vida podría dar pistas de cómo podrían sobrevivir microorganismos en Marte. En el planeta rojo también hay dichos tuneles de lava, así que no es descabellado pensar que lo que pasa en este planeta pueda ocurrir en el otro. Lo que si está claro es que las fotografías son preciosas.

Gruta Algar Do Carvão en la isla de Terceira en las Azores

Gruta Malha en las Azores

Gruta Malha en las Azores, detalle ampliado

Biocemento

2009-11-23T12:43:00.005+01:00

Modelo mostrando la ocupación de un espacio y la porosidad del biocemento. (Fuente bibliográfica)

La historia de hoy la he sacado de "MicrobeWorld". Es el desarrollo de un biocemento por parte del grupo investigador liderado por el doctor Henk Jonkers de la Universidad Tecnológica de Delft. En el video, el propio Jonkers nos explica que el cemento es un material que suele deteriorarse debido a la exposición al medio ambiente. Rellenando dichas grietas con una mezcla de determinadas bacterias y sus nutrientes se consigue un tipo de cementación y de reparación mucho más efectiva y resistente que los medios tradicionales.

El artículo explicando el proceso fue publicado en Ecological Engineering. Al crecer las bacterias depositan carbonato cálcico en la grieta. Es decir, generan piedra caliza. Las bacterias usadas pertenecen al género Bacillus. En concreto las especies B. pseudofirmus y B. cohnii. Se escogieron estas especies por dos motivos. En primer lugar debían de poder aguantar el proceso de mezcla e inyección en la grieta. Y eso pueden hacerlo porque en las grietas se inyectan las endosporas junto con carbonato láctico, el nutriente que les permitirá crecer. El segundo motivo es que el cemento es un microambiente alcalófilo. Su pH es superior a 9 y no todos los seres vivos aguantan esas condiciones. Una vez inyectadas, las esporas germinan y el crecimiento bacteriano permite ir ocupando y rellenando de carbonato cálcio las grietas, con lo que podría decirse que el biocemento se autorrepara. Desgraciadamente esa capacidad sólo dura unos cuatro meses, por lo que se está intentando que dichas bacterias se mantengan viables el mayor tiempo posible. El desarrollo de este biomaterial ha supuesto que Jonkers reciba el premio Delft Design & Engineering.

En la microfotografía de la derecha se observa la superficie de una fractura en cemento no biotratado y en la de la izquierda la superficie de una fractura biotratada. Notese la gran cantidad de biomineralización en la biotratada (Fuente: Jonkers et al)

¡Hagán juego señores!

2009-11-18T12:24:00.016+01:00

Un problema para cualquier ser vivo es la adaptación a los cambios medioambientales. Cuanto más cambiante sea un medio ambiente, mucho más difícil es sobrevivir en él. Una solución es la evolución de mecanismos que permitan modular el fenotipo en respuesta a determinadas señales ambientales. Son los clásicos mecanismos adaptativos como el funcionamiento del operón lac. Si hay lactosa en el medio la bacteria produce enzimas para degradarla. Si no hay lactosa, no se producen dichas enzimas. Es decir, un cambio ambiental provoca una respuesta en el ser vivo consistente en una regulación de la expresión génica.

Pero si los cambios son muy numerosos o drásticos a veces no basta ese tipo de respuesta. Hay otra forma de intentar sobrevivir y es la llamada estrategia de "diversificación de apuestas" o bet-hedging. Formalmente se define como el intercambio estocástico de fenotipos. En palabras más llanas podríamos decir que es la estrategia de poner los huevos en diferentes cestas.

Esta estrategia es un tipo de adaptación evolutiva que se ha encontrado en muchas especies biológicas, desde bacterias a humanos. Sin embargo no había evidencia científica del origen de dicha adaptación. Lo que ha conseguido un grupo liderado por el investigador Paul B. Rainey del New Zealand Institute for Advanced Study es observar como evoluciona de novo esta estrategia en poblaciones bacterianas experimentales. Su trabajo ha merecido ser portada de la revista Nature.

Pseudomonas fluorescens es utilizada en los experimentos evolutivos por la siguiente razón: podemas asociar un determinado fenotipo a un nicho ecológico específico. Las Pseudomonas necesitan oxígeno para vivir. Si realizamos un experimento al estilo de los de Richard Lenski, inoculando la bacteria en un matraz sin agitación al cabo del tiempo se selecciona un tipo de mutante que forma un biofilm en la superficie del matraz. Esas bacterias lo que hacen es generar un polisacárido extracelular que les permite flotar y por lo tanto respirar. Sin embargo, si dicho mutante lo inoculamos en un matraz con agitación, entonces tiene una desventaja con respecto a las bacterias que no generan el polisacarido. El mutante necesita gastar energía en generar el polisacárido y por lo tanto crece más lentamente. Resumiendo, cuando agitamos el tubo favorecemos a las bacterias que no produzcan polisacárido. Cuando dejamos reposar el tubo, favorecemos a las bacterias que lo sintetizan. De una manera tan sencilla podemos tener dos nichos ecológicos en un mismo medio ambiente.

Evolución con Pseudomonas fluorescens. A la derecha tenemos un cultivo de la cepa ancestral. A la izquierda una cepa mutante que desarrolla un biofilm en superficie y está mejor adaptada a crecer cuando no hay agitación en el medio. Fuente bibliográfica

El grupo de Rainey realizó el siguiente experimento. Se tomó un cultivo de P. fluorescens que sería el "cultivo ancestral" y se dividió en doce subcultivos líquidos que se mantuvieron en reposo. Periódicamente se tomaba un alícuota de los cultivos y se extendía sobre medio sólido para comprobar si aparecía un nuevo tipo de morfología colonial diferente al aspecto de las colonias la bacteria ancestral. En cuanto aparecía, se utilizaba ese mutante para inocular un nuevo tubo con medio líquido, pero esta vez se ponía en agitación. Durante esa ronda de nuevo se volvía a comprobar si aparecía una nueva morfología colonial. Cuando aparecía se usaba como inóculo de una nueva ronda pero ahora se volvía a incubar sin agitación. Si no aparecían nuevas morfologías el cultivo no pasaba a la siguiente ronda. Este proceso de inoculación de rondas en las que se alternaba incubación estática y agitación se repitió hasta 16 veces. Como control se utilizó a la cepa ancestral pero propagando siempre colonias que no cambiaban su morfología con respecto a la ancestral y siempre en matraces con agitación.

Experimento para provocar la evolución de la "diversificación de apuestas". Fuente: Nature

Este experimento impone dos condiciones de selección. En primer lugar las bacterias seleccionadas debían crecer óptimamente con agitación o sin ella. Pero es que además se seleccionaba la aparición de bacterias que generasen nuevas morfologías coloniales frente a aquellas que no lo hicieran. Es decir, había una presión de selección para que evolucionara un genotipo capaz de intercambiar la morfología colonial de forma rápida y al azar. Es lo que los autores han denominado colony switching. De los doce cultivos, sólo en dos de ellos apareció este tipo de fenotipo.

Fenotipo "bet-hedging". En la foto de arriba podemos ver una colonia translucida a la izquierda, otra opaca a la derecha y enmedio una con sectores. En la foto de abajo pueden observarse células con cápsula por el halo claro alrededor y sin cápsula. Fuente: Nature

Cuando se observaron al microscopio encontraron que los cultivos estaban compuestos por una mezcla de células que presentaban cápsula y otras sin ella. Al plaquear en medio sólido se observaban dos tipos de colonias: translúcidas y opacas. Pero también se observaban colonias con sectores opacos y translúcidos. Es decir, el nuevo genotipo permitía el intercambiar fenotipo capsulado y no capsulado. El siguiente paso fue comparar el genoma de estos mutantes con el genoma de la bacteria ancestral. Han encontrado 8 cambios, pero el fenotipo colony switching parece causado por una mutación en el gen carB. La mutación es un cambio de la arginina 674 por cisteína dentro de la secuencia de la proteína Carbamoilfosfato sintetasa, una enzima esencial en la biosíntesis de la arginina y de las pirimidinas. El mecanismo de todas formas debe de implicar alguna causa epigenética porque las células capsuladas y no capsuladas contienen el mismo gen mutante carB. Los autores también especulan sobre la posibilidad de que este tipo de mecanismo podría ser una solución evolutiva anterior al desarrollo de mecanismos reguladores de expresión génica que respondan a cambios ambientales.

Historia natural de la aparición del genotipo "bet-hedging". En la parte de abajo se muestran las diferentes cepas que van apareciendo. En las ordenadas las mutaciones que fueron apareciendo. La cepa ancestral es la 1A0 y la cepa cone l genotipo "bet-hedging" es la 1B4. Fuente: Nature

En cierta forma esto se parece al comportamiento de los inversores de bolsa. Un inversor que no aplicase la "diversificación de apuestas" pone todo su capital en una sola empresa. Si la empresa gana, el inversor gana mucho. Pero si la empresa pierde, lo pierde todo. Un inversor que aplica la "diversificación de apuesta" lo que hace es invertir parte de su capital en una empresa y otra parte en la empresa de la competencia. Siempre ganará, aunque menos cantidad que el que lo arriesga todo. La ventaja es que nunca pierde. Y es que en la carrera evolutiva a largo plazo es mejor ganar poco y no perder nunca, a ganar muchísimo y poder perderlo todo.

Una alternativa fúngica al poliestireno

2009-11-15T12:22:00.001+01:00

En la página Microbe World he encontrado esta interesante historia sobre el desarrollo de un nuevo biomaterial.

En el año 2007 Eben Baye y Gavi McIntyre tuvieron la idea de utilizar hongos que crecen sobre la madera para producir nuevos biomateriales. Fundaron la compañía Ecovative Design y en un año solicitaron la certificación de la American Society for Testing and Materials (ATSM) para un nuevo biomaterial llamado Greensulate. Este material está destinado a ser una alternativa a los materiales aislantes utilizados en la construcción. Pero sus inventores le han encontrado otros usos. Lo último que se les ha ocurrido es un sustitutivo para el poliestireno expandido, el famoso "corcho-blanco" que todo niño utiliza como imitación para la nieve en sus belenes. Su invención ha merecido ser reconocida por la revista Popular Science como uno de los inventos del año 2009. Lo han bautizado como EcoCradle.

El Greeninsulate y el EcoCradle se basan en el mismo principio. El biomaterial no se manufactura, se crece. Como sustrato de crecimiento usan desechos agrícolas como las cáscaras del arroz o del trigo. Esas cáscaras son ricas en celulosa y lignina. La materia vegetal se deposita en un molde con la forma que queremos obtener. Sobre dicho restos inoculan a un hongo y lo incuban durante 7 días. En esa semana las hifas del hongo van alimentándose de las cáscaras y creciendo entre ellas. Las enzimas secretadas por el hongo modifican la lignina de forma que se transforma en un material cohesivo. De esa forma se crea un entramado biológico compuesto por restos vegetales e hifas. El entrelazado es muy eficiente. En cada centímetro cúbico hay unos 800 metros de micelio. La densidad y resistencia del biomaterial puede alterarse dependiendo de las condiciones de crecimiento del hongo por lo que pueden crear una gran variedad de biomateriales. Finalmente cuecen el conjunto a unos 65 grados. Esto acaba con la vida del hongo, por lo que no se van a producir esporas ni componentes que puedan causar alergias. El resultado es un material muy parecido al poliestireno pero que tan sólo ha necesitado la octava parte de energía para su obtención.

¿Tendrá el poliexpan los días contados?

Hay más ventajas evidentes. El EcoCradle tiene las mismas propiedades empaquetadoras del poliestireno: protección, ligereza, resistencia, acolchamiento; pero no tiene el inconveniente de ser un plástico no biodegradable que persista durante siglos enterrado en un vertedero. Tienen la ventaja añadida de que no son inflamables debido al alto componente de restos de semillas que lleva. Pero la ventaja principal es que estos biomateriales son biodegradables, por lo que no se acumulan en el medio ambiente. De hecho, los fabricantes aconsejan que lo utilices en tu propio jardín como abono o como un producto para añadir al proceso de compostaje.

¿Y qué tipo de hongo es? Pues eso es un secreto industrial. Lo único que se sabe es que es un basidiomiceto, el grupo que incluye a los champiñones y a las setas de cardo. Aquí os dejo un video explicando las bondades del producto y su proceso de manufactura.

Con la iglesia hemos topado

2009-11-12T08:35:00.007+01:00

En mi universidad se ha organizado un ciclo de conferencias para conmemorar el año de Darwin. Por ahora se han impartido dos: "Hechos y teorías en los estudios evolutivos" por parte del profesor Luis Serra y "Teoría de la Evolución. Pensar desde la ciencia" por parte del profesor Andrés Moya. A pesar de la diferencia de título, ambas compartían un detalle. Se aludía al creacionismo y se criticaba la injerencia de la religión cristiana, en particular la católica, en el tema de la Evolución. Habría que apuntar que el actual movimiento creacionista conocido como "hipótesis del diseño inteligente" se basa sobre todo en los movimientos cristianos de caracter protestante o evangélico y no en el catolicismo, y que la defensa más virulenta del creacionismo ortodoxo se encuentra entre el fundamentalismo islámico. Pero lo importante es que se transmitió la acertada idea del error que supone que la religión se inmiscuya en cuestiones científicas. Sin embargo al escuchar algunas participaciones de los asistentes me reafirmé en mi creencia de que un error aún mayor es pensar que la ciencia es una religión.

Tras la conferencia del pasado lunes 9 de noviembre tomé el coche para irme a mi casa. Al poner la radio escuché una noticia que me llamó muchísimo la atención. El Vaticano había organizado una conferencia internacional sobre Astrobiología. Al parecer el nuevo papa y la alta jerarquía católica tienen asumido que en un futuro no muy lejano se va a encontrar vida extraterrestre, y como dice el refrán han puesto las barbas a remojar antes de que ET les llame por teléfono.

Además del año Darwin, este año también se conmemora el Año Internacional de la Astronomía ya que hace 400 años a Galileo se le ocurrió mirar con un telescopio a los cielos. Veinticuatro años después y a pesar de ser un protegido del papa Urbano VIII, fue obligado a retractarse de sus teorías por la iglesia católica. Hasta el año 1992 la iglesia no reconoció que se había equivocado (y no lo reconoció del todo). De todas formas la iglesia católica aprendió del error, porque nunca más se le volvió a ocurrir condenar como herética a una teoría científica. Como he dicho más arriba, la actual Teoría Evolutiva es atacada principalmente por cristianos evangélicos y por los fundamentalistas islámicos. Los católicos suelen mostrar más bien una posición neutral.

Lo que indica la organización de esta conferencia sobre Astrobiología es que la iglesia católica parece que ha aprendido de sus errores pasados, y que además se pre-adapta a los cambios futuros. Creo que hasta el propio Richard Dawkins reconocería que las ideas de la iglesia católica son un conjunto de memes que saben evolucionar bastante bien si lo comparamos con las otras confesiones. Hay que tener en cuenta que si se descubre vida en otros planetas será un hecho científico irrefutable y por lo tanto cualquier confesión religiosa se verá afectada profúndamente por dicho descubrimiento. No olvidemos que todas las religiones del mundo parten de la premisa básica de que un ser superior creo la vida en este planeta, pero en ningún escrito teológico se habla de otros planetas.

Comparación entre la educación basada en el método científico y en el método creacionista. En el primer panel puede leerse: "Aquí están los hechos. ¿Qué conclusiones podemos sacar de ellos?" En el segundo se lee: "Aquí está la conclusión. ¿Qué hechos podemos encontrar que la apoyen?"

Y en dicha conferencia no han metido a cuatro curillas mal informados. Todo lo contrario. Si uno lee el programa, los abstracts y luego echa un vistazo a la lista de participantes verá que la mayor parte de los 31 conferenciantes son científicos de primer nivel. Entre ellos está John Baross, uno de los microbiológos que más ha trabajado en los ecosistemas microbianos que se encuentran alrededor de las chimeneas volcánicas submarinas, Shelley D. Copley bioquímica especialista en biorremediación por su trabajo en las reacciones de las dehalogenasas, o Franck Selsis que hizo el postdoc en el Centro de Astrobiología de Madrid y es uno de los descubridores de la presencia de vapor de agua en un planeta extrasolar.

En interés de enseñar "ambos lados" he pensado que voy a dedicar el mismo tiempo a la Teoría de la Evolución...

Quién sabe, a lo mejor nos encontramos en un futuro una situación como la descrita en el dibujo de arriba. Como dice la canción de Pedro Navaja, la vida te da sorpresas, sorpresas te da la vida...

Arthromitus, un microorganismo probiótico segmentado

2009-11-10T16:01:00.007+01:00

En el blog se ha comentado más de una vez el papel de los probióticos: las bacterias comensales intestinales importantes en el mantenimiento de la salud humana. Bien, pues por fin se ha conseguido identificar a una especie bacteriana que parece estimular la producción de células inmunes en el ratón. Y ya se sabe que lo que ocurre en las tripas de un ratón, bien puede suceder en las de un humano.

El intestino de cualquier vertebrado, incluidos los seres humanos, está colonizado por cientos de especies microbianas. Mantenemos con ellos una relación simbiótica beneficiosa para ambas partes. Ellos tienen un lugar para vivir y alimento en abundancia. A cambio, nuestro sistema inmune se desarrolla y funciona mejor, evitamos infecciones por parte de patógenos oportunistas y la reparación de nuestras barreras mucosas es más eficiente y rápida. Pero no estaba muy claro como podían realizar esta última parte. Lo que se ha encontrado ahora, es que determinadas bacterias se localizan en zonas específicas del intestino delgado y actúan como un perro guardián que lanza la alerta si algo afecta a las comunidades microbianas locales.

Los distintos tipos de Linfocitos T CD4, las interleukinas que producen y las funciones en las que están involucrados.

Está claro que debe de haber alguna comunicación entre los millones de bacterias comensales de nuestros intestinos y las células del sistema inmune. En el año 1994, los científicos R. Seder y W. Paul describieron los primeros indicios sobre dicha comunicación. Las células del sistema inmune conocidas como linfocitos T CD4, también conocidos como linfocitos Th o T helper (ayudante), adquirían distintas propiedades funcionales en respuesta a las señales recibidas por la microbiota comensal. Hay tres tipos de linfocitos T helper: Th1, Th2 y Th17. Los dos primeros eran conocidos desde hace bastante tiempo y son los principales encargados de lidiar con los microorganismos patógenos intracelulares o con los helmintos (las famosas lombrices o gusanos intestinales). Los Th17 son una clase de linfocitos recientemente descubierta y son llamados así porque secretan Interleukina 17 (IL-17). Estos linfocitos están especializados en la protección de las superficies de las mucosas frente a la invasión por bacterias u hongos patógenos. Además las Th17 están involucradas en las enfermedades autoinmunes por su papel en los fenómenos inflamatorios. Las Th17 son muy abundantes en el tejido intestinal, sobre todo en la llamada lámina propia, donde se acumulan sólo cuando hay presencia abundante de microbiota comensal. Cuando se utilizan ratones sin flora intestinal (ratones GF por Germ Free) se observa que carecen de este tipo de células en sus intestinos. Si se permite la colonización intestinal bacteriana en los ratones GF, se observa la aparición de dichas células al cabo de un tiempo.

Árbol filogenético a partir del 16S rRNA mostrando las diferencias de la microflora intestinal del ileon terminal en los ratones B6 provenientes de Jacksons Laboratory (Rojo) y Taconic Farms (Verde). La flechas indican las diferencias más destacables. En los ratones de Taconic se observa una mayor abundancia de la especie Lactobacillus murinus (94 veces) y del género Arthromitus (40 veces). Fuente: Cell

Pero había una serie de resultados desconcertantes. Por ejemplo, se había observado que una misma cepa de ratón (en concreto la cepa B6) podía tener diferente proporción de células Th17 en sus intestinos dependiendo de la empresa que vendía los ratones. Los animales de laboratorio son criados en instalaciones específicas y en condiciones muy controladas. La misma cepa de roedor puede ser vendida por más de una compañía. Teóricamente todas manejan a sus animales de manera similar y uno esperaría que no hubiera diferencias significativas entre los animales, sobre todo a nivel de microflora intestinal. Pero se encontró que si las había. Los ratones B6 de la compañía Jacksons Laboratory mostraban muchísimas menos células Th17 que los ratones B6 provenientes de la compañía Taconic Farms. Cuando se ponían juntos ratones B6 de ambas compañías, los ratones de la Jacksons desarrollaban sus células Th17 al cabo de pocas semanas. No sólo eso, cuando a los ratones GF se les inoculaba con bacterias intestinales de los ratones B6 de los laboratorios Jacksons no se desarrollaban tantas células Th17 como en otros ratones inoculados con bacterias intestinales de ratones B6 de Taconic Farms. Ambos resultados apuntaban a la hipótesis de que había un tipo particular de bacterias comensales que estimulaban el crecimiento de las Th17.

Profesor Dan Littman

Una colaboración internacional entre distintos grupos investigadores liderados por el Dr. Dan R. Littman del Howard Hughes Medical Institute parece haber encontrado el tipo específico de bacterias que estimulan el crecimiento de las células Th17. Sus resultados se recogen en un interesante artículo publicado por la revista Cell. Comparando la microbiota intestinal de los ratones B6 provenientes de Jacksons Laboratory y de Taconic Farms, encontraron un tipo específico de bacterias presentes en los últimos. El aspecto de estas bacterias es el de unos largos y delgados filamentos con segmentaciones regulares. Por eso se les conoce por sus siglas en inglés: SFB (Segmented Filamentous Bacteria) aunque desde hace tiempo se ha propuesto un nuevo género para denominarlas: Arthromitus, que precisamente significa filamento segmentado.

Comparación del epitelio intestinal de ratones B6 de Jacksons (Jax) y Taconic (Tac). En las fotos de arriba puede distintinguirse a las SFB unidas en el epitelio del ratón Tac. Las fotos de enmedio muestran con detalle a las SFB unidas a una célula del epitelio intestinal del ratón. Las fotos inferiores son un corte comparando el epitelio de un ratón de Jacksons y otro de Taconic con una SFB unida. Fuente: Cell

Los investigadores no se quedaron ahí. Han demostrado también que la inoculación de estas bacterias en ratones GF era suficiente para inducir la producción de células Th17 y que se activase un programa genético proinflamatorio. Ese resultado sugiere que las SFB actúan como un modulador de las diversas respuestas del sistema inmune.

Procesos biológicos específicamente inducidos por las SFB. Las columnas inferiores son procesos inmunológicos. Fuente: Cell

El último paso fue comprobar el papel de estas bacterias frente a la presencia de un patógeno intestinal. Se escogió a la bacteria patógena Citrobacter rodentium, pues es un buen modelo para estudiar las enfermedades causadas por gérmenes como Escherichia coli enteropatógena que puede hallarse contaminando algunos alimentos. Lo que se encontró es que los ratones que tenían SFB en sus intestinos prevenían la infiltración del patógeno en la pared del colon, además de presentar una inflamación más reducida. Es decir, las SFB incrementaban la protección de las mucosas frente a enteropatógenos.

Citrobacter rodentium adherido al epitelio intestinal

El Dr. Littman ve futuras aplicaciones prácticas a estos resultados. Vaticina que la secuenciación del genoma de estos microorganismos podría permitir la identificación de las proteínas o las moléculas responsables de estos efectos. Si se pudiese aislar esas moléculas se podría imitar la presencia de las SFB en el intestino y así fortalecer la resistencia frente a los patógenos. Además este resultado ha dado otra pista sobre otro tipo de patologías. En muchas enfermedades autoinmunes como la enfermedad de Crohn o la psoriasis, se ha observado un hiperactivación de las células TH17. Dicha hiperactivación causa una inflamación excesiva dañando los tejidos. Una hipótesis es que esa hiperactivación sea desencadenada por la presencia de algún patógeno específico en el intestino que pudiese contribuir al desencadenamiento del síndrome autoinmune.

Pesadilla sanitaria

2009-11-04T14:28:00.001+01:00

La bacteria Staphylococcus aureus, una auténtica pesadilla sanitaria

Esta noticia si que da miedo. Se está celebrando el 47th annual meeting of the Infectious Diseases Society of America y allí la División de Enfermedades Infecciosas del hospital Henry Ford de Detroit ha presentado un estudio sobre una cepa de Staphylococcus aureus Resistente a Meticilina. A este tipo de cepas se las suele conocer por sus siglas en inglés: MRSA.

Las cepas MRSA son resistentes a los antibióticos más comunes de la farmacopea como la penicilina o sus derivados. Gran parte de las infecciones se dan en pacientes que han sido hospitalizados y operados, son las llamadas infecciones nosocomiales. Pero también se han descrito casos de infecciones en gente sana que han adquirido la bacteria del medio ambiente por causa de alguna herida. Estas bacterias causan infecciones en la piel, en sangre o en heridas. Debido a su resistencia a los antimicrobianos, las infecciones debidas a las MRSA suelen ser tratadas con vancomicina. Este antibiótico suele usarse como último recurso en el caso de una infección. Por eso una de las grandes preocupaciones de la sanidad pública es que aparezcan cepas que sean resistentes a los llamados antibióticos de último recurso.

Estructura de la vancomicina

En el trabajo liderado por la doctora Carol Moore, han comparado la mortalidad producida por infecciones nosocomiales entre cepas MRSA, y han encontrado una especialmente virulenta denominada USA 600, que además es resistente a vancomicina. Esta cepa causa que el 50% de los pacientes infectados mueran al cabo de 30 días. En comparación, otras cepas MRSA solo mostraban entre un 11% a un 30% de mortalidad.

Al parecer esta cepa contiene unas características únicas que explicarían la alta mortalidad, aunque tampoco pueden descartarse factores como la edad de los pacientes. Los ancianos suelen ser más susceptibles a estos microorganismos que los pacientes más jóvenes. En el estudio, la media de edad de los fallecidos por la cepa USA600 es de 64 años, mientras que la media de edad de los fallecidos a causa de las otras cepas MRSA es de 52 años. La doctora Moore avisa que el potencial de diseminación de esta cepa tan virulenta es preocupante por lo que es esencial que se dediquen los mayores esfuerzos a la caracterización de dicha bacteria y al desarrollo de medidas para combatirla. No debemos olvidar que gracias la facilidad para viajar de una parte a otra del globo este tipo de cepas resistentes a antibióticos pueden diseminarse muy rápidamente a cualquier parte del mundo.

Proporción de aislados de cepas MRSA en Europa durante el año 2007 según datos del Sistema Europeo de Vigilancia de las Resistencia a los Antimicrobianos (EARSS)

Películas y Bichos: De los virus como agentes etiológicos de la zombificación

2009-10-31T18:09:00.020+01:00

English Title: On viruses as etiological agents of zombification

Abstract: Viruses are pathogens that causes numerous diseases. It has been reported an increase of viral-zombification cases during Halloween. This paper deals with the biology and pathogenicity of the viruses that cause such terrible disease. The resemblances and differences with other microbial pathogens that causes neurological disorders is discussed. A new taxon, family Zombiviridae, is proposed.

Palabras Clave: Virus, Zombi. ........ Keywords: Virus, Zombie

Introducción

Los virus son conocidos por provocar numerosas y variadas enfermedades. Sin embargo es notorio que en el período conocido como Halloween son numerosos los avistamientos de seres humanos que están infectados por el tipo de virus más mortal jamás conocido por la humanidad, al menos en la pantalla de cine. Este tipo de patógenos no produce síntomas tan leves como fiebres hemorrágicas o neumonías. Los infortunados seres humanos que son infectados por este tipo de virus sufren una perdida total de sus funciones cerebrales superiores y se transforman rápidamente en una maquina inmortal e indestructible, con un gran impulso de deglutir carne humana no infectada. Esa observación indica que el tiempo de multiplicación de estos virus es extremadamente rápido y que deben de generar una neurotoxina muy potente. En el presente trabajo se propone englobarles en un nuevo taxón: la familia Zombiviridae.

Características comunes de la familia Zombiviridae

Existe una gran variedad de virus causantes de la zombificación por lo que su clasificación es bastante complicada, pero casi todos ellos comparten una serie de propiedades.

1.- Su origen suele ser artificial.
2.- Se transmiten por la saliva y por la sangre
3.- Inactivan el cortex cerebral destruyendo las acciones conscientes
4.- No hay casi ninguna posibilidad de inmunización ni de resistencia natural
5.- El tiempo de incubación es inferior a 30 minutos
6.- Aunque no causa la muerte total, la zombificación produce necrosis de los tejidos
7.- Su potencial pandémico puede acabar con toda la humanidad

Adicionalmente, se ha hipotetizado con que los cuerpos zombificados deben de desarrollar algún tipo de receptor o feromona que les permita reconocer a los humanos vivos de los zombies (1). El voraz apetito de los zombies parece explicarse por el hecho de que los Zombiviridae causan una necrosis acelerada de los tejidos y la ingesta de carne podría reemplazar el material celular descompuesto.

Otras criaturas zombies en la naturaleza

Toxoplasma gondii

El que un parásito cambie el comportamiento de su hospedador no es nuevo en el mundo animal (2). El ejemplo más conocido es el caso de Toxoplasma gondii causante de la Toxoplasmosis (3). Este protozoo tiene como hospedador definitivo el gato, pero otros mamíferos pueden alojarle en otras fases de su ciclo vital. Los ooquistes se encuentran en las heces de los gatos infectados. Si los restos son ingeridos, el parásito pasa del intestino a los tejidos del hospedador intermedio, fundamentalmente en el cerebro y los músculos. En el caso de los roedores, se ha comprobado que el parásito provoca un cambio en el comportamiento. El roedor se expone al felino para así ser comido. De esta forma el parásito es transmitido a su huésped final donde puede completar su ciclo sexual. En todos estos ejemplos, los agentes etiológicos pueden ser un insecto, un hongo, un nematodo o un protozoo, pero nunca un virus. La otra gran diferencia con la zombificación vírica es que el animal infectado no busca atacar y devorar a sus congéneres.

Semejanzas y diferencias entre las familias Rhabdoviridae y Zombiviridae.

Los virus de la familia Rhabdoviridae infectan tanto animales como plantas (4). Su genoma es una molécula de RNA monocatenario de sentido negativo con un tamaño de unas 15 kb. Tienen forma de bala y presentan envoltura. El virus de la rabia comparte la característica de ser transmitido por la saliva, por lo que la mordedura de un animal infectado es la forma más frecuente de ser infectado (5). Tras su entrada en el organismo, el virus viaja por las vías nerviosas hasta llegar al sistema nervioso central donde causa una encefalitis. Desde allí se disemina al resto de los órganos, principalmente a las glándulas salivares. Sin embargo, a diferencia de los zombivirus, el desarrollo de la patología es muy lenta. Los primeros síntomas se manifiestan a partir de los dos meses desde la infección. Además, por fortuna es posible la inmunización y el tratamiento de estos virus si el paciente es atendido dentro de los diez días posteriores a la infección.

Epidemiología de los zombivirus.

El trabajo pionero descrito por el grupo del Doctor Robert J. Smith? ha permitido concretar las pautas a seguir en caso de un brote epidémico de zombivirus (6, 7, 8). Según los diversos modelos matemáticos analizados, la mejor respuesta de las autoridades sanitarias sería la cuarentena y eliminación de todos aquellos que se encuentren en el área afectada. Otros escenarios como el establecimiento de una cuarentena, o el desarrollo de un tratamiento que pueda combatir la infección no consiguen erradicar convenientemente al agente patógeno, por lo que el resultado invariable es el exterminio de la humanidad.

Miembros de la familia Zombiviridae

T-Virus
Desarrollado por la industria farmaceutica Umbrella (9).
Síntomas adicionales: mutante némesis: alteraciones teratogénicas que causan un gran desarrollo muscular.
Zombificación en 15 minutos.
Posible tratamiento curativo, aunque por ahora es ineficaz.

Virus REC
Único zombi-virus de posible origen natural. Caso cero en Portugal (10).
Hay datos que apuntan a que podría tratarse de un prion.
Transmisión por saliva y sangre.
El grupo sanguíneo parece afectar al desarrollo de los síntomas.

Virus Rage
Desarrollado en la Cambridge Primate Research Facility (11).
Es el zombi-virus con menor potencial pandémico
Puede transmitirse a través de la conjuntiva del ojo
Zombificación en menos de 15 minutos
Los afectados muestran cierta fotosensibilidad. Son de hábitos nocturnos.
Tampoco son inmortales y pueden morir de inanición

Krippin Virus
Desarrollado por mutación de una forma modificada genéticamente del virus del sarampión que era usada como agente terapéutico contra el cancer (12).
Los afectados sufren fotofobia, pero sus funciones cerebrales superiores no son destruidas por completo.
Asimismo, la infectividad del virus se ve afectada por el frío
Es el único zombivirus cuyo genoma es conocido (RNA cadena simple negativo).
También es el único zombivirus en el que se ha descrito inmunidad natural, y en el que se ha desarrollado una cura

Conclusión

Aunque los zombies son conocidos desde hace bastante tiempo, parecían estar limitados al área geográfica del Caribe. Sin embargo en 1968 se describió el primer brote de zombificación masiva (13), aunque debido a causas físicas y no biológicas. Dicho brote despertó un inusitado interés en la sociedad sobre el fenómeno zombie. Desde entonces se han descrito numerosos brotes, aunque la mayor parte de ellos originados por efectos de la radiación o por productos químicos. Es en la actual década cuando se han descrito brotes de zombificación causados por virus. El hecho de que no hayan sido descritos anteriormente hace suponer que quizás haya una cierta correlación con el actual cambio climático y esta nueva enfermedad emergente, aunque serían necesarios nuevos experimentos para confirmar ese punto. Otra línea de estudio podría ser determinar la relaciones filogenéticas de los Zombivirus con la familia Vampiriviridae (14), a pesar de que la principal diferencia con esta última es el que los afectados conservan sus funciones cerebrales superiores y que muestran una marcada fotofobia. Sin duda este nuevo campo de la monstruovirología será ampliado en el futuro a pesar de lo peligroso de sus investigaciones.

Bibliografía:

1.- Zombie Biology
2.- Zombie Creatures
3.- Toxoplasma gondii
4.- Familia Rhabdoviridae
5.- Rabia
6.- BBC news
7.- Universidad de Otawa
8.- Infectious Disease Modelling Research Progress
9.- "Resident Evil"
10.- "REC"
11.- "28 días después"
12.- "Soy leyenda"
13.- "La noche de los muertos vivientes"
14.- "Blade"

Agradecimientos:
Agradezco a la Fundación "Rocky Horror Picture Show" su apoyo para la realización de este trabajo de Halloween. Al Doctor Frederick Fronkonstin por el envío de los ejemplares de su colección de zombis y no-muertos. Al Doctor César Sánchez por los modelos epidemiológicos. Y a los Doctores Frankenstein y Hannibal Lecter por la revisión del manuscrito.

FELIZ HALLOWEEN

Audio en "El podcast del microbio"

De violines y setas

2009-10-27T08:43:00.002+01:00

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Esta entrada es una adaptación del material escrito por Moselio Schaeter en su blog "Small things considered"

Antoni Stradivari era un luthier italiano que vivió entre los siglos XVII y XVIII. Llegó a tal grado de maestría que sus instrumentos de cuerda son considerados como los mejores del mundo. Son los famosos Stradivarius.

La sonoridad de los Stradivarius es de tan alta calidad que todos los esfuerzos por manufacturar un instrumento similar han fracasado hasta el momento. George Eliot llegó a decir que Dios no puede hacer un Stradivarius sin Antonio Stradivari. Parecía que éste se había llevado el secreto de los violines a su tumba y por eso son muchos los que han intentado descubrirlo. Pero sin embargo parece que en realidad no había tal secreto.

Una de las hipótesis que explicaba la especial sonoridad de los violines tiene que ver con un cambio climático sucedido en el pasado. Entre los siglos XVI y XVIII ocurrió la llamada Pequeña Edad de Hielo, una época con muy bajas temperaturas. El frío provocó que los árboles crecieran lenta y uniformemente por lo que la madera de esos árboles era mucho menos densa. Antonio Stradivari utilizó madera de arce y abeto crecidos durante esos años para elaborar sus instrumentos. Así que en teoría el "secreto" se reduce a emplear una madera menos densa. Pero ¿dónde encontrarla ahora que no hace tanto frío?

Physisporinus vitreus (fuente)

Xylaria longipes, también conocido como "dedos de muerto" (fuente).

Un grupo de científicos alemanes y suizos liderados por el Dr. Francis Schwarze han encontrado la solución. Lo que han hecho es someter las piezas de madera a la acción de un par de hongos: Physisporinus vitreus (un basidiomiceto) y Xylaria longipes (un ascomiceto). Ambos hongos degradan parcialmente las paredes celulares de las células vegetales dejando la lignina intacta lo que provoca quela madera sea menos densa. El primero de ellos fue utilizado para la madera de la pieza superior. El segundo para la pieza que sirve para el fondo. Incubaron las piezas de madera durante seis a nueve meses para conseguir un adelgazamiento adecuado y así mejorar las propiedades acústicas.

Secciones transversales de madera de sicomoro mostrando el adelgazamiento provocado por Xylaria longipes. (Fuente)

Transcurrido ese tiempo la madera estaba recubierta completamente por el micelio de los hongos. Posteriormente el luthier Michael Rhonheimer fabricó cuatro violines. Uno tratado con madera tratada durante seis meses. Otro con madera tratada por nueve meses, y dos violines con madera sin tratar. Y entonces llegó la prueba de fuego.

El violinista Matthew Trusler tocó los cuatro violines y su propio Stradivarius para una audiencia de 180 personas. Trusler tocó detrás de una cortina para evitar que el público viera los violines. De los asistentes, 90 puntuaron al violín biotratado durante nueve meses como el que mejor sonaba. En segundo lugar quedó el Stradivarius, seguido por el bio-violín de seis meses. Los violines sin tratar quedaron los últimos. Lo más llamativo es que 113 asistentes pensaron que "Opus-58", el nombre del bio-violin de nueve meses, era el auténtico Stradivarius.

Los cinco violines utilizados

¿Qué va a suponer esto? Pues en principio abaratar algo los precios de un instrumento de calidad excepcional. Para hacernos una idea. El Strad utilizado por Trusler en el concierto tiene un valor de 2 millones de dólares. "Opus-58" ha costado 25.000 dólares, cuarenta veces menos. Y si tenemos en cuenta que generalmente el primero suele ser el más caro, es probable que el precio todavía baje algo más en el futuro.

Esta entrada se ha realizado en base a los siguientes artículos:

Blog "Small Thing Considered": Fiddling with Fungi y Fiddling with Fungi: And the Winner Is…
Noticia en Science daily

La Micro en la radio

2009-10-26T08:41:00.007+01:00

A partir de las once y media de hoy comienza a emitirse el programa "Micro-Ciencia" en Radio UMH. Es un espacio diario de cinco minutos dedicado a la divulgación y a las noticias del mundo de la Microbiología. Muchas de ellas están sacadas de las entradas del blog, aunque otras están sacadas de otros blogs dedicados al mundo de los microorganismos.

Las emisiones serán de lunes a viernes. La emisión es matutina, pero se repite por la tarde a las cuatro y media. Los programas pueden descargarse en la web del programa cuyo link aparece en la columna de la izquierda bajo el epígrafe de Datos Personales.

También he incluido el link a los podcast en español de "Mundo de los Microbios", un sitio desarrollado por la ASM.

¿Vacunarse o no vacunarse? Esa es la cuestión

2009-10-22T12:24:00.006+02:00

Dentro de poco comenzará la campaña de vacunación contra la gripe A en nuestro país. Y lo cierto es que se ha levantado una polémica bastante curiosa sobre si uno debe de vacunarse o no. Incluso dentro del colectivo de médicos han surgido voces en contra de la vacunación masiva.

El porqué de ese miedo a la vacunación tiene que ver con el brote de gripe porcina que ocurrió en 1976. Resulta que un soldado murió en un campamento militar de Nueva Jersey y se tuvo que hospitalizar a cinco más. Las autoridades sanitarias temieron que volviese a ocurrir algo como la pandemia de 1918, así que dieron la voz de alarma y se realizó una campaña de vacunación masiva. 48 millones de personas, un cuarto de la población estadounidense, fueron vacunadas. De éstas, 532 se vieron afectadas por el llamado síndrome de Guillain-Barré, una forma de parálisis desencadenada por una respuesta autoinmune que acaba atacando a las células nerviosas. La mayor parte se recuperaron, algunos con secuelas de por vida, y 25 de los afectados murieron. Lo dramático fue comprobar que dicha gripe porcina sólo acabó con la vida de su primera victima. El resto de afectados sólo sufrieron leves síntomas gripales. Resumiendo, la precipitación provocó que se matara una mosca a cañonazos.

En el síndrome de Guillain-Barré el sistema inmune destruye la vaina de mielina de las fibras nerviosas

Lo cierto es que por ahora la gripe A no parece ser tan grave como se temía al principio. Pero como se indica en la revista New Scientist, no se debe de bajar la guardia. Una cosa que si está comprobada es que, al contrario que la gripe estacional, esta gripe mata gente joven incluyendo aquellos que están sanos. Ciertamente el porcentaje de mortalidad es bajísimo (2 por millón de infectados), pero no hacer nada es arriesgado.

Si uno se vacuna puede tener la mala suerte de verse afectado por el síndrome de Guillain-Barré. La incidencia actual es de 1 entre 1 millón. En 1976 llegó a ser de 20 por millón. Pero hay que tener en cuenta una cosa. El síndrome de Guillain-Barré no sólo es desencadenado por una vacuna, puede ser desencadenado por otros factores, entre ellos el de padecer la gripe. La incidencia en ese caso aumenta hasta 70 casos por millón.

Como siempre, lo mejor es consultar al médico.

Audio en "el podcast del microbio"

Evolución genómica y adaptación

2009-10-19T13:05:00.007+02:00

El profesor Richard Lenski

Hace un tiempo se comentó en este blog el famoso experimento de Richard Lenski para observar la evolución de un ser vivo en tiempo real. En el último número de la revista Nature aparece un nuevo resultado de tan interesante experimento.

Esta vez han secuenciado y comparado los genomas de las diferentes generaciones de la bacteria Escherichia coli que han sido congeladas periódicamente a lo largo de los veinte años que ya dura el experimento. De esa forma esperan medir con precisión como la Selección Natural ha ido cambiado paso a paso los genomas de esas bacterias. Por ahora llevan 40.000 generaciones. Es como si comparáramos el genoma de un ser humano actual con el de un Homo antecessor. Evidentemente habrá cambios entre ambos. Lo interesante es determinar la relación entre la velocidad de evolución genómica y las adaptaciones (fitness) que aparecen en los organismos. Siguiendo con el ejemplo del H. antecessor, imaginémonos que pudieramos ver los cambios genéticos responsables de que nosotros ya no tengamos el aspecto simiesco de nuestros antepasados.

En el experimento de Lenski, doce poblaciones independientes de la bacteria E. coli se crecen en un medio con pocos nutrientes denominado medio DM. Lo primero que vieron fue que la velocidad de adaptación era bastante rápida al inicio del experimento. En menos de 2.000 generaciones las bacterias se adaptaron al medio DM pues se habían hecho más grandes y se dividían más rápidamente que la cepa original. Sin embargo esa adaptación pareció estancarse pasado un tiempo ya que el medio ambiente es constante. Pero cuando los investigadores observaron los cambios genómicos encontraron algo llamativo. Durante 20.000 generaciones los cambios genómicos habían sucedido a una velocidad constante, aunque esos cambios no se manifestaban en el fenotipo de la bacteria y por eso los investigadores no eran capaces de detectarlos.

Se considera que los cambios genéticos que suceden de manera regular es algo típico de la evolución neutralista. Pongamos un ejemplo. Una mutación no neutralista es aquella que cambia el fenotipo del ser vivo, sea para bien o para mal. Así, si en un gen el codon UUA que codifica para el aminoácido leucina cambia a UAA tendremos un codon stop, y en lugar de una proteína activa acabaremos con una proteína truncada. Pero si ese cambio es a la secuencia UUG, seguiremos con una proteína activa porque ese codon codifica para leucina. Según la teoría de la Selección Natural, las mutaciones que perviven en una población suelen ser las beneficiosas. Las que son perjudiciales desaparecen. Pero las neutrales también permanecen porque al no ser perjudiciales, la Selección Natural no actúa sobre ellas.

Gráfica que muestra la velocidad de los cambios en el genoma (círculos azules) y de los cambios adaptativos, o fitness, (cuadrados verdes) de una población con respecto a su ancestro. La línea azul representa el resultado esperable en modelo en el cual las mutaciones se acumulan uniformemente en el tiempo. La linea verde en cambio es una curva hiperbólica a la que mejor se ajustan los resultados obtenidos. La gráfica pequeña muestra el número de mutaciones en el clon correspondiente a las 40.000 generaciones. (Fuente: Barrick et al. Nature)

Hasta las 20.000 generaciones se habían producido un total de 45 mutaciones. Pero se han encontrado con algo que el propio Lenski ha definido como "inesperado y complejo". Una de las poblaciones estudiadas sufrió un peculiar cambio después de las 20.000 generaciones que permitió que se incrementara su velocidad de mutación. Esto provocó que se acumulasen numerosas mutaciones en el genoma. Es lo que se conoce como fenotipo hipermutable. Se acumularon 653 mutaciones al llegar a las 40.000 generaciones. Como el medio ambiente es constante, la mayor parte de las nuevas mutaciones son de carácter neutral, pero también comenzaron a notar un incremento de las mutaciones beneficiosas. En palabras de Dominique Schneider, uno de los autores del artículo, los nuevos datos destacan de manera muy hermosa la sucesión de eventos mutacionales que permiten a estos organismos alcanzar una mayor eficiencia en su ambiente.

Es decir, la evolución adaptativa y la evolución genómica no van al mismo ritmo, incluso en un ambiente constante. Si esto ocurre en un sistema experimental tan sencillo no es de extrañar el que los autores prevengan sobre llegar a interpretaciones categóricas sobre velocidades evolutivas en la naturaleza sin un conocimiento específico de los procesos genéticos tanto a nivel molecular como de población.

Nada mejor para conmemorar el bicentenario de Darwin que un experimento como este.

La bacteria de los huevos de oro

2009-10-13T13:14:00.002+02:00

Cupriavidus metallidurans es el nombre de una bacteria que presenta una sorprendente capacidad biomineralizadora. Es capaz de precipitar oro en forma mineral.

Hace varios años un grupo investigador australiano aisló dicha bacteria de la superficie de pepitas de oro. Lo que les llamó la atención es que dicho microorganismo podía aislarse en explotaciones auríferas que estaban alejadas entre sí por más de 3.500 kilómetros. Sin embargo no se comprendía muy bien el porqué dicha bacteria colonizaba tan preciado metal. Ahora el misterio parece haber sido resuelto.

Los iones metálicos son unos tóxicos muy potentes porque suelen actuar como inhibidores enzimáticos. Además, los iones metálicos son solubles en agua. Esa es la razón de que se fumigue con sulfato de cobre a las viñas, o de que se utilice cromo como agente anticorrosivo. Pero muchos microorganismos son capaces de resistir la acción de dichos iones de una forma muy simple. Reducen el ion y de esa forma el metal pasa a tener carga neutra, es decir, pasa a estado metálico y en esa forma suele precipitar.

Algo similar se ha observado en este caso. Se preparó una solución de complejos de hidroxicloruro conteniendo el ion de oro: Au III. Dichos complejos son bastante tóxicos. C. metallidurans respondía acumulando rápidamente dicho compuesto en su interior. Lo siguiente que se observó es que se inducía una serie de genes para resistir el stress oxidativo y las altas concentraciones de metales pesados. Se producían entonces una serie de reacciones bioquímicas que provocaban la reducción del oro y la precipitación en forma de nanopartículas de oro metálico (Au 0).

Microfotografía electrónica de transmisión de C. metallidurans conteniendo una nanopartícula de oro en el periplasma (punto negro debajo de Au-particle). A la derecha se observa una microfotografía electrónica de barrido de un biofilm conteniendo partículas de oro. El espectro situado en la esquina inferior izquierda muestra la composición de dicho biofilm (Fuente Reith et al. PNAS 2009)

La hipótesis que se baraja es que esas nanopartículas de oro serían los embriones de las famosas y pepitas de oro tan deseadas por los típicos buscadores que aparecen con sus cedazos en películas como "La leyenda de la Ciudad sin Nombre" o en "La quimera del oro". Es decir, esta bacteria está implicada en el ciclo biogeoquímico de un metal precioso. Lo más interesante que han encontrado es que hay una serie de genes en dicha bacteria que se activan exclusivamente por la presencia de oro y no por otros iones metálicos. Esto lo han descubierto cuando compararon la respuesta de C. metallidurans a complejos de hidroxicloruro conteniendo hierro, cobre o zinc. Se activaba el mismo tipo de respuesta contra el stress y los metales pesados, salvo por un puñado de genes.

Se está intentado caracterizar dicho operón oro-específico porque sus aplicaciones podrían ser numerosas. La caracterización será tanto a nivel genómico como proteómico. Esto podría permitir el desarrollo de biosensores que permitiesen encontrar yacimientos de oro con mayor facilidad. Pero también permitiría el desarrollo de nuevas herramientas de bioprocesado para el mineral de oro. Actualmente la industria del oro es muy contaminante porque para su extracción es necesario usar compuestos de cianuro. Quizás esta bacteria sea el primer paso para unas explotaciones auríferas mucho menos dañinas para el medio ambiente.

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Temblores

2009-10-07T07:03:00.012+02:00

Cuando un microbiólogo oye el vocablo Streptomyces suele pensar en tres cosas: suelo, antibióticos y tierra mojada. Porque las bacterias pertenecientes a dicho género son habitantes comunes de la microbiota del suelo. A su vez son los principales productores industriales de antibióticos. Y una de las diversas sustancias que producen es la geosmina, un compuesto que es responsable del característico olor a "tierra mojada por la lluvia".

Microfotografía de un Streptomyces mostrando esporas e hifas aéreas

Pero si los datos del artículo publicado en PLoS ONE se confirman habrá que empezar a pensar en otra cosa más preocupante. Un grupo de la Universidad de Alabama ha encontrado que un compuesto producido por la bacteria S. venezuelae es capaz de matar selectivamente las neuronas productoras de dopamina en el nematodo Caenorhabditis elegans. Este efecto neurotóxico no se observa con otras bacterias, ni otras especies de Streptomyces, como S. coelicolor o S. griseus.

Caenorhabditis elegans

Anatomía de Caenorhabditis elegans. La cabeza está apuntando a la izquierda

Pero ¿qué importancia tiene que se muera un gusano de un milímetro de largo por una bacteria del suelo? Bueno, C. elegans es uno de los organismos modelo utilizados en Biología. Está tan bien estudiado que se sabe perfectamente como se originan cada una de sus células según se va desarrollando. Por ejemplo, su sistema nervioso está compuesto exactamente por 302 células, ni una más, ni una menos. Cuando se describe algún mecanismo celular en este nematodo, hay un 99 % de posibilidades de que se encuentre un mecanismo homólogo en los mamíferos. Y si se mueren las neuronas productoras de dopamina por la acción de S. venezuelae, es muy probable que ocurra lo mismo con las neuronas humanas.

Localización de la sustancia negra en el cerebro

En los humanos, las neuronas productoras de dopamina se encuentran en la llamada sustancia negra. Su muerte es uno de los síntomas de la tristemente famosa enfermedad de Parkinson. Uno de los factores que predisponen a dicha enfermedad es la genética. Hay una serie de genes implicados en el sistema del proteosoma encargado de la degradación de proteínas unidas a ubiquitina. Si funcionan mal, proteínas como la α-sinucleina, comienzan a acumularse y forman cuerpos de inclusión (Cuerpos de Lewy). Pero también hay casos de Parkinson debidos a otros factores. Se suponía que había toxinas ambientales que lo provocaban, pero se desconocía cuáles eran. El trabajo del grupo liderado por G.A. Caldwell es el primero en proporcionar una pista.

Modelo estructural del proteosoma

Precisamente es en el proteosoma donde actúa el metabolito producido por S. venezuelae. Al inhibir su acción, las neuronas se mueren y se produce un proceso neurodegenerativo en el gusano. Peor aún, si hay dopamina el efecto de la toxina se multiplica y la neurodegeneración es mucho más rápida. Los investigadores no se quedaron ahí. También comprobaron que dicho efecto neurotóxico se reproducía en células humanas.

Anatomía del sistema nervioso de C. elegans marcado con la proteína verde fluoreceste (Fuente bibliográfica).

Experimento en el que se ha marcado mediante la proteína bioluminiscente GFP, a las neuronas dopaminérgicas del gusano C. elegans. Los gusanos que son expuestos a un medio que ha contenido a la bacteria Escherichia coli presentan un sistema nervioso normal. Los gusanos que han sido mantenidos en un medio conteniendo S. venezuelae muestran una marcada neurodegeneración. (Caldwell et all)

¿Y de qué molécula se trata? Pues aún no lo saben. Lo que si saben es que es muy estable, que tiene una porción con carácter lipofílico y otra hidrofílica, que su peso molecular es aproximadamente de 180, que tiene un anillo aromático y una cadena hidrocarbonada y que su composición es C10H16N2O. Los investigadores reconocen que aún queda mucho por hacer. No sólo identificar la molécula, sino comprobar cual es su nivel de toxicidad y si realmente podría ser un posible factor de riesgo ambiental como agente etiológico del Parkinson.

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Manifiesto Científico contra el recorte del presupuesto a la I+D

2009-10-01T16:06:00.003+02:00

Imagen de la situación de la I+D en España

En estos días el actual gobierno ha elaborado el presupuesto para el año que viene. Simultáneamente se está celebrando en Oviedo el XXXII Congreso de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular. Ante las graves noticias del recorte de un 15% de la inversión pública en I+D, su actual presidente, Miguel Ángel de la Rosa, y los seis presidentes anteriores de dicha sociedad han presentado el siguiente manifiesto el cual reproduzco como una forma de manifestar mi adhesión al mismo:

Manifiesto sobre la Financiación de la Ciencia en España

Oviedo, 24 de Septiembre de 2009

El presidente y los ex presidentes de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular, con ocasión del 32 Congreso Nacional de Bioquímica y Biología Molecular,

MANIFIESTAN:

• Que deben mantenerse las dotaciones presupuestarias destinadas a la investigación científica básica y, en particular, al Plan Nacional y a los programas de investigación en red.

• Que el Plan de Economía Sostenible del Gobierno no puede llevarse a efecto con éxito sin contar con una sólida base científica.

• Que la inversión en I+D es esencial para consolidar, tanto en España, como en Europa, una economía basada en el conocimiento, según lo acordado en la cumbre europea de Lisboa del año 2000.

Firman:

Miguel Ángel de la Rosa Acosta

Federico Mayor Zaragoza

Margarita Salas Falgueras

Carlos Gancedo Rodríguez

Joan J. Guinovart Cirera

Jesús Ávila de Grado

Vicente Rubio Zamora

Antibióticos nanotecnológicos

2009-09-29T09:53:00.006+02:00

Una amatista conteniendo inclusiones de zeolita

Investigadores de la Universidad de Munster han desarrollado un material nanotecnológico con propiedades antibacterianas que podría utilizarse en fotoquimioterapia (photodynamic therapy). El logro ha sido posible gracias a la colaboración de dos grupos, uno de químicos liderado por la Dra. Luisa De Cola y otro de microbiólogos liderado por la Dra. Berenike Maier.

Su trabajo ha consistido en producir nanopartículas que poseyeran tres propiedades: adhesión específica a las bacterias y no a otras células, marcarlas y luego matarlas. En primer lugar eligieron un tipo de material que funcionara como un transportador y que fuera inócuo para nuestras células. Para ello han utilizado nanocristales de L-zeolita. La zeolita es un aluminiosilicato muy usado en diversas actividades por su gran capacidad de adsorción. Lo interesante es que este material es que no muestra ninguna toxicidad.

Nanocristal de zeolita (estructura tubular gris) en la que se muestran los diversos grupos funcionales usados en el estudio. Las moléculas del fluoróforo DXP se muestran en el interior (hexágonos amarillos). En el exterior pueden verse las moléculas de phthalocianina (hexágonos verde-azules) y las cadenas con los grupos amino (colas azul claro).

Lo siguiente fue diseñar la manera de marcar las bacterias, de esta forma podemos saber si los nanocristales se han unido a ellas o no. Los nanocristales de zeolita forman una estructura tubular. En el interior de dicho tubo unieron moléculas de DXP, un fluoróforo que emite luz verde (620 nm) cuando es excitado mediante luz azul de 480 nm. Es decir, si el nanocristal se une a la bacteria y a ésta la iluminamos con una luz azul, la bacteria brillará con una luz verde.

En las fotos de la izquierda podemos ver mediante microscopia de fluorescencia o mediante microscopía electrónica de barrido, la unión a las bacterias de los nanocristales que presentan grupos amino en su superficie. En las fotos de la derecha se han usado nanocristales sin grupos amino y por lo tanto no hay unión a las bacterias

Finalmente, unieron a la superficie de los nanocristales, moléculas de phthalocianina (PC) y grupos amino. La primera es una molécula con propiedades fotosensibilizadoras que cuando se la ilumina con luz roja forma un singlete de oxígeno muy tóxico para la bacteria. La función de los grupos amino es la de adherirse a la superficie de la bacteria. Se escogió este grupo porque es muy sencillo de ligar a dichas nanoestructuras y además presenta una carga eléctrica neta positiva. Eso le permite unirse con bastante especificidad a bacterias en cuya superficie abunden las cargas negativas. Y las que precisamente cumplen dicha condición son las bacterias Gram negativas (*) como Escherichia coli, cuya membrana externa esta plagada de moléculas de polisacáridos con una gran cantidad de residuos ácidos con carga neta negativa.

Una de las principales dificultades que encontraron fue evitar que las nanopartículas se agregaran formando unos acúmulos totalmente incapaces de unirse a las bacterias. El problema se resolvió realizando modificaciones químicas en los cristales y ajustando las concentraciones de uso. Cada uno de los nanocristales porta unas 6.000 moléculas de PC en su superficie, con lo que dichos cristales se comportan como una especie de "bomba química" al ser iluminados.

Esquema del funcionamiento antibiótico de los nanocristales. A la izquierda se representa una bacteria en la que los nanocristales están unidos a la superficie. A la derecha se muestra un esquema de dichos nanocristales. Los puntos azul claro representan los grupos amino que permiten la adhesión a la bacteria. La luz azul excita a la molécula de DXP que emite una luz verde. La luz roja excita a la PC (óvalos rojos) produciendo el singlete de oxígeno que mata a la bacteria.

La efectividad de los nanocristales han sido probados en cultivos de E. coli y en una cepa resistente a los antibióticos del patógeno Neisseria gonorrhoeae. En ambos casos comprobaron que al cabo de dos horas se había acabado con el 95% de las bacterias presentes. El siguiente paso en el que están pensando los investigadores es en producir nanocristales con mayor especificidad y que sean capaces de unirse a otros tipos celulares como bacterias Gram positivas, o incluso a células cancerosas. El objetivo a largo plazo es desarrollar un tipo de crema para tratar el cáncer de piel.

(*) Es una coincidencia el que las bacterias Gram negativas tengan una gran cantidad de cargas de signo negativo en su superficie, pero debe recordarse que los apelativos "Gram negativo" y "Gram positivo" hacen referencia a una tinción de microscopía y a una determinada estructura de la pared celular bacteriana, y para nada se refiere a una propiedad eléctrica.

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Microdivertimentos

2009-09-24T08:47:00.002+02:00

Antes de que empieze el curso y como creo que la mejor forma de aprender es jugando, aquí dejo los links a algunos juegos basados en el mundo de la microbiología.

El primero es "The Great Flu" (La gran gripe). El jugador es el responsable de un organismo internacional al estilo de la OMS pero denominado WPCA. Tiene a su disposición 2.000 millones de euros para combatir una posible pandemia. Ese dinero se debe de gastar en diversas medidas sanitarias, como educar a la población, repartir medicinas, establecer grupos de investigación, desarrollar la vacuna, cerrar las escuelas o los aeropuertos, etc. Hay cinco tipos de virus contra los cuales luchar, de menor a mayor dificultad. Aunque está en inglés es bastante sencillo de aprender su dinámica. Otra cosa es parar la pandemia. Si no lo haces bien te puedes encontrar con que tienes 2.250 millones de infectados y 170 millones de muertes. Lo mejor que tiene el juego son los videos explicativos de un virólogo que o bien te va dando consejos o bien te reprocha algunas acciones si éstas no han surtido el efecto deseado. Lo peor, que es bastante lento y no se ve el efecto de algunas de las acciones que tomas sobre la dispersión del virus. De hecho al final te aparece el número de infectados y de muertes, pero no te dice si lo has hecho bien o no.

El segundo es "Sneeze" (Estornudo). En este juego el punto de vista es distinto, porque el jugador es el virus y su objetivo es infectar a la mayor cantidad posible de humanos. Es muy simple y sencillo. Tienes que poner al humano infectado en un punto donde consigas que la infección se extienda de la manera más eficiente posible. Y la mejor forma de hacerlo es llenar de moco verde a la mayor cantidad posible de gente. Los estornudos harán el resto.

En "Killer Flu" el jugador también es el virus. Este juego está diseñado por la Red de Virología Clínica del Reino Unido y es algo más realista y complicado que el anterior. En uno de los niveles te permite infectar personas cambiando tus antígenos, así que es una carrera entre su sistema inmunitario y tu capacidad de mutar. Asimismo debes elegir donde debe ir esa persona para que infecte a la mayor cantidad posible de gente. El tiempo es crítico, pues si no lo haces bien las personas desarrollan su inmunidad frente a tí y no podrás alcanzar el nivel de infección requerido.

Finalmente está la página educativa "e-Bug". Dicha página está realizada por diversos países de la Unión Europea. Como página de recursos educativos para profesores y estudiantes está bastante bien. En la aspecto lúdico podemos encontrar dos juegos. El primero es un juego de tipo arcade bastante simple en el que el niño o niña deben de fotografiar a los microbios buenos y luchar contra los malos. El segundo es para adolescentes y es un juego de pistas en el que el jugador interpreta el papel de un epidemiólogo-detective buscando las fuentes de posible contaminación con patógenos. El principal "pero" que tienen es que son un ejemplo clásico del dicho - un juguete educativo es un juguete aburrido - y además sólo están disponibles en inglés.

Que lo paséis bien

Una muerte en la familia

2009-09-22T16:26:00.000+02:00

Malcolm J. Casadaban (1954-2009)

Acaba de saltar a los medios de comunicación una noticia que recoge la muerte del Dr. Malcolm J. Casadaban, un microbiólogo de la Universidad de Chicago que estudiaba la bacteria que causa la peste. El investigador de 60 años de edad se despertó el pasado 13 de septiembre con un cuadro de síntomas que recordaba al de la gripe. Fue al hospital y allí comenzaron a hacerle pruebas. Murió antes de obtenerse los primeros resultados, pero no era la gripe lo que tenía. Las pruebas mostraron que tenía una septicemia provocada por la cepa de Yersinia pestis con la que trabajaba en su laboratorio.

El doctor Malcom Casadaban estudiaba la genética de la bacteria patógena Y. pestis y para ello utilizaba una cepa atenuada de dicha bacteria que, se suponía, era incapaz de producir dicha enfermedad. De hecho, la cepa en cuestión está aprobada por el CDC de Atlanta y se lleva utilizando desde hace cuarenta años y se usa rutinariamente como el control negativo en muchos experimentos que estudiaban la patogenicidad de Y. pestis. Nadie sabe explicar cómo dicha bacteria ha conseguido penetrar en su sistema sanguíneo, y cómo ha conseguido desarrollarse hasta provocar una septicemia. Se están realizando nuevas pruebas para confirmar que se trata de la misma cepa que estudiaba, o si se trata de una cepa distinta.

Casadaban no es el primer microbiólogo que ha encontrado la muerte a causa del microorganismo que estudiaba. En la breve historia de la ciencia de la Microbiología hay unos cuantos científicos que han compartido tan desgraciado final. Algunos han quedado olvidados y otros son recordados gracias precisamente al patógeno que les causó la muerte.

Howard Taylor Ricketts

Quizás el caso más conocido entre los microbiólogos es el de Howard Taylor Rickkets. Curiosamente también trabajó en la Universidad de Chicago. Hay tres categorías taxonómicas y una especie que llevan su nombre. El orden Rickettsiales, la familia Rickettsiaceae, el género Rickettsia y la especie Rickettsia rickettsii. ¿Y por qué tanto honor? Ricketts era un médico norteamericano que a finales del siglo XIX comenzó a estudiar el hongo que producía la blastomicosis de una forma bastante heterodoxa. Se lo inoculaba y así estudiaba sus síntomas. Lo debió de hacer bastante bien porque la Universidad de Chicago le pagó una estancia de un año en el Instituto Pasteur. En 1902 volvió a Chicago a continuar sus estudios en la blastomicosis, pero entonces otra enfermedad le llamó la atención. Se trataba de la fiebre de las Montañas Rocosas. Durante dos años, él y su asistente J.J. Moore, estuvieron intentando descubrir como se adquiría dicha enfermedad. Al final encontraron que el patógeno era transmitido por una garrapata. En 1909, Ricketts viajó a México a estudiar una epidemia de tifus, pues estaba convencido que por sus síntomas, el microbio causante debía de ser muy semejante al que había estudiado anteriormente en las Rocosas. Y tenía razón, en este caso el patógeno era transmitido por los piojos. Desgraciadamente murió a causa del tifus en 1910.

Stanislaus von Prowazeck

Otro científico que murió a causa del tifus fue Stanislaus von Prowazeck. Él y su colega, el brasileño Henrique da Rocha Lima, continuaron en Alemania el trabajo iniciado por Ricketts. En 1915 fueron llamados para tratar un brote de tifus surgido en la cárcel de Cottbus. Ambos enfermaron, pero sólo el brasileño sobrevivió. Fue precisamente Rocha Lima quien bautizó a los nuevos patógenos con los nombres de sus desafortunados colegas: Rickettsia rickettsii para designar al causante de la fiebre de las Montañas Rocosas, y Rickettsia prowazekii para la causante del tifus epidémico. Rocha Lima también tiene una especie nombrada en su honor (Bartonella rochalimae), pero afortunadamente para él, no murió a causa de ella.

Y es que a veces, investigar microbiología puede ser perjudicial para la salud

Tapiz Oceánico

2009-09-18T10:06:00.002+02:00

Detalle de la obra "Tapiz Oceánico", creación de la artista Nancy Zboch.

Un reciente artículo publicado en la revista PNAS describe las bases genómicas de las estrategias tróficas que presentan las bacterias marinas. Dicho artículo además ha merecido un comentario específico dentro de dicha revista.

Los ecosistemas marinos no son tan homogéneos como puedan parecer a simple vista. No sólo influye la luz solar, la profundidad y los nutrientes. También hay que considerar el clima o las corrientes marinas, por nombrar dos factores importantes, y la suma de todos esos factores crean heterogeneidad y por lo tanto debemos esperar una gran biodiversidad. Si consideramos la disponibilidad de nutrientes, en los océanos nos podemos encontrar un gradiente de diversos hábitats dependiendo de la concentración de los mismos. Tenemos desde ambientes con alta concentración (hábitats copiotróficos) a los de baja concentración de nutrientes (hábitats oligotróficos). En todo ese gradiente podemos encontrar diversas bacterias que han evolucionado para adaptarse y crecer óptimamente. El estudio realizado gracias a la colaboración de varios grupos ha consistido en comparar el genoma de dos especies de bacterias que viven en hábitats localizados en los extremos de ese gradiente.

Representación muy simple de la superficie de lo océanos como un hábitat microbiano. Hay dos gradientes verticales, uno debido a la luz solar y otro debido a los nutrientes (representado por la línea negra). La abundancia relativa de microorganismos viene dada por la línea roja. La mayor parte de las bacterias viven como plancton de vida libre (bacterias de color blanco). Estos organismos oligotróficos son los más abundantes en los ecosistemas oceánicos con muy bajo contenido de nutrientes. En color amarillo se representan los microorganismos copiotróficos adaptados a microhábitats en los que hay una gran cantidad de nutrientes (un cadáver de un pescado por ejemplo). Fuente bibliográfica: MJ Church 2009, PNAS.

Sphingopyxis alaskensis es una a-proteobacteria oligotrófica con un volumen celular inferior de 1 micra cúbica, con un genoma de 3,8 Mb y con un tiempo de generación de 5 horas en condiciones óptimas. Este tipo de microorganismo es muy abundante en los océanos. Por el otro lado tenemos a la g-proteobacteria Photobacterium angustum cuyo tamaño es superior a la micra cúbica, tiene un genoma de 4,8 Mb y cuyo tiempo de generación es de 1 hora cuando se encuentra en un hábitat con suficientes nutrientes. En caso de no tener suficientes nutrientes esta bacteria permanece en estado latente sin crecer ni reproducirse.

Los investigadores han secuenciado sus genomas para luego poder compararlos y así relacionar sus distintas propiedades genómicas con sus estrategias tróficas y así poder definir sus mecanismos moleculares de adaptación. Han conseguido desarrollar un modelo para predecir a partir de la secuenciación del genoma, el tipo de estilo de vida del microorganismo. Y el modelo ha sido puesto a prueba Han estudiando las secuencias de 400.000 proteínas que representan unos 500 millones de nucleótidos obtenidos a partir de 126 secuencias genómicas. Con ello han confirmado que microorganismos oligotróficos son los que dominan los océanos, y que pueden definirse los tipos de bacteria que va a encontrase en un determinado nicho ecológico.

De esta forma han identificado 43 marcadores genéticos que indican un determinado estilo de vida microbiano. Cuando se agrupan estos marcadores en un gráfico el resultado es una especie de tapiz que muestra las relaciones entre los diversos estilos de vida. El modelo funciona bastante bien con los datos disponibles. Pero los estudios metagenómicos de los océanos cada vez son más precisos y se van describiendo nuevos marcadores genéticos, por lo que el tiempo dirá si este modelo es lo suficientemente bueno como para predecir los nuevos estilos de vida.

Representación esquemática mostrando cinco agrupamientos de microorganismos con cinco estrategias tróficas diferentes. Se indican algunas de las especies más representativas dentro de cada agrupamiento. Amarillo: oligotrofos extremos. Rojo: oligotrofos moderados. Verde y Azul: copiotrofos moderados. Cian: copiotrofos extremos. Fuente bibliográfica: Lauro et al 2009 PNAS.

Así los microorganismos oligotróficos suelen tener pequeños tamaños (menores de 0,2 micras de diámetro), crecen muy lentamente y tienen sistemas de transporte de sustratos de alta afinidad y amplia especificidad. Coloquialmente hablando esto último significa que pueden "comer de todo" como azúcares, aminoácidos o lípidos, aunque se encuentren en muy baja concentración. Asimismo presentan un gran número de genes para el metabolismo de lípidos y un bajo número de operones de rRNA lo que indica que en los oligotrófos prima conseguir energía a crecer rápidamente. Sus genomas son pequeños por lo que no deben de gastar mucha energía y nutrientes en su mantenimiento y reparación. En cambio los microorganismos copiotróficos suelen ser de gran tamaño, crecen rápidamente y tienen genomas relativamente grandes y sistema de transporte de sustratos muy especializados. También poseen una gran cantidad de proteínas receptoras que les permiten sentir los cambios en su medio ambiente y responder a ellos.

El interés y la utilidad principal de esta nueva herramienta es que permitirá vigilar con mucha mayor rapidez los cambios en las comunidades microbianas oceánicas, y así poder ajustar y afinar muchos de los modelos climáticos y de los ciclos biogeoquímicos, pero también para resolver cuestiones más prácticas y aplicadas de salud medioambiental (ej: el estudio de la presencia de posibles patógenos en aguas de playas de utilidad pública).

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Buenas noticias sobre la gripe.

2009-09-13T20:34:00.000+02:00

Traducción de un interesante comentario aparecido en el blog "Microbiology bytes"

Con el reciente descenso de nuevos casos de gripe H1N1 a nivel global, se ha puesto de moda en los medios de comunicación publicar historias del tipo "¿No será la pandemia una exageración?" y en la misma página publicar otra noticia titulada "¡Dios mío! la gripe va a ser grave!". El problema con el virus de la gripe es que es uno de los virus más impredecibles que se conocen. Y mientras que se espera un aumento del número de casos según se vaya acercando la estación invernal en el hemisferio norte, la principal preocupación es que este virus pandémico se vuelva un "mal bicho" en la segunda ola, tal y como paso en la gripe de 1918, cuando una variante mucho más patógena siguió a la variante benigna que provocó la primera ola de casos.

Hay dos formas de que esto suceda. La primera es que el virus actual adquiera algún tipo de mutación espontánea que lo haga mucho más patogénico. La otra posibilidad es que el virus se recombine con otra cepa de virus altamente patógena, un proceso que puede suceder cuando dos cepas de virus infectan la misma célula e intercambian sus genes. Y ya hay un buen candidato ahí fuera, la cepa altamente patógena H5N1 que causa la gripe aviar. A diferencia de lo que pasa con la cepa H1N1, a la H5N1 le cuesta mucho infectar a los humanos, por lo que es muy poco probable que ambos virus coincidan alguna vez. Pero si eso ocurre ...

Las buenas noticias vienen de Egipto donde el H5N1 es relativamente común y donde se había descrito un caso (preocupante) de co-infección H5N1/H1N1. Pues bien, el Ministerio de Salud de dicho país acaba de confirmar que no hubo tal co-infección. Adicionalmente, un estudio conjunto entre la Universidad de Marylan y el NIH (National Institute of Health) sugieres que las co-infecciones entre H1N1 y los virus de la gripe estacional no parecen producir quimeras o virus recombinados. Parece ser que la cepa H1N1 compite con los virus estacionales y los desplaza. Lo cierto es que en otras pandemias pasadas de cepas H1N1 se había descrito la observación de que los brotes de otros virus gripales quedaban suprimidos.

En cuanto a los ensayos con las nuevas vacunas, un ensayo en Fase I realizado por científicos de la Universidad de Leicester con 100 voluntarios sanos parece mostrar que son efectivas. El Dr Iain Stephenson ha encontrado que el 80% mostraban una fuerte respuesta con una dosis, alcanzándose el 90% cuando se inoculaba una segunda dosis. Los resultados indican que una sola dosis es suficiente para la inmunización, por lo que se pueden disponer de más vacunas. Se están preparando un ensayo más grande con 6.000 adultos y niños.

Unas pocas razones para alegrarse