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viernes, 11 de febrero de 2022

La historia de Margaret Hutchinson Rousseau

Margaret Hutchinson Rousseau (origen de la imagen: Wikipedia)


Ya vimos en el blog que en 1941 la manera de producir penicilina a gran escala era utilizar unos recipientes inspirados en las cuñas urinarias. Los recipientes se rellenaban hasta la mitad de medio de cultivo para maximizar la superficie de contacto con el aire. Luego se inoculaba el hongo, que crecía sobre dicha superficie originando un micelio flotante. La penicilina secretada por el hongo se iba acumulando en el medio de cultivo. Pasados unos cuantos días, el contenido se filtraba para separar el micelio del medio de cultivo. Ese medio era procesado posteriormente para purificar la penicilina. La tarea era bastante lenta y laboriosa, con el riesgo de que se todo se echara a perder por las altas probabilidades de contaminación, ya que se mezclaban el contenido de diferentes recipientes. Además, el rendimiento no era muy elevado. Más o menos, de cada botella se extraía el contenido de una dosis (ver el vídeo).



Todo el mundo tenía muy claro que había que encontrar un procedimiento que aumentara significativamente la producción de penicilina, pero no parecía un problema sencillo. Al contrario que lo que ocurre con la fermentación alcohólica en la que las levaduras producen etanol en condiciones anaerobias, el hongo Penicillium chrysogenum solo produce penicilina si forma un micelio y si además tenía aire en abundancia, por lo que no se puede producir el antibiótico en grandes recipientes similares a los que se usan para producir cerveza.

Cartel de propaganda para animar a los trabajadores a acondicionar lo más rápidamente posible la antigua fábrica de hielo donde albergarían los fermentadores para producir la penicilina (Fuente: The Chemicla Engineer)


Una de las personas que estuvo involucrada en la resolución del problema fue Margaret Hutchinson. Nacida en la ciudad de Houston en 1910 era hija de un ingeniero químico que trabajaba en la industria del petróleo. Se graduó en ciencias en el instituto Rice a los 22 años y consiguió su doctorado en el MIT en ingeniería química en el año 1937. La especialidad de Margaret eran los procesos de transferencia de masas entre fases gaseosas y líquidas. Sin ir más lejos, su tesis se titulaba “The effect of solute on the liquid film resistance in gas absorption” y en ella lo que estudió fue la resistencia a la absorción de ocho gases distintos -oxígeno, hidrógeno, dióxido de carbono, acetileno, nitrógeno. helio, dióxido de azufre y cloro - en agua con diferente grado de turbulencia. Fue la primera mujer en conseguir el doctorado en dicha disciplina en los Estados Unidos. La contrató la compañía E.B. Badger y dos años después se casó con un compañero de trabajo, el ingeniero William Caubu Rousseau, con el cual tuvo un hijo. 


Figura 2 de la tesis de Margaret Hutchinson en la que se muestra la relación entre la absorción de un gas (eje Y) y la velocidad de agitación del agua. Nótese que ambos ejes están en escala logarítmica (Fuente: MIT)


A finales de los años 30 el ambiente era prebélico y todos los países avanzados estaban desarrollando numerosos proyectos con vistas a su aplicación militar. La compañía E.B. Badger no era una excepción y Margaret estuvo involucrada en dos proyectos estratégicos: la síntesis de caucho sintético para fabricar neumáticos y la producción de gasolina de alto octanaje para aviación. Pero mucho más importante que el material de guerra es el cuidado de los soldados que manejan las armas. Y la penicilina podría salvar a millares de ellos de la muerte por infección de sus heridas. No es de extrañar que fuera necesario involucrar a las 21 empresas farmacéuticas norteamericanas de la época, incluidas los cuatro gigantes Merck, Squibb, Pfizer y Lederle.

Jasper Kane y John McKeen. Origen de la imagen: The Chemical Engineer.


La compañía Pfizer decidió apostar por la producción de penicilina en tanques con aireación ya que tenía experiencia en el crecimiento del hongo Aspergillus niger para la producción de ácido cítrico y de ácido glucónico. Jasper Kane era el director de investigación de Pfizer y encomendó al ingeniero John McKeen el diseño de una planta para producir penicilina. El problema era que debido a la guerra había escasez de materiales estratégicos y no era posible construir nuevos fermentadores y depósitos de acero. Así que a principios de 1943 se les ocurrió comprar una antigua fábrica de hielo situada en Brooklyn. McKeen se las vio y deseó para conseguir el equipamiento necesario para transformar la fábrica. Trabajando 7 días a la semana y 16 horas al día se consiguió que el 1 de marzo de 1943 se iniciara la primera fermentación de 28,400 litros de P. chrysogenum. Margaret Hutchinson fue contratada por Pfizer y trabajó en el establecimiento de los parámetros que permitían una correcta transferencia del oxígeno del aire al medio de cultivo que contenía al hongo. El proceso era tan eficiente que a finales de año la producción de penicilina de Pfizer superaba al resto de compañías farmacéuticas. El 6 de junio de 1944, día del desembarco de Normandía, el 90% de los dos millones trescientas mil dosis de penicilina suministradas a las tropas aliadas, provenían de la compañía Pfizer. 


Folleto de la American Chemical Association dedicado a la planta de producción de penicilina en Brooklyn, que tiene status de monumento histórico (fuente: ACS)


En 1945 Margaret Hutchinson fue la primera mujer en ser miembro del American Institute of Chemicals Engineers (AIChE) y posteriormente elegida como “fellow” de dicha sociedad. En el año 1983 fue galardonada con el premio Fundadores de la AIChE, su más alto honor. Falleció en el año 2000 a la edad de 89 años. En el año 2017 la AIChE estableció el premio Margaret Hutchinson para Ingenieras Químicas y Frances Arnold fue la primera en ganarlo. En el 2018 Frances Arnold ganó el premio Nobel de Química por sus trabajos en evolución in vitro de las enzimas.

Margaret Hutchinson en 1961 (Reuther Library. Fuente AIChE)

Enlaces de interés:

martes, 9 de noviembre de 2021

Si se resiste, reestructurate

 



Ya hemos comentado en varias ocasiones el creciente problema del aumento de las resistencias a los antibióticos y también de los diferentes abordajes que se están llevando a cabo para afrontarlo.

Uno de esos abordajes es “mejorar” las moléculas de antibióticos que ya se conocen, modificándolas de manera que sean mucho más eficientes y/o que no se vean afectadas por los mecanismos de resistencia. El grupo dirigido por Andrew G. Myers de la Universidad de Harvard ha seguido dicha estrategia con las lincosamidas. Esta clase de antibióticos bacteriostáticos inhiben la traducción de las proteínas al unirse a la subunidad 50S y bloquear la actividad peptidil-transferasa, siendo la clindamicina el antibiótico más usado de las lincosamidas. Este tipo de antibacterianos son muy efectivos frente a las bacterias Gram-positivas, pero no funcionan frente a las Gram-negativas (se desconoce el porqué de esa insensibilidad).

Lo que han hecho los investigadores es desarrollar una plataforma para producir una gran cantidad de nuevos análogos sintéticos. La molécula típica de lincosamida tiene dos módulos o “hemisferios”: un aminoácido y un aminoazúcar. Cada uno de esos módulos puede ser modificado de diferentes maneras, creando una gran diversidad de análogos. Además, contaban con los datos de cristalografía de rayos X de la estructura de ribosomas a los que se le habían unido diferentes lincosamidas.


Estructura de la clindamicina (a) y la iboxamicina (b). Nótese los dos "hemisferios": el aminoazucar en la parte superior y el aminoácido en la inferior. Origen de la imagen: Micheltree and Myers.


Tras probar la actividad antimicrobiana de más de 500 análogos de lincosaminas lo que han encontrado es que si se introduce un anillo de siete átomos en el módulo aminoacídico se incrementa muchísimo tanto la potencia como el espectro antibiótico. El compuesto más prometedor que han encontrado es la iboxamicina, que es incluso capaz de ser efectiva frente a bacterias Gram-negativas como Escherichia coli o Acinetobacter baumannii. Por cristalografía han encontrado que el mecanismo de acción de la iboxamicina es unirse al centro activo del ribosoma bloqueando la colocación del aminoacil-tRNA entrante. Por eso es mucho más potente que la clindamicina.

La iboxaminica (IBX) unida al centro activo del ribosoma de Thermus thermophilus (a). La subunidad 30S (amarillo claro), la 50S (gris), el mRNA (magenta), el t-RNA en el sitio A (verde), el t-RNA en el sitio P (azul oscuro) y el t-RNA en el sitio E (naranja). En la parte inferior (b) se muestra con más detalle las interacciones de la ibozamicina con el 23S-rRNA dentro del centro de la peptidil transferasa (PTC). Origen de la imagen: Micheltree et al. 2021.   


Pero además la iboxamicina es eficiente frente a cepas que son resistentes a la clindamicina. El mecanismo de resistencia se basa en la modificación de la diana del antibiótico. Las cepas resistentes expresan los genes erm, que codifican para unas enzimas que metilan un nucleótido del centro activo del ribosoma de forma que la clindamicina no puede unirse. Pero esa modificación no afecta a la unión de la iboxamicina que es capaz de desplazar al nucleótido modificado para poder entrar en el centro activo.

Los autores destacan que estos resultados no podían haberse previsto a partir del conocimiento previo de la estructura molecular del ribosoma y de los distintos compuestos sintetizados. Se han encontrado gracias a una investigación sistemática de la actividad de dichos compuestos. En el futuro lo que se plantea es investigar el porqué la iboxamicina es efectiva frente a las Gram-negativas y la clindamicina no. Las bacterias Gram-negativas tienen membrana externa y en base al peso molecular o la hidrofobicidad, la iboxamicina no debería poder entrar si la clindamicina no lo hace. Pero parece que no es así. Y por supuesto, todavía hay que desarrollar numerosos ensayos en modelos animales antes de considerar usar a la iboxamicina en ensayos clínicos con humanos y que llegue a desarrollarse como medicamente. Pero este es el primer paso.

 

Texto elaborado a partir del artículo: Bacterial drug resistance overcome by synthetic restructuring of antibiotics

https://www.nature.com/articles/d41586-021-02916-6

domingo, 17 de octubre de 2021

Drácula y las enfermedades (el making-off de "Tisis, sífilis y vampiros")



Recientemente he publicado el artículo "Tisis, sífilis y vampiros" en la revista digital The Conversation. Como el texto no puede pasar de las 1000 palabras hubo unas cuantas cosas sobre la relación entre vampiros y enfermedades que se me quedaron en el tintero y he pensado que el blog es un buen lugar para comentarlas. Y es que probablemente el mito de los vampiros no se deba a una sola enfermedad, sino a una mezcla de síntomas de diversas enfermedades.

Porfiria 

Esta es una enfermedad genética pero es obligado hablar de ella si hablas de vampiros y enfermedades. Los que sufren dicha enfermedad no pueden sintetizar correctamente la hemoglobina de la sangre. En algunas manifestaciones extremas los enfermos presentan fotosensibilidad, palidez, alergia al ajo y las encias se le retraen, lo que le da un aspecto canino al rostro. Además también sufren de hipertricosis, el pelo les crece de manera abundante por el cuerpo, por lo que la profiria también se ha asociado a la leyenda del hombre-lobo. Una forma de tratamiento es la transfusión de sangre, aunque también la ingesta de sangre o de hidago crudo puede aliviar sus síntomas. Esa fue la trama argumental de un episodio de la conocida serie CSI-Las Vegas.

Niño con porfiria. Muestra hiperpeigmentación, hipertricosis e hiperqueratosis en las zonas expuestas al sol. Origen de la imagen: Sharma et al. 2013.


Rabia 

Esta enfermedad vírica zoonótica podría servir para explicar tanto el origen de los vampiros como de los hombres-lobo. La transmisión del virus es por mordisco de una persona infectada. Algunas manifestaciones de la rabia son el insomnio, la fotofobia y espasmos de los músculos faciales que retraen los labios y hacen que los dientes sean más visibles. También se producen heridas en la boca y eso provoca que expulsen saliva y sangre. Los afectados son muy sensibles a estímulos sonoros y visuales, y en algunos casos está descrito que no podían ni mirarse a un espejo. Además, los murciélagos son vectores de la rabia. Recientemente se ha descrito el caso de una persona que ha muerto de rabia tras haber sido mordido en el cuello por un murciélago que portaba el virus.
 

"Las resueltas" de Goya. Fuente de la imagen: Wikipedia.


Cólera y peste

Charlotte Blake, la madre de Bram Stoker, había vivido de niña el brote de cólera que afectó a la ciudad irlandesa de Sligo en 1830. escribió unas memorias tituladas "Experiences of the Cholera in Ireland". Al parecer dichas memorias inspiraron a Stoker a escribir su relato “El gigante invisible” sobre una epidemia que azota a una ciudad. En la novela "Drácula", el barco Demeter transporta al vampiro desde Europa del Este a Londres y sus tripulantes van desapareciendo de uno en uno. En el siglo XIX los brotes de cólera no eran tan raros en las ciudades europeas y la enfermedad se expandía gracias al comercio marítimo. La peste es otra enfermedad que se extendía gracias a los navíos, pero en este caso los vectores eran las ratas y sus pulgas. En la película "Nosferatu" del director F.W. Murnau las ratas tienen un papel protagonista en la trama.

Fotogramas de la película Nosferatu de Murnau en la que vemos a las ratas saliendo del ataúd del conde Orlok y abandonando el barco una vez ha llegado a su destino



Y hasta aquí las enfermedades reales asociadas al mito de los vampiros. En otra ocasión podemos hablar de las enfermedades imaginarias como la bacteria Bacillus vampiris de la novela "Soy Leyenda", o de los virus vampirizantes que aparecen en las películas "Blade" y "Daybreakers".

viernes, 15 de octubre de 2021

Tisis, sífilis y vampiros

Póster de la película realizada por Francis Ford Coppola (origen de la imagen)


17 agosto: No comprendo cómo Lucy se está apagando como lo hace. Come bien y duerme bien, y goza del aire fresco; pero todo el tiempo las rosas en sus mejillas están marchitándose y día a día se vuelve más débil y más lánguida; por las noches la escucho boqueando como si le faltara el aire.


25 de agosto: Mi rostro está sumamente pálido, y me duele la garganta. Algo debe andar mal en mis pulmones, pues me parece que nunca aspiro suficiente aire.


Drácula, Bram Stoker


En el siglo XIX, la tuberculosis, tisis o consunción era vista como una enfermedad elegante, ya que quien la padecía moría de manera beatífica, casi sin síntomas y joven. Durante su convalecencia, la propia Charlotte Brontë escribió: “Soy consciente de que la consunción es una enfermedad halagadora”. Alejandro Dumas, con su Margarita Gautier de La Dama de las camelias, y Giussepe Verdi, con su Violetta Valéry de La Traviata, establecieron el canon de la dulce enferma de tisis que se va consumiendo de manera lenta y lánguida. Y por los párrafos presentados al inicio podemos comprobar que el personaje de Lucy Westenra, con su pálida tez, su dificultad respiratoria y un hilillo de sangre en los labios, sería uno más de la larga lista de tuberculosos de la ficción… si no fuera porque la causa de su mal era la mordedura de un vampiro.


Para seguir leyendo encontrarás el artículo completo en The Conversation.

jueves, 22 de julio de 2021

Volando libres. El fabuloso viaje aéreo de los microbios.


Este fue el título de la charla que impartí recientemente en compañía del profesor José Antonio García Orza, del Área de Física Aplicada de la UMH dentro de las actividades de divulgación del IDiBE. La charla está disponible en YouTube.

Aquí tenéis una reseña de dicho evento. 

jueves, 6 de mayo de 2021

Mis dudas sobre la bioética del ensayo clínico CombiVacS



Reconozco que no soy un especialista en bioética. La poca que sé es porque me he leído algún que otro artículo para poder preparar mi clase sobre los ensayos clínicos que imparto a mis alumnos de Microbiología Industrial en 2º curso de Biotecnología. Siempre les insisto que en los ensayos clínicos se hacen experimentos con seres humanos y que por lo tanto es un proceso muy regulado. Incluso les pongo una diapositiva en la que les muestro la imagen que encabeza esta entrada y que resume los aspectos fundamentales del Real Decreto 1090/2015.


Entrada publicada originalmente en el blog Microbichitos. Para seguir leyendo clickea aquí.

lunes, 3 de mayo de 2021

Garrapatas, cerdos y trasplantes



¿Ha tenido alguna vez una avería en su coche en la que le hayan tenido que cambiar una pieza del motor? Aparte del gasto monetario, la otra preocupación que uno puede tener es que no le hayan puesto un recambio de segunda mano. Normalmente los talleres ponen piezas originales y el coche vuelve a funcionar una vez más. A veces se comparan los trasplantes de órganos con llevarnos al taller para que nos recambien la pieza defectuosa. Sin embargo, a diferencia del ejemplo mecánico, en los seres humanos sí que se utilizan «piezas de segunda mano», ya que se requiere un donante de órganos para el trasplante.

 

Entrada publicada en la revista Ars Creatio. Para continuar leyendo haz click aquí.