Bienvenidos. Este blog está dedicado a la Microbiología pero en general cualquier tema científico de interés tambien puede aparecer. El contenido de este blog es estrictamente científico y docente, por lo que no es un consultorio de salud. No estoy ni capacitado ni autorizado para responder a consultas de carácter médico-sanitario que expongan casos personales. Las imágenes que aparecen están sacadas de sitios públicos de la web y se indica su origen o basta cliquear sobre ellas para saberlo, pero si hay algún problema de copyright, por favor indicarlo en comentarios y se retirarán.

Para ir al blog de
PROBLEMAS DE MICROBIOLOGIA o al PODCAST DEL MICROBIO , pincha sobre el nombre.

También puedes ir al Blog de Innovación Docente

viernes, 24 de enero de 2014

De cómo un perro se transformó en un parásito para hacerse inmortal



Hace unos días, @Raven_neo lanzó la siguiente pregunta en Twitter:



Se inició un interesante debate. En mi intervención yo escribí lo que sigue:



Pues bien, después de leer este artículo de Carl Zimmer me temo que voy a tener que replantearme mi respuesta (*). La historia me ha hecho recordar la secuencia de la película "La cosa" (John Carpenter, 1981) con la que ilustro el comienzo de este comentario. Hace 200 años un veterinario llamado Delabere Pritchett Blaine describió en su libro A Domestic Treatise on the Diseases of Horses and Dogs un tipo de cáncer que aparecía en los órganos sexuales caninos y que producía "úlceras acompañadas de excrecencias similares a un hongo" (an ulcerous state, accompanied with a fungous excrescence). Los tumores recordaban a pequeños brotes de coliflor y tendían a sangrar. Algunos perros morían debido al tumor. Pero en otros el tumor remitía y desaparecía. En 1871 el veterinario ruso M.A. Novinsky demostró que dicho tumor era infeccioso. Corto un trozo y lo frotó en los genitales de un perro sano. Al poco tiempo se había desarrollado un tumor. De esa forma pudo determinarse que la forma de transmisión era por contacto sexual, y por eso se le conoce por Tumor Venéreo Transmisible Canino (o CTVT por sus siglas en inglés). Este tipo de tumor está presente en los cinco continentes.

Tumores infecciosos. A la izquierda el Tumor Facial del Demonio de Tasmania (fuente Wikipedia) A la dereecha, los dos casos de Tumor Venéreo Transmisible Canino estudiados en el artículo que se resume en esta entrada (Fuente: Murchinson et al. Science)


Lo primero que se pensó es que debía ser algún tipo de virus oncogénico el causante último de los tumores. Las células tumorales del donante vivirían lo suficiente en el receptor como para infectar los tejidos. Pero al comenzar a analizar el ADN de los tumores comenzaron a aparecer las sorpresas. En el año 2006 se demostró que el agente etiológico del tumor eran las células cancerosas. No había ningún virus o similar. Ahora, un nuevo estudio aparecido en la revista Science ha aclarado mucho más las cosas.

El equipo de la Universidad de Cambridge ha secuenciado el genoma completo de dos líneas de CTVT: una provenía de un perro australiano y el otro de un cocker spaniel brasileño. Cuando compararon ambos genomas se encontraron que ambas líneas eran muy similares y presentaban en común dos millones de mutaciones que no estaban presentes en el genoma de una célula normal de perro. Ese resultado lo que indicaba es que ambas líneas tumorales tienen un ancestro común. Además, esas mutaciones permitieron a Elizabeth Murchison y sus colaboradores establecer un reloj molecular para poder estimar cuando apareció dicho tumor. Cuando una célula tumoral se multiplica su DNA muta con una frecuencia bastante regular, así que los dos millones de mutaciones parecen indicar que el tumor se inició hace 11.000 años, justo al final de la Edad de Hielo.

Imágenes del cariotipo de un perro normal (foto de la izquierda), de una línea tumoral de un perro de Cabo Verde (foto central) y de la línea tumoral de un perro italiano (foto derecha). Nótese el gran parecido entre ambas líneas tumorales. (Fuente: Murchinson et al. Science)


¿Y qué tipo de perro había en la Edad de Hielo? pues por el genoma de las células tumorales todo indica a que era un huskie o un malamut de Alaska, uno de los linajes más antiguos de perros domésticos. Los investigadores especulan con que hace 11.000 años una célula inmune de un perro (o una perra, eso no se sabe aún) se transformó en cancerosa y creció en los genitales del animal acumulando unos cuantos cientos de miles de mutaciones. Cuando el perro se apareó, el tumor sangró y algunas de las células acabaron en los genitales de su compañera. Lo normal es que las células del sistema inmune del perro infectado hubieran destruido a las tumorales al considerarlas "extrañas". Pero eso no ocurrió. Se piensa que fue debido a que el grupo de perros era muy pequeño y seguramente todos los miembros debían de estar emparentados. Por ello el sistema inmune no las reconoció como "extrañas" y esas células acabaron creciendo en su nuevo hospedador. Poco a poco el tumor se fue extendiendo a los otros perros. Pero el tumor no dejó de evolucionar y mutar, volviéndose cada vez más eficiente en su nueva función de parásito. Por ejemplo esquivando el sistema inmune de perros de otras razas o robando las mitocondrias de los tejidos que infecta. También se piensa que quizás se volvió menos virulento para así permitir una mejor transmisión al aumentar la vida media del portador.

Análisis genómico que muestra donde se sitúa el fundador del CTVT dentro de las diversas razas caninas. Fuente de la imagen: Heidi G. Parker y Elaine A. Ostrander. Science.


Las mutaciones también han servido al equipo de Murchinson para saber cuando vivió el ancestro común de las dos líneas de CTVT analizadas. En este caso lo único que tenían que hacer era mirar cuáles eran las mutaciones exclusivas de cada tumor. Y así han llegado a la conclusión de que el antepasado vivió hace 460 años, en pleno siglo XVI. Una época en que precisamente se realizaron los grandes viajes de exploración y colonización alrededor del mundo.

Este no el único caso de tumor infeccioso. En 1980 apareció el llamado Tumor Facial del Demonio de Tasmania. Es un tipo de tumor que se transmite entre esos marsupiales cuando pelean entre sí. Al igual que el CTVT, apareció en un grupo pequeño y muy consanguineo. Pero una vez establecido se ha ido transmitiendo a un mayor número de animales. Lo malo es que el tumor facial es un muy agresivo y el animal muere en poco tiempo. Es tan agresivo que se teme que puede acabar con toda la especie del demonio de Tasmania en un par de generaciones, a menos que ocurra algo similar al CTVT y se vuelva menos virulento.

(*)Ya me la he replanteado y no la cambio. Un tumor no es un perro y en el improbable caso que al CTVT se le reconozca el estatus de especie, entonces estaríamos en la situación de partida (dos especies distintas).


Esta entrada participa en el XXVIII carnaval de la Biología alojado en el blog "Vida y Estrellas"


ResearchBlogging.org

Parker HG, & Ostrander EA (2014). Cancer. Hiding in plain view--an ancient dog in the modern world. Science (New York, N.Y.), 343 (6169), 376-8 PMID: 24458629

Murchison EP, Wedge DC, Alexandrov LB, Fu B, Martincorena I, Ning Z, Tubio JM, Werner EI, Allen J, De Nardi AB, Donelan EM, Marino G, Fassati A, Campbell PJ, Yang F, Burt A, Weiss RA, & Stratton MR (2014). Transmissable dog cancer genome reveals the origin and history of an ancient cell lineage. Science (New York, N.Y.), 343 (6169), 437-40 PMID: 24458646

lunes, 30 de diciembre de 2013

Dos mejor que tres: un poda en el árbol de la vida

Xmas Darwin Phylogenetic Tree (origen de la imagen)




Hoy se cumple el primer aniversario de la muerte de Carl Woese, uno de los científicos de los que puede decirse eso de que "sus descubrimientos cambiaron los libros de texto". Bueno, ahora parece que algo parecido está sucediendo con su más famosa hipótesis, y probablemente dentro de poco habrá que volver a cambiar los libros de texto.

Ya hemos comentado en este blog que en 1977 Woese y Fox presentaron su árbol filogenético de tres ramas. El árbol fue construido al comparar la secuencia del ARN ribosómico, una macromolécula presente en todos los seres vivos. Evidentemente fueron muchos los grupos que se lanzaron bien a confirmar, o bien a rechazar la hipótesis mediante la realización de diversos experimentos y observaciones.

Uno de esos grupos fue el del profesor James A. Lake, de la Universidad de California Los Angeles. Lake también se fijo en los ribosomas, pero en lugar de comparar sólo las secuencias de ARN ribosomal, se fijo en la estructura de la macromolécula completa. En concordancia a los resultados de Woese, encontró que los ribosomas bacterianos eran muy distintos de los ribosomas eucariotas y de las arqueas. Pero al comparar los ribosomas de eucariotas y arqueas se encontró con algo inesperado. Los ribosomas eucariotas se parecían bastante a un tipo de arqueas (las crenoarqueas pero en ese tiempo se las conocía como los eocitos), pero no a otro (las euryarqueas, el grupo de los metanógenos y los halófilos extremos).

Comparación de la estructura de los ribosomas provenientes de difrerentes tipos de células. Origen de la imagen: Lake et al. 1984


Así que propuso otra explicación para explicar el origen de los eucariotas: la hipótesis del eocito. La diferencia fundamental entre ambas hipótesis es la siguiente. El árbol de Woese consta de tres ramas principales: Bacteria, Archaea y Eukarya. El árbol de Lake solo consta de dos ramas: Bacteria y Archaea, y dentro de la rama "Archaea" los eucariotas serían una rama secundaria más.

Los dos árboles. A la izquierda los tres dominios propuestos por Woese, a la derecha los dos dominios propuestos por Lake. Modificado a partir de Cox et al. 2008


¿Quién tiene razón? Pues inicialmente la hipótesis que parecía más correcta era la de Woese, y de hecho es la que nos encontramos en los libros de texto más usados en microbiología como son el Brock y el Prescott. Pero desde la revolución genómica cada vez se están acumulando más datos de secuencias de genómas completos de diversos microorganismos y parece que es la hipótesis del eocito la que se está viendo confirmada, al menos según una reciente revisión que ha sido publicada en la revista Nature. Vamos a resumirla.

Las dos hipótesis enfrentadas. En el árbol de la izquierda tenemos tres dominios principales monofiléticos: Bacteria, Archaea y Eukarya. Este último también es conocido como el linaje del hospedador en referencia al evento endosimbiontico que dio origen a la mitocondira, o el linaje nuclear por la presencia de dicho orgánulo. En este árbol las arqueas y los eucariotas tienen un ancestro común que no comparten con las bacterias. Todas las arqueas están dentro de un grupo monofilético. En la hipótesis del eocito (árbol de la derecha), el linaje de los eucariotas es uno más dentro del linaje de las arqueas. De acuerdo con dicha hipótesis los eucariotas compartirían un ancestro común con uno o con todos los linajes del grupo TACK, pero estarían diferenciados del linaje de las arqueas metanógenas (las euryarqueas). Por eso las arqueas serían un grupo parafilético. En este árbol sólo hay dos grandes linajes: Bacteria y Archaea. Origen de la imagen: Williamns et al. 2013


Comparación de secuencias

El árbol de los tres dominios se vio apoyado inicialmente por los datos de comparación de secuencias debido a que había muy pocas disponibles. Como ya he comentado antes, cada vez se están acumulando más datos genómicos. Esa circunstancia ha obligado a desarrollar nuevos métodos de análisis bioinformático. En cierto sentido en el campo de la bioinformática esta pasando algo muy similar a lo del problema de la "clasificación del murciélago" (¿es un ave porque vuela o un mamífero porque tiene mamas?). Dependiendo del método de comparación o del gen que se compara, una serie de parecidos entre las secuencias parecen tener más peso que otros, y así uno puede conseguir que le salga un árbol de tres dominios o uno de dos dominios. Añadamos a eso que a veces pueden suceder artefactos debidos a la técnica experimental de comparación. Un ejemplo de eso es lo que se conoce como la "atracción de las grandes ramas" en las que las secuencias que están en el interior de una gran rama tienden a parecer mucho más relacionadas entre sí, independientemente de su historia evolutiva. Como los programas bioinformáticos son cada vez más refinados y están diseñados para evitar o minimizar esos artefactos, lo que se está viendo es que los árboles se ajustan mejor al modelo de dos ramas del eocito.


Comparación de los "Core-genes" implicados en la producción de proteínas

Cuando Woese eligió hacer la comparación usando el ARN ribosomal lo hizo porque esta molécula está presente en uno de los procesos más conservados de la vida: la biosíntesis proteica. Pero ahora se pueden comparar no sólo los ARN ribosomales, sino todas las proteínas que están involucradas en dicho proceso, sobre todo aquellas proteínas que forman parte del ribosoma. Es lo que se conocen como los genes principales o core-genes, y evidentemente están muy conservados. Se asume que son unos 39 genes (depende de las preferencias del investigador). Aunque aquí también hay problemas dependiendo del método de comparación que use. En un trabajo publicado en el 2001 se comparaban los genes y el cómo estaban agrupados y se postuló que el árbol del eocito era el correcto. Pero en el 2006 apareció otro trabajo en el que primero se alineaban las secuencias dentro de cada grupo (bacteria con bacteria, arquea con arquea y eucariota con eucariota) y luego se combinaban para la comparación final, obteniéndose así un árbol con tres dominios. Al igual de lo que se ha indicado en el apartado anterior, usando métodos de comparación más refinados, los árboles que se obtienen son de dos ramas y no de tres.


Nuevos linajes de arqueas

Una consecuencia del uso de métodos metagenómicos en el análisis de muestras ambientales es que nos ha permitido conocer la existencia de microorganismos que ni siquiera ha sido posible cultivarlos en el laboratorio. Y con ello han aparecido linajes totalmente nuevos que han permitido “romper” las grandes ramas. Es el caso de los phylum Korarchaeota, Thaumarchaeota y Aigarchaeota. Estos tres phylum están relacionados con el phylum Crenarchaeota, por lo que se les conoce de manera informal como el super-filum TACK para así distinguirlos de los Euryarchaeota. Pues bien, una gran parte de los genes homólogos entre los eucariotas y las arqueas está dentro de este grupo, incluyendo los homólogos de la actina y la tubulina, el sistema de la ubiquitina, y una gran parte de los genes de la maquinaria ribosómica. Sin embargo dichos parecidos no se encuentran en un solo representante del grupo TACK, sino que están repartidos entre todos ellos, lo que puede explicarse por procesos de pérdida de genes o por procesos de transferencia genética horizontal (HGT).

Relaciones entre las arqueas y el origen de los eucariotas. El árbol representado es la rama Archaea de acuerdo con la hipótesis del eocito. Algunas de estas pautas y homologías también pueden ser explicadas por la hipótesis de los tres dominios, pero los resultados metagenómicos más recientes parecen cuadrar más con esta representación. Así, todos los linajes del grupo TACK y los eucariotas comparten el hecho de tener una inserción en la secuencia del factor de elongación 1-alfa (la posición filogenética de Korarchaeum aún no está resuelta definitivamente, pero ese linaje se caracteriza por la pérdida de dicha inserción). Entre estos resultados recientes se incluyen los ortólogos de la actina y la tubulina que en los eucariotas son la base del citoesqueleto. En el caso de los euryarqueotas lo que se encuentra es FtsZ, el homólogo a la tubulina presente en las bacterias. También se han incluido los componentes del sistema de la ubiquitina encontrado en Caldiarchaeum subterraneum. Aunque los mayores parecidos entre eucariotas y el grupo TACK se encuentran al comparar las secuencias de los genes involucrados en la transcripción y la traducción (cuatro proteínas ribosomales, la subunidad RpoG de la RNApolimerasa y el factor de elongación Elf1). Origen de la imagen: Williamns et al. 2013


Endosimbiosis, procesos de transferencia genética horizontal e historia de la vida

Tanto la hipótesis de los tres dominios como la del eocito contemplan el cómo la endosimbiosis y los procesos HGT han influido en la evolución y en la aparición del linaje eucariota, pero se diferencian en el cuándo han sucedido. Lo que parece claro es que los genes involucrados en procesos de transcripción y traducción (core-genes) no se han visto afectados por procesos HGT tan frecuentemente como genes involucrados en procesos metabólicos, así que el estudio de cómo se heredaron de manera vertical nos debe de dar información sobre cuándo aparecieron los distintos linajes. Para la hipótesis de los tres dominios, la aparición de los eucariotas fue algo que sucedió muy tempranamente y por ello dicho linaje celular está al mismo nivel que el dominio Arquea. En cambio, según la hipótesis del eocito los eucariotas son un grupo relativamente joven ya que sus "core-genes" se originaron dentro del linaje Arquea.

En cuanto a la endosimbiosis que dio lugar a las mitocondrias y a los cloroplastos, parece claro que debió suceder después de que hubieran aparecido las alfaproteobacterias y las proclorofitas. Se ha llegado a postular que la endosimbiosis que dio lugar a las mitocondrias fue anterior a la aparición del núcleo, y que fue precisamente ese evento lo que originó la aparición del linaje eucariota. En ese caso, dicho evento tuvo que suceder mucho después de lo que indica el árbol con tres dominios, algo que se contempla en la hipótesis del eocito.


Registro fósil y aparición de los eucariotas

El primer fósil que es indiscutiblemente eucariota es un alga roja de las bangiophytas que ha sido datada entre los 1200 y los 720 millones de años. Hay sin embargo otros candidatos que aparecen en rocas con 1800 millones de años de edad. Esto es consistente con los datos de biología molecular que señalan que el último ancestro común de los eucariotas apareció entre los 1900 y los 1700 millones de años. Sin embargo, sabemos que los procariotas fotosintéticos que formaron los primeros estromatolitos aparecieron hace 3400 millones de años, y las primeras arqueas metanógenas (Euryarchaetoa) produjeron metano que quedó en el registro fósil hace ya 3500 millones de años. Esto indica que los dos linajes procariotas aparecieron casi dos mil millones de años antes de que aparecieran los eucariotas. De nuevo, este dato parece apuntar a la hipótesis del eocito más que a la de los tres dominios.

Moraleja, no te tatúes un árbol filogenético. Origen de la imagen: The Genealogical World


Membranas celulares

Este es el único aspecto que parece mejor explicado por el árbol de los tres dominios que por la hipótesis del eocito. Las bacterias y los eucariotas tienen en común que los fosfolípidos de sus membranas celulares presentan enlaces éster, mientras que los fosfolípidos de todas las arqueas contienen enlaces éter. Lo cierto es que la aparición de las membranas biológicas en la historia de la vida es un asunto que no está aún muy claro, y de hecho se ha llegado a proponer que la vida apareció en estructuras de origen mineral y que luego se formaron las membranas dando lugar a las células modernas. En el caso de la hipótesis del eocito habría que explicar como una arquea del grupo TACK que realiza una endosimbiosis con una alfaproteobacteria, cambió su sistema de membranas biológicas del "estilo arquea" al "estilo bacteria".


Conclusiones

Si el árbol del eocito es correcto, entonces el grupo TACK de las arqueas contiene las pistas para explicar el origen de los eucariotas y de las complejas estructuras intracelulares que contienen. Al mismo tiempo, permite rechazar la hipótesis de que los eucariotas son un linaje celular primordial, dejando tan solo dos dominios primarios: Archaea y Bacteria.


. ¡Que tengáis un feliz 2014!
Origen de la imagen: Zazzle


Esta entrada participa en el XXVII carnaval de la Biología alojado en el blog La aventura de la ciencia

ResearchBlogging.org

Woese CR, & Fox GE (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 74 (11), 5088-90 PMID: 270744

Williams TA, Foster PG, Cox CJ, & Embley TM (2013). An archaeal origin of eukaryotes supports only two primary domains of life. Nature, 504 (7479), 231-6 PMID: 24336283

Cox CJ, Foster PG, Hirt RP, Harris SR, & Embley TM (2008). The archaebacterial origin of eukaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105 (51), 20356-61 PMID: 19073919

Lake JA, Henderson E, Oakes M, & Clark MW (1984). Eocytes: a new ribosome structure indicates a kingdom with a close relationship to eukaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 81 (12), 3786-90 PMID: 6587394

martes, 10 de diciembre de 2013

#NoSinEvidencia. No permitamos que el timo de la homeopatía se reconozca como terapia



Este blog se une al manifiesto #NoSinEvidencia para intentar evitar que el timo de la homeopatía se reconozca como terapia y sus preparados puedan ser considerados "medicamentos" o "fármacos". A continuación se reproduce dicho manifiesto.



La evidencia científica es uno de los pilares sobre los que se asienta la medicina moderna. Esto no siempre ha sido así: durante años, se aplicaron tratamientos médicos sin comprobar previamente su eficacia y seguridad. Algunos fueron efectivos, aunque muchos tuvieron resultados desastrosos.
Sin embargo, en la época en la que más conocimientos científicos se acumulan de la historia de la humanidad, existen todavía pseudo-ciencias que pretenden, sin demostrar ninguna efectividad ni seguridad, pasar por disciplinas cercanas a la medicina y llegar a los pacientes.
Los firmantes de este manifiesto, profesionales sanitarios y de otras ramas de la ciencia, periodistas y otros, somos conscientes de que nuestra responsabilidad, tanto legal como ética, consiste en aportar el mejor tratamiento posible a los pacientes y velar por su salud. Por ello, la aparición en los medios de comunicación de noticias sobre la apertura de un proceso de regulación y aprobación de medicamentos homeopáticos nos preocupa como sanitarios, científicos y ciudadanos, y creemos que debemos actuar al respecto. Las declaraciones de la directora de la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios (AEMPS) asegurando que “no todos los medicamentos homeopáticos tienen que demostrar su eficacia” y que “la seguridad no se tiene que demostrar con ensayos clínicos específicos” no hacen sino aumentar nuestra preocupación.
Por lo tanto, solicitamos:
  1. Que no se apruebe ningún tratamiento que no haya demostrado, mediante ensayos clínicos reproducibles, unas condiciones de eficacia y seguridad al menos superiores a placebo. La regulación de unos supuestos medicamentos homeopáticos sin indicación terapéutica es una grave contradicción en sí misma y debe ser rechazada. Si no está indicado para nada ¿para qué hay que darlo?.
  2. Que la AEMPS retire de la comercialización aquellos fármacos, de cualquier tipo, que pese a haber sido aprobados, no hayan demostrado una eficacia mayor que el placebo o que presenten unos efectos adversos desproporcionados.
  3. Que el Ministerio de Sanidad, Servicios Sociales e Igualdad y el resto de autoridades sanitarias persigan a aquellas empresas que atribuyen cualidades curativas o beneficiosas para la salud a sus productos sin haberlo demostrado científicamente.
  4. Que el Consejo General de Colegios de Médicos de España / Organización Médica Colegial, en cumplimiento del artículo 26 del Código de Deontología Médica, desapruebe a los facultativos que prescriban tratamientos sin evidencia científica demostrada.




Entradas en este blog relacionadas con el timo de la homeopatía:
 El homeópata homeopático y la bacteria que nunca existió


martes, 5 de noviembre de 2013

De fluorescencia, prótesis y caderas reales infectadas



Hace cosa de un mes no había periódico, radio o televisión de este país en la que no apareciese una noticia o comentario sobre la infección de la prótesis de cadera del rey. Muchos periodistas y tertulianos varios se convirtieron de la noche a la mañana en especialistas de microbiología clínica y de cirugía ortopédica y se preguntaban y clamaban que cómo era posible que no se hubiera detectado antes esa infección. Como es lógico la cuestión llegó al parlamento, y hubo incluso una diputada de ERC que aprovechando el río revuelto recomendó que el rey se tratara con homeopatía en su defensa de regular esa pseudociencia (menos mal que no la hicieron caso). Tras la operación se determinó que los microbios causantes de la infección habían sido una cepa de Staphylococcus hominis y un Propionibacterium sin identificar ¿Y por qué no se detectó a tiempo la infección? la respuesta es que no es fácil. Uno de los sueños de cualquier microbiólogo clínico es que existiera algún tipo de sonda que inyectada en el cuerpo del paciente se dirigiera al foco de infección y allí se uniese a los microrganismos patógenos lo que facilitaría mucho la diagnosis y el tratamiento a seguir. Bien, pues puede que esa herramienta esté mucho más cerca de existir de lo que parece.

En un reciente artículo publicado en la revista Nature Communications un grupo de científicos holandeses, alemanes y norteamericanos han desarrollado una técnica que permitiría la visualización en tiempo real de los focos de infección mediante el uso de vancomicina fluorescente. Los investigadores tomaron ratones a los que provocaban una infección en el interior de un músculo utilizando a la bacteria Staphylococcus aureus o a la bacteria Escherichia coli . Como control utilizaron ratones en los que provocaban una inflamación muscular utilizando bolitas de Cytodex estéril. A los dos días de la infección se les inyectaba el antibiótico fluorescente y 24 horas después los investigadores podían observar los lugares a los que el antibiótico se había unido y el progreso en el tratamiento.

Estructura de la molécula fluorescente Vanco-800CW que está compuesta del fluoroforo IRDye800CW (parte superior) unido mediante una deoxi-glucosa a la Vancomicina (parte inferior). Fuente: Van Oosten et al. 2013


Así encontraron que S. aureus era fácilmente detectada pero E. coli no. La explicación es que la vancomicina es un antibiótico que inhibe la síntesis del peptidoglicano, el componente principal de la pared bacteriana. Como la penicilina también inhibe la transpeptidación pero su mecanismo de acción es distinto. En el caso de la penicilina, el antibiótico se une al centro activo de la enzima PBP y lo bloquea irreversiblemente. Lo que hace la vancomicina es unirse al dipéptido D-ala-D-ala bloqueando la entrada de la enzima PBP con lo que no puede realizar la transpeptidación. En el caso de las bacterias Gram positivas la vancomicina puede acceder al lugar donde ejerce su acción. Pero las bacterias Gram negativas como E. coli tienen una membrana externa que rodea a la pared de peptidoglicano, con lo que la vancomicina se queda fuera y no hace nada.

Diseño experimental: A los ratones se les provocaba una miositis inyectando intramuscularmente a la bacteria S. aureus en un muslo y a la bacteria E. coli en otro para comparar. El control negativo era la producción de una miosistis mediante el uso de bolitas estériles de Cytodex, un polímero inerte. Posteriormente por vía intravenosa se inyecta el fluoróforo. La molécula de Vanco-800CW se une a los dipéptidos D-Ala-D-Ala del peptidoglicano de S. aureus lo que permite su detección. Fuente: Van Oosten et al. 2013


Pero claro, una cosa es usar un ratón que es un animal pequeñito y donde es relativamente sencillo detectar la fluorescencia interna y otra cosa es un ser humano. El siguiente paso fue comprobar si este método funcionaba en el caso de una infección localizada en una prótesis dentro de una pierna humana. Evidentemente no usaron a un ser humano vivo, sino la pierna proveniente de un cadáver. También en este caso tuvieron éxito en la detección del foco infeccioso. Ahora se van a comenzar los ensayos clínicos con pacientes reales, y hablando de eso, quizás podrían preguntar en la Zarzuela por algún voluntario.

Imágenes de un ratón al que se le ha inducido una miositis en su pierna izquierda con E. coli y en su pierna derecha con S. aureus. Las imágenes han sido recogidas a las 8 y a las 24 horas después de la inyección intravenosa del fluoróforo. Las imágenes de la columna izquierda son de bioluminiscencia mientras que las de la izquierda son de florescencia. Nótese el llamativo color naranja de la inflamación provocada por S. aureus. Fuente: Van Oosten et al. 2013


Esta entrada participa en el XXIX carnaval de la Química organizado por el blog Más ciencia por favor, y en ka siguiente edición del carnaval de la biología cuando tenga un sponsor

La imagen superior fue montada a partir de imágenes de los siguientes sitios web: El Mundo, wikipedia, Microbial Clasification y leavingbio. Y sí, ya sé que los colores están en vertical y no en horizontal, pero el montaje me quedaba mejor así.

ResearchBlogging.org

van Oosten M, Schäfer T, Gazendam JA, Ohlsen K, Tsompanidou E, de Goffau MC, Harmsen HJ, Crane LM, Lim E, Francis KP, Cheung L, Olive M, Ntziachristos V, van Dijl JM, & van Dam GM (2013). Real-time in vivo imaging of invasive- and biomaterial-associated bacterial infections using fluorescently labelled vancomycin. Nature communications, 4 PMID: 24129412

jueves, 31 de octubre de 2013

"The Last of Us" o cómo nos convertimos en un festín para hongos



A mediados de año apareció el videojuego "The Last of Us". No lo he jugado, pero según los críticos es una auténtica obra maestra por lo que no es extraño que fuera un éxito de ventas. Sí que he visto algunos vídeos con el desarrollo del juego y debo reconocer que parece muy entretenido. Es un juego de los llamados "en 3ª persona" donde el jugador maneja a un personaje que tiene que cumplir una misión en un mundo infestado de zombis.



Supe de la existencia del juego por uno de los blogs de Scientific American en el que se describía la ciencia que hay detrás de los zombis que aparecen. Porque en este videojuego no hay un virus zombificante como en "Resident Evil" o similares. Lo que ha ocurrido en el juego es que un hongo mutante del tipo Ophiocordyceps ha conseguido saltar la barrera de las especies e infectar a los humanos. El hongo aparece en Sudamérica y desde allí se extiende al resto del globo aniquilando casi por completo a la humanidad en tan solo un par de décadas. En este artículo de Manuel Pazos y Miguel Vicente tenéis una explicación del ciclo de vida de los Cordyceps y un interesante vídeo que muestra cómo consiguen convertir en zombis a las hormigas, aunque hay que hacer notar que hay muchas especies que infectan a distintos artrópodos como saltamontes o arañas.



Evidentemente los creadores del videojuego han tenido que realizar algunos cambios para que los zombis humanos sean algo más terroríficos y asquerosos que una hormiga a la que le sale una seta de la cabeza. Así que lo que hicieron fue crear estadios o fases en el proceso patológico. La infección puede ser por vía aérea o por un traumatismo. El hongo es neurotrópico, así que lo primero que hace es destruir el cerebro del hospedador. Una vez hecho esto el humano se transforma en un "runner" (corredor). Esto ocurre a los dos días de ser infectado. Los "corredores" actúan en manadas y poco a poco el hospedador va desarrollando el aspecto del típico zombi putrefacto que lo que intenta es ir a por ti y comerte a bocados. La "putrefacción" es debida a la invasión de los tejidos por las hifas del hongo.



Según avanza la infección el hongo va desarrollando el cuerpo fructífero en la cabeza del hospedador. Es lo que el juego llaman un "stalker" (stalk= tallo o pedúnculo). Evidentemente en el proceso se destruye todo el sistema visual, pero no el auditivo. El hospedador deja ya de formar grupos y cada vez muestra un comportamiento más solitario. Poco a poco el cuerpo fructífero va desarrollándose hasta que el hospedador se convierte en un “clicker”, llamado así porque lo que hace es utilizar el castañeteo de los dientes como un sistema de ecolocalización. Cuando el cuerpo fructífero se ha desarrollado por completo el hospedador se retira a un lugar oscuro y húmedo para que el micelio consuma sus últimos restos y libere las esporas. Esta fase final se denomina "bloater" (bloat=hinchado). Es en esta fase donde para mi está el fallo "microbiológico" del juego. Los hongos reales buscan precisamente dispersar sus esporas de la manera más eficiente posible. Sin embargo en el juego lo que hacen es irse al rincón más recóndito. No parece una buena estrategia.

La verdad es que uno ve como se buscan la vida estos hongos parásitos y no puede dejar de sentir pena por el hospedador, aunque sea una araña peluda, pero lo cierto es que estos hongos tienen un potencial biotecnológico enorme como bioinsecticidas. Y de hecho ya se están utilizando para eliminar al escarabajo que vemos en la fotografía de abajo.



Este escarabajo con ese color rojo tan llamativo tiene por nombre Rhynchophorus ferrugineus, pero aquí en Alicante todo el mundo le conoce por Picudo Rojo. Este insecto pone sus huevos en un palmera y las larvas que nacen se la comen por dentro desarrollándose en adultos y volviendo a comenzar el ciclo. Al cabo de unos pocos meses te has quedado sin palmera. Es una de las más temibles plagas que pueden sufrir esas plantas. Y como este insecto ataca a la planta desde dentro, es muy difícil de erradicar con insecticidas. De hecho, lo más efectivo es eliminar a las palmeras que están infectadas antes de que la plaga se extienda a otros ejemplares. Pero la compañía Glen Biotech, una spin-off de la Universidad de Alicante, ha desarrollado una nueva estrategia: utilizar el hongo entomófago Beauveria bassiana cuyo ciclo de vida ya explicamos en una entrada anterior.



¡¡¡Feliz Halloween!!!

Origen de las imágenes:
1.- Turning A Beautiful Model Into A "Clicker" From The Last Of Us
2.- Wikipedia: The Last of Us
3.- But Not Simpler
4.- Runner: http://hyoungman.cghub.com/images/ . Stalker, Clicker y Bloater: http://thomaswievegg.deviantart.com/
5.- Wikipedia: Rhynchophorus ferrugineus
6.- Dorkly

Esta entrada participa en el XXVI carnaval de la Biología alojado en el blog La rueda de los inventos

lunes, 28 de octubre de 2013

400 programas de "Tú, yo y los microbios"



El pasado 25 de octubre Radio UMH emitió el programa Nª 400 del micro-espacio radiofónico "Tú, yo y los microbios". Y por ello estuvo dedicado a contar una pequeña biografía de Ada Yonath, la 4ª mujer en conseguir el premio Nobel de Química, por sus estudios sobre la estructura del ribosoma.

Esta es la quinta temporada del programa y me he visto obligado a recortar el número de emisiones, pasando de cinco a tres microespacios semanales. Aún así espero seguir manteniendo el interés de la audiencia contando diversas historias sobre el fascinante mundo de la Microbiología.

¡Muchas gracias a todos!

Fuente de la imagen. Wikipedia

domingo, 29 de septiembre de 2013

Cuando el calor aprieta el menage a trois es una solución.


Origen de la imagen: e-minis


La termotolerancia en las plantas es una característica de mucho interés. Imaginémonos poder transferir dicha propiedad a plantas de uso agronómico que sean de clima frío o templado, para que así pudieran sobrevivir mejor en climas mucho más cálidos. En el parque norteamericano de Yellowstone podemos encontrar a la hierba Dichanthelium lanuginosum capaz de aguantar temperaturas en el suelo de hasta 65ºC. Cualquier otra planta es incapaz de sobrevivir a esas temperaturas.

Sin embargo D. lanuginosum tampoco puede sobrevivir por si misma a tanto calor. Si uno coge semillas y las cultiva en el laboratorio de manera estéril se encontrará que las plántulas son incapaces de aguantar una temperatura superior a los 38ºC. Y de hecho, lo que se encontrará es que su temperatura óptima es de 23-27ºC, como casi cualquier otra planta. La explicación se encuentra en las raíces. D. lanuginosum necesita establecer una simbiosis endofítica con el hongo Curvularia protuberata para adquirir la termotolerancia. De forma llamativa, C. protuberata tampoco puede sobrevivir por si mismo por encima de los 38ºC. Necesita colonizar las raíces de la planta.

Esquema del menage a trois entre la planta Dichanthelium lanuginosum, el hongo Curvularia protuberata y el virus CThTV. Fuente: Marilyn J. Roossinck, 2011


Pero las sorpresas no acababan ahí. Resulta que en alguna ocasión se podían observar plantas colonizadas por el hongo que no mostraban termotolerancia. Debía haber algún motivo y al comparar la biología molecular de los hongos que permitían la termotolerancia con aquellos que no, los investigadores se encontraron con algo muy llamativo. En los primeros se detectaban dos moléculas de RNA bicatenario de 2,2 y 1,8 kb. Tras aislarlos y utilizar la transcriptasa inversa, los fragmentos fueron clonados y analizados. Ambos contenían pautas de lectura abiertas (ORFs) y entre los genes que codificaban se encontraba una RNA polimerasa dependiente de RNA. Es decir, ambos fragmentos provenían de un virus. No es de extrañar que fuera bautizado con el nombre de Virus de tolerancia termal de Curvularia, aunque se le conoce por sus siglas anglosajonas CThTV (Curvularia Thermal Tolerance Virus).

Lo que habían encontrado los investigadores era un menage a trois ecológico. El virus infecta al hongo, el hongo coloniza a la planta y así puede darse la termotolerancia. Todos contentos porque la planta puede colonizar hábitats muy calientes en los cuales no tendrá competencia con otras plantas. La planta alimenta al hongo, el cual se reproducirá y permitirá que en sus conidios pueda ir el virus como pasajero para infectar a la descendencia.

Plantas de Dichanthelium lanuginosum sometidas a estrés térmico. Wt es una planta colonizada por el hongo C. protuberata proveniente de Yellostone. An es una planta que ha sido colonizada en el laboratorio por un hongo C. protuberata infectado a su vez por el CThTV en el laboratorio. VF es una planta colonizada por C. protuberata, pero que no está infectado por el virus (Virus Free). NS es una planta que no ha sido colonizada por el hongo. En la parte inferior se muestra una gráfica con los efectos observados. Origen de la imagen Marquez et al. Sicence 2007


¿Y las aplicaciones? Bueno, una de las cosas que hicieron los investigadores fue provocar la colonización de plantas de tomate con el hongo C. protuberata infectado a su vez por CThTV. No pudieron obtener una colonización en el 100% de todas las plantas, pero en aquellas que si lo fueron se observó una termotolerancia semejante a la de Dichanthelium lanuginosum. Otra de las líneas de investigación que se está llevando a cabo es realizar el transcriptoma de C. protuberata infectado con CThTV y compararlo con el del hongo sin infectar. Lo que se ha encontrado por ahora es que se activa la expresión de genes involucrados en la respuesta a estrés térmico como aquellos que intervienen en la síntesis de moléculas osmoprotectoras: trehalosa, glicina, betaina y taurina. También se ha observado un aumento en la síntesis de melanina en los hongos infectados.


Esta entrada participa en la XXV edición de Carnaval de Biología alojada en el blog Ser Vivo.


ResearchBlogging.org

Marquez LM et al. (2007). A Virus in a Fungus in a Plant: Three-Way Symbiosis Required for Thermal Tolerance Science, 315, 513-515 DOI: 10.1126/science.1136237

Roossinck MJ (2011). The good viruses: viral mutualistic symbioses. Nature reviews. Microbiology, 9 (2), 99-108 PMID: 21200397

Morsy MR, Oswald J, He J, Tang Y, & Roossinck MJ (2010). Teasing apart a three-way symbiosis: transcriptome analyses of Curvularia protuberata in response to viral infection and heat stress. Biochemical and biophysical research communications, 401 (2), 225-30 PMID: 20849822