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viernes, 29 de febrero de 2008

Que llueva, que llueva, la bacteria de la cueva...

origen de la imagen


En el último número de la revista Science aparece un artículo bastante llamativo sobre el papel de las bacterias en la precipitación de las lluvias.

Para que se produzca lluvia no sólo se necesita agua vaporizada en forma de nubes. Hacen falta "agentes de condensación" que son minúsculas partículas aerosolizadas. Sobre estas partículas se va depositando agua y cuando su tamaño es mayor de 0,5 mm entonces caen en forma de gotas. Estos agentes de condensación también funcionan como agentes de nucleación en la formación de cristales de hielo o de copos de nieve, por ello se les describe con la abreviatura anglosajona de IN (Ice Nucleation)

Hasta ahora se pensaba que los "agentes de condensación" o INs eran fundamentalmente partículas de polvo, pero un grupo de investigadores de los Estados Unidos y Francia se ha puesto a investigar la composición, origen y distribución de dichos INs y se han encontrado con una sorpresa.

Los investigadores tomaron muestras de nieve de todo el mundo y tras analizar los INs que contenían se han encontrado que entre un 69 a un 100% de los INs son de origen biológico y que fundamentalmente son bacterias.

¿Y esto qué significa? Pues al menos dos cosas. Por un lado que el papel de los microorganismos en el ciclo de agua de la biosfera es más importante de lo que se pensaba. Por otro, que los microorganismos pueden viajar grandes distancias en las nubes y alcanzar cualquier lugar del planeta (algunos INs provenían de muestras de la Antartida).

Así que la próxima vez que uno cante "I'm singin' in the rain" que sepa que está acompañado de un coro de bacterias.


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lunes, 11 de febrero de 2008

De cómo nuestro sistema inmune no puede oler a la Peste





La enfermedad conocida como peste bubónica, se produce por una infección por Yersinia pestis. Esta bacteria suele infectar roedores y se transmite entre ellos gracias a las pulgas. Cuando hay muchas ratas, hay muchas pulgas. Y si una pulga de esas ratas pica a un humano ya tenemos la vía de entrada de este microorganismo en nuestro cuerpo. La enfermedad se caracteriza por una inflamación de los ganglios linfáticos (los bubones).








Evidentemente nuestro cuerpo trata de defenderse gracias a sus células del sistema inmune, entre las cuales se encuentran los macrófagos, especializados en comer o fagocitar cualquier cosa extraña a nuestro cuerpo. Todo se reduce a una carrera entre macrófagos y bacterias. Si los macrófagos consiguen comerse a las bacterias antes de que estas consigan multiplicarse entonces no habrá infección. Sin embargo las bacterias de la peste resisten bastante bien a la fagocitosis gracias a que poseen una cápsula bastante resistente. Si el número de bacterias que entran es pequeño nuestros fagocitos pueden con ellas. Pero si el número es algo grande entonces consiguen multiplicarse en gran número y causan una septicemia o infección generalizada de todo el organismo. Uno de los sintomas característicos es la producción de lesiones en los capilares sanguíneos de la piel. Esto origina una falta de riego en los tejidos cutáneos y la muerte de las células que forman dichos tejidos (necrosia), lo que causa la aparición de manchas negras en la piel. De ahí que a la peste se la conozca por "muerte negra".







A veces Yersinia pestis entra en nuestro organismo por otro sitio. Si consigue llegar a los pulmones, pueden entrar por los capilares alveolares. Y eso es bastante malo por dos motivos. El primero es que puede ser transmitida por vía aérea, por lo que la bacteria pasa a ser altamente contagiosa. Lo segundo es que la infección evoluciona mucho más deprisa y de forma más grave. Cuando la bacteria es inhalada causa lo que se conoce como peste neumónica. En el primer día después de la infección no parece haber síntomas aparentes. Pero a partir del segundo día, el enfermo comienza a emitir gran cantidad de esputos sanguinolentos rebosantes de bacterias infecciosas. La mortalidad es cercana al 100% y generalmente no se sobrevive más de tres días. No resulta raro considerar que ante dicha capacidad tan letal, Yersinia pestis haya sido usada como arma biológica en diferentes momentos de la historia.



Pero lo curioso es que nuestros pulmones están plagados de macrófagos, pues no en vano es un sitio por donde un patógeno puede entrar. Entonces ¿Por qué es tan infectiva Yersinia pestis cuando es inhalada? ¿Qué es lo que ocurre con nuestras células inmunes? ¿Por qué parece que no funciona?



Un trabajo del grupo investigador de W.D. Goldman permitió encontrar una pista. Demostraron que Yersinia pestis es capaz de inhibir la respuesta inmune inflamatoria en el pulmón. Para ello desarrollaron un modelo de la peste neumónica en ratones. La respuesta inflamatoria sirve para inmovilizar a los patógenos y evitar su diseminación a otras partes del organismo. Este laboratorio ha observado que en las primeras 24 horas, el sistema inmune del ratón no reacciona contra la bacteria lo que le permite a ésta el multiplicarse y diseminarse sin freno. Mediante el uso de microarrays han detectado que genes se activan en la bacteria durante la infección y los resultados parecen indicar que la falta de reacción se debe a la acción del sistema de secreción de proteínas tipo III yop-ysc. Podríamos decir que actuan como un sistema de camuflaje molecular que hace a la bacteria indetectable por el sistema inmune. Cuando por fín el sistema inmune reacciona tras esas primeras 24 horas, los números de bacterias son tan altos que la infección es imparable.



Y esto ¿para qué sirve? Conocer que tipo de proteínas son responsables de dicho "camuflaje molecular" puede permitir diseñar algún tipo de fármaco que evite que la bacteria pueda encontrar una via de entrada por los pulmones y por tanto ser utilizada como un arma biológica.

martes, 5 de febrero de 2008

Hongo Radioactivo

Hasta ahora, cuando se hablaba de hongos y radioactividad lo primero en que pensaba uno era en esto:





Bueno, pues ahora habrá que pensar en algo más pacífico e interesante.

Uno de los temas principales en la docencia de la Biología es el metabolismo. La definición de dicho termino es: conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren dentro de un ser vivo y que están encaminadas a mantenerle vivo. Una definición más coloquial es que "come" un ser vivo para vivir. Y es que un ser vivo necesita al menos dos cosas para mantenerse: Una fuente de carbono y una fuente de energía química.


El modo de "comer" va a definir la forma de vida. Los seres humanos por ejemplo necesitamos compuestos de carbono orgánico para vivir. De ellos obtenemos el carbono para nuestras moléculas y al descomponerlos obtenemos la energía química necesaria para mantener esas reacciones bioquímicas. Un buen filete acompañado de una ensalada es un conjunto de esos compuestos. Las plantas en cambio "comen" de otro forma. Mediante la fotosíntesis consiguen transformar la energía luminosa en energía química. Lo hacen gracias a la clorofila, un pigmento que es capaz de transferir la energía de los fotones a una molécula llamada NADPH+H. Y esta molécula puede ser utilizada por las células como energía química en el metabolismo. Con esa energía química las plantas son capaces de utilizar el dióxido de carbono (CO2) como fuente de carbono para sus moléculas. Esta claro que la diferencia entre ambos tipos de seres vivos es muy grande. Los primeros deben de obtener la comida (y por eso se les llama heterótrofos), mientras que los segundos parecen capaces de alimentarse por si mismos ( y por eso se les conoce por autótrofos)


Cuando uno observa el mundo microbiano descubre que hay microorganismos que presentan uno de esos dos tipos de metabolismo. Las bacterias Escherichia coli o Bacillus subtilis son heterótrofas, mientras que la clorofitas o las cianobacterias son autótrofas. Pero también encuentra que hay microorganismos con metabolismos nuevos y exclusivos. Uno de los más sorprendentes es la quimiolitotrofía que vendría a significar: "come piedras". Estos microorganismos son capaces de utilizar CO2 como fuente de carbono, pero a diferencia de las plantas o las cianobacterias, la energía química la obtienen al utilizar compuestos inorgánicos como el sulfuro de hidrógeno (SH2, el gas que huele a huevos podridos). La versatilidad metabólica de los microbios es tal que puede resumirse en la siguiente frase:


Los microorganismos son capaces de comerse cualquier cosa


Había una excepción a esta frase. Ningún ser vivo era capaz de aprovechar la energía radioactiva. Si es cierto que hay microorganismos capaces de sobrevivir en ambientes con una alta radioactividad, siendo el más famoso la bacteria Deinococcus radiodurans. Pero no había ninguno descrito capaz de transformar la energía radioactiva en energía química.

Hasta ahora

En mayo de 2007 el grupo de Arturo Casadevall publicó un artículo sobre la capacidad de unas levaduras pigmentadas de utilizar radiación como fuente de energía. Las levaduras utilizadas fueron Cryptococcus neoformans, Cladosporium sphaerospermum y Wangiella dermatitidis. Las tres especies tienen en común que producen el pigmento melanina. A nosotros la melanina nos sirve para ponernos morenos en verano, pero a estas levaduras les sirve como una forma de neutralizar al sistema inmune. El grupo de Casadevall encontró que entre los restos del a central de Chernobyl había un gran abundancia de estas levaduras pigmentadas. Los investigadores pensaron que la melanina servía para protegerlas de la radiación ambiental. Pero la sorpresa fue encontrar que cuando estas levaduras crecen en presencia de radiación gamma lo hacen más rápidamente que cuando no hay radiación. La radiación permitía una aceleración del metabolismo y una incorporación de carbono mayor.


El mecanismo que transforma a la radiación en energía química es similar al de la fotosíntesis. La radiación ionizante es absorbida por la melanina, la cual sufre un cambio químico. Las células de levadura son capaces de transferir la energía absorbida por la melanina a la molécula NADH+H. Y esa molécula es utilizada posteriormente en el metabolismo.


¿Y esto servirá para algo? Bueno, quizás sí. Algunos hongos pueden ser usados como alimento por los seres humanos. Así que se empieza a especular con la posibilidad de crecer microorganismos que posean dicha propiedad en las estaciones espaciales, donde la radiación es muy intensa, y así obtener una fuente de alimentación inagotable para los astronautas.



Audio en "El podcast del microbio"
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lunes, 4 de febrero de 2008

Pegando fuerte





Un grupo de la Universidad de Indiana publicó en el 2006 un artículo en la revista PNAS en el que estudiaban la capacidad adhesiva de la bacteria Caulobacter crescentus, muy frecuente en habitats acuáticos.

Esta bacteria tiene un ciclo vital bastante curioso. El habitat de Caulobacter son las aguas dulces y es muy normal encontrarla formando biopelículas en las cañerías domésticas. Nace como una célula nadadora flagelada. Posteriormente se fija a un sustrato (una piedra, un acúmulo de materia) y pierde su flagelo. Esta parte de la bacteria se la conoce en inglés como holdfast y se adhiere fuertemente a dicho sustrato gracias a la producción de un polisacarido. Después comienza a diferenciarse en el polo que se ha fijado en el sustrato, formando una delgada prolongación de su cuerpo conocida como prosteca. La adhesión es muy fuerte e impide que la bacteria sea despegada y arrastrada por la corriente. Cuando ha terminado de generar la prosteca es cuando comienza a producir nuevas células nadadoras.

Lo que ha hecho este grupo es medir la fuerza de dicha adhesión. Se necesita 1 microNewton para despegar una célula adherida a una superficie. Parece poco, pero ahora pensemos en una superficie de 1 centímetro cuadrado recubierta de esta bacteria. Para despegar a todas esas bacterias necesitaríamos una fuerza de 7.000 Newtons. Es decir, dicha fuerza es casi tres veces mayor que la tiene un pegamento del tipo superglue (2.500 Newtons por centimetro cuadrado). Pero con una ventaja añadida. Este pegamento bacteriano actúa en condiciones húmedas, el superglue no. El siguiente paso es intentar producirlo en laboratorio puesto que las aplicaciones pueden ser numerosísimas. Desde la industria a las aplicaciones sanitarias.
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viernes, 1 de febrero de 2008

El pequeño laboratorio de los horrores



Cualquier aficionado al cine conoce el musical "La pequeña tienda de los horrores" que narra los problemas causados por una planta carnivora en una floristería. Este tipo de plantas además son famosas estrellas de los documentales de la 2. La escena de la pobre mosca atrapada entre dos hojas con púas de una venus atrapamoscas es un clásico. El destino del insecto será ser disuelto por las enzimas segragadas por la planta y así poder ser absorbido.



Recientemente se ha descubierto que estas plantas carnivoras pueden tener otros usos además de su papel estelar en el cine gore-documental. Uno de los enigmas de la biología contemporánea es que tipo de enzimas son secretadas por la planta. Unos investigadores japoneses han desvelado dicho enigma y se han encontrado con una sorpresa.

De siete proteínas investigadas, tres eran enzimas hidrolíticas que efectivamente disolvían a la presa. Pero las otras cuatro resultaron ser proteínas protectoras con capacidad antibacteriana y antifúngica. El motivo de la existencia de dichas proteínas en el jugo secretado por la planta es lógico si pensamos que el insecto debe de servir de alimento al vegetal y no a cualquier otro hongo o bacteria saprófita. Como la absorción es muy lenta, las bacterias y hongos podrían crecer sobre el insecto privando a la planta del alimento, luego dichas proteínas están funcionando como conservantes alimentarios.

El siguiente paso será investigar si estas proteínas tienen potencial terapéutico o aplicado en otros campos como la preservación de alimentos de manera ecológica. Así que quizas dentro de poco podamos ver en los supermercados algo así como "Sin colorantes ni conservantes artificiales. Puro extracto de venus atrapamoscas".