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, 16 de enero de 2009

Una bacteria es una bacteria, es una bacteria

Después de un largo paréntesis debido a diversas actividades docentes vuelvo por estos fueros. Aquí va la segunda parte del comentario dedicado a la definición de especie bacteriana.

Debemos recordar que es el ser humano el que pone nombre a las cosas. Y generalmente sólo nombramos aquello que nos interesa. Eso quiere decir que definir una especie es un acto de antropocentrismo puro y duro. Por eso todos los microorganismos que producen enfermedades tienen categoría de especie. Y lo mismo pasa con aquellos que tienen interés para el ser humano, ya sea porque producen queso manchego o porque pueden degradar un plástico. Pero todos aquellos microorganismos que "no hacen nada" generalmente pasan desapercibidos.





Portada del disco de Bob Dylan del año 1979 que incluye la canción Man gave name to all the animals.


Sin embargo las nuevas herramientas de la biología molecular están cambiando el panorama a pasos agigantados. El ser humano ahora es consciente de que existe una enorme multitud de microorganismos en la Biosfera. Claro que el problema no se resuelve dando nombres a todo bicho viviente que encontremos con el microscopio. Si así fuera crearíamos un problema más grande del que tenemos. Hay que recordar que la taxonomía no sólo sirve para dar nombre a las cosas. También sirve para definirlas y clasificarlas. Y para eso hace falta tener un criterio de clasificación.

Actualmente, los taxónomos microbianos intentan clasificar a los microorganismos integrando diferentes clases de datos, tanto fenotípicos (test bioquímicos, composición de lípidos,...), genotípicos (hibridación de DNA), como filogenéticos (secuencias del rRNA). Así por ejemplo se considera que dos microorganismos pertenecen a especies distintas si presentan un porcentaje de hibridación de sus DNAs menor del 70%. Es una técnica muy reproducible y sus datos son bastante consistentes y de hecho está considerada como el patrón de oro cuando se debe de determinar el estatus de especie para un microorganismo. Lo malo de dicha técnica es que es muy complicada, lenta y solo puede realizarse con microorganismos que han sido cultivados en laboratorio porque se requiere una gran cantidad de ellos para extraer su DNA.


Hibridación DNA-DNA. Cuanto mayor sea el parecido entre dos especies menor número de heteroduplex se forman

Es por eso por lo que muchos laboratorios prefieren los datos de secuenciación del rRNA. Es un carácter universal por lo que permite una clasificación en base a la similitud de secuencia. Es una técnica rápida, sencilla y puede utilizarse sobre microorganismos que no han sido cultivados. En ese caso se considera que una identidad menor del 97% indica que son dos especies distintas. Pero también tiene sus inconvenientes. El primero es que la clasificación se basa en un solo gen, por lo que las variaciones en la secuencia debidas al azar pueden ser consideradas muy importantes cuando en realidad pueden no serlo. Asimismo, si ha habido eventos de recombinación o de transferencia genética horizontal, los resultados pueden llevarnos a confusión. Por último, tener el mismo rRNA en dos aislados no significa que sean de la misma especie (ver más abajo).

Está claro que lo mejor es mirar varios genes, pero de forma rápida y sencilla. Hace tiempo los epidemiólogos se dieron cuenta de que necesitaban una herramienta que les permitiese distinguir entre diversas cepas del mismo microorganismo patógeno. Desarrollaron una técnica que se conoce por la siglas MLST por MultiLocus Sequence Typing, o Tipado por Secuencia de MultiLocus. Básicamente consiste en determinar las diferencias que hay en las secuencias entre los "genes ama-de-casa" (housekeeping genes) o genes que se encargan del metabolismo de mantenimiento de la célula. Con ello comparaban aislados microbianos de distintos pacientes. Si dos aislados tienen el mismo perfil genético en el MLST significará que pertenecen a la misma cepa patógena.

La técnica de MLST se ha modificado para aplicarla a la taxonomía bacteriana. Así la identificación es un proceso en dos fases. La primera es la secuenciación del rRNA para asignar a un determinado microorganismo dentro de un género. La segunda fase consiste en determinar la especie utilizando la comparación de genes que son ubicuos dentro de ese género y que además estén en copia única dentro del genoma de dichos microorganismos. Para distinguirla de la técnica usada en epidemiología molecular se la ha bautizado como MLSA por MultiLocus Sequence Analysis.
Un ejemplo de utilización de la técnica MLSA ha sido la diferenciación entre especies del género Burkholderia. La especie B. mallei es un parásito obligado de equinos que produce la enfermedad conocida como muermo. Su pariente, la bacteria saprofita del suelo B. pseudomallei, causa la melioidosis, una enfermedad endémica de Australia y el sur de Asia. Si unorealiza un estudio de hibridación de DNA se encontrará con que la hibridación es mayor del 76%, luego según dicha técnica ambas son la misma especie. En 1998 se aisló una bacteria muy semejante a B. pseudomallei pero que era avirulenta. Se la bautizó como B. thailandensis. Cuando se estudió la secuencia 16S rRNA de estas tres especies se encontró que la identidad era mayor del 99%. Pero la sorpresa saltó cuando se hiceron los estudios de hibridación de DNA. El porcentaje era de 47% lo que indicaba que B. thailandensis era una especie muy diferente de las otras dos. Para resolver el rompecabezas un grupo realizo el MLSA comparando las secuencias internas de siete housekeepings genes. Analizaron varios clones y lo que encontraron fue que todos los aislados de B. mallei eran idénticos y que además se agrupaban con los aislados de B. pseudomallei. Pero todos los aislados de B. thailandensis se agrupaban de forma diferente como una especie completamente distinta. La moraleja es que B. mallei es una especie distinta de B. pseudomallei sólo porque produce una enfermedad diferente, de lo contrario sería considerada como un clon de la misma especie.





Árbol filogenético construido a partir de los datos de MLSA sobre distintos aislados del género Burkholderia. Todos los aislados de B. pseudomallei se agrupan y entre ellos se encuentra B. mallei, (que sería un ecotipo de B. pseudomallei). A su vez todos los aislados de B. thailandensis forman un grupo aparte .



El ejemplo de arriba indica una cosa muy importante. Hay que incorporar la ecología cuando se define una especie. Un patógeno es un ser vivo con una ecología muy especializada. Este es un problema que se encontró el botánico sueco Göte Turesson cuando estudiaba la diferenciación de poblaciones dentro de una misma especie de planta herbácea. Se dio cuenta de que dicha diferenciación tenía una base genética y acuño el término ecotipo. El microbiólogo Frederick M Cohan propuso que el concepto de ecotipo podría servir como base para diferenciar los taxones bacterianos. Los ecotipos serían definidos como poblaciones que presentan una cohesión genética pero una distinción ecológica. B. mallei es un ecotipo de B. pseudomallei que tiene el honor de ser una especie por ser una patógena estricta. Si hubiera sido saprofita habría sido considerada un clon más de B. pseudomallei.

El modelo de ecotipos permite imaginar como evolucionan los microorganismos. Los ecotipos se originan a partir de clones genéticamente idénticos que viven en diferentes hábitats. La especialización ecológica conduciría a la divergencia genética mediante la acumulación de mutaciones adaptativas producidas por eventos de selección. Sería parecido a un arbusto cuyas ramas van creciendo y a las que periódicamente se poda. Sin embargo la cosa no es tan sencilla. Porque en la evolución de los microorganismos hay que tener en cuenta varios factores como son la deriva genética o la transferencia genética horizontal. Aun nos falta información para entender el cuadro, pero estamos algo más cerca.



Modelo de ecotipo estable. Los ecotipos se crea y extinguen a un ritmo lento. Cada ecotipo, rojo o azul, sufre una serie de eventos periódicos de seleccíon (asteriscos) durante su larga historia de divergencia de otros ecotipos. En cada evento de selección el ecotipo mejor adaptado desplaza a los linajes que compiten con él. No es el único modelo de aparición de ecotipos que se ha postulado


Bibliografía en la que está basada esta entrada: Re-evaluating prokaryotic species. Gevers et al. Nature Reviews Microbiology. Vol 3. Sept 2005. Pag: 733-739
Ir a la primera parte: El oficio más antiguo del mundo

9 comentarios:

Carlos de Paz dijo...

Interesantísimo artículo. Muchos de mis alumnos agradecerán este análisis de la situación. Un saludo

Manuel Sánchez dijo...

Gracias Carlos. Espero que les ayude. Saludos

Anónimo dijo...

Gracias por el articulo, en al U tengo microbiologia y debo leer un paper donde utilizan MLSA para delinear a Borrelia burgdorferi s.l. y despues de esto lo entendí, por fin!
Loreto

Manuel Sánchez dijo...

Hola Loreto

Me alegra mucho saber que esta entrada ha cumplido su función didáctica. Para eso está el blog. Muchas gracias por decírmelo porque anima.

rafael muñoz remsolari@yahoo.com dijo...

estoy estudiando burkholderia si alguien sabe como puedo conseguir el medio de cultivo seria de graqn ayuda trabajo como investigador de un hospital nacional de guatemala.

Manuel Sánchez dijo...

Hola

Que yo sepa Burkholderia crece en McConkey, en medio Levine (Medio EMB) y en agar sangre, que suelen ser medios que están disponibles en los hospitales. Otra cosa es que necesites un medio específico para esa bacteria, entonces necesitarás el Medio de Ashdown. Aquí tienes un artículo sobre dicho medio

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16208018

Kurt Friedrich Gödel dijo...

Hola. Aunque en mi blog escribo de Ciencia, no refiero nada sobre Biología porque no la he estudiado lo suficiente. Sin embargo, tu blog es excelente, una gran idea divulgativa; tan accesible como formal.

La situación de la Taxonomía es muy semejante a la que en Lingüística se presenta: el tiempo lo cambia todo. Si para el biólogo es difícil determinar especies, para el lingüista lo es determinar dialectos. Entiendo tu punto en las dos partes (entradas) en que has dividido la idea.

De nuevo te felicito. Saludos. :D

Manuel Sánchez dijo...

Hola

Gracias Gödel. Me alegra que te haya gustado.

Un saludo

Felix Eduardo Moran Villamizar dijo...

Hola. La verdad es que el artículo esta muy bien.
Lo único que no acabo de comprender son dos cosas: ¿Donde radica la diferencia entre un MLSA y un MLST? Ya que supongo que para hacer el tipado de las cepas se deben de analizar la secuencias, al igual que en un MLSA...¿O es que acaso los MLSA deben de ir acompañados de la secuenciación del gen 16S ribosomal?

Y la otra cosa que no acabo de comprender es que, esas comparaciones entre genes housekeeping ,utilizada para taxonomía, tiene en cuenta diferencias a nivel de nucleotidos o a nivel de codones aminoacídicos? Xq si las diferencias a nivel de nucleotidos no conllevan a una diferencia aminoacídica ni de pauta de lectura... cabe la posibilidad de q esas diferencias no sean significativos... No?