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lunes, 22 de junio de 2009

El erotismo de las multitudes



O al menos eso es lo que debe de pensar Candida albicans. Esta levadura es el principal patógeno fúngico que afecta a la especie humana. Recientemente se ha celebrado el congreso de la ISHAM y allí se presentaron una serie de trabajos muy interesantes sobre la regulación de la formación de biofilms o biopelículas como parte de la estrategia patogénica de dicha levadura.

En el blog ya se ha hablado antes sobre las ventajas que supone para un microorganismo patógeno el formar un biofilm. Una de ellas es que se adquiere una mayor resistencia a la acción del sistema inmune y de cualquier compuesto microbicida. También evita que los microorganismos sean arrastrados en áreas donde hay un flujo constante como puede ser la boca, el intestino o la vagina, permitiéndose así su colonización. La tercera es que con el biofilm los microorganismos son capaces de crear un microambiente adecuado para su desarrollo y reproducción.

Aunque las levaduras generalmente se multiplican gracias al proceso de reproducción asexual, como la mayor parte de los organismos eucariotas C. albicans también practica el sexo. Pero lo hace de una forma bastante peculiar. Si nos fijamos en las costumbres sexuales de la levadura cervecera Sacharomyces cereviseae encontraremos dos sexos haploides: a y a (*). Estas formas haploides pueden multiplicarse asexualmente. Pero en algunas condiciones, cuando una levadura de sexo a se encuentra con una levadura de sexo a, surge el flechazo en forma de secreción de feromonas, se fusionan y forman una levadura diploide a/a. Esta levadura diploide también puede tener reproducción asexual pero generalmente suele entrar en el proceso de meiosis y tras la formación de un asca volvemos a tener dos levaduras haploides a y dos levaduras haploides a.




Vida íntima de la levadura Sacharomyces cereviseae.
(imagen modificada de un artículo de la revista Investigación y Ciencia de Noviembre de 1981)


Sin embargo Candida albicans tiene un estilo de vida alternativo, que diríamos hoy. Resulta que la mayor parte de las cepas que se encuentran en la naturaleza son del sexo a/a. Pero estas nunca sufren meiosis y además son incapaces de aparearse entre si. En su lugar lo que hacen es sufrir un proceso denominado Homozigosis-MTL (**). Es decir, se generan los sexos a/a y a/a. Pero aún hay otro requisito para que ambos sexos tengan una feliz unión. Las cepas de C.albicans suelen mostrar un fenotipo "blanco". Eso quiere decir que las colonias tienen un aspecto cremoso y blanquecino y que las células provenientes de dichas colonias suelen ser ovaladas. Sin embargo, las células que son capaces de aparearse, además de ser homozigóticas muestran un fenotipo "opaco". Las células son algo más alargadas y tienden a formar hifas y las colonias suelen tener un color grisáceo. Sólo las células "opacas" y homozigóticas son capaces de aparearse entre sí porque son las únicas capaces de generar feromonas que induzcan a la levadura de sexo contrario a formar un tubo de conjugación y así aparearse. Tras la fusión de los tubos viene la fusión de los núcleos, posteriormente la meiosis y volvemos a tener otra vez células a/a. Aunque la historia no acaba aquí.




Células "blancas" y "opacas" al microscopio



Ya se ha indicado más arriba que C. albicans puede generar biofilms. Eso quiere decir que las células de dicha levadura pueden encontrarse o bien como células libres o planctónicas, o bien como células embebidas en el biofilm. El proceso de formación de un biofilm por parte de C. albicans es el siguiente. Primero las células planctónicas se adhieren al sustrato. Simultáneamente las células secretan un polisacárido que además de permitir la adhesión al sustrato, actúa como una sustancia cementante del biofilm facilitando la cohesión celular. Cuando se alcanza una determinada densidad de población, las células de las capas profundas comienzan a generar unas hifas, proyecciones tubulares de las células, que ascienden hacia las capas superiores. Se consigue así una especie de entramado bastante resistente a las fuerzas mecánicas.




Cuando uno se pone a analizar cual es el sexo de las células planctónicas lo que se encuentra es que todas ellas son a/a. No hay ni una sola homozigótica. Las homozigóticas sólo se encuentran dentro de los biofilms, y nunca en gran número. Sólo representan una pequeña fracción de todas lás células que componen el biofilm. Y eso es porque el proceso de homozigosis-MLT sólo se induce si se forma un biofilm. Más sorprendente aún es el hecho de que un porcentaje significativo de las células que desarrollan las hifas son células homozigóticas. Mediante herramientas moleculares se ha encontrado que las hifas de las células homozigóticas muestran un quimiotropismo. En realidad se tratan de tubos de conjugación que van a permitir el apareamiento celular. Los provenientes de células a/a buscan a los a/a y viceversa. Cuando se encuentran, los tubos se fusionan y posteriormente se fusionan los núcleos.

¿Y para qué se ha complicado tanto la vida C. albicans? Pues la verdad es que esa pregunta se la ha hecho más de un investigador. Como se ha indicado más arriba las células "opacas" son capaces de secretar feromonas para atraer a las células del sexo contrario. Eso implica que la célula de sexo contrario debe de tener en su superficie un receptor para dichas feromonas. Lo curioso es que las células "blancas" que forman el biofilm también tienen dichos receptores, lo que significa que estas células también responden a dichas moléculas. Pero lo hacen de una forma muy distinta. Mientras que una célula "opaca" responde a la feromona intentando aparearse con otra célula "opaca" del sexo opuesto, las células "blancas" son inducidas a formar hifas y secretar más polisacarido para engrosar el biofilm. No sólo eso, también favorecen el quimiotropismo de las "opacas" para poder encontrarse. Si por un casual una célula "opaca" se encuentra en el exterior del biofilm no muestra ningún tipo de quimiotropismo. Sólo aquellas que están en el interior intentan aparearse. De esa forma el biofilm ofrece un microambiente mucho más favorable y protector para las células que deben de aparearse. Resumiendo, Candida albicans sufre de oclofilia.

Fotos C, D, E: Quimiotropismo postivio entre dos células opacas que se encuentran en el interior de un biofilm. Los tubos de conjugación se acercan.
Fotos F, G, H: Quimiotropismo negativo entre células opacas que se encuentran en el exterior. Los tubos de conjugación se alejan, salvo en una célula de la foto G.



(*) Estrictamente hablando a los sexos de las levaduras se les denomina Tipo Sexual o en inglés Mating Types.

(**) Las siglas MTL hacen referencia al inglés Mating Type Locus.

Referencias:
Daniels et al. EMBO journal
Soll D. Current Biology

Audio en "El podcast del microbio"

miércoles, 17 de junio de 2009

La chispa de la vida



La revista Science se hace eco de un artículo publicado en el Astrophysical Journal Letters. En dicho trabajo, el científico planetario Rory Barnes y sus colegas proponen que para que la vida pueda surgir en un planeta, no sólo es necesario que tenga un tamaño parecido al de la Tierra y que se encuentre a una distancia adecuada de su estrella. También necesita un poco de vulcanismo activo.

Los investigadores defienden que las erupciones volcánicas permiten que el agua y el dióxido de carbono que se encuentra en el interior de un planeta puedan alcanzar la superficie, creando condiciones adecuadas para la aparición de la vida. El vulcanismo se debe en parte al efecto de las fuerzas gravitatorias sobre las corrientes de magma internas de los planetas. En el caso de la Tierra es la combinación entre la atracción solar y la atracción de la Luna la que provoca que nuestro vulcanismo sea moderado. Según ellos, Marte sería un buen ejemplo de un planeta poco volcánico en el que la vida no apareció. Pero tampoco es bueno tener muchos volcanes activos. Si nos fijamos en Io, una de las lunas de Júpiter, la atracción gravitatoria del gigante gaseoso es tan fuerte que crea grandes mareas de magma en su interior, por lo que sus volcanes están siempre activos. Eso provoca que la corteza de Io se renueve cada millón de años, haciendo muy difícil que la vida pueda surgir y permanecer.




Imagen hipotética del planeta G 876 d. Se supone que G 581 d sería parecido.


El grupo de Barnes ha aplicado sus calculos al planeta extrasolar GJ 581 d, que se encuentra a unos 20 años-luz de la Tierra. Es un planeta rocoso lo suficientemente grande y alejado de su estrella como para tener agua líquida. Sin embargo han calculado que las fuerzas gravitatorias a las que está sometido no son lo suficientemente grandes para desarrollar un vulcanismo activo. Así que este grupo ha realizado la predicción de que dicho planeta probablemente no contiene vida.

Ahora sólo falta construir una nave espacial, mandarla a ese planeta y comprobarlo. No sé, quizás en el nuevo milenio tengamos algún dato, pero algo me dice que primero deberíamos comprobar si Marte está tan muerto como dicen.

miércoles, 10 de junio de 2009

Antimicrobiano Metálico



Molécula del Triple Helicato de Hierro. Los átomos de Hierro son las pequeñas esferas rojas. (Modificado a partir del artículo original)



Un grupo de la Universidad de Warwick ha desarrollado un nuevo tipo de metalomoléculas sintéticas con capacidad antimicrobiana. La nueva molécula se une al DNA e interfiere en su función lo que causa la muerte de la célula.

En un principio, dichas moléculas fueron diseñadas para ser usadas como agentes antitumorales. Las células cancerosas se replican más rápidamente y sin control si las comparamos con las células sanas. Por lo que muchas drogas antitumorales suelen inhibir la replicación del DNA. Pero el grupo investigador pensó que estas moléculas tenían un gran potencial como antibióticos pues una estrategia de los microorganismos infecciosos es reproducirse lo más rápidamente posible para así sobrepasar a las defensas inmunitarias.

La nueva molécula consiste en un triple helicato de hierro cuya formula es [Fe2L3]4+. Son tres bandas de un polímero orgánico que se envuelven alrededor de dos átomos de Hierro. Esta triple hélice tiene una forma cilíndrica y se une al surco mayor de la molécula del DNA causando que su superenrrollamiento se vea alterado. Esto provoca que el DNA no pueda ser transcrito ni duplicado por la célula, y si el DNA no funciona la célula está muerta.





Esquema que muestra a una molécula de helicato de hierro uniéndose al DNA. En rojo se muestran los dos átomos de hierro. Las tres "cintas" orgánicas están en color amarillo, azul claro y blanco.



Pero el helicato de hierro no es la única molécula que presenta la propiedad de unirse al DNA e interferir con su función. El ácido nalidíxico también hace algo parecido. Sin embargo lo que ha sorprendido es la rapidez de la acción del nuevo compuesto. En tan sólo dos minutos y a una concentración de 15 micromolar, es capaz de acabar con una bacteria como Escherichia coli o como Bacillus subtilis. Los antibióticos más conocidos, como la penicilina, suelen manifestar una acción letal a concentraciones de 1 micromolar, pero no con tanta rapidez. Aún no se comprende muy bien como lo hace ni como es capaz de atravesar la membrana y la pared celular, pero estas nuevas moléculas han despertado un cierto interés teniendo en cuenta que son una nueva clase y que probablemente no se haya desarrollado ninguna resistencia contra ellas. Los siguientes pasos es producir modificaciones en el helicato para mejorar su absorción por la célula y su efectividad.