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miércoles, 30 de diciembre de 2009

La microbiota de Gargantúa y Pantagruel

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El insaciable gigante Gargantúa imaginado por Rabelais y dibujado por Gustavo Doré



En estas fechas navideñas una de las más típicas actividades de los humanos es comer, comer y comer. Nos movemos en una sucesión de comidas de familia, cenas con amigos, aperitivos con colegas, todo ello salpimentado con una abundante provisión de ricos e hipercalóricos dulces navideños. Bueno, pues debemos de tener en cuenta que no somos los únicos en disfrutar/padecer estos excesos pantagruélicos. Nuestras fieles bacterias intestinales también nos acompañan en esta odisea culinaria.


Es conocido que la dieta y el estado nutricional son dos de los más importantes factores que afectan a la salud humana. Pero ambos tienen la peculiaridad de que podemos modificarlos a voluntad, aunque a veces nos cueste hacerlo. El valor nutritivo de los alimentos que ingerimos viene influido por la actuación de la microbiota intestinal. Por un lado por la propia composición de la comunidad microbiana y por otra por la composición genética de dicha comunidad, es decir, el microbioma humano.


Un grupo de científicos del Center for Genome Sciences de la Washington University School of Medicine en San Louis, liderados por el doctor Jeffrey Gordon, han intentado desentrañar las interrelaciones entre la dieta, la estructura y funcionamiento de la flora intestinal, y la captación de nutrientes y energía por parte del organismo. Este es un aspecto bastante complicado pues intervienen variables como la exposición ambiental, la ecología microbiana, y el genotipo del individuo. Sus resultados han sido publicados en un artículo de la revista Science Translational Medicine.


Para abordar el problema, han diseñado un modelo animal representativo de los distintos ecosistemas digestivos que uno puede encontrarse. Utilizaron ratones libres de gérmenes de la cepa C57BL/6J y les han transplantado comunidades microbianas provenientes de humanos. Es decir, han obtenido ratones "humanizados" en su microbiota intestinal. Posteriormente analizaron mediante técnicas metagenómicas si dicha microbiota se mantenía estable en el tiempo y si se transfería a la descendencia (los mamíferos sufrimos una inoculación natural de la microbiota materna durante nuestro nacimiento).


El siguiente paso fue comprobar el efecto de la dieta. Los ratones eran mantenidos con una dieta de bajo contenido en grasa y rica en polisacáridos de origen vegetal. Los ratones presentaban un aspecto magro y saludable. A un grupo se les cambió a una dieta "occidental" con gran cantidad de azúcar y grasas. En un sólo día la microbiota intestinal sufrió cambios sustanciales, cuantitativos y cualitativos. Se alteró la representatividad de las vías metabólicas y la expresión genética del microbioma y al cabo del tiempo, los ratones comenzaron a desarrollar sus tejidos adiposos y presentaron sintomas de obesidad.





Al analizar la microbiota humanizada, Gordon y sus colaboradores han encontrado que los miembros pertenecientes a los filums Bacteroidetes y Firmicutes son los más abundantes y que son los responsables de la digestión de gran parte del alimento no digerible por nuestro organismo. Pero mientras que en los ratones delgados los Bacteroidetes son más abundantes que los Firmicutes, en los ratones obesos las proporciones se invierten.


Pero lo sorprendente fue cuando se tomó la microbiota de estos ratones "humanizados" y alimentados a la occidental y se la transplantó a nuevos ratones libres de gérmenes. Estos ratones presentaron una mayor tendencia a la adiposidad. Es decir, se confirmaba la idea de que la dieta influye en la microbiota y que esta a su vez influye en el estado fisiológico y metabólico del hospedador.


Según el Dr. Gordon, se espera que estos animales sean un buen modelo experimental del microbioma humano para el estudio de enfermedades causadas por desórdenes metabólicos y así descubrir y desarrollar terapias preventivas o nuevos tratamientos.


ResearchBlogging.org

Turnbaugh, P., Ridaura, V., Faith, J., Rey, F., Knight, R., & Gordon, J. (2009). The Effect of Diet on the Human Gut Microbiome: A Metagenomic Analysis in Humanized Gnotobiotic Mice Science Translational Medicine, 1 (6), 6-6 DOI: 10.1126/scitranslmed.3000322


Links relacionados:



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domingo, 20 de diciembre de 2009

La bacteria que surgió del frio

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Cúpula geodésica donde está el taladro que ha perforado el hielo de Groenlándia. (Fuente: NOAA)


En el año 2005, los investigadores Vanya Miteva y Jean Brenchley de la Pennsylvania State University publicaron un artículo sobre la microbiota que habían encontrado en el interior del hielo de un glaciar dentro del proyecto Greenland Ice Sheet Project-2. El objetivo de este proyecto era perforar la capa de hielo groenlandés para posteriormente realizar diversos estudios paleoambientales. Uno de ellos era intentar caracterizar la paleomicrobiota, ya que el hielo habría atrapado los microorganismos presentes en el suelo de Groenlandia cuando se depositó. La perforación llegó a una profundidad de 3.053,44 metros antes de alcanzar el lecho de roca. La muestra en la que se analizó la microbiota provenía del segmento de profundidad 3.042,67-3.042,80 metros. Eso significa que dichos microorganismos quedaron atrapados en el hielo hace 120.000 años. Al estar muy cerca del lecho rocoso no se trata de hielo puro, sino de hielo mezclado con fango y tierra.



Composición de la paleomicrobiota del fondo del casquete de hielo groenlandés (Fuente: Miteva y Brenchley 2005)


Lo que encontraron fue que había una gran cantidad de microorganismos de pequeñísimo tamaño con un volumen inferior a 0,1 micras cúbicas (E. coli tiene unas 2 micras cúbicas). Son las llamadas ultramicrobacterias. Lo siguiente que se plantearon fue comprobar si dichas ultramicrobacterias estaban vivas. Tras un laborioso y largo proceso en el que se alternaban etapas de cultivo de enriquecimiento incubados a 5ºC y filtraciones, los investigadores consiguieron "resucitar" cerca de 2.000 aislados distintos. La mayor parte de dichos aislados pertenecían al grupo de las Proteobacteria y las Bacterias Gram positivas de alto contenido en G+C, seguida de representantes de las Gram positivas de bajo contenido en G+C y del grupo Cytophaga-Flavobacteria-Bacteroides. Pero lo más interesante es que muchos de dichos aislados eran especies totalmente nuevas.



Microfotografías de algunos de los aislados obtenidos de la muestra del fondo del casquete de hielo groenlandés. Debajo aparece el nombre del género con el que dicho aislado está más relacionado filogenéticamente. (Fuente: Miteva y Brenchley 2005)


El estudio ha continuado y recientemente han publicado un nuevo artículo intentado determinar si hay una correlación entre los microorganismos preservados a diferentes profundidades y el paleoclima de hace 60.000 años. Se tomaron muestras a 2495, 2545 y 2578 metros para representar los distintos períodos climáticos con temperaturas de depósito medias (-45ºC), más frías (-51ºC) y más calientes (-39ºC). Al contrario que la muestra anterior, estas son muestras de hielo limpio. Y el período de tiempo que cubren esas tres muestras es de 5.000 años.


En este caso lo interesante no era resucitar a dichos microorganismos, sino determinar que tipo de seres vivos eran. Esos microorganismos se depositaron en el hielo de Groenlandia porque venían de otra parte del planeta transportados por las corrientes de aire. Así que su estudio puede permitirnos deducir que otros tipos de ecosistemas había hace 60.000 años. Cuando realizaron el estudio genético analizando el rRNA encontraron que en las muestras obtenidas a 2545 y 2578 metros la mayor parte de las secuencias (55-65%) eran del grupo de las Gram-positivas de bajo contenido en G+C, con muy pocas Proteobacteria (6-9%) y Arqueas (1%). Sin embargo en la muestra más reciente (2495 m) encontraron que los microorganismos mayoritarios eran las Actinobacterias (55%). También se encontraron con hongos en una gran proporción. Como era de esperar, los microorganismos presentes en dichas muestras eran bastante diferentes de los encontrados en la muestra de los 3042 metros.




Composición de las diferentes muestras tomadas del hielo basado en el análisis del RNA ribosomal. (Fuente: Miteva et al 2009)


Pero lo más llamativo fue comprobar el tipo de microorganismos que habían encontrado estaban relacionados con los microorganismos que ahora encontramos en los desiertos de Asia, en los aerosoles marinos o en el polvo volcánico. El hecho de que haya diferente diversidad microbiana en cada muestra sugiere que podría establecerse una correlación entre unos "marcadores" biológicos y unas determinadas condiciones paleoclimáticas de depósito. Y eso puede tener muchísima utilidad en determinar el paleoclima.



Animación explicativa sobre el proyecto GIS-2.

Audio en "el podcast del microbio"
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lunes, 14 de diciembre de 2009

Biodiesel suicida

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Esquema mostrando el proceso de producción de biodiesel a partir de algas eucariotas. El alga se crece en fotobiorreactores, transformando el CO2 en biomasa gracias a la luz. Posteriormente se recogen y se lisan. Las grasas se separan del resto de componentes celulares mediante una extracción con solventes orgánicos. Después de evaporar los solventes, las grasas son transformadas en biodiesel. La ventaja de usar cianobacterias es que estas crecen más rápido que las algas eucariotas, pero su rotura es más difícil.


En Microbiología Industrial, los procesos más complicados y por lo tanto más caros, suelen ser los llamados post-fermentativos, conocidos en inglés como downstream processing. Dichos procesos están diseñados para la recuperación y purificación de los productos obtenidos tras alguna fermentación industrial u otro procedimiento biotecnológico. En muchos casos, el microorganismo sintetiza el producto de interés y lo secreta al medio donde está creciendo. Es el caso de los antibióticos como la penicilina. Así que el primer paso de la purificación es separar las células del medio de cultivo y después extraer el antibiótico de dicho medio. Pero hay otras ocasiones en que el producto se queda en el interior de las células por lo que lo primero que se hace es separar las células y posteriormente romperlas para a continuación, separar el producto del resto de componentes celulares. Con el biodiesel producido por cianobacterias estamos en este último caso.


Los procesos industriales de ruptura celular son variopintos, pero todos tienen algo en común: son caros. Y para complicar las cosas, lisar cianobacterias no es fácil debido a sus paredes celulares. La combinación de ambas dificultades significaba que la producción de biodiesel a partir de cianobacterias no fuera tan económicamente interesante como para ser considerada una buena alternativa a los combustibles derivados del petróleo.



Envolturas celulares de la cianobacteria Synechocystis. El asterisco marca la capa-S. Debajo, la cabeza de flecha blanca indica la membrana externa. El peptidoglicano está señalado por la flecha y finalmente la cabeza de flecha negra marca el lugar de la membrana citoplásmatica (fuente PNAS).




Pero la situación puede cambiar. Los investigadores Xinyao Lui y Roy Curtiss del Centro de Enfermedades Infecciosas y Vacunas de la Universidad Estatal de Arizona han desarrollado un nuevo método para conseguir romper las cianobacterias de forma barata y sencilla: diseñar una cianobacteria que presente autolisis inducida.


En su trabajo han utilizado a la especie Synechocystis. Esta cianobacteria es muy fácil de manipular genéticamente. Así que le han introducido en su genoma varios genes líticos derivados de virus bacteriófagos y los han colocado bajo el control de un promotor inducible que se activa cuando hay niquel en el medio de cultivo. Han utilizado tres estrategias. En la primera introdujeron los genes que constituyen el cassette de lisis del fago P22 o del fago l. En la segunda los genes introducidos codificaban sólo para la holina y las endolisinas. La tercera consistió en combinar genes líticos de diferentes fagos. En los tres casos, las células transgénicas de Synechocystis se lisaban en cuanto se añadía sulfato de níquel al medio donde crecían.



Las funciones de la holina y las endolisinas en la degradación de la pared celular. La holina (H) produce unas lesiones no específicas en la membrana citoplasmática y permite que las endolisinas (A, amidasa; M, muraminidasa; T, transglicosilasa; E, endopeptidasa) puedan alcanzar el peptidoglicano. La muraminidasa y la transglicosilasa rompen los puentes glucosídicos entre la N-acetilglucosamina (NAG)y el N-acetilmurámico (NAM). La amidasa y la endopeptidasa rompen los puentes peptídicos (P-P) que unen las cadenas de azúcares. Una vez desturido el peptidoglicano la célula explota debido a la alta presión osmótica causada por el contenido citoplasmático (Fuente PNAS).


Fotografías de microscopía electrónica de transmisión mostrando el efecto de la adición de níquel en un cultivo de células transgénicas de Synechocystis. (A) antes de la adición; (B) 6 horas después de la adición; (C) 12 horas; (D) 24 horas después. Fuente PNAS.



¿Qué es lo que queda por hacer? Pues por un lado probar si estas cianobacterias transgénicas producen tanto biodiesel como las cianobacterias silvestres de las que derivan. Por otro, probar nuevas estrategias para favorecer la ruptura celular para que esta sea más rápida y eficiente. Por lo pronto el Departamento de Energía de los EEUU ha concedido al grupo investigador una ayuda de 5 millones de dólares para los próximos dos años.

Eso si que es desarrollar una economía sostenible basada en la innovación y no el tijeretazo que hemos sufrido en estas tierras.



Audio en "El podcast del microbio"



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miércoles, 9 de diciembre de 2009

Lípido asesino

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Hace unos años se describió que las poblaciones de fitoplancton del Atlántico Norte estaban muriendo en grandes cantidades. Hubo muchas hipótesis que intentaron explicar dicho evento, contaminación, cambio climático, prácticas pesqueras. Pero poco a poco se fue encontrando evidencias de que la responsabilidad recaía en los virus, aunque no se entendía muy bien como podían provocar tal mortandad de manera tan rápida. Ahora, según informa Science Daily, una colaboración entre grupos de la Universidad de Rutgers y la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) parecen haber encontrado la respuesta al misterio.


El responsable parece ser un glicoesfingolípido sintetizado por un Coccolithovirus que ataca al alga eucariota Emiliania huxley, más conocida como EHUX. Este alga es uno de los principales componentes del fitoplancton y se encuentra en todos los océanos del mundo. Se ha estudiado en profundidad debido a que es una de los protagonistas del ciclo global del carbono. Es responsable de la producción de un tercio del carbonato cálcico marino. A veces ocurren explosiones poblacionales tan grandes que pueden ser observadas mediante satélites artificiales como enormes manchas blanquecinas.



Imagen mostrando la importancia ecológica de Emiliana huxleyi. En una explosión poblacional se pueden alcanzar extensiones mayores a 100.000 kilómetros cuadrados, una superficie mayor que el tamaño de Inglaterra. Al morir el alga, su concha calcarea se deposita en el fondo marino formándose nuevos sedimentos. (Fuente: Microbe Wiki)


Pues bien, al cabo de unos pocos días de observarse esas explosiones poblacionales, las algas comienzan a morir. Y es precisamente debido a que el virus causa la muerte del alga por una molécula lipídica desconocida. Según el científico del WHOI Benjamin Van Mooy, no están muy seguros de porqué sucede, pero el lípido es la clave. El artículo fue publicado el pasado mes de noviembre en la revista Science.



En el recuadro inferior se ve una microfotografia de barrido del alga Emiliana huxleyi con un virus adherido a su concha calcárea (flecha). Este alga prolifera hasta formar extensas manchas en el mar que pueden ser vistas mediante satélite. (Fuente: Nature)



Esta observación tiene mucha importancia en la modelización del ciclo del carbono. E. huxleyi es uno de los principales organismos fotosintetizadores de la biosfera. Fijan el CO2 de la atmósfera en sus biomoléculas, pero además, también lo utilizan para producir su concha de carbonato cálcico. Si un virus mata a estas algas, no se produce tanta fotosíntesis y por lo tanto no se fija tanto CO2 atmosférico.



Microfotografia de transmisión del alga Emiliana huxleyi conteniendo virus (puntos negros) en su interior (Fuente: Science Daily)



En abril del 2008, el equipo de Van Mooy recogió muestras de agua marina en la zona de las Bermudas y encontraron esfingolípidos virales. Pensaron que el lípido era una marcador biológico de la acción del virus sobre las algas y el hecho de encontrarla podía servir para identificar los lugares en los cuales habían sucedido explosiones poblacionales del alga. Pero la sorpresa fue encontrar que si se purificaba dicho lípido y se añadía a un cultivo de E. huxleyi, las algas comenzaban a morir como si hubieran sido infectadas por el virus.




Estructura interna de Emiliana huxleyi.



El mecanismo citotóxico por el cual este lípido provoca la muerte del alga es por la inducción de una ruta de "suicido celular" muy similar a la apoptosis de eucariotas superiores. Según los datos del laboratorio del doctor Bidle en la Universidad Rutgers, esta "muerte celular programada" es un proceso muy importante que explica la evolución y el destino de estas explosiones poblacionales de fitoplancton en los mares. Sorprendentemente, los genes que codifican para las enzimas responsables de la biosíntesis del lípido se encuentran en el genoma viral, pero su origen parece derivarse de la propia alga. Esto es un caso único. E. huxleyi presenta genes para rutas biosintéticas muy similares en su genoma pero en palabras del propio Bidle, "el virus los tomó prestados, los metió en su genoma y consiguió alterarlos para hacer un producto tóxico".



Estructura de un Coccolithovirus. Su genoma tiene 407.339 pares de bases y tiene capacidad para codificar 472 proteínas. Al parecer el virus presenta una envoltura con el esfingolípido que le permitiría unirse al alga.



Adicionalmente este descubrimiento puede tener ramificaciones interesantes. Los investigadores están intentando caracterizar el esfingolípido responsable, y una vez hecho esto, intentar modificarlo para usarlo frente a un tipo de células que se caracterizan por presentar un defecto en sus rutas apoptóticas: las células cancerosas. Se especula con la posibilidad de crear nuevas moléculas capaces de destruir a las células tumorales induciendo en ellas las rutas de muerte celular.


Audio en "el podcast del microbio

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jueves, 3 de diciembre de 2009

Peste bovina ¿la segunda enfermedad en ser erradicada?

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La revista Nature publica un optimista artículo sobre la posibilidad de que el virus de la peste bovina sea oficialmente declarado como erradicado en un año y medio. De ser así, se convertiría en la segunda enfermedad eliminada del planeta después de que en 1980 se consiguiera dicho objetivo con la viruela.



Alegoria de la epidemia de peste bovina que asoló la región de Bolonia en 1713. Fuente:National Portrait Gallery



Devastación causada por la peste bovina en Sudáfrica en el año 1897. Fuente: de la imagen



El virus de la peste bovina (rinderpest en inglés) estuvo considerado durante mucho tiempo como una de las peores enfermedades veterinarias. Afectaba tanto a animales domésticos como salvajes. Su mortandad era muy elevada lo que causaba graves perjuicios a las cabañas ganaderas, con efectos terribles en los países subdesarrollados. Este virus pertenece a los morbillivirus, grupo donde está incluido el virus del sarampión. Los síntomas de la enfermedad son fiebre, lagrimeo mucopurulento, diarrea y deshidratación. La mortalidad es superior al 80% en tan sólo diez días.



Síntomas de la peste bovina. Fuente: Texas A&M University



La enfermedad proviene de las estepas asiáticas y llegó a Europa en el siglo IV, junto con las hordas de hunos que invadieron el Imperio Romano. De Europa se extendió a África, Asia Menor y la India. Afortunadamente no fue exportada ni a las Américas ni a Australia. En los años 80 se desarrolló una vacuna a partir de virus atenuados que producía inmunización total y que además era estable a temperatura ambiente. En 1994 la FAO lanzó un programa de erradicación global (Global Rinderpest Eradication Programme) que comenzó por estudiar la distribución geográfica de la enfermedad para posteriormente tomar medidas de contención y así evitar su dispersión. Posteriormente se promovía la vacunación masiva del ganado y de la fauna salvaje seguido de la vigilancia exhaustiva para detectar nuevos brotes. Esta última parte ha sido la más difícil, pues muchas de las áreas vigiladas se encontraban en zonas de guerra como Etiopía o Sudán.



Mapa de la FAO mostrando el avance temporal en la erradicación de la enfermedad


Como la vacunación produce inmunización no es posible distinguir entre animales vacunados y animales que hayan sobrevivido a la infección. Así que la única forma de saber si la enfermedad ha desaparecido es suspender el programa de vacunación y esperar si aparece algún animal enfermo en alguna de las áreas en las que se mantenía la enfermedad. Desde hace seis meses no se vacunan a los terneros recién nacidos frente a la peste bovina. Si transcurren dieciocho meses más y no se detecta ningún animal infectado entonces se declarará formalmente erradicada la enfermedad.



Vacunación del ganado (Fuente: FAO)



Crucemos los dedos.

Audio en "el podcast del microbio"
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miércoles, 2 de diciembre de 2009

Manifiesto “En defensa de los derechos fundamentales en internet”

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Ante la inclusión en el Anteproyecto de Ley de Economía sostenible de modificaciones legislativas que afectan al libre ejercicio de las libertades de expresión, información y el derecho de acceso a la cultura a través de Internet, los periodistas, bloggers, usuarios, profesionales y creadores de Internet manifestamos nuestra firme oposición al proyecto, y declaramos que:

1.- Los derechos de autor no pueden situarse por encima de los derechos fundamentales de los ciudadanos, como el derecho a la privacidad, a la seguridad, a la presunción de inocencia, a la tutela judicial efectiva y a la libertad de expresión.

2.- La suspensión de derechos fundamentales es y debe seguir siendo competencia exclusiva del poder judicial. Ni un cierre sin sentencia. Este anteproyecto, en contra de lo establecido en el artículo 20.5 de la Constitución, pone en manos de un órgano no judicial -un organismo dependiente del ministerio de Cultura-, la potestad de impedir a los ciudadanos españoles el acceso a cualquier página web.

3.- La nueva legislación creará inseguridad jurídica en todo el sector tecnológico español, perjudicando uno de los pocos campos de desarrollo y futuro de nuestra economía, entorpeciendo la creación de empresas, introduciendo trabas a la libre competencia y ralentizando su proyección internacional.

4.- La nueva legislación propuesta amenaza a los nuevos creadores y entorpece la creación cultural. Con Internet y los sucesivos avances tecnológicos se ha democratizado extraordinariamente la creación y emisión de contenidos de todo tipo, que ya no provienen prevalentemente de las industrias culturales tradicionales, sino de multitud de fuentes diferentes.

5.- Los autores, como todos los trabajadores, tienen derecho a vivir de su trabajo con nuevas ideas creativas, modelos de negocio y actividades asociadas a sus creaciones. Intentar sostener con cambios legislativos a una industria obsoleta que no sabe adaptarse a este nuevo entorno no es ni justo ni realista. Si su modelo de negocio se basaba en el control de las copias de las obras y en Internet no es posible sin vulnerar derechos fundamentales, deberían buscar otro modelo.

6.- Consideramos que las industrias culturales necesitan para sobrevivir alternativas modernas, eficaces, creíbles y asequibles y que se adecuen a los nuevos usos sociales, en lugar de limitaciones tan desproporcionadas como ineficaces para el fin que dicen perseguir.

7.- Internet debe funcionar de forma libre y sin interferencias políticas auspiciadas por sectores que pretenden perpetuar obsoletos modelos de negocio e imposibilitar que el saber humano siga siendo libre.

8.- Exigimos que el Gobierno garantice por ley la neutralidad de la Red en España, ante cualquier presión que pueda producirse, como marco para el desarrollo de una economía sostenible y realista de cara al futuro.

9.- Proponemos una verdadera reforma del derecho de propiedad intelectual orientada a su fin: devolver a la sociedad el conocimiento, promover el dominio público y limitar los abusos de las entidades gestoras.

10.- En democracia las leyes y sus modificaciones deben aprobarse tras el oportuno debate público y habiendo consultado previamente a todas las partes implicadas. No es de recibo que se realicen cambios legislativos que afectan a derechos fundamentales en una ley no orgánica y que versa sobre otra materia.

Este manifiesto, elaborado de forma conjunta por varios autores, es de todos y de ninguno. Si quieres sumarte a él, difúndelo por Internet.
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martes, 1 de diciembre de 2009

Los superpoderes de las cucarachas





Hay una vieja historia que dice que en caso de guerra nuclear total, los únicos supervivientes serían las cucarachas. Lo cierto es que uno no puede dudarlo si lee algo sobre lo que son capaces de hacer. El último de sus "superpoderes" ha sido descrito en un reciente artículo publicado en la revista PNAS a cargo de un grupo investigador liderado por la doctora Nancy Moran.

En la escuela aprendemos que el nitrógeno es un gas inerte y que es el principal componente de la atmósfera. Lo de "inerte" tiene su importancia, porque si fuera reactivo como el oxígeno la vida en el planeta sería muy distinta de como la conocemos ahora. El nitrógeno gaseoso (N2) no puede ser usado por casi ninguna célula. Es una molécula tremendamente estable, y es necesario romperla para poder combinar el nitrógeno con otros elementos para así sintetizar proteínas y ácidos nucleicos entre otras biomoléculas.

Son muy pocos los seres vivos que consiguen romper esa molécula de N2, y todos ellos son microorganismos. Son los llamados fijadores del nitrógeno. Quizás el más famosos de ellos sea la bacteria Rhizobium melliloti, que consigue establecer una simbiosis con plantas leguminosas para poder realizar el proceso de fijación. Su simbiosis podría resumirse de la siguiente forma: la planta da cobijo y alimento a la bacteria y ésta a su vez consigue fijar nitrógeno gaseoso en sus compuestos orgánicos, que luego cede a la planta. Una vez ya tenemos el nitrógeno en un compuesto orgánico ya podemos imaginarnos que llega a los animales a través de la dieta: la planta es comida por un herbívoro, y éste a su vez es comido por un carnívoro, etc.

Pero a veces hay problemas con el suministro de nitrógeno orgánico. Así que muchos seres vivos intentan establecer simbiosis con microorganismos que metabolicen eficientemente el nitrógeno y tener un problema alimentario menos del que preocuparse. Y ese truco parece que también lo han aprendido las cucarachas, unos animalitos acostumbrados a alimentarse de cualquier cosa.

Como muchos otros insectos, las cucarachas excretan nitrógeno en forma de ácido úrico, pero con una sutil diferencia. Lo excretan al interior de su cuerpo, en concreto a los llamados cuerpos grasos. De esa forma pueden recuperarlo en caso de necesidad. Pero ¿cómo pueden reciclar ese ácido úrico? Hay dos tipos de células en dichos cuerpos grasos. Uno son adipocitos en los que se acumulan grasas y cristales de ácido úrico. El otro tipo celular consiste en los micetocitos o bacteriocitos, que están llenos de bacterias. En concreto se trata de una bacteria Gram negativa de nombre Blattabacterium y que se transmite de manera vertical entre estos insectos.





Células de Blattabacterium en el interior de un micetocito. Las bacterias están señaladas con las flechas blancas. El núcleo del micetocito tiene color azul y están señalados por la flecha blanca punteada (Fuente PNAS).




El grupo investigador ha secuenciado el genoma de la bacteria que se encuentra dentro de la cucaracha Periplaneta americana. Han confirmado que pertenece a las Flavobacterias y que su "pariente más próximo" es el endosimbionte Sulcia muelleri, que vive dentro de insectos especializados en chupar la savia. Mediante la información genómica contenida en sus 636 Mb han reconstruido el posible metabolismo de Blattabacterium y han encontrado que puede reciclar el nitrógeno a partir de urea o de amonio ya que posee genes para la ureasa y la glutamato deshidrogenasa, aunque carece de enzimas uricolíticas. Además es capaz de producir aminoácidos esenciales, varias vitaminas y otros compuestos útiles para la cucaracha. También han concluido que la asociación entre Blattabacterium y las cucarachas se originó hace unos 140 millones de años, en pleno Jurásico.





Predicción del metabolismo de Blattabacterium. En azul se indican las rutas para aminoácidos, en verde la de metabolitos varios y en púrpura la de las vitaminas. En rojo se indican los aminóacidos no producidos por la bacteria y que son originados por la cucaracha(Fuente PNAS).


Como no se han encontrado genes para enzimas uricolíticas en el genoma de Blattabacterium no está muy claro el modo en que aprovechan el ácido úrico. Los investigadores proponen tres hipótesis. La primera es que la actividad uricolítica está producida por otra enzima no identificada en Blattabacterim. La segunda es que la actividad uricolítica sea debida a las células de la cucaracha. Pero en contra de esta hipótesis está el hecho de que si se trata a las cucarachas con antibióticos la actividad uricolítica desaparece. La tercera es que la cucaracha acumule el úrico en los adipocitos y cuando necesita nitrógeno, transporta el úrico al intestino donde la microflora intestinal es capaz de descomponerlo en amonio, que vuelve a ser absorbido y transportado por la hemolinfa a los micetocitos.


Sea lo que sea, hay que reconocer que las cucarachas tienen un kit de supervivencia que sería la envidia de McGyver.

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Audio relacionado en "El podcast del microbio"


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