La bacteria de los milagros

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El milagro de la misa de Bolsena pintado por Rafael (fuente).

En el año 1263 se celebró una misa en la iglesia de Santa Cristina, en la ciudad italiana de Bolsena. La celebración la dirigía un párroco alemán. Este párroco tenía dudas sobre la doctrina de la transubstanciación. Es decir, en la transformación del vino y el pan en la sangre y el cuerpo de Cristo. Cuando llegó el momento de la eucaristía tomo una de las hostias y está comenzó a sangrar manchando el mantel del altar y las vestimentas del sacerdote. Podemos imaginarnos al asombrado párroco postrado de hinojos y rogando la absolución por su falta de fe. Un año después el papa Urbano IV instituyó la celebración del Corpus Christi y promovió la edificación de la catedral de Orvieto donde se depositaron las ropas manchadas de sangre, ropas que aún se conservan. Posteriormente el pintor Rafael realizó un fresco conmemorando del milagro.

Molécula de prodigiosina (fuente).

Y lo cierto es que el sacerdote y los feligreses asistentes habían contemplado una transubstanciación, pero no la que ellos creían. Muy probablemente lo que habían contemplado era la transformación del almidón de las hostias en un pigmento rojo gracias a la bacteria Serratia marcescens. Dicho pigmento recibe el adecuado nombre de prodigiosina.

Serratia marcescens es una bacteria Gram negativa perteneciente al grupo de las gamma proteobacterias. El mismo grupo al que pertenece Escherichia coli. Es capaz de crecer en un amplio rango de temperaturas, entre los 5 y los 40 grados. Además es bastante ubicua. La podemos encontrar en cualquier lugar donde haya humedad, oscuridad e hidratos de carbono para alimentarse. No es de extrañar que se la suela aislar en las juntas de las baldosas de los cuartos de baño o de las cocinas.

Placa Petri con colonias de Serratia marcescens (fuente).

Cuando Serratia crece forma unas colonias pigmentadas de color rosa, pero si hay exceso de alimento, entonces sus colonias se tornan de color rojo sangre debido a la producción y acumulación del pigmento prodigiosina. ¿Para qué le sirve a la bacteria? Pues como una especie de arma química para eliminar a los microorganismos competidores o a posibles depredadores. Se ha demostrado que la prodigiosina es un potente antibiótico y que no sólo afecta a las bacterias, sino también a los eucariotas. De hecho se están estudiando sus posibles aplicaciones como medicamento antitumoral ya que induce apoptosis en las células cancerosas, o como fármaco inmunosupresor en los procesos de trasplante de órganos.

Corporal de la Catedral de Orvieto donde se conservan las ropas manchadas de "sangre" (fuente).

Volviendo al milagro de Bolsena. Las hostias son pan sin fermentar que se almacena en el sagrario de las iglesias, un lugar oscuro y húmedo. Por lo que no es difícil imaginar a Serratia marcescens creciendo en esas condiciones tan buenas y produciendo prodigiosina. Así que lo único que queda por hacer para demostrar esa hipótesis y explicar el supuesto milagro es tomar las ropas manchadas de “sangre” que están presentes en la catedral de Orvieto y analizarlas mediante PCR para ver si se consiguen identificar genes de esa bacteria. Desafortunadamente la Iglesia no lo ha permitido, por ahora.

Bennett JW, & Bentley R (2000). Seeing red: the story of prodigiosin. Advances in applied microbiology, 47, 1-32 PMID: 12876793

Así se construyeron las Pirámides

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Al menos a escala nanotecnológica. El grupo de Nanotecnología Robótica de la Escuela Politécnica de Montreal, liderado por el profesor Sylvain Martel ha conseguido micromanipular un enjambre de bacterias magnetotácticas para que construyan una diminuta pirámide.

En el vídeo podemos ver a un enjambre de unas 5.000 bacterias trabajando cooperativamente para transportar bloques de resina epoxy y así elaborar una estructura piramidal en tan sólo 15 minutos.

Las bacterias magnetotácticas, como la especie Magnetospirillum, presentan en su interior un magnetosoma, formado por acúmulos de magnetita que actúan como una brújula. La función de esos pequeños imanes es orientar a la bacteria en el espacio. Pongámonos por un momento en el lugar de Magnetospirillum. Eres una bacteria acuática microaerófila y estás flotando entre dos aguas. Tienes un flagelo que te permite nadar pero ¿a dónde? Si vas hacia la superficie habrá demasiado oxígeno y puedes morir, si vas hacia el fondo quizás no haya suficiente oxígeno, pero es allí donde hay más comida. Lo malo es que tu masa es tan pequeña que la gravedad no tiene efecto sobre ti. ¿Cómo sabes dónde es arriba y dónde es abajo? Pues gracias al campo magnético terrestre. Las líneas de dicho campo van hacia abajo, así que tu pequeña brújula es esencial para tu supervivencia.

Magnetospirillum magneticum. Puede observarse el flagelo en el exterior. En el citoplasma se observa los granulos de magnetita que forman el magnetosoma (fuente)

Si manipulamos el campo magnético mediante un ordenador podemos manipular el movimiento de un enjambre de estas bacterias. Cada una de ellas es capaz de generar una fuerza de 4 picoNewtons. No parece mucho, pero si pones a trabajar de manera coordinada a unas cuantas de ellas puedes obtener la fuerza suficiente para mover... micromontañas.

Martel cree que es más efectivo manipular a las bacterias para que hagan de nanorobots en vez de construir exclusivamente a estos últimos. Incluso se podrán combinar ambas tecnologías y construir un microrobot bacteriano autónomo. Uno de sus proyectos es crear un chip conteniendo componentes electrónicos y bacterias. Las bacterias estarían encapsuladas y serían el motor del microrobot. Cada cápsula tendría unos pequeños conductores que generarían el campo magnético que controlaría a la bacteria.

Imágenes microscópicas de bacterias magnetotácticas (MTB) que han sido dirigidas a través de los vasos sanguíneos hasta la región interna de un tumor (fuente)

Una de las muchas utilidades que podría resultar de manipular de esa forma a los microorganismos es que pueden ser usados como unos nanorobots que podrían transportar medicamentos hasta el interior de un tumor. De hecho ya han podido dirigir su movimiento en el interior de la corriente sanguínea de una rata en algo muy parecido a lo que se ve en las películas "Viaje fantástico" o "El chip prodigioso".

Martel, S., Felfoul, O., Mathieu, J., Chanu, A., Tamaz, S., Mohammadi, M., Mankiewicz, M., & Tabatabaei, N. (2009). MRI-based Medical Nanorobotic Platform for the Control of Magnetic Nanoparticles and Flagellated Bacteria for Target Interventions in Human Capillaries The International Journal of Robotics Research, 28 (9), 1169-1182 DOI: 10.1177/0278364908104855

Audio en "El podcast del microbio"

Por un clavo se perdió una herradura, por una herradura...

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Estructura tridimensional de la enzima Glucocerebrosidasa (Cerezyme) unida a su sustrato coloreado en verde (fuente)

Es probable que algún ingeniero de planta de la compañía Genzyme esté acordándose de ese famoso estribillo. Recientemente ha saltado una noticia en algunos medios sobre la contaminación de unos viales de medicamento Cerezyme para el tratamiento de la enfermedad de Gaucher. En la noticia se indica que no es la primera vez que Genzyme ha sufrido el mismo tipo de problema. Si bien es cierto que en ambos casos se trata de una "contaminación" también hay que decir que se trata de dos sucesos distintos.

Viales del medicamento Cerezyme (fuente)

En este último incidente lo que ha ocurrido es que los viales han sufrido una contaminación de tipo químico. Al parecer se ha producido la descomposición de uno de los tubos de silicona por donde se dispensa el medicamento y los viales han acabado con trazas de ácido 2,4 diclorobenzoico. La compañía ha anunciado que esa contaminación no pondrá en peligro la vida de los pacientes, pero han tenido que parar la producción y sustituir los dispensadores de silicona por tubos de platino. Además, la FDA ha tomado cartas en el asunto y parece ser que va a sancionar a la compañía.

Estructura tridimensional de la alfa-Galactosidasa, la enzima del medicamento Fabrazyme (fuente)

El caso anterior sucedió en sus instalaciones de Allston Landing en Massachusset y la contaminación fue de tipo microbiológico. Fue mucho más grave porque la planta tuvo que ser cerrada durante 6 semanas lo que provocó una carencia de Cerezyme y Fabrazyme, dos de los medicamentos que comercializaba la empresa. Las pérdidas económicas fueron cuantiosas.

Precio en dólares de un vial de 200 unidades de Cerezyme en diferentes países y en el año 2002 (fuente)

Los medicamentos que produce Genezyme son enzimas purificadas para tratar enfermedades raras. El Cerezyme consiste en la enzima Glucocerebrosidasa, mientras que el Fabrazyme se trata de la enzima alfa-Galactosidasa. Esta última se utiliza para tratar la enfermedad de Fabry. La forma de producirlas industrialmente es relativamente sencilla y se parece mucho a otros procesos de biotecnología industrial. Básicamente consiste en introducir mediante técnicas de ingeniería genética el gen que codifica para la enzima en células de Ovario de Hamster Chino (conocidas por sus siglas en inglés como CHO cells). Estas células transgénicas se crecen después en un biorreactor y posteriormente se purifica la enzima.

Microfotografía de células de Ovario de Hamster Chino (fuente)

La células CHO suelen ser las más adecuadas para la producción de las llamadas enzimas terapéuticas ya que al ser células animales son capaces de expresar y modificar correctamente mediante glicosilaciones a las proteínas de interés ¿Cuál es el problema? Que estamos creciendo células animales, no bacterias o levaduras. Estas células son mucho más exigentes en sus requerimientos nutricionales y ambientales, y además son más lentas en su crecimiento, así que consecuentemente el proceso es mucho más caro. Para complicar más las cosas, la purificación de una enzima es muchísimo más compleja y costosa que la purificación de otros productos biotecnológicos como los antibióticos.

Al parecer uno de los seis biorreactores de los que disponían sufrió una contaminación con un calicivirus (su denominación oficial es Vesivirus 2117 y se identificó por primera vez en 2003) que interfería con el crecimiento de las células CHO. La fuente de la contaminación fue uno de los nutrientes que se añaden en el cultivo durante el crecimiento celular. Inicialmente lo único que pudieron detectar era que el rendimiento de los cultivos había disminuido pero no identificaron el problema. El virus no fue detectado hasta que se probó con un test específico basado en la técnica de la PCR. La compañía se vio obligada a cerrar y realizar un proceso completo de sanitización y fumigación de toda la planta, lo que provocó que hubiera escasez de los medicamentos que comercializaba.

Microfotografía electrónica del Vesivirus 2117 (fuenteOehmig et al.)

Además, Genzyme tuvo que demostrar que el Vesivirus 2117 era incapaz de infectar a las células humanas y para ello realizó ensayos que demostraron que el virus era incapaz de infectarlas. Y aunque en los procesos de purificación de las enzimas terapéuticas hay más de un paso de eliminación de partículas virales mediante cromatografías de adsorción de membrana, la FDA obligó a la compañía a chequear los diferentes lotes de medicamento para comprobar la ausencia del virus en los viales. Y es que, en cuestión de elaboración de medicamentos, todas las precauciones son pocas.

Links relacionados: Animación del proceso de producción en la empresa Genzyme (en inglés). Oehmig A, Büttner M, Weiland F, Werz W, Bergemann K, & Pfaff E (2003). Identification of a calicivirus isolate of unknown origin. The Journal of general virology, 84 (Pt 10), 2837-45 PMID: 13679618

El gato de Schrödinger es un virus

Si hay un eterno tema de debate en el mundo de la Microbiología sin duda es la respuesta a la pregunta: ¿Un virus es un ser vivo? Los hay que opinan que no, y los hay que opinan que sí. Numerosos y sesudos artículos se han escrito sobre el tema y las respuestas nunca contentaban a todos. Mira por donde, parece que la física cuántica también se ha metido en el fregado.

En el siglo pasado, el famoso físico Erwin Schrödinger imaginó un experimento para intentar explicar uno de los más paradójicos y extraños aspectos de la teoría cuántica: la propiedad física de la superposición cuántica. Se trata del famoso experimento del gato de Schrödinger.

El experimento imaginado por Schrödinger. Es un sistema formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato, una botella de gas venenoso, una partícula radiactiva con un 50% de probabilidades de desintegrarse en un tiempo dado y un dispositivo tal que, si la partícula se desintegra, se rompe la botella y el gato muere. Al depender todo el sistema del estado final de un único átomo que actúa según las leyes de la mecánica cuántica, tanto la partícula como la vida del gato estarán sometidos a ellas. De acuerdo a dichas leyes, el sistema gato-dispositivo no puede separarse en sus componentes originales (gato y dispositivo) a menos que se haga una medición sobre el sistema. El sistema gato-dispositivo está en un entrelazamiento. Siguiendo la interpretación de Copenhague, mientras no abramos la caja, el gato está vivo y muerto a la vez (fuente: Wikipedia).

El caso es que la superposición cuántica se había podido observar en partículas subatómicas, en átomos, e incluso en pequeñas moléculas. Ahora un grupo de científicos europeos del Instituto Max Planck para la Óptica Cuántica y del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona pretende realizar un experimento para observar el fenómeno de superposición cuántica en los virus. La tarea no es pequeña. El virus más simple está compuesto de miles de millones de átomos. Los científicos han descrito sus planes en un artículo de la revista New Journal of Physics, aunque previamente ya habían publicado algo muy similar en la revista Arxiv.org.



La propiedad física de la superposición cuántica explica el porqué una determinada partícula subatómica puede encontrarse en dos estados físicos al mismo tiempo (estado de superposición) y la extraña conexión que puede tener con otra partícula subatómica distante en lo que se conoce como entrelazamiento (en inglés entanglement y en alemán verschränkung). Bueno, pues precisamente esa "habilidad de hacer dos cosas a la vez" es lo que quieren comprobar este grupo de investigadores utilizando técnicas de óptica cuántica. El experimento que han diseñado funciona con átomos, pero ahora se propone realizarlo con un virus. Lo que ocurre es que ya no estaríamos a escala subatómica o la atómica, sino en la escala nanométrica y micrométrica.

Comparación de escalas. Si una partícula subatómica como un protón (10^-15 m) fuera una pulga, un átomo (10^-10 m) sería como un campo de fútbol. En la escala nanométrica tendríamos que un ribosoma (3 x 10^-8 m) sería del tamaño de un término municipal. Y en la escala microscópica la longitud del Virus del Mosaico del Tabaco (3 x 10^-7 m) sería una cordillera montañosa de 300 kilómetros de longitud y 18 de ancho.

El experimento consiste en utilizar un haz de rayos láser para inmovilizar al virus en una "cavidad óptica" mediante el uso de unas pinzas ópticas. Con otro haz láser se puede "enfriar" al virus y llevarlo a un estado fundamental cuántico (ground state). Lo de "enfriar" expresa bastante bien lo que ocurre porque se alcanza el estado de mínima energía, es decir, estamos lo más cerca posible del Cero Absoluto. Podríamos decir que hemos congelado y paralizado al virus.

Diseño experimental propuesto. El proceso debe de realizarse en condiciones de vacío. En el panel de la izquierda se muestran unas pinzas ópticas que formarán la cavidad óptica donde una partícula esférica se llevará a un estado fundamental. El haz vertical rojo es el que atrapa a la partícula. En el panel de la derecha se muestra como el láser púrpura orientado horizontalmente lanza un fotón hacia la partícula esférica (fuente).

Una vez conseguido que el virus llegue a dicho estado fundamental se le lanzará un fotón. Y eso ¿para qué? Bueno, aquí está la gracia. Es como lanzar un balazo a una estatua de hielo del tamaño de un glaciar. Cuando el fotón alcance al virus se creará una superposición cuántica que afectará al estado cinético (motional state) del centro de masas de dicho virus. Llevando al extremo la anterior analogía, la estatua estará rota e intacta en el mismo momento. O si fuera el gato de Schrödinger diríamos que estaría al 50% vivo y al 50% muerto.

El grupo investigador propone realizar este experimento con distintos virus, bacterias e incluso con seres más complejos como los tardígrados, pues pueden aguantar las condiciones de vacío imprescindibles para realizar el experimento. De hecho los autores reclaman que su sistema es ideal para responder de manera experimental preguntas fundamentales sobre el papel de la vida y la consciencia en la mecánica cuántica. Pero como decimos en mi pueblo, del dicho al hecho hay mucho trecho. El artículo sólo es una proposición teórica de un futuro experimento. Aún está por ver si funciona.

Esta entrada ha participado en el 5º carnaval de la Física

Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac (2009). Toward Quantum Superposition of Living Organisms New J. Phys. 12, 033015 (2010) arXiv: 0909.1469v3

Amor de madre

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Actualización septiembre 2011. El papel de las sirtuinas ha sido puesto en duda. Ver más detalles en Biounalm

Aunque mañana sea el día del Padre, la siguiente entrada está basada en el comentario "Mother's Love" escrito por Moselio Schaechter en su blog "Small Things Considered".


La fisión binaria es una invención impresionante. De un solo golpe, asegura que las células descendientes nazcan iguales y dotadas del mismo potencial para el crecimiento y la supervivencia. Tan simple como suena, deben de haberse requerido unas considerables contorsiones evolutivas para que funcione tan bien en todo el mundo viviente.

En la fisión binaria se replica el material genético (en rojo) y se duplica el contenido celular. Tras la división celular las dos células resultantes son idénticas

Sin embargo, hay células que han adoptado un mecanismo alternativo, en el cual la división celular es asimétrica, donde la célula naciente es originada a partir de una "célula madre" que posteriormente generará más "bebés". El ejemplo más conocido es, por supuesto, el proceso de gemación en las levaduras. Hay otras células que también se reproducen de esa manera, incluyendo algunas bacterias, las esporas sexuales de las setas, e incluso algunas células de plantas.

En la gemación se replica el material genético pero no se duplica el contenido celular. Se produce una yema o gema a partir de la célula madre. Tras la división celular hay dos células desiguales. En la célula madre se produce una cicatriz en su superficie y podrá repetir el proceso hasta unas 30 veces, después de los cuales muere. La célula hija, también denominada "célula virgen", debe de crecer antes de convertirse en una célula madre con capacidad reproductora

Por lo tanto, ¿hay alguna ventaja para abandonar la fisión binaria y realizar la gemación en su lugar? Podría ser así. Los últimos trabajos del laboratorio de Tom Nyström han demostrado que las proteínas que se dañan durante el crecimiento celular, fluyen hacia la célula madre y así dejan a la joven nueva célula libre de tales impedimentos. El daño a las proteínas es a menudo debido a la oxidación causada por especies reactivas de oxígeno. Las proteínas dañadas tienden a formar agregados. Evidentemente eso puede ser malo, así que deshacerse de ellos es bueno. ¿Cómo se acumulan esas proteínas agregadas en las células madre? Pues parece ser que los agregados de proteínas se engancha a los filamentos de actina que crecen desde el nuevo brote hacia la célula madre. Esos filamentos se ensamblan en la punta de la yema en una estructura que los autores llaman un "polarisoma", que se compone de un núcleo de proteínas junto con algunas otras (las forminas) implicadas en la polimerización de la actina. También se requiere una proteína denominada Sir2, también llamada sirtuina, que es una deacetilasa retardante del envejecimiento. Sir2 es conocida por su papel en el alargamiento de la vida media de un ser vivo, no sólo en las levaduras, también en gusanos, peces y mamíferos. Ahora se ha descubierto que Sir2 está involucrada en los procesos en los que interviene la actina, y por lo tanto en la formación de polarisoma. Es un poco más complicado de lo que aquí se describe así que para una visión más detallada, es aconsejable leer el artículo de Leonard Guarente.

El polarisoma en una yema de levadura que se está formando. Los filamentos de actina crecen desde el polarisoma y transportan los agregados proteicos hacia la célula madre (fuente).

Echemos un vistazo en un contexto algo más amplio. No se trata tan sólo de mandar la ropa sucia a la madre. Una consecuencia de la asimetría durante la gemación es que, yema tras yema, la célula madre retiene su integridad corporal, mientras que la misma se pierde si la célula se divide por fisión binaria. En las levaduras, una célula madre puede gemar entre 15 a 30 veces antes de dejar de funcionar. ¿Cómo lo sabemos? Contando pacientemente bajo el microscopio el número de veces que una célula da lugar a yemas, y usando un micromanipulador para retirar las células hijas cada vez que estas se separan de la célula madre. Así hasta que la célula madre ya no produce más yemas. ¡Imagínese separar durante 30 ocasiones a las nuevas células nacientes de la célula madre! (Esto parece ser que fue realizado por primera vez en 1950 por A.A. Barton, que a la sazón trabajaba para una compañía cervecera británica). A este fenómeno se le conoce por senescencia, y puede visualizarse por la aparición de arrugas y el aumento de tamaño de la Gran Dama. Las nuevas células inician el proceso de nuevo, y cada una de ellas será una célula madre por su cuenta. Sin embargo, se había observado que las nuevas células nacidas de "madres viejas" envejecían antes y eran cada vez menos competentes para gemar. No es de sorprender que las levaduras sean las favoritas para los estudios de polarización celular y su posible papel en la senescencia. Muchos artículos se han escrito sobre el tema.

Microfotografía de levaduras gemando. Los "botones" que pueden observarse en la levadura central son las cicatrices producidas por anteriores procesos de gemación. La expresión "Hi, bud!" significa "¡Hey colega!" y es una pequeña broma porque "bud" también significa "yema" (fuente).

Una de las conexiones entre la gemación de las levaduras y el envejecimiento se basa en una vieja teoría de hace más de 120 años propuesta por August Weismann. Él postuló que el envejecimiento evolucionó a partir de la necesidad de separar las células germinales de las células somáticas. Las células germinales deben de ser protegidas de cualquier daño; así que las células somáticas lo "cargan a sus espaldas". Una de las razones aducidas es que deben dedicarse recursos adicionales sobre las células germinales para garantizar su estabilidad genética. Las células somáticas, en cambio, no tienen esos mecanismos y por lo tanto acumulan los daños.

(A) Fotografía de un cultivo en crecimiento exponencial de levaduras en el que puede compararse el tamaño y la morfología de las células jovenes y las viejas. (B)Determinación de la edad celular. Usando técnicas de micromanipulación se cuenta el número de ciclos de gemación que cada grupo de 50 células "vírgenes" realiza hasta que se paran y no hacen más divisiones celulares. Nótese como la viabilidad va decreciendo progresivamente. (C) La célula M es una célula madre terminal después de 15 ciclos celulares. La célula D14 es una célula hija (daugther) pero no ha conseguido separarse totalmente de la madre. La célula D14-1 es una "nieta" pero ni siquiera ha comenzado su ciclo. La célula D15 también está detenida en su ciclo y no podrá separarse (fuente).

Esta es una manera de pensar en la división celular asimétrica. Formalmente, la celulas madre actúa como una célula somática que produce múltiples células germinales, las yemas. Cada una, cuando crezca, se conviertirá en una célula madre con total potencial reproductivo, capaz de producir un conjunto completo de yemas por su cuenta. Durante la gemación, la joven yema evita el daño celular que representan los agregados de proteínas, y burlando así, ese aspecto del envejecimiento celular.

Si la división celular asimétrica puede conseguir dicha protección de la línea germinal, ¿por qué no puede hacer eso cualquier célula? La cuestión no es muy relevante para las células somáticas de los organismos multicelulares, ya que no están involucrados en la propagación de la línea germinal (a menos que el investigador coja sus núcleos y los introduzca en un óvulo). Pero, ¿cómo es que los microbios unicelulares, no han adoptado la estrategia de la gemación? Esa es una pregunta para contestar en otro momento.

Dado que la levadura es el más conocido de todos los organismos eucariotas, lo que permite infinitas formas de manipulación genética, no es de extrañar que se haya convertido en un modelo para el estudio del envejecimiento. Y yo que pensaba que yo sería un buen tema para investigar lo que ocurre en la vejez!

Moselio Schaechter, autor de esta entrada

Addendum: Un comentarista llamado Qetzal dejó un comentario sobre un fenómeno similar se en bacterias. Cuando E. coli se divide, el polo "viejo" acumula chaperonas involucradas en la agregación de (presuntas) proteínas dañadas. Al cabo del tiempo, las células "viejas" pierden su capacidad reproductiva. Algo similar ocurre en Caulobacter crescentus. Así, las bacteria también puede utilizar la estrategia de la segregación de las proteínas dañadas en el interior de las células envejecidas, en beneficio de la población en su conjunto.


Entradas relacionadas:

• Las levaduras y la fuente de la eterna juventud


• Do bacteria age?
• Audio en "El podcast del microbio"

Laun P, Bruschi CV, Dickinson JR, Rinnerthaler M, Heeren G, Schwimbersky R, Rid R, & Breitenbach M (2007). Yeast mother cell-specific ageing, genetic (in)stability, and the somatic mutation theory of ageing. Nucleic acids research, 35 (22), 7514-26 PMID: 17986449
Guarente L (2010). Forever young. Cell, 140 (2), 176-8 PMID: 20141830
Liu, B., Larsson, L., Caballero, A., Hao, X., Öling, D., Grantham, J., & Nyström, T. (2010). The Polarisome Is Required for Segregation and Retrograde Transport of Protein Aggregates Cell, 140 (2), 257-267 DOI: 10.1016/j.cell.2009.12.031
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Plátanos contra el SIDA

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Estructura tridimensional de la Lectina del Plátano (fuente)

Científicos de la Universidad de Michigan han encontrado un nuevo y potente inhibidor del virus VIH (Virus de la Inmunodeficiencia Humana), el patógeno que causa el SIDA. En concreto se trata de la lectina del plátano, también denominada BanLec (por Banana Lectin). Este descubrimiento puede abrir la puerta a nuevos tratamientos para prevenir la transmisión sexual del VIH . En pruebas de laboratorio, la lectina del plátano ha demostrado ser tan potente como otros medicamentos anti-VIH que se están usando (el T-20 o el maraviroc,). Los resultados han sido publicados en el último úmero del Journal of Biological Chemistry.

Estructura del HIV. La proteína gp120 está situada en la envoltura (fuente)

En el artículo se describe la capacidad de la lectina para bloquear la entrada del virus VIH en las células humanas. Las lectinas son proteínas que se unen a moléculas de azúcar. Muchas de ellas son sintetizadas por las plantas, pero también están presentes en otros seres vivos. Suelen ser bastante específicas en su unión a determinados tipos de azúcares. En el caso de las plantas, algunas funcionan como un mecanismo de defensa contra invasores externos, como un virus, o una bacteria. Al unirse al patógeno evita que éste pueda interaccionar con las células del hospedador. El equipo de la Universidad de Michigan descubrió que la lectina de los plátanos se une a la proteína gp120 presente en la envoltura del VIH. Dicha proteína presenta una gran cantidad de azúcares que le permiten interaccionar con las células objetivo e infectarlas. En concreto, la proteína gp120 se une al recptor CD4 presente en la membrana de los linfocitos Th (T ayudantes). La unión de la lectina a esa proteína inhibe la infección vírica pues impide que el virus VIH se una a las células diana.

Animación que muestra el cambio conformacional de la proteína gp120 cuando se una al receptor CD4 de los linfocitos Th (fuente)

Además hay una ventaja añadida. De todos es conocido que el virus VIH tiene una gran capacidad de mutación y que con el tiempo aparecen cepas resistentes a la acción de los medicamentos. Pero eso es mucho más difícil de hacer con las lectinas, ya que pueden unirse a los azúcares que se encuentran en diferentes lugares de la envoltura del VIH-1 por lo que que tendría que haber múltiples mutaciones para que el virus pueda escapar a su acción, y desarrollar múltiples mutaciones es muy difícil.

El grupo investigador está intentado modificar molecularmente la lectina de plátano y así mejorar su unión al virus y su potencial utilidad clínica. Aún falta un tiempo para que este descubrimiento tenga aplicaciones sanitarias, pues hay que comprobar si funciona en modelos animales, si la lectina no es tóxica o provoca alergias, la mejor forma de aplicarla, etc. Lo que tiene que quedar claro es que el alimento no tiene ningún efecto, sino una proteína purificada a partir de dicho alimento. En principio los investigadores creen que la lectina podría ser utilizada para desarrollar una crema microbicida vaginal que pueda usarse sola o en combinación con otros medicamentos anti-VIH y así prevenir la infección del VIH.

Inhibición de la infección del virus HIV en presencia de BanLec. El virus fue inoculado en cultivos de células conteniendo concentraciones crecientes de BanLec .En las abcisas se muestra las concentraciones crecientes de la lectina. En ordenadas se muestra el porcentaje de producción de p24, una proteína localizada en la cápside vírica (ver esquema de arriba). Puede observarse que con una concnetración de 25 nM se consigue la practica desaparición de dicha proteína en los cultivos, lo que indica que el virus no se ha multiplicado (fuente).

Lo cierto es que hay un gran interés en encontrar nuevas sustancias antivíricas. La tasa de individuos que sufren una infección por VIH está duplicando la tasa de individuos que reciben medicamentos antirretrovirales. Para colmo el desarrollo de una vacuna eficaz parece que no se espera en un futuro próximo. Por ello se insiste tanto en medidas preventivas como los condones o evitar la promiscuidad. En palabras de David Marvovitz, investigador responsable del estudio, "El VIH está todavía muy extendido en los Estados Unidos. y su crecimiento explosivo en los países más pobres sigue siendo un problema grave ya que causa enormes sufrimientos humanos y el costo del tratamiento es muy alto",


Aunque el uso del condón es muy eficaz, los condones son más exitosos en la prevención de la infección si se usan sistemática y correctamente, lo que no suele ser el caso en dichos países en vías de desarrollo. En esos países las mujeres tienen poco control sobre los encuentros sexuales por lo que sería muy interesante el desarrollo de un microbicida vaginal barato y de larga duración que sea aplicado por ellas mismas antes de mantener una relación sexual. Combinados con el uso del preservativo podría ser una buena estrategia preventiva. Se ha estimado que un aumento de un 20 por ciento de cobertura con el uso de un microbicida que tan solo tenga un 60 por ciento de efectividad, puede prevenir hasta 2,5 millones de infecciones por el VIH en tres años.

¿El futuro? condones con una crema antiviral a base de lectina de plátano(fuente)

Swanson, M., Winter, H., Goldstein, I., & Markovitz, D. (2010). A Lectin Isolated from Bananas Is a Potent Inhibitor of HIV Replication Journal of Biological Chemistry, 285 (12), 8646-8655 DOI: 10.1074/jbc.M109.034926
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Matar bacterias a laserazos - Actualización

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Hace un tiempo publiqué un comentario sobre esta nueva y llamativa técnica terapéutica en desarrollo. En ella explicaba que los experimentos habían tenido éxito in vitro, bueno pues ahora el mismo grupo investigador liderado por el doctor Michael Wilson, ha realizado los experimentos in vivo. Sus resultados se publicaron en un artículo de la revista BMC Microbiology.

Para ello tomaron a unos ratones y les provocaron unas heridas que inocularon con una cepa del temido Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA). Una hora después se aplicaba azul de metileno en las heridas y se irradiaban con un láser con una longitud de onda de 670 nm. El cambio de molécula es debido a que el MRSA absorbe mejor el azul de metileno que otro tipo de moléculas usados en anteriores estudios. Esto creaba un pequeño problema. Esta longitud de onda es más energética que otras usadas antes, provocando un aumento de la temperatura en los tejidos. Se tuvo que comprobar que dicho aumento de temperatura no hacia daño al tejido celular de los ratones. Si el láser mataba a las bacterias pero destruía al tejido entonces habrían hecho un pan con unas tortas. Afortunadamente observaron que el láser no provocaba daños en los tejidos.

Molécula de azul de metileno

Tras el tratamiento han observado una reducción de hasta 25 veces en las poblaciones de MRSA presentes en las heridas. Otra ventaja añadida es que además de destruir al patógeno, la técnica también parece inactivar las toxinas producidas por éste. El siguiente paso es usarlo en humanos. Quién sabe, a lo mejor en el futuro pueden llegar a vender tiritas-laser.

Audio en "El podcast del microbio"

Zolfaghari, P., Packer, S., Singer, M., Nair, S., Bennett, J., Street, C., & Wilson, M. (2009). In vivo killing of Staphylococcus aureus using a light-activated antimicrobial agent BMC Microbiology, 9 (1) DOI: 10.1186/1471-2180-9-27

Teatro de los microbios - 3

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El tercer episodio del "Teatro de los microbios" está dedicado a los hongos pertenecientes al género Aspergillus que son usados en la elaboración de diversos productos japoneses. Ya hemos hablado antes del protagonista: Aspergillus oryzae, el hongo encargado de hidrolizar el almidón para iniciar la fermentación que dará lugar al sake.

Aspergillus sojae

El siguiente hongo es Aspergillus sojae, bastante similar al anterior, aunque es mucho más tolerante a la sal y produce una serie de enzimas extracelulares algo distintas a las de A. oryzae. Es un hongo que sólo se ha aislado en las fermentaciones que producen el miso o la salsa de soja.

Aspergillus niger

Aspergillus niger en cambio es un hongo muy común en todas partes. Es el microorganismo principal en la producción industrial del ácido cítrico. Interviene en varias de las fermentaciones que posteriormente son utilizadas para producir el Shochu, una bebida destilada.

Aspergillus awamori

Finalmente, Aspergillus niger var. awamori es uno de los microorganismos implicados en el inicio de la fermentación del arroz que posteriormente se destilará para dar lugar al awamori, un licor que se elabora en Okinawa.

Catálogo completo de los microbios que aparecen en la serie en "La Ciencia de la Vida" por Carlos Lobato

Catálogo

Edward Jenner y Joseph Lister en el correo

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Esta entrada es una traducción del comentario "Edward Jenner and Joseph Lister, posted" escrito por César Sánchez en el blog "Twisted Bacteria".

Hace unos días, el servicio postal del Reino Unido emitió una nueva serie de sellos dedicados a 10 científicos eminentes para celebrar el 350 aniversario de la Royal Society. La imagen de arriba muestra dos de los sellos, dedicados a Edward Jennner (1749-1823) y Joseph Lister (1827-1912), los cuales están respectivamente considerados como los "padres" de la vacunación y de la técnicas antisépticas en cirugía. Ambos no lo tuvieron fácil a la hora de convencer a sus colegas médicos para que aceptaran sus métodos como prácticas correctas y útiles. Pero a la larga lo consiguieron y millones de vidas se salvaron.

Es muy llamativo el hecho de que Jenner fue elegido miembro de la Royal Society en 1789 gracias a sus investigaciones sobre los cucos (los pájaros, no los relojes). Él era un "naturalista" y estudiaba una gran cantidad de temas, desde los fósiles al comportamiento animal, pasando por los globos aerostáticos y la medicina. Fue en 1796 cuando llevó a cabo sus famosos experimentos mostrando que la gente podía ser protegida frente a la mortal viruela simplemente inoculándola con la enfermedad de la viruela vacuna (una enfermedad relacionada más leve). Aunque los fundamentos básicos de la técnica de Jeener no eran novedosos (¡pero esta no fue la razón por la cual la Royal Society rechazó su artículo original!), sus cuidadosos estudios y su tenacidad fueron fundamentales para que progresivamente se fuera adoptando la vacunación. Ahora - dos siglos después - el mundo puede celebrar el 30 aniversario de la erradicación de la viruela. Esto merece un sello o dos ¿verdad?

Ahora, volvamos con Joseph Lister. El utilizó el fenol (ácido carbólico) para esterilizar el material quirúrgico y limpiar las heridas. A causa de ello, las infecciones post-operatorias se vieron enormemente reducidas y muchas vidas fueron salvadas (sin olvidar los miembros que hubieran sido amputados). Por esos logros, Lister no sólo fue elegido miembro, también presidente de la Royal Society entre 1895 y 1900, y su nombre fue dado a una bacteria... y a un elixir bucal (¡qué honor!)

Parece que había una especie de hambre contagiosa por el "conocimiento de lo pequeño" en la casa de Lister, porque Joseph no era el único que estaba interesado en el mundo microscópico. Su padre, Joseph Jackson Lister (1786-1869), realizó avances cruciales en la corrección de las aberraciones ópticas en los microscopios (y fue elegido miembro de la Royal Society en 1832). Su trabajo permitió una mejora de dichos instrumentos permitiendo observaciones mucho más detalladas de los especímenes y, de esa forma, el nacimiento de la histología moderna.

Y puede que esto ya no sea una sorpresa, pero (al menos) otros dos miembros de la familia fueron elegidos miembros de la Royal Society. Fueron su hermano Arthur Lister (1830-1908) y Gulielma Lister, hija de Athur (1860-1949). Arthur y Gulielma fueron reconocidos botánicos y micólogos, expertos en los micetozoa (myxomicetes, los hongos mucosos). Me pregunto si ellos comenzaron jugando con el microscopio de J.J. Los logros de Gulielma son especialmente destacables en una época (1900's) cuando a muy, muy pocas mujeres se les permitía destacar en la ciencia. Ella fue un miembro fundador de la British Mycological Society ( y presidenta en dos ocasiones), así como miembro, consejera y vicepresidenta de la Linnanean Society. ¿Sabe alguien si existe algún sello dedicado a Gulielma? Probablemente no (todavía) pero este podría ser un buen asunto a tratar en el próximo Día Internacional de la Mujer...



Lecturas relacionadas:

Sellos conmemorando el aniversario de la Royal Society:
Getting the Royal Society stamp of approval by Charlotte King. New Scientist, 25 Feb 2010. It includes large-size images of the 10 stamps.
- The Royal Society 350 Years, British Postal Museum & Archive.
- Science stamps mark the Royal Society's 350th anniversary, Royal Society, 24 Feb 2010.
- 350th Anniversary of the Royal Society, new Great Britain stamps, Norvic Philatelics. Includes interesting technical details and image credits, and a few special postmarks.

Edward Jenner y la viruela:
- Edward Jenner Museum, Gloucestershire, UK. Excellent website with plenty of information.
- Edward Jenner and the history of smallpox and vaccination by Stefan Riedel, Proc (Bayl Univ Med Cent) (2005) 18, 21–25.
- Edward Jenner (1749-1823), historical figures, BBC.
- Smallpox, World Health Organization.

Joseph Lister y sus parientes:
- Joseph Lister: Surgery Transformed, a video produced by British Medical Journal Media.
- Joseph Jackson Lister (1786-1869), Pioneers in Optics. Science Optics & You, Molecular Expressions.
- Early Myxomycetologists (including Arthur and Gulielma Lister), Myxoweb.
- Gulielma Lister (1860-1949), biography, Wanstead Wildlife.
- Biography of Gulielma Lister (1860-1949), The Biographical Dictionary of Women in Science: L-Z. By Marilyn Bailey Ogilvie, Joy Dorothy Harvey.


Microbiología (y otras ciencias) en la filatelia:
- Microscopy on stamps by Dave Walker, Microscopy-UK. Great article, together with the following one:
- Photomicrography on stamps by Dave Walker, Microscopy-UK.
- Physics-related stamps, compiled by Joachim Reinhardt. Mostly about physicists, but there are also a few other scientists, mathematicians and engineers (including Antonie van Leeuwenhoek and Robert Hooke).
- Science and Technology on Stamps, A to Zee ("the web guide for collectors").
- Sci-Philately: a Selective History of Science on Stamps by Maiken Naylor, University at Buffalo Libraries.
- Medical Stamps, Scientific-web.com
- Filatelia Médica - Medical Stamps by Dr Tuoto.
- Pasteur on Stamps by Dr Tuoto.
- AIDS on Stamps.
- Malaria on Stamps Collection.
- Collect GB Stamps, resources for collecting British stamps. It has a good search tool.

Nuestro Otro Genoma

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Ese es el título de la portada del último número de la revista Nature. El motivo es la publicación del nuevo catálogo de genes del microbioma humano por parte del proyecto MetaHIT (Metagenomics of the Human Intestinal Tract). En trabajos anteriores se habían utilizado muestras de 33 individuos de Estados Unidos y 13 de Japón (ver E Pluribus Unum). Esta vez los europeos han ido un poco más allá. En el proyecto MetaHIT han intervenido 23 grupos investigadores de todas partes del mundo y ha consistido en analizar la microbiota intestinal de 124 humanos. Las muestras fecales provenían de personas sanas, con sobrepeso y obesas. También se han incluido muestras de enfermos que padecen inflamación intestinal (EII).

Abundancia relativa de las 57 especies bacterianas más frecuentes encontradas en este estudio. Se observa que las más abundantes son las bacterias pertenecientes a los grupos Bacteroidetes y Firmicutes (fuente: Nature)

Se estima que en el cuerpo humano hay un total de 100 billones (10¹⁴) microorganismos, la mayor parte de ellos en el intestino. Se han ensamblado y caracterizado 3'3 millones de genes microbianos no redundantes, derivados a partir de 576'7 gigabases secuenciadas, unas 200 veces más información que los anteriores trabajos. El tamaño del metagenoma que han conseguido es 150 veces más grande que el genoma humano. El 99% de los genes son de origen bacteriano y corresponderían a más de 1.000 especies distintas, de las cuales cada ser humano comparte un mínimo de 160. Con esos datos se ha conseguido realizar el llamado metagenoma mínimo intestinal y el genoma mínimo intestinal bacteriano en términos de funcionalidad. Como era de esperar han encontrado diferencias entre la composición de la microbiota de los individuos sanos y los individuos enfermos.

Comparación estadística mostrando las diferencias entre las microbiotas de individuos sanos, enfermos que padecen la enfermedad de Cronh y enfermos con colitis ulcerosa. (fuente: Nature)

Qin, J., Li, R., Raes, J., Arumugam, M., Burgdorf, K., Manichanh, C., Nielsen, T., Pons, N., Levenez, F., Yamada, T., Mende, D., Li, J., Xu, J., Li, S., Li, D., Cao, J., Wang, B., Liang, H., Zheng, H., Xie, Y., Tap, J., Lepage, P., Bertalan, M., Batto, J., Hansen, T., Le Paslier, D., Linneberg, A., Nielsen, H., Pelletier, E., Renault, P., Sicheritz-Ponten, T., Turner, K., Zhu, H., Yu, C., Li, S., Jian, M., Zhou, Y., Li, Y., Zhang, X., Li, S., Qin, N., Yang, H., Wang, J., Brunak, S., Doré, J., Guarner, F., Kristiansen, K., Pedersen, O., Parkhill, J., Weissenbach, J., Antolin, M., Artiguenave, F., Blottiere, H., Borruel, N., Bruls, T., Casellas, F., Chervaux, C., Cultrone, A., Delorme, C., Denariaz, G., Dervyn, R., Forte, M., Friss, C., van de Guchte, M., Guedon, E., Haimet, F., Jamet, A., Juste, C., Kaci, G., Kleerebezem, M., Knol, J., Kristensen, M., Layec, S., Le Roux, K., Leclerc, M., Maguin, E., Melo Minardi, R., Oozeer, R., Rescigno, M., Sanchez, N., Tims, S., Torrejon, T., Varela, E., de Vos, W., Winogradsky, Y., Zoetendal, E., Bork, P., Ehrlich, S., & Wang, J. (2010). A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing Nature, 464 (7285), 59-65 DOI: 10.1038/nature08821
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