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jueves, 31 de enero de 2013

El viaje de Caronte al Jardín de las Delicias


El paso de la laguna Estigia de Joachim Patinir. El barquero Caronte era el encargado de llevar las almas de los difuntos al Hades. Origen de la imagen: Museo del Prado


Hoy se cumple el quinto aniversario de este blog, así que aprovecho la entrada para hacer un pequeño homenaje al que fue mi mentor: el investigador Miguel Vicente.

Cuando Miguel me aceptó en su laboratorio, siendo yo un estudiante, una de las cosas que más llamó mi atención fue la portada de un libro que había encima de su mesa. El libro se titulaba "Ingeniería Genética, manual de técnicas básicas", pero en su portada aparecía el detalle de una pintura que a mi me sonaba que había visto en el museo del Prado, aunque no recordaba su título. Reconozco que lo que yo esperaba de un libro con ese nombre era que en su portada aparecieran cosas como diagramas de la estructura del DNA, o fotografías de microorganismos, o incluso esquemas conceptuales, pero nunca una pintura de principios del siglo XVI y con el código genético sobreimpresionado. Al hojearlo, pude leer en su interior tanto el título del cuadro como el porqué se había elegido a dicha obra pictórica para ilustrar la portada del libro.



El motivo de la elección de dicha pintura era el siguiente. Se trataba de una referencia a los fagos Charon (Caronte en inglés), unos vectores usados en ingeniería genética derivados del fago λ desarrollados por Blattner y col. en 1977 en los que se podían clonar hasta 22 kilobases en su interior. En concreto se hacia referencia al fago λ4A, que fue el primer vector usado para hacer librerías genómicas de eucariotas en la bacteria Escherichia coli. Es decir, el fago había sido usado como un moderno Caronte, pues había conseguido llevar genes del dominio eucariota al interior de un organismo del dominio procariota. Estos fagos portaban una serie de mutaciones y alteraciones que por un lado permitían que fueran fáciles de usar; llevaban un sitio EcoRI; y por otro que fueran "seguros" desde el punto de vista de la bioseguridad, pues sólo podían multiplicarse en unas cepas específicas de E. coli (en concreto la cepa DP50SupF), por lo que no había riesgo de que pudieran "escaparse" del laboratorio.

Producción de una genoteca con fagos Charon. A la izquierda se muestra un esquema del proceso de clonación de DNA en el interior del genoma del fago Charon tras digestión con la enzima EcoRI y posterior ligación. A la derecha se muestra la generación de los diferentes clonesde fago conteniedo el DNA clonado. Fuente de las imágenes: FAO y K.G. Wilson


No ha sido la única vez que Miguel ha utilizado una obra pictórica clásica para ilustrar alguno de los libros que ha escrito. Para la portada del libro "Ingeniería Genética" escogió el famoso cuadro "El jardín de las delicias" de El Bosco. Y en la continuación "Avances en Ingeniería Genética" la portada fue un detalle muy concreto de dicho cuadro. En mi opinión, una pintura muy apropiada para el tema que trataba.



Esta entrada participa en el XX carnaval de la Biología alojado en Forestalia y en el III carnaval de Humanidades alojado en el blog El cuaderno de Calpurnia.


ResearchBlogging.org

Blattner FR, Williams BG, Blechl AE, Denniston-Thompson K, Faber HE, Furlong L, Grunwald DJ, Kiefer DO, Moore DD, Schumm JW, Sheldon EL, & Smithies O (1977). Charon phages: safer derivatives of bacteriophage lambda for DNA cloning. Science (New York, N.Y.), 196 (4286), 161-9 PMID: 847462

martes, 29 de enero de 2013

Bichos de altos vuelos


Inútilmente interrogas.
Tus ojos miran al cielo.
Buscas detrás de las nubes,
huellas que se llevó el viento.

Buscas las manos calientes,
los rostros de los que fueron,
el círculo donde yerran
tocando sus instrumentos.

Nubes que eran ritmo, canto
sin final y sin comienzo,
campanas de espumas pálidas
volteando su secreto,

palmas de mármol, criaturas
girando al compás del tiempo,
imitándole la vida
su perpetuo movimiento.

Inútilmente interrogas
desde tus párpados ciegos.
¿Qué haces mirando a las nubes,
José Hierro?



En la segunda temporada de la serie de animación japonesa Moyashimon hay un episodio en el que los protagonistas deben de viajar hasta Francia. Así que están obligados a tomar un avión. Sawali irá acompañado de su inseparable Koji (Aspergillus oryzae), y éste se verá sorprendido cuando comprueba que hay microorganismos que son capaces de sobrevivir en las capas altas de la atmósfera. En concreto el que aparece es Deinococcus radiodurans, una bacteria conocida por su alta resistencia a la radiación. Los simpáticos deinococos le explican a Koji que gracias a ello pueden sobrevivir a la letal radiación ultravioleta.

En realidad, sería raro que Koji o Sawaki vieran un deinococo por su ventanilla, ya que no son precisamente unos microorganismos muy frecuentes en las alturas. Al menos eso es lo que se desprende de un reciente estudio publicado en la revista PNAS. Los científicos tomaron muestras mediante un sistema de filtrado de aire en altitudes comprendidas entre los 8 y los 15 km de altura, utilizando un avión DC-8 de la NASA. El muestreo de partículas se tomó en distintas áreas del continente Americano, y de manera interesante, antes, durante y después del paso de los huracanes Earl y Karl durante el año 2010. Después, los filtros fueron preservados a 4ºC y analizados en el laboratorio mediante diversas técnicas de microscopía y metagenómica.

Trayectorias de los vuelos de muestreo de las capas superiores de la atmósfera (líneas continuas de color en diferentes zonas del continente Americano). En el mapa inferior se muestran las trayectorias e intensidades de los huracanes Earl (cuadrados) y Karl (círculos). Fuente de la imagen: PNAS


El 20% de las partículas muestreadas de tamaño similar a una micra o inferior eran bacterias viables que pertenecían a 17 taxones diferentes. Algunos de estos taxones tienen especies que son capaces de metabolizar algunos compuestos orgánicos de 1 a 4 átomos de carbono que se encuentran en las capas altas de la atmósfera y que se sabe que pueden afectar a la química del interior de las nubes. También se han encontrado hongos, aunque en una proporción diez veces menor.

Gráficas que representan la abundancia de RNA ribosomal por metro cúbico de aire de bacterias (Gráfica A) y hongos (Gráfica B). Nótese que la escala de la ordenadas es diferente en ambas gráficas. Fuente: PNAS.


Es interesante destacar que las partículas de entre 1 a 3 micras actúan como núcleos para la formación de hielo (IN ice nucleation) o para la condensación de agua en nubes (CCN cloud condensation nuclei). Es decir, son los responsables de que se forme nieve, granizo o lluvia. Como en trabajos anteriores, los datos indican que una gran parte de esos IN son seres vivos. Si tenemos en cuenta que la formación de las nubes en la troposfera media y superior puede verse afectada por la cantidad de INs, la presencia de bacterias en esas capas puede ser muchísimo más importante de lo que se pensaba hasta ahora. Es importante saber que tipo de bacterias se encuentran en dicho ambiente. Al realizar el análisis se encontró que una gran parte pertenecían al orden Proteobacteria, conocidas por su capacidad de actuar como CCN o de INs cuando están en suspensión aérea en una atmósfera saturada con agua.

Composición de las comunidades microbianas presentes en la troposfera. La coordenada Y nos da una idea de la relativa abundancia de una determinada clase de microorganismos. En la coordenada X nos da información de dónde se realizó el muestreo. Las líneas negras al lado de las columnas indican el "core" de secuencias que están presentes en todas las muestras, sin importar el origen del muestreo. Nótese que una gran parte de las familias pertenecen a las Proteobacterias. Fuente PNAS.


También han analizado el posible origen de dichas bacterias. Como puede verse en la gráfica inferior, la mayor parte de las bacterias proceden de medios acuáticos, ya sean aguas dulces o marinas. Como era de esperar, los huracanes producen una gran aerosolización aumentando la presencia de microorganismos en la troposfera y cambiando drásticamente la composición de las comunidades microbianas a su paso. Además, hay microorganismos que pueden funcionar como agentes de condensación, mientras que otros actúan mejor como agentes de nucleación de hielo. Eso podría provocar que en unas áreas las precipitaciones fueran de un tipo, por ejemplo nieve o granizo, mientras que en otras podría llover, dependiendo de la composición de la comunidad microbiana.

Posible origen de las comunidades microbianas presentes en la troposfera. Las secuencias de RNA ribosomal encontradas en las alturas fueron comparadas con las presentes en las bases de datos para poder deducir su origen. Fuente PNAS.


Sobrevivir a esa altura requiere al menos dos equipos de genes. Uno que codifique para sistemas que permita resistir la radiación ultravioleta y otro que permita aguantar las condiciones de bajísima humedad. Pero hay posibilidades de que incluso haya bacterias que puedan estar viviendo allí arriba. Uno de los géneros más abundantes encontrados es Afipia, perteneciente a la familia Bradyrhizobiaceae. Esta bacteria presente en medios acuáticos es conocida porque es capaz de metabolizar la dimetil sulfona (DMSO2) y utilizarla como única fuente de carbono. El DMSO2 se produce por la oxidación del dimetil sulfuro (DMS), un compuesto muy abundante en la atmósfera que se encuentra sobre los océanos, ya que es emitido por las algas.



Como señalan los autores, sabíamos que los microorganismos eran esenciales para la comprensión de los fenómenos geoquímicos de los hábitats del planeta. Ahora estamos vislumbrando que también son esenciales para la (bio)química de la atmósfera y del ciclo hidrológico.


Esta entrada participa en el XXXVIII carnaval de la Física alojado en el blog Eureka, en el XXI carnaval de Química que se aloja en el blog Pero eso es otra historia y debe ser contada en otra ocasión, en el XX carnaval de Biología alojado en el blog Forestalia y en el carnaval de Humanidades alojado en el blog El cuaderno de Calpurnia.


ResearchBlogging.org

DeLeon-Rodriguez, N., Lathem, T., Rodriguez-R, L., Barazesh, J., Anderson, B., Beyersdorf, A., Ziemba, L., Bergin, M., Nenes, A., & Konstantinidis, K. (2013). Microbiome of the upper troposphere: Species composition and prevalence, effects of tropical storms, and atmospheric implications Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1212089110


lunes, 21 de enero de 2013

Errores letales

origen de la imagen: Fallacyfiles


Durante los meses de diciembre y enero aparecen muchos artículos del tipo "los 10 mejores...invenciones, descubrimientos, artículos, etc". Aunque también existen artículos con la versión oscura de "los 10 peores...". En el caso de la revista Wired han realizado un lista con los que ellos han considerado como los peores errores científicos del 2012. El primero de ellos es uno que involucra a un hongo y un medicamento. El segundo el infame comportamiento de dos neurocirujanos.

Conidias e hifas de Exserohilum rostratum. Fuente: CDC


El pasado mes de octubre, el CDC de Atlanta confirmó la aparición de un brote de meningitis causada por el hongo Exserohilum rostratum. La noticia llegó a aparecer en los medios de comunicación españoles. Este hongo es un saprófito y muy raramente actúa como un patógeno oportunista que afectaba fundamentalmente a personas inmunodeprimidas. Un brote así de raro indicaba que los afectados habían sido infectados mediante algún tipo de inoculación.

El CDC investigó el asunto y llegó a la conclusión de que todos los pacientes afectados habían recibido una inyección epidural con un esteroide que había sido elaborado en la compañía New England Compounding Center. Esa compañía es lo que los norteamericanos llaman una "compounding pharmacy", una instalación farmacéutica donde, tras comprar los principios activos a las grandes compañías farmacéuticas, los mezclan en la fórmula magistral que desea el cliente y los venden. Este tipo de instalaciones no están sometidas a las mismas normas de manipulación de medicamentos que las grandes compañías. Además, no pueden vender los medicamentos a instalaciones hospitalarias, sino solamente a pacientes con receta. Debido a este brote el gobierno estadounidense se va a replantear la situación de dichas compañías.



Como puede verse en la imagen de arriba, hasta la fecha, el CDC ha reconocido que hay 678 casos y que 44 personas han fallecido. Pero se piensa que puede haber unas 14.000 personas en 19 estados que tienen riesgo de verse afectadas.

El segundo "error" fue el experimento con pacientes terminales llevado a cabo por los neurocirujanos J. Paul Muizelaar y Rudolph Schrot, de la Universidad de Davis en California. Su objetivo era desarrollar un proyecto llamado "Terapia intracraneal probiótica para el glioma maligno". Este proyecto se basaba en la llamada hipótesis de la vacuna o toxina de Colley. En el siglo XIX, William Coley observó que una preparación de bacterias Streptococcus pyogenes y Serratia marcescens muertas por calor parecía provocar la remisión parcial de algunos tumores. Inicialmente se vio como una posible terapia antitumoral, pero la inyección de la toxina de Coley provocaba graves efectos secundarios, e incluso la muerte de los pacientes. Afortunadamente, las observaciones de Coley no cayeron en saco roto ya que llevaron al descubrimiento del Factor de Necrosis Tumoral (TNF). Lo que ocurría es que las endotoxinas de las bacterias usadas provocan que el sistema inmune secrete TNF, una citoquina que provoca la necrosis de los tejidos, pero de manera inespecífica. Es decir, el TNF destruye tanto a las células sanas como a las tumorales. Pero algunos científicos piensan que la toxina de Coley sí que tiene un efecto antitumoral per se, sin embargo el porqué de dicho efecto no está muy bien estudiado y comprendido. In vitro se ha observado que los restos bacterianos de la toxina de Coley parecen adherirse a las células tumorales y que inhiben algo su crecimiento, pero el tratamiento sistemático con toxina de Coley en animales al final no funciona. Baste decir que ha pasado más de un siglo desde que Coley realizó sus observaciones y aún no se ha desarrollado ninguna aplicación clínica fiable.

Microfotografías de células tumorales tratadas con la toxina de Coley. Se puede observar que los "cadáveres" de las bacterias se han adherido a las células. Fuente: Maletki et al. (2012) Clin Dev Immunol.


El glioblastoma es un tumor maligno muy agresivo. Los pacientes no sobreviven más de 15 meses después de haberse realizado el diagnóstico. Al parecer Muizelaar afirmaba conocer a un par de pacientes que tenían glioblastoma y que habían sobrevivido 15 años porque habían desarrollado una infección. Así que los dos cirujanos diseñaron un protocolo experimental. Cuando lo expusieron a la FDA esta les contestó que era un tratamiento demasiado arriesgado y sin mucho fundamento, así que debería probarlo primero en animales. Pero parece que Muizelaar y Schrot tenían prisa, así que consiguieron el permiso de tres pacientes con glioblastoma en fase terminal. El tratamiento consistiría en operarles el cerebro e inocularles la bacteria Enterobacter aerogenes en la herida con la esperanza de que el sistema inmune reaccionara y paralizara el desarrollo del tumor.

Los resultados fueron los previsibles para cualquiera que no hubiera estado cegado por dicha hipótesis. El primer paciente murió de sepsis seis semanas después de la intervención. El segundo paciente sobrevivió diez meses gracias al tratamiento con antibióticos. Según Muizelaar y Schrot el tamaño del tumor disminuyó. El tercer paciente desarrolló meningitis y sepsis, falleciendo a los pocos días de la intervención.

Enterobacter. Fuente de la imagen: Microbewiki


Antes del fallecimiento del tercer paciente, la universidad tomó cartas en el asunto. Los dos neurocirujanos, aunque tenían el permiso de los pacientes, no habían comunicado sus intenciones al comité de bioética de la Universidad de Davis. Los protocolos de experimentación en humanos están muy regulados y deben de pasar el examen de un comité federal y de la propia institución, para evitar que los investigadores se aprovechen del estado psicológico de los pacientes terminales, dispuestos a probar lo que sea con tal de vivir un poco más. De hecho, ambos cirujanos ya tenían previsto realizar cinco intervenciones más. En su defensa han alegado que lo hacían por el bien de los pacientes, lo cual me ha hecho recordar el famoso dicho de que el infierno está empedrado de buenas intenciones.


Esta entrada participa en el XX carnaval de la Biología alojado en Ecoforestalia y en III carnaval de Humanidades alojado en El cuaderno de Calpurnia.

ResearchBlogging.org

Maletzki C, Klier U, Obst W, Kreikemeyer B, & Linnebacher M (2012). Reevaluating the concept of treating experimental tumors with a mixed bacterial vaccine: Coley's Toxin. Clinical & developmental immunology, 2012 PMID: 23193416

lunes, 7 de enero de 2013

Carl Woese 1928-2012

Carl Woese en 1977 y en el 2004. Fuente de la imagen: Wired y Wikipedia.


El pasado 30 de diciembre nos dejaron dos gigantes de la Ciencia. Rita Levi-Montalcini y Carl Woese. La noticia del fallecimiento de la primera recibió una abundante, y merecida, cobertura mediática en nuestro país y supongo que en toda Europa. Pero reconozco que me ha apenado comprobar que del segundo no ha aparecido nada en ningún medio de comunicación español (al menos que yo sepa). Y me apena porque fue una de esas personas que consigue cambiar por completo lo que se escribe en los libros de texto.

Cuando yo cursé la asignatura de Microbiología allá por el año 1985, la taxonomía bacteriana que nos enseñaron se basaba exclusivamente en las características fenotípicas de dichos microorganismos. Es decir, lo primero de todo si eran Gram positivos o Gram negativos. Luego, si eran bacilos, cocos o tenían otra forma celular. A continuación si eran aerobios, anaerobios, aerobios facultativos, ... y así una ristra interminable de características como qué tipo de metabolismo tenían, , qué azúcares fermentaban, si presentaban formas de resistencia, a qué pH crecían, etc. Estudiar aquello era una auténtica pesadilla.



Para hacernos una idea, era como si en Zoología o en Botánica todavía clasificaran a los animales y las plantas en base a su aspecto exterior, descontando por completo tanto su anatomía interna, como sus relaciones evolutivas. Es decir, uno podía acabar diciendo que un murciélago era un ave porque tiene alas. O si hablamos en términos botánicos, que un trébol están más relacionado con una margarita que con una acacia porque las dos primeras son hierbas y la última es un árbol.

Woese cambió todo eso. No es que lo descrito arriba no se siga utilizando (se usa, sobre todo en microbiología clínica) pero consiguió que la taxonomía microbiana se basara en las relaciones filogenéticas en lugar de en los parecidos fenotípicos. Por buscar una analogía, Woese significó para la Microbiología lo mismo que Linneo para la Botánica. Y como ocurrió con el naturalista sueco, su descubrimiento significó un cambio parta toda la ciencia de la Biología.

Si Linneo se fijó en las flores para realizar su clasificación de las plantas, lo que hizo Woese fue fijarse en algo que todos los seres vivos tienen: el RNA ribosomal 16S (rRNA 16S). Está molécula es parte esencial de un proceso que realizan todos los seres vivos celulares de este planeta: la biosíntesis de proteínas. Como esperaba, al comparar las secuencias de los diferentes rRNAs 16S se encontró con que los seres vivos estaban evolutivamente relacionados entre sí, pero se sorprendió al encontrar que las relaciones de parentesco entre ellos no eran las que se suponían que eran. Su descubrimiento fue una auténtica revolución pues acabó con cinco reinos y estableció tres dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya. El esquema filogenético resultante es lo que hoy en día se conoce como "árbol de la vida".



Muchos opinan que su trabajo de 1977 es uno de los principales hitos de la Biología, comparable a la publicación del "Origen de las Especies". En cierto sentido, no les falta razón, ya que dicho artículo es la mejor comprobación experimental de la hipótesis darwiniana de que todos los seres vivos de este planeta descendemos de un ancestro común. Pero además puso las bases de la actual metodología de la llamada revolución metagenómica que nos está permitiendo comprender y sistematizar la gran biodiversidad que existe en este planeta.

Definitivamente se nos ha ido un gigante sobre cuyos hombros se apoyarán otros. Descanse en paz

Entradas relacionadas:
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Una bacteria es una bacteria, es una bacteria
El árbol que plantó Carl Woese.



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Woese CR, & Fox GE (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 74 (11), 5088-90 PMID: 270744