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viernes, 17 de febrero de 2017

Tomando forma

Manos dibujándose de MC Escher (origen)


En la entrada "De la forma" comentamos la importancia evolutiva que tiene la forma de las bacterias y que la morfología bacteriana era mucho más diversa de lo que en un principio se pensaba.

Pero, ¿cómo se forma una bacteria? La verdad es que sabemos más bien poco ya que lo que se conoce se basa en el estudio de unas cuantas bacterias: los cocos Streptococcus pneumoniae y Staphylococcus aureus; los bacilos Escherichia coli y Bacillus subtilis; las curvas y espirales formadas por Helicobacter pylori, Caulobacter crecentus o Borrelia burgdorferi. Del resto de morfologías no se conoce mucho. Así que quizás habría que replantearse la pregunta y elaborar alguna más simple que sí podamos contestar. Por ejemplo:

En el aspecto de la morfogénesis ¿qué tienen en común todas las bacterias?
  • Todas tienen paredes de peptidoglicano (salvo los micoplasmas y los termoplasmas) y la forma viene dada por cómo está construida dicha macromolécula a nivel molecular. Así que no es de extrañar que el equipamiento bioquímico responsable de la síntesis de esa pared se haya conservado entre los diversos phyla bacterianos. A nivel molecular, ese equipamiento enzimático se coloca en una determinada “zona” de la bacteria y es allí donde ejerce su función. Es lo que podría denominarse una "síntesis zonal"


  • La maquinaria de síntesis de la pared debe de asegurar que se mantenga la forma y que se incremente el tamaño de la bacteria gracias a la elongación, pero también debe permitir la reproducción celular mediante la septación. Basta cambiar mínimamente la orientación de la síntesis de peptidoglicano para pasar de elongar a septar. Lo que sí es necesario es que ambos procesos deben de estar coordinados tanto en el espacio como en el tiempo para asegurar la supervivencia de la bacteria.


Maquinaria de síntesis de peptidoglicano en la bacteria Escherichia coli. La elongación la lleva a cabo el elongasoma y la división el divisioma. En ambos casos se necesita un armazón citoplasmático que va a dirigir la localización de la síntesis del peptidoglicano (color naranja) y que reclutaran los diversos componentes como los elementos de membrana que incluyen proteínas reguladoras y sintetizadoras de elementos precursores (color azul) y proteínas sintetizadoras y modificadoras del peptidoglicano (color rojo). De todas estas proteínas, las más conservadas en todos los grupos bacterianos son FtsZ (naranja) y FtsK (azul-4). Origen de la imagen: Amelia M. Randich e Yves V. Brun 2015


Podríamos decir que esas son las "reglas básicas" que toda bacteria tiene que seguir. Quizás, cada grupo bacteriano tenga además algunas reglas específicas que expliquen las diferencias morfológicas. O quizás, uno podría esperar que si dos bacterias tienen una forma bacilar será porque ambas siguen el mismo juego de reglas. El mejor ejemplo es Escherichia coli (Gram negativa) y Bacillus subtilis (Gram positiva). Ambas realizan la elongación gracias a que sus equipos enzimáticos se colocan en unas zonas que siguen una pauta espiral y así sintetizan el nuevo peptidoglicano siguiendo dicha pauta.

Incorporación del peptidoglicano en diferentes bacterias morfológicamente distintas. En A se representa la elongación, en B la división. Tanto en Escherichia coli como en Bacillus subtilis, las zonas de elongación se disponen a lo largo de una espiral. Cuando las células se van a dividir la síntesis zonal se localiza solamente en el centro de la bacteria. En el caso de Streptococcus pneumoniae, la elongación se produce al insertar nuevo material en el llamado anillo ecuatorial. Según se va insertando el nuevo material los anillos resultantes se separana señalando el futuro lugar de septación. En el caso de Staphylococcus aureus no parece haber elongación, tan sólo síntesis de peptidoglicano septal. Origen de la imagen Dirk-Jan Scheffers1 y Mariana G. Pinho. 2005.


El dato de que dos bacterias tan alejadas filogenéticamente entre sí, han resuelto el mismo problema de la misma manera puede apuntar a que dicha "solución" apareció hace mucho tiempo. Pero cuando se observa con detalle lo que ocurre en otros grupos taxonómicos (ver el árbol filogenético de la 1ª parte), lo que a primera vista parece una conservación evolutiva es más bien una convergencia evolutiva. Entre una y otra especie nos encontramos con una miríada de morfologías. Observar una convergencia evolutiva nos indica otra cosa distinta: si se reposiciona la maquinaria de síntesis zonal se pueden generar un gran diversidad de formas bacterianas todas ellas derivadas de la morfología bacilar. Por ejemplo, si la síntesis zonal se restringe a uno sólo de los polos podemos obtener una prosteca como la de Caulobacter crescentus. En cambio, si la síntesis zonal se distribuye a lo largo de la longitud de un filamento se pueden conseguir las ramificaciones que se observan en las Actinobacterias. Bastaría con usar las reglas básicas de diferente forma para obtener las diversas morfologías bacterianas.

Síntesis zonal del peptidoglicano y morfología bacteriana. En las Alfaproteobacterias prostecadas basta reposicionar la maquinaria de síntesis del peptidoglicano (en verde) para que aparezcan diferentes fenotipos. A: Caulobacter crescentus prosteca polar. B: Asticcacaulis excentricus, prosteca subpolar. C: Asticcacaulis biprosthecum prostecas bipolares. En D tenemos el fenotipo ramificado de la actinobacteria Streptomyces coelicolor. Origen de la imagen: David T. Kysela et al. 2016.


Combinando tecnologías genómicas de una sola célula (single-cell genomics) con las tecnologías de microscopía de alta resolución, el grupo de Yves Brunn ha conseguido estudiar la evolución de la prosteca entre las especies pertenecientes a los Caulobacterales. Observando el árbol filogenético que se muestra más abajo, puede verse que primero apareció la prosteca polar (presente en Caulobacter crescentus). En algunas especies esa prosteca se ha convertido en una zona especializada en la reproducción por gemación (Hirschia baltica) pero en otras lo que ha pasado es que se ha perdido y la bacteria ha vuelto a una morfología bacilar (C. segnis). En otras especies, la síntesis zonal se reposicionó de manera supolar (Asticcacaulis excentricus) y a partir de este grupo volvió a reposicionarse a bilateral aumentando su número (A. biprosthecum). Al examinar con más detalle dicha transición, lo que se encontraron es que hay una proteína, denominada SpmX, que es la responsable de coordinar la síntesis del peptidoglicano en la prosteca. Dicha proteína tiene una región que es diferente en cada una de esas especies y que determina la localización de la síntesis zonal

Arbol filogenético de los Caulobacterales y morfología celular. 1. prosteca bilateral, Asticcacaulis biprosthecum (Chao Jiang, Stanford University). 2. prosteca subpolar, Asticcacaulis excentricus (Chao Jiang, Stanford University). 3. prosteca polar, Caulobacter crescentus (Paul Caccamo, Indiana University). 4. prosteca polar, Maricaulis maris (Patrick Viollier, University of Geneva). 5. prosteca polar pequeña, Brevundimonas subvibriodes (Brynn Heckel, Indiana University). 6. Prosteca polar para reproducción por gemación, Hirschia baltica. Origen de la imagen: David T. Kysela et al. 2016.


¿Podría explicarse la gran diversidad de morfologías bacterianas en base a la síntesis zonal de peptidoglicano? Pues es muy probable que la combinación de métodos genómicos con las nuevas tecnologías microscópicas den lugar a nuevas aproximaciones experimentales que permitan dar respuesta a esa pregunta y estudiar porqué las bacteria son como son e incluso abordar el problema de relacionar la morfogénesis bacteriana y las fuerzas de selección que actúan sobre ella. Puede afirmarse que este campo de investigación va tomando forma

Esta entrada y su primera parte han sido traducidas y publicadas en el blog Small Things Considered

sábado, 11 de febrero de 2017

La historia de Lydia Rabinovich-Kempner

Lydia Rabinovich-Kemper (fuente)


Cuando escribí la entrada dedicada a Alice Catherine Evans comenté que fue una de las dos mujeres que asistieron al Primer Congreso Internacional de Microbiología celebrado en París en el año 1930. La otra científica fue Lydia Rabinovich-Kempner. Me quedé con el nombre pensando en dedicarle alguna entrada futura, pero hace cinco años no encontré mucha información. Eso ha cambiado recientemente gracias a que se ha publicado un artículo sobre ella y ha aparecido una entrada en la Wikipedia. Lo único malo es que tanto el artículo como la entrada de la Wikipedia están en alemán, así que he tenido que basarme en el traductor de Google para elaborar esta entrada. También he encontrado otras fuentes bibliográficas que son citadas al final

Lydia Rabinovich nació en la ciudad de Kaunas el 22 de agosto del año 1871. Era la menor de nueve hermanos. Desde pequeña demostró una gran capacidad como estudiante, pero aunque su familia era adinerada sus posibilidades de continuar sus estudios en una universidad eran prácticamente nulas por dos motivos. El primero por ser mujer, el segundo por ser judía. En esa época, Lituania pertenecía al Imperio Ruso, y desde el pogromo de 1881 el acceso de los judíos a la universidad estaba muy restringido. Para una mujer judía era un imposible. Así que Lydia cogió las maletas y en 1889 se fue a Suiza. Se matriculó en la Facultad de Artes de Berna donde estudió pedagogía, estudios alemanes y ciencias naturales. Como muchas otras mujeres de esa época parecía que su destino sería ser maestra en algún instituto para jovencitas. Sin embargo Lydia pasó un año y medio en la Universidad de Zurich aprendiendo botánica y microbiología. A su vuelta a Berna se puso a realizar su tesis en el desarrollo de los cuerpos fructíferos de los Gasteromicetales. En 1894 la defendió obteniendo el grado summa cum laude y se convirtió en uno de las primeras doctoras en el campo de la microbiología.

El hongo Lycoperdum perlatum o pedo de lobo. En el siglo XIX estaba clasificado dentro de la clase de los Gasteromicetales. Ahora pertenece a la clase de los Basidiomicetales. Fuente: Wikipedia


Ese mismo año Lydia se mudó a Berlin. Quería trabajar en el Instituto de Enfermedades Infecciosas fundado por Robert Koch. Lydia hizo lo mismo que otras científicas de su tiempo como Lise Meitner: trabajar de gratis hasta que consiguió demostrar su valía investigadora. Es lo que la historiadora de la ciencia Annete Vogt describió como “usar la puerta trasera para llegar al portal principal”. Para conseguir el puesto en el Instituto, Lydia tuvo que firmar un acuerdo que se hacía firmar a todos los solicitantes, sin importar que fueran hombres o mujeres.

   El abajo firmante cede sus derechos sobre los resultados obtenidos por su trabajo a la dirección del Instituto de Enfermedades    Infecciosas de Berlín, y se compromete a someter dicho trabajo para su aprobación antes de su publicación. Asimismo, cuando    deje su puesto en el Instituto se compromete a ceder a la dirección, toda la información necesaria sobre los resultados    conseguidos por su trabajo así como todas las notas y apuntes realizados.

Lydia tuvo que ser una excelente investigadora porque en 1895 publicó su primer artículo. Por si fuera poco, comenzó una colaboración con el laboratorio de bacteriología de la Facultad de Medicina para Mujeres de Pensilvania y se le ofreció un puesto de profesora e investigadora para los meses de invierno. Los meses de verano volvía a Alemania a trabajar. En 1898 consiguió una plaza fija de profesora e investigadora en los Estados Unidos, puesto que nunca ocupó. En abril de 1898, aprovechando que estaba en el IX Congreso Internacional de Higiene y Demografía que se celebraba en Madrid, se casó con el bacteriólogo Walter Kempner que trabajaba con Koch en Berlin. Lydia dejó su puesto en los USA y se fue a Berlín a vivir con su esposo y fundar una familia. Tuvieron tres hijos: Robert (1899 - 1993), Nadja (1901-1932) y Walter (1903-1977). Pero al contrario de lo que ocurría con otras mujeres de su tiempo, que en cuanto se casaban dejaban de lado su carrera profesional, Lydia acababa de empezar un nuevo capítulo de la suya. El matrimonio Kempner se convirtió en una reconocida autoridad en la investigación sobre la tuberculosis. Por si no bastaba, Lydia se comprometió en el movimiento por la igualdad de las mujeres, defendiendo el derecho femenino al voto - llegó a presentar una comunicación sobre el trabajo de las mujeres en la medicina en el Congreso Internacional de la Mujer. Junto con la física Elsa Neumann fundó una asociación para proporcionar becas para que las mujeres pudieran estudiar carreras universitaria.

Fue el propio Robert Koch el que encargó a Lydia su primer proyecto sobre la tuberculosis. Desde 1884, Koch sospechaba que el bacilo de la tuberculosis podía ser transferido desde las vacas a los humanos. Lydia debía de encontrar si dicho bacilo estaba presente en la leche o en productos lácteos frescos. Algo muy frecuente en las ciudades alemanas de aquellos tiempos era ver a pequeños carromatos vendiendo leche, queso y hortalizas frescas. Lydia se puso a ello y en 1901 publicó sus resultados. Fue la primera persona en describir la acción de un adyuvante inmunitario al descubrir que la mantequilla que contenía bacilos de Mycobacterium butyricum podía activar una fuerte respuesta inmunitaria. Usando la prueba de la tuberculina en vacas, encontró que Mycobacterium bovis estaba presente en la leche y en la mantequilla proveniente de las vacas infectadas y por lo tanto eso podía suponer un riesgo para los humanos. También encontró que pasteurizando la leche se podía destruir al bacilo y evitar subsiguientes infecciones.

Carromato repartidor de leche fresca de la empresa Bolle. (Fuente)


Sin embargo, sus resultados no fueron recibidos con mucha alegría. La protesta de las compañías ganaderas y de productos lácteos fue de tal magnitud que hasta el propio Robert Koch cambió de opinión y declaró que el bacilo de la tuberculosis humana no era el mismo que se encontraba en las vacas, sólo una especie relacionada. Sin embargo, Lydia se mantuvo en sus trece y aseguró que sí era el mismo. Tras la creación de una comisión de salud pública se confirmó que Lydia tenía razón. La leche debía de ser pasteurizada antes de ser consumida o usada para elaborar productos lácteos.

Es muy posible que el enfrentamiento con Koch fuera la causa de que Lydia abandonara el Instituto de Enfermedades Infecciosas de Berlin. En 1903 comenzó a trabajar con el profesor Johannes Orth en el Instituto de Patología Charité. Gracias a sus numerosos artículos en 1906 se la nombró como miembro permanente del Comité Central Internacional para la lucha contra la Tuberculosis y de la Sociedad Central de Medicina Veterinaria de Francia. En 1912, el kaiser Guillermo II la honró concediéndole el título de “Profesora de la Universidad de Berlín” sin que tuviera que presentarse a un proceso de habilitación. Sin embargo el claustro de la Facultad de Medicina de la Universidad de Berlin nunca permitió que accediera al puesto debido al antisemitismo de la época. Lydia continuó con sus trabajos y en 1914 se la nombró miembro del comité editorial del “Zeitschrift für Tuberkulose” (Revista sobre la Tuberculosis).

Portada de la revista científica "Zeitschrift für Tuberkulose". (Fuente: Kropp y Hansen Schaberg. 2017


1920 debió de ser un año crítico en la vida de Lydia. Su marido murió en febrero de ese año debido a un cáncer de laringe, con lo que la familia Kempner se quedó sin sustento.Por sorprendente que pueda parecernos, hasta ese momento era el sueldo de Walter como médico el único dinero que entraba en el hogar. Lydia no había sido contratada hasta entonces en ningún puesto remunerado. Evidentemente la situación había cambiado y Lydia consiguió un puesto como directora del laboratorio bacteriológico del Hospital Municipal en Berlín-Moabit. En el año 1924 la Federación Alemana de Médicos le concedió el título de Doctora en Medicina Honoris Causa junto a Franziska Tiburtius En el año 1930 actuó como experta en la comisión que estudió el conocido como “desastre de Lübeck”. 251 recién nacidos fueron vacunados frente a la tuberculosis con unos viales que luego se demostró que estaban contaminados con una cepa virulenta. 72 de los niños murieron y 173 desarrollaron la enfermedad.

El desastre de Lübeck. Seguimiento de los recién nacidos a los que se les inoculó una vacuna antituberculosa defectuosa.
Salvo 6 niños, todos los que sobrevivieron hasta septiembre de 1933 consiguieron una remisión clínica completa. Las cinco categorías de la derecha indican: "Sin síntomas y positivos para tuberculina, enfermedad suave, enfermedad moderada, enfermedad grave y muerte". (Fuente: Fox et al. 2016).


En 1932 su hija Nadja también falleció de tuberculosis. Pero las desgracias no habían acabado. En 1933, tras la llegada de los nazis al poder, sufrió el destino de muchos profesionales judíos. Fue forzada a abandonar su puesto como directora de laboratorio del hospital de Moabit. También fue expulsada del comité editorial del “Zeitschrift für Tuberkulose”. Franz Redeker, el nuevo editor, borró su nombre de los registros como si nunca hubiera existido. Sus amigos en los Estados Unidos animaron a Lydia a abandonar Alemania, pero con 61 años y enferma de cáncer de pecho decidió permanecer en Berlín. Lo que sí hizo fue procurar que sus dos hijos, Robert y Walter, emigraran a los Estados Unidos. Su hijo Robert (https://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Kempner) había sido fiscal y en 1928 acusó a Adolf Hitler de alta traición. Cuando Hitler alcanzó el poder, el ministro del interior Wilhem Frick consiguió que le arrebataran la nacionalidad alemana. En los Estados Unidos Robert trabajó como consejero del gobierno estadounidense y volvió a Alemania para los juicios de Nüremberg. Fue uno de los fiscales que llevó la acusación sobre Frick y la persona que encontró los documentos de la llamada “Conferencia de Wansee”.

Lydia murió en Berlín casi con 64 años, el 3 de agosto de 1935. Está enterrada junto con su marido, su hija Nadja y su hijo Robert, en el cementerio de Berlin-Lichterfelde. Una pionera de la microbiología injustamente olvidada.

Tumba de los Kempner en Berlín. Fuente: Wikipedia


Fuentes bibliográficas

Esta entrada participa en las celebraciones del día del Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia #diamujeryciencia #Cientificas11F @11defebreroES