Pesadilla sanitaria

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La bacteria Staphylococcus aureus, una auténtica pesadilla sanitaria

Esta noticia si que da miedo. Se está celebrando el 47th annual meeting of the Infectious Diseases Society of America y allí la División de Enfermedades Infecciosas del hospital Henry Ford de Detroit ha presentado un estudio sobre una cepa de Staphylococcus aureus Resistente a Meticilina. A este tipo de cepas se las suele conocer por sus siglas en inglés: MRSA.

Las cepas MRSA son resistentes a los antibióticos más comunes de la farmacopea como la penicilina o sus derivados. Gran parte de las infecciones se dan en pacientes que han sido hospitalizados y operados, son las llamadas infecciones nosocomiales. Pero también se han descrito casos de infecciones en gente sana que han adquirido la bacteria del medio ambiente por causa de alguna herida. Estas bacterias causan infecciones en la piel, en sangre o en heridas. Debido a su resistencia a los antimicrobianos, las infecciones debidas a las MRSA suelen ser tratadas con vancomicina. Este antibiótico suele usarse como último recurso en el caso de una infección. Por eso una de las grandes preocupaciones de la sanidad pública es que aparezcan cepas que sean resistentes a los llamados antibióticos de último recurso.

Estructura de la vancomicina

En el trabajo liderado por la doctora Carol Moore, han comparado la mortalidad producida por infecciones nosocomiales entre cepas MRSA, y han encontrado una especialmente virulenta denominada USA 600, que además es resistente a vancomicina. Esta cepa causa que el 50% de los pacientes infectados mueran al cabo de 30 días. En comparación, otras cepas MRSA solo mostraban entre un 11% a un 30% de mortalidad.

Al parecer esta cepa contiene unas características únicas que explicarían la alta mortalidad, aunque tampoco pueden descartarse factores como la edad de los pacientes. Los ancianos suelen ser más susceptibles a estos microorganismos que los pacientes más jóvenes. En el estudio, la media de edad de los fallecidos por la cepa USA600 es de 64 años, mientras que la media de edad de los fallecidos a causa de las otras cepas MRSA es de 52 años. La doctora Moore avisa que el potencial de diseminación de esta cepa tan virulenta es preocupante por lo que es esencial que se dediquen los mayores esfuerzos a la caracterización de dicha bacteria y al desarrollo de medidas para combatirla. No debemos olvidar que gracias la facilidad para viajar de una parte a otra del globo este tipo de cepas resistentes a antibióticos pueden diseminarse muy rápidamente a cualquier parte del mundo.

Proporción de aislados de cepas MRSA en Europa durante el año 2007 según datos del Sistema Europeo de Vigilancia de las Resistencia a los Antimicrobianos (EARSS)

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Películas y Bichos: De los virus como agentes etiológicos de la zombificación

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English Title: On viruses as etiological agents of zombification

Abstract: Viruses are pathogens that causes numerous diseases. It has been reported an increase of viral-zombification cases during Halloween. This paper deals with the biology and pathogenicity of the viruses that cause such terrible disease. The resemblances and differences with other microbial pathogens that causes neurological disorders is discussed. A new taxon, family Zombiviridae, is proposed.

Palabras Clave: Virus, Zombi. ........ Keywords: Virus, Zombie

Introducción

Los virus son conocidos por provocar numerosas y variadas enfermedades. Sin embargo es notorio que en el período conocido como Halloween son numerosos los avistamientos de seres humanos que están infectados por el tipo de virus más mortal jamás conocido por la humanidad, al menos en la pantalla de cine. Este tipo de patógenos no produce síntomas tan leves como fiebres hemorrágicas o neumonías. Los infortunados seres humanos que son infectados por este tipo de virus sufren una perdida total de sus funciones cerebrales superiores y se transforman rápidamente en una maquina inmortal e indestructible, con un gran impulso de deglutir carne humana no infectada. Esa observación indica que el tiempo de multiplicación de estos virus es extremadamente rápido y que deben de generar una neurotoxina muy potente. En el presente trabajo se propone englobarles en un nuevo taxón: la familia Zombiviridae.

Características comunes de la familia Zombiviridae

Existe una gran variedad de virus causantes de la zombificación por lo que su clasificación es bastante complicada, pero casi todos ellos comparten una serie de propiedades.

1.- Su origen suele ser artificial.
2.- Se transmiten por la saliva y por la sangre
3.- Inactivan el cortex cerebral destruyendo las acciones conscientes
4.- No hay casi ninguna posibilidad de inmunización ni de resistencia natural
5.- El tiempo de incubación es inferior a 30 minutos
6.- Aunque no causa la muerte total, la zombificación produce necrosis de los tejidos
7.- Su potencial pandémico puede acabar con toda la humanidad

Adicionalmente, se ha hipotetizado con que los cuerpos zombificados deben de desarrollar algún tipo de receptor o feromona que les permita reconocer a los humanos vivos de los zombies (1). El voraz apetito de los zombies parece explicarse por el hecho de que los Zombiviridae causan una necrosis acelerada de los tejidos y la ingesta de carne podría reemplazar el material celular descompuesto.

Otras criaturas zombies en la naturaleza

Toxoplasma gondii

El que un parásito cambie el comportamiento de su hospedador no es nuevo en el mundo animal (2). El ejemplo más conocido es el caso de Toxoplasma gondii causante de la Toxoplasmosis (3). Este protozoo tiene como hospedador definitivo el gato, pero otros mamíferos pueden alojarle en otras fases de su ciclo vital. Los ooquistes se encuentran en las heces de los gatos infectados. Si los restos son ingeridos, el parásito pasa del intestino a los tejidos del hospedador intermedio, fundamentalmente en el cerebro y los músculos. En el caso de los roedores, se ha comprobado que el parásito provoca un cambio en el comportamiento. El roedor se expone al felino para así ser comido. De esta forma el parásito es transmitido a su huésped final donde puede completar su ciclo sexual. En todos estos ejemplos, los agentes etiológicos pueden ser un insecto, un hongo, un nematodo o un protozoo, pero nunca un virus. La otra gran diferencia con la zombificación vírica es que el animal infectado no busca atacar y devorar a sus congéneres.

Semejanzas y diferencias entre las familias Rhabdoviridae y Zombiviridae.

Los virus de la familia Rhabdoviridae infectan tanto animales como plantas (4). Su genoma es una molécula de RNA monocatenario de sentido negativo con un tamaño de unas 15 kb. Tienen forma de bala y presentan envoltura. El virus de la rabia comparte la característica de ser transmitido por la saliva, por lo que la mordedura de un animal infectado es la forma más frecuente de ser infectado (5). Tras su entrada en el organismo, el virus viaja por las vías nerviosas hasta llegar al sistema nervioso central donde causa una encefalitis. Desde allí se disemina al resto de los órganos, principalmente a las glándulas salivares. Sin embargo, a diferencia de los zombivirus, el desarrollo de la patología es muy lenta. Los primeros síntomas se manifiestan a partir de los dos meses desde la infección. Además, por fortuna es posible la inmunización y el tratamiento de estos virus si el paciente es atendido dentro de los diez días posteriores a la infección.

Epidemiología de los zombivirus.

El trabajo pionero descrito por el grupo del Doctor Robert J. Smith? ha permitido concretar las pautas a seguir en caso de un brote epidémico de zombivirus (6, 7, 8). Según los diversos modelos matemáticos analizados, la mejor respuesta de las autoridades sanitarias sería la cuarentena y eliminación de todos aquellos que se encuentren en el área afectada. Otros escenarios como el establecimiento de una cuarentena, o el desarrollo de un tratamiento que pueda combatir la infección no consiguen erradicar convenientemente al agente patógeno, por lo que el resultado invariable es el exterminio de la humanidad.

Miembros de la familia Zombiviridae

T-Virus
Desarrollado por la industria farmaceutica Umbrella (9).
Síntomas adicionales: mutante némesis: alteraciones teratogénicas que causan un gran desarrollo muscular.
Zombificación en 15 minutos.
Posible tratamiento curativo, aunque por ahora es ineficaz.

Virus REC
Único zombi-virus de posible origen natural. Caso cero en Portugal (10).
Hay datos que apuntan a que podría tratarse de un prion.
Transmisión por saliva y sangre.
El grupo sanguíneo parece afectar al desarrollo de los síntomas.

Virus Rage
Desarrollado en la Cambridge Primate Research Facility (11).
Es el zombi-virus con menor potencial pandémico
Puede transmitirse a través de la conjuntiva del ojo
Zombificación en menos de 15 minutos
Los afectados muestran cierta fotosensibilidad. Son de hábitos nocturnos.
Tampoco son inmortales y pueden morir de inanición

Krippin Virus
Desarrollado por mutación de una forma modificada genéticamente del virus del sarampión que era usada como agente terapéutico contra el cancer (12).
Los afectados sufren fotofobia, pero sus funciones cerebrales superiores no son destruidas por completo.
Asimismo, la infectividad del virus se ve afectada por el frío
Es el único zombivirus cuyo genoma es conocido (RNA cadena simple negativo).
También es el único zombivirus en el que se ha descrito inmunidad natural, y en el que se ha desarrollado una cura


Conclusión

Aunque los zombies son conocidos desde hace bastante tiempo, parecían estar limitados al área geográfica del Caribe. Sin embargo en 1968 se describió el primer brote de zombificación masiva (13), aunque debido a causas físicas y no biológicas. Dicho brote despertó un inusitado interés en la sociedad sobre el fenómeno zombie. Desde entonces se han descrito numerosos brotes, aunque la mayor parte de ellos originados por efectos de la radiación o por productos químicos. Es en la actual década cuando se han descrito brotes de zombificación causados por virus. El hecho de que no hayan sido descritos anteriormente hace suponer que quizás haya una cierta correlación con el actual cambio climático y esta nueva enfermedad emergente, aunque serían necesarios nuevos experimentos para confirmar ese punto. Otra línea de estudio podría ser determinar la relaciones filogenéticas de los Zombivirus con la familia Vampiriviridae (14), a pesar de que la principal diferencia con esta última es el que los afectados conservan sus funciones cerebrales superiores y que muestran una marcada fotofobia. Sin duda este nuevo campo de la monstruovirología será ampliado en el futuro a pesar de lo peligroso de sus investigaciones.

Bibliografía:

1.- Zombie Biology
2.- Zombie Creatures
3.- Toxoplasma gondii
4.- Familia Rhabdoviridae
5.- Rabia
6.- BBC news
7.- Universidad de Otawa
8.- Infectious Disease Modelling Research Progress
9.- "Resident Evil"
10.- "REC"
11.- "28 días después"
12.- "Soy leyenda"
13.- "La noche de los muertos vivientes"
14.- "Blade"


Agradecimientos:
Agradezco a la Fundación "Rocky Horror Picture Show" su apoyo para la realización de este trabajo de Halloween. Al Doctor Frederick Fronkonstin por el envío de los ejemplares de su colección de zombis y no-muertos. Al Doctor César Sánchez por los modelos epidemiológicos. Y a los Doctores Frankenstein y Hannibal Lecter por la revisión del manuscrito.

FELIZ HALLOWEEN

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De violines y setas

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Esta entrada es una adaptación del material escrito por Moselio Schaeter en su blog "Small things considered"

Antoni Stradivari era un luthier italiano que vivió entre los siglos XVII y XVIII. Llegó a tal grado de maestría que sus instrumentos de cuerda son considerados como los mejores del mundo. Son los famosos Stradivarius.

La sonoridad de los Stradivarius es de tan alta calidad que todos los esfuerzos por manufacturar un instrumento similar han fracasado hasta el momento. George Eliot llegó a decir que Dios no puede hacer un Stradivarius sin Antonio Stradivari. Parecía que éste se había llevado el secreto de los violines a su tumba y por eso son muchos los que han intentado descubrirlo. Pero sin embargo parece que en realidad no había tal secreto.

Una de las hipótesis que explicaba la especial sonoridad de los violines tiene que ver con un cambio climático sucedido en el pasado. Entre los siglos XVI y XVIII ocurrió la llamada Pequeña Edad de Hielo, una época con muy bajas temperaturas. El frío provocó que los árboles crecieran lenta y uniformemente por lo que la madera de esos árboles era mucho menos densa. Antonio Stradivari utilizó madera de arce y abeto crecidos durante esos años para elaborar sus instrumentos. Así que en teoría el "secreto" se reduce a emplear una madera menos densa. Pero ¿dónde encontrarla ahora que no hace tanto frío?

Physisporinus vitreus (fuente)

Xylaria longipes, también conocido como "dedos de muerto" (fuente).

Un grupo de científicos alemanes y suizos liderados por el Dr. Francis Schwarze han encontrado la solución. Lo que han hecho es someter las piezas de madera a la acción de un par de hongos: Physisporinus vitreus (un basidiomiceto) y Xylaria longipes (un ascomiceto). Ambos hongos degradan parcialmente las paredes celulares de las células vegetales dejando la lignina intacta lo que provoca quela madera sea menos densa. El primero de ellos fue utilizado para la madera de la pieza superior. El segundo para la pieza que sirve para el fondo. Incubaron las piezas de madera durante seis a nueve meses para conseguir un adelgazamiento adecuado y así mejorar las propiedades acústicas.

Secciones transversales de madera de sicomoro mostrando el adelgazamiento provocado por Xylaria longipes. (Fuente)

Transcurrido ese tiempo la madera estaba recubierta completamente por el micelio de los hongos. Posteriormente el luthier Michael Rhonheimer fabricó cuatro violines. Uno tratado con madera tratada durante seis meses. Otro con madera tratada por nueve meses, y dos violines con madera sin tratar. Y entonces llegó la prueba de fuego.

El violinista Matthew Trusler tocó los cuatro violines y su propio Stradivarius para una audiencia de 180 personas. Trusler tocó detrás de una cortina para evitar que el público viera los violines. De los asistentes, 90 puntuaron al violín biotratado durante nueve meses como el que mejor sonaba. En segundo lugar quedó el Stradivarius, seguido por el bio-violín de seis meses. Los violines sin tratar quedaron los últimos. Lo más llamativo es que 113 asistentes pensaron que "Opus-58", el nombre del bio-violin de nueve meses, era el auténtico Stradivarius.

Los cinco violines utilizados

¿Qué va a suponer esto? Pues en principio abaratar algo los precios de un instrumento de calidad excepcional. Para hacernos una idea. El Strad utilizado por Trusler en el concierto tiene un valor de 2 millones de dólares. "Opus-58" ha costado 25.000 dólares, cuarenta veces menos. Y si tenemos en cuenta que generalmente el primero suele ser el más caro, es probable que el precio todavía baje algo más en el futuro.

Esta entrada se ha realizado en base a los siguientes artículos:

• Blog "Small Thing Considered": Fiddling with Fungi y Fiddling with Fungi: And the Winner Is…
  
• Noticia en Science daily
  

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La Micro en la radio

A partir de las once y media de hoy comienza a emitirse el programa "Tú, yo y los microbios" (*) en Radio UMH. Es un espacio diario de cinco minutos dedicado a la divulgación y a las noticias del mundo de la Microbiología. Muchas de ellas están sacadas de las entradas del blog, aunque otras están sacadas de otros blogs dedicados al mundo de los microorganismos.

Las emisiones serán de lunes a viernes. La emisión es matutina, pero se repite por la tarde a las cuatro y media. Los programas pueden descargarse en la web del programa cuyo link aparece en la columna de la izquierda bajo el epígrafe de Datos Personales.

También he incluido el link a los podcast en español de "Mundo de los Microbios", un sitio desarrollado por la ASM.

(*) Inicialmente el programa se bautizó como "Microciencia", pero el nombre estaba registrado por otro programa radiofónico así que el 14 de diciembre de 2009 lo rebauticé.

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¿Vacunarse o no vacunarse? Esa es la cuestión

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Dentro de poco comenzará la campaña de vacunación contra la gripe A en nuestro país. Y lo cierto es que se ha levantado una polémica bastante curiosa sobre si uno debe de vacunarse o no. Incluso dentro del colectivo de médicos han surgido voces en contra de la vacunación masiva.

El porqué de ese miedo a la vacunación tiene que ver con el brote de gripe porcina que ocurrió en 1976. Resulta que un soldado murió en un campamento militar de Nueva Jersey y se tuvo que hospitalizar a cinco más. Las autoridades sanitarias temieron que volviese a ocurrir algo como la pandemia de 1918, así que dieron la voz de alarma y se realizó una campaña de vacunación masiva. 48 millones de personas, un cuarto de la población estadounidense, fueron vacunadas. De éstas, 532 se vieron afectadas por el llamado síndrome de Guillain-Barré, una forma de parálisis desencadenada por una respuesta autoinmune que acaba atacando a las células nerviosas. La mayor parte se recuperaron, algunos con secuelas de por vida, y 25 de los afectados murieron. Lo dramático fue comprobar que dicha gripe porcina sólo acabó con la vida de su primera victima. El resto de afectados sólo sufrieron leves síntomas gripales. Resumiendo, la precipitación provocó que se matara una mosca a cañonazos.

En el síndrome de Guillain-Barré el sistema inmune destruye la vaina de mielina de las fibras nerviosas

Lo cierto es que por ahora la gripe A no parece ser tan grave como se temía al principio. Pero como se indica en la revista New Scientist, no se debe de bajar la guardia. Una cosa que si está comprobada es que, al contrario que la gripe estacional, esta gripe mata gente joven incluyendo aquellos que están sanos. Ciertamente el porcentaje de mortalidad es bajísimo (2 por millón de infectados), pero no hacer nada es arriesgado.

Si uno se vacuna puede tener la mala suerte de verse afectado por el síndrome de Guillain-Barré. La incidencia actual es de 1 entre 1 millón. En 1976 llegó a ser de 20 por millón. Pero hay que tener en cuenta una cosa. El síndrome de Guillain-Barré no sólo es desencadenado por una vacuna, puede ser desencadenado por otros factores, entre ellos el de padecer la gripe. La incidencia en ese caso aumenta hasta 70 casos por millón.

Como siempre, lo mejor es consultar al médico.

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Evolución genómica y adaptación

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El profesor Richard Lenski

Hace un tiempo se comentó en este blog el famoso experimento de Richard Lenski para observar la evolución de un ser vivo en tiempo real. En el último número de la revista Nature aparece un nuevo resultado de tan interesante experimento.

Esta vez han secuenciado y comparado los genomas de las diferentes generaciones de la bacteria Escherichia coli que han sido congeladas periódicamente a lo largo de los veinte años que ya dura el experimento. De esa forma esperan medir con precisión como la Selección Natural ha ido cambiado paso a paso los genomas de esas bacterias. Por ahora llevan 40.000 generaciones. Es como si comparáramos el genoma de un ser humano actual con el de un Homo antecessor. Evidentemente habrá cambios entre ambos. Lo interesante es determinar la relación entre la velocidad de evolución genómica y las adaptaciones (fitness) que aparecen en los organismos. Siguiendo con el ejemplo del H. antecessor, imaginémonos que pudieramos ver los cambios genéticos responsables de que nosotros ya no tengamos el aspecto simiesco de nuestros antepasados.

En el experimento de Lenski, doce poblaciones independientes de la bacteria E. coli se crecen en un medio con pocos nutrientes denominado medio DM. Lo primero que vieron fue que la velocidad de adaptación era bastante rápida al inicio del experimento. En menos de 2.000 generaciones las bacterias se adaptaron al medio DM pues se habían hecho más grandes y se dividían más rápidamente que la cepa original. Sin embargo esa adaptación pareció estancarse pasado un tiempo ya que el medio ambiente es constante. Pero cuando los investigadores observaron los cambios genómicos encontraron algo llamativo. Durante 20.000 generaciones los cambios genómicos habían sucedido a una velocidad constante, aunque esos cambios no se manifestaban en el fenotipo de la bacteria y por eso los investigadores no eran capaces de detectarlos.

Se considera que los cambios genéticos que suceden de manera regular es algo típico de la evolución neutralista. Pongamos un ejemplo. Una mutación no neutralista es aquella que cambia el fenotipo del ser vivo, sea para bien o para mal. Así, si en un gen el codon UUA que codifica para el aminoácido leucina cambia a UAA tendremos un codon stop, y en lugar de una proteína activa acabaremos con una proteína truncada. Pero si ese cambio es a la secuencia UUG, seguiremos con una proteína activa porque ese codon codifica para leucina. Según la teoría de la Selección Natural, las mutaciones que perviven en una población suelen ser las beneficiosas. Las que son perjudiciales desaparecen. Pero las neutrales también permanecen porque al no ser perjudiciales, la Selección Natural no actúa sobre ellas.

Gráfica que muestra la velocidad de los cambios en el genoma (círculos azules) y de los cambios adaptativos, o fitness, (cuadrados verdes) de una población con respecto a su ancestro. La línea azul representa el resultado esperable en modelo en el cual las mutaciones se acumulan uniformemente en el tiempo. La linea verde en cambio es una curva hiperbólica a la que mejor se ajustan los resultados obtenidos. La gráfica pequeña muestra el número de mutaciones en el clon correspondiente a las 40.000 generaciones. (Fuente: Barrick et al. Nature)

Hasta las 20.000 generaciones se habían producido un total de 45 mutaciones. Pero se han encontrado con algo que el propio Lenski ha definido como "inesperado y complejo". Una de las poblaciones estudiadas sufrió un peculiar cambio después de las 20.000 generaciones que permitió que se incrementara su velocidad de mutación. Esto provocó que se acumulasen numerosas mutaciones en el genoma. Es lo que se conoce como fenotipo hipermutable. Se acumularon 653 mutaciones al llegar a las 40.000 generaciones. Como el medio ambiente es constante, la mayor parte de las nuevas mutaciones son de carácter neutral, pero también comenzaron a notar un incremento de las mutaciones beneficiosas. En palabras de Dominique Schneider, uno de los autores del artículo, los nuevos datos destacan de manera muy hermosa la sucesión de eventos mutacionales que permiten a estos organismos alcanzar una mayor eficiencia en su ambiente.

Es decir, la evolución adaptativa y la evolución genómica no van al mismo ritmo, incluso en un ambiente constante. Si esto ocurre en un sistema experimental tan sencillo no es de extrañar el que los autores prevengan sobre llegar a interpretaciones categóricas sobre velocidades evolutivas en la naturaleza sin un conocimiento específico de los procesos genéticos tanto a nivel molecular como de población.

Nada mejor para conmemorar el bicentenario de Darwin que un experimento como este.

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La bacteria de los huevos de oro

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Cupriavidus metallidurans es el nombre de una bacteria que presenta una sorprendente capacidad biomineralizadora. Es capaz de precipitar oro en forma mineral.

Hace varios años un grupo investigador australiano aisló dicha bacteria de la superficie de pepitas de oro. Lo que les llamó la atención es que dicho microorganismo podía aislarse en explotaciones auríferas que estaban alejadas entre sí por más de 3.500 kilómetros. Sin embargo no se comprendía muy bien el porqué dicha bacteria colonizaba tan preciado metal. Ahora el misterio parece haber sido resuelto.

Los iones metálicos son unos tóxicos muy potentes porque suelen actuar como inhibidores enzimáticos. Además, los iones metálicos son solubles en agua. Esa es la razón de que se fumigue con sulfato de cobre a las viñas, o de que se utilice cromo como agente anticorrosivo. Pero muchos microorganismos son capaces de resistir la acción de dichos iones de una forma muy simple. Reducen el ion y de esa forma el metal pasa a tener carga neutra, es decir, pasa a estado metálico y en esa forma suele precipitar.

Algo similar se ha observado en este caso. Se preparó una solución de complejos de hidroxicloruro conteniendo el ion de oro: Au III. Dichos complejos son bastante tóxicos. C. metallidurans respondía acumulando rápidamente dicho compuesto en su interior. Lo siguiente que se observó es que se inducía una serie de genes para resistir el stress oxidativo y las altas concentraciones de metales pesados. Se producían entonces una serie de reacciones bioquímicas que provocaban la reducción del oro y la precipitación en forma de nanopartículas de oro metálico (Au 0).

Microfotografía electrónica de transmisión de C. metallidurans conteniendo una nanopartícula de oro en el periplasma (punto negro debajo de Au-particle). A la derecha se observa una microfotografía electrónica de barrido de un biofilm conteniendo partículas de oro. El espectro situado en la esquina inferior izquierda muestra la composición de dicho biofilm (Fuente Reith et al. PNAS 2009)

La hipótesis que se baraja es que esas nanopartículas de oro serían los embriones de las famosas y pepitas de oro tan deseadas por los típicos buscadores que aparecen con sus cedazos en películas como "La leyenda de la Ciudad sin Nombre" o en "La quimera del oro". Es decir, esta bacteria está implicada en el ciclo biogeoquímico de un metal precioso. Lo más interesante que han encontrado es que hay una serie de genes en dicha bacteria que se activan exclusivamente por la presencia de oro y no por otros iones metálicos. Esto lo han descubierto cuando compararon la respuesta de C. metallidurans a complejos de hidroxicloruro conteniendo hierro, cobre o zinc. Se activaba el mismo tipo de respuesta contra el stress y los metales pesados, salvo por un puñado de genes.

Se está intentado caracterizar dicho operón oro-específico porque sus aplicaciones podrían ser numerosas. La caracterización será tanto a nivel genómico como proteómico. Esto podría permitir el desarrollo de biosensores que permitiesen encontrar yacimientos de oro con mayor facilidad. Pero también permitiría el desarrollo de nuevas herramientas de bioprocesado para el mineral de oro. Actualmente la industria del oro es muy contaminante porque para su extracción es necesario usar compuestos de cianuro. Quizás esta bacteria sea el primer paso para unas explotaciones auríferas mucho menos dañinas para el medio ambiente.

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Temblores

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Cuando un microbiólogo oye el vocablo Streptomyces suele pensar en tres cosas: suelo, antibióticos y tierra mojada. Porque las bacterias pertenecientes a dicho género son habitantes comunes de la microbiota del suelo. A su vez son los principales productores industriales de antibióticos. Y una de las diversas sustancias que producen es la geosmina, un compuesto que es responsable del característico olor a "tierra mojada por la lluvia".

Microfotografía de un Streptomyces mostrando esporas e hifas aéreas

Pero si los datos del artículo publicado en PLoS ONE se confirman habrá que empezar a pensar en otra cosa más preocupante. Un grupo de la Universidad de Alabama ha encontrado que un compuesto producido por la bacteria S. venezuelae es capaz de matar selectivamente las neuronas productoras de dopamina en el nematodo Caenorhabditis elegans. Este efecto neurotóxico no se observa con otras bacterias, ni otras especies de Streptomyces, como S. coelicolor o S. griseus.

Caenorhabditis elegans

Anatomía de Caenorhabditis elegans. La cabeza está apuntando a la izquierda

Pero ¿qué importancia tiene que se muera un gusano de un milímetro de largo por una bacteria del suelo? Bueno, C. elegans es uno de los organismos modelo utilizados en Biología. Está tan bien estudiado que se sabe perfectamente como se originan cada una de sus células según se va desarrollando. Por ejemplo, su sistema nervioso está compuesto exactamente por 302 células, ni una más, ni una menos. Cuando se describe algún mecanismo celular en este nematodo, hay un 99 % de posibilidades de que se encuentre un mecanismo homólogo en los mamíferos. Y si se mueren las neuronas productoras de dopamina por la acción de S. venezuelae, es muy probable que ocurra lo mismo con las neuronas humanas.

Localización de la sustancia negra en el cerebro

En los humanos, las neuronas productoras de dopamina se encuentran en la llamada sustancia negra. Su muerte es uno de los síntomas de la tristemente famosa enfermedad de Parkinson. Uno de los factores que predisponen a dicha enfermedad es la genética. Hay una serie de genes implicados en el sistema del proteosoma encargado de la degradación de proteínas unidas a ubiquitina. Si funcionan mal, proteínas como la α-sinucleina, comienzan a acumularse y forman cuerpos de inclusión (Cuerpos de Lewy). Pero también hay casos de Parkinson debidos a otros factores. Se suponía que había toxinas ambientales que lo provocaban, pero se desconocía cuáles eran. El trabajo del grupo liderado por G.A. Caldwell es el primero en proporcionar una pista.

Modelo estructural del proteosoma

Precisamente es en el proteosoma donde actúa el metabolito producido por S. venezuelae. Al inhibir su acción, las neuronas se mueren y se produce un proceso neurodegenerativo en el gusano. Peor aún, si hay dopamina el efecto de la toxina se multiplica y la neurodegeneración es mucho más rápida. Los investigadores no se quedaron ahí. También comprobaron que dicho efecto neurotóxico se reproducía en células humanas.

Anatomía del sistema nervioso de C. elegans marcado con la proteína verde fluoreceste (Fuente bibliográfica).

Experimento en el que se ha marcado mediante la proteína bioluminiscente GFP, a las neuronas dopaminérgicas del gusano C. elegans. Los gusanos que son expuestos a un medio que ha contenido a la bacteria Escherichia coli presentan un sistema nervioso normal. Los gusanos que han sido mantenidos en un medio conteniendo S. venezuelae muestran una marcada neurodegeneración. (Caldwell et all)

¿Y de qué molécula se trata? Pues aún no lo saben. Lo que si saben es que es muy estable, que tiene una porción con carácter lipofílico y otra hidrofílica, que su peso molecular es aproximadamente de 180, que tiene un anillo aromático y una cadena hidrocarbonada y que su composición es C10H16N2O. Los investigadores reconocen que aún queda mucho por hacer. No sólo identificar la molécula, sino comprobar cual es su nivel de toxicidad y si realmente podría ser un posible factor de riesgo ambiental como agente etiológico del Parkinson.

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Manifiesto Científico contra el recorte del presupuesto a la I+D

Imagen de la situación de la I+D en España

En estos días el actual gobierno ha elaborado el presupuesto para el año que viene. Simultáneamente se está celebrando en Oviedo el XXXII Congreso de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular. Ante las graves noticias del recorte de un 15% de la inversión pública en I+D, su actual presidente, Miguel Ángel de la Rosa, y los seis presidentes anteriores de dicha sociedad han presentado el siguiente manifiesto el cual reproduzco como una forma de manifestar mi adhesión al mismo:

Manifiesto sobre la Financiación de la Ciencia en España

Oviedo, 24 de Septiembre de 2009

El presidente y los ex presidentes de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular, con ocasión del 32 Congreso Nacional de Bioquímica y Biología Molecular,

MANIFIESTAN:

• Que deben mantenerse las dotaciones presupuestarias destinadas a la investigación científica básica y, en particular, al Plan Nacional y a los programas de investigación en red.

• Que el Plan de Economía Sostenible del Gobierno no puede llevarse a efecto con éxito sin contar con una sólida base científica.

• Que la inversión en I+D es esencial para consolidar, tanto en España, como en Europa, una economía basada en el conocimiento, según lo acordado en la cumbre europea de Lisboa del año 2000.

Firman:

Miguel Ángel de la Rosa Acosta

Federico Mayor Zaragoza

Margarita Salas Falgueras

Carlos Gancedo Rodríguez

Joan J. Guinovart Cirera

Jesús Ávila de Grado

Vicente Rubio Zamora

Antibióticos nanotecnológicos

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Una amatista conteniendo inclusiones de zeolita

Investigadores de la Universidad de Munster han desarrollado un material nanotecnológico con propiedades antibacterianas que podría utilizarse en fotoquimioterapia (photodynamic therapy). El logro ha sido posible gracias a la colaboración de dos grupos, uno de químicos liderado por la Dra. Luisa De Cola y otro de microbiólogos liderado por la Dra. Berenike Maier.

Su trabajo ha consistido en producir nanopartículas que poseyeran tres propiedades: adhesión específica a las bacterias y no a otras células, marcarlas y luego matarlas. En primer lugar eligieron un tipo de material que funcionara como un transportador y que fuera inócuo para nuestras células. Para ello han utilizado nanocristales de L-zeolita. La zeolita es un aluminiosilicato muy usado en diversas actividades por su gran capacidad de adsorción. Lo interesante es que este material es que no muestra ninguna toxicidad.

Nanocristal de zeolita (estructura tubular gris) en la que se muestran los diversos grupos funcionales usados en el estudio. Las moléculas del fluoróforo DXP se muestran en el interior (hexágonos amarillos). En el exterior pueden verse las moléculas de phthalocianina (hexágonos verde-azules) y las cadenas con los grupos amino (colas azul claro).

Lo siguiente fue diseñar la manera de marcar las bacterias, de esta forma podemos saber si los nanocristales se han unido a ellas o no. Los nanocristales de zeolita forman una estructura tubular. En el interior de dicho tubo unieron moléculas de DXP, un fluoróforo que emite luz verde (620 nm) cuando es excitado mediante luz azul de 480 nm. Es decir, si el nanocristal se une a la bacteria y a ésta la iluminamos con una luz azul, la bacteria brillará con una luz verde.

En las fotos de la izquierda podemos ver mediante microscopia de fluorescencia o mediante microscopía electrónica de barrido, la unión a las bacterias de los nanocristales que presentan grupos amino en su superficie. En las fotos de la derecha se han usado nanocristales sin grupos amino y por lo tanto no hay unión a las bacterias

Finalmente, unieron a la superficie de los nanocristales, moléculas de phthalocianina (PC) y grupos amino. La primera es una molécula con propiedades fotosensibilizadoras que cuando se la ilumina con luz roja forma un singlete de oxígeno muy tóxico para la bacteria. La función de los grupos amino es la de adherirse a la superficie de la bacteria. Se escogió este grupo porque es muy sencillo de ligar a dichas nanoestructuras y además presenta una carga eléctrica neta positiva. Eso le permite unirse con bastante especificidad a bacterias en cuya superficie abunden las cargas negativas. Y las que precisamente cumplen dicha condición son las bacterias Gram negativas (*) como Escherichia coli, cuya membrana externa esta plagada de moléculas de polisacáridos con una gran cantidad de residuos ácidos con carga neta negativa.

Una de las principales dificultades que encontraron fue evitar que las nanopartículas se agregaran formando unos acúmulos totalmente incapaces de unirse a las bacterias. El problema se resolvió realizando modificaciones químicas en los cristales y ajustando las concentraciones de uso. Cada uno de los nanocristales porta unas 6.000 moléculas de PC en su superficie, con lo que dichos cristales se comportan como una especie de "bomba química" al ser iluminados.

Esquema del funcionamiento antibiótico de los nanocristales. A la izquierda se representa una bacteria en la que los nanocristales están unidos a la superficie. A la derecha se muestra un esquema de dichos nanocristales. Los puntos azul claro representan los grupos amino que permiten la adhesión a la bacteria. La luz azul excita a la molécula de DXP que emite una luz verde. La luz roja excita a la PC (óvalos rojos) produciendo el singlete de oxígeno que mata a la bacteria.

La efectividad de los nanocristales han sido probados en cultivos de E. coli y en una cepa resistente a los antibióticos del patógeno Neisseria gonorrhoeae. En ambos casos comprobaron que al cabo de dos horas se había acabado con el 95% de las bacterias presentes. El siguiente paso en el que están pensando los investigadores es en producir nanocristales con mayor especificidad y que sean capaces de unirse a otros tipos celulares como bacterias Gram positivas, o incluso a células cancerosas. El objetivo a largo plazo es desarrollar un tipo de crema para tratar el cáncer de piel.

(*) Es una coincidencia el que las bacterias Gram negativas tengan una gran cantidad de cargas de signo negativo en su superficie, pero debe recordarse que los apelativos "Gram negativo" y "Gram positivo" hacen referencia a una tinción de microscopía y a una determinada estructura de la pared celular bacteriana, y para nada se refiere a una propiedad eléctrica.

Audio en "El podcast del microbio"

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Microdivertimentos

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Antes de que empieze el curso y como creo que la mejor forma de aprender es jugando, aquí dejo los links a algunos juegos basados en el mundo de la microbiología.

El primero es "The Great Flu" (La gran gripe). El jugador es el responsable de un organismo internacional al estilo de la OMS pero denominado WPCA. Tiene a su disposición 2.000 millones de euros para combatir una posible pandemia. Ese dinero se debe de gastar en diversas medidas sanitarias, como educar a la población, repartir medicinas, establecer grupos de investigación, desarrollar la vacuna, cerrar las escuelas o los aeropuertos, etc. Hay cinco tipos de virus contra los cuales luchar, de menor a mayor dificultad. Aunque está en inglés es bastante sencillo de aprender su dinámica. Otra cosa es parar la pandemia. Si no lo haces bien te puedes encontrar con que tienes 2.250 millones de infectados y 170 millones de muertes. Lo mejor que tiene el juego son los videos explicativos de un virólogo que o bien te va dando consejos o bien te reprocha algunas acciones si éstas no han surtido el efecto deseado. Lo peor, que es bastante lento y no se ve el efecto de algunas de las acciones que tomas sobre la dispersión del virus. De hecho al final te aparece el número de infectados y de muertes, pero no te dice si lo has hecho bien o no.

El segundo es "Sneeze" (Estornudo). En este juego el punto de vista es distinto, porque el jugador es el virus y su objetivo es infectar a la mayor cantidad posible de humanos. Es muy simple y sencillo. Tienes que poner al humano infectado en un punto donde consigas que la infección se extienda de la manera más eficiente posible. Y la mejor forma de hacerlo es llenar de moco verde a la mayor cantidad posible de gente. Los estornudos harán el resto.

En "Killer Flu" el jugador también es el virus. Este juego está diseñado por la Red de Virología Clínica del Reino Unido y es algo más realista y complicado que el anterior. En uno de los niveles te permite infectar personas cambiando tus antígenos, así que es una carrera entre su sistema inmunitario y tu capacidad de mutar. Asimismo debes elegir donde debe ir esa persona para que infecte a la mayor cantidad posible de gente. El tiempo es crítico, pues si no lo haces bien las personas desarrollan su inmunidad frente a tí y no podrás alcanzar el nivel de infección requerido.

Finalmente está la página educativa "e-Bug". Dicha página está realizada por diversos países de la Unión Europea. Como página de recursos educativos para profesores y estudiantes está bastante bien. En la aspecto lúdico podemos encontrar dos juegos. El primero es un juego de tipo arcade bastante simple en el que el niño o niña deben de fotografiar a los microbios buenos y luchar contra los malos. El segundo es para adolescentes y es un juego de pistas en el que el jugador interpreta el papel de un epidemiólogo-detective buscando las fuentes de posible contaminación con patógenos. El principal "pero" que tienen es que son un ejemplo clásico del dicho - un juguete educativo es un juguete aburrido - y además sólo están disponibles en inglés.

Que lo paséis bien

Una muerte en la familia

Malcolm J. Casadaban (1954-2009)

Acaba de saltar a los medios de comunicación una noticia que recoge la muerte del Dr. Malcolm J. Casadaban, un microbiólogo de la Universidad de Chicago que estudiaba la bacteria que causa la peste. El investigador de 60 años de edad se despertó el pasado 13 de septiembre con un cuadro de síntomas que recordaba al de la gripe. Fue al hospital y allí comenzaron a hacerle pruebas. Murió antes de obtenerse los primeros resultados, pero no era la gripe lo que tenía. Las pruebas mostraron que tenía una septicemia provocada por la cepa de Yersinia pestis con la que trabajaba en su laboratorio.

El doctor Malcom Casadaban estudiaba la genética de la bacteria patógena Y. pestis y para ello utilizaba una cepa atenuada de dicha bacteria que, se suponía, era incapaz de producir dicha enfermedad. De hecho, la cepa en cuestión está aprobada por el CDC de Atlanta y se lleva utilizando desde hace cuarenta años y se usa rutinariamente como el control negativo en muchos experimentos que estudiaban la patogenicidad de Y. pestis. Nadie sabe explicar cómo dicha bacteria ha conseguido penetrar en su sistema sanguíneo, y cómo ha conseguido desarrollarse hasta provocar una septicemia. Se están realizando nuevas pruebas para confirmar que se trata de la misma cepa que estudiaba, o si se trata de una cepa distinta.

Casadaban no es el primer microbiólogo que ha encontrado la muerte a causa del microorganismo que estudiaba. En la breve historia de la ciencia de la Microbiología hay unos cuantos científicos que han compartido tan desgraciado final. Algunos han quedado olvidados y otros son recordados gracias precisamente al patógeno que les causó la muerte.

Howard Taylor Ricketts

Quizás el caso más conocido entre los microbiólogos es el de Howard Taylor Rickkets. Curiosamente también trabajó en la Universidad de Chicago. Hay tres categorías taxonómicas y una especie que llevan su nombre. El orden Rickettsiales, la familia Rickettsiaceae, el género Rickettsia y la especie Rickettsia rickettsii. ¿Y por qué tanto honor? Ricketts era un médico norteamericano que a finales del siglo XIX comenzó a estudiar el hongo que producía la blastomicosis de una forma bastante heterodoxa. Se lo inoculaba y así estudiaba sus síntomas. Lo debió de hacer bastante bien porque la Universidad de Chicago le pagó una estancia de un año en el Instituto Pasteur. En 1902 volvió a Chicago a continuar sus estudios en la blastomicosis, pero entonces otra enfermedad le llamó la atención. Se trataba de la fiebre de las Montañas Rocosas. Durante dos años, él y su asistente J.J. Moore, estuvieron intentando descubrir como se adquiría dicha enfermedad. Al final encontraron que el patógeno era transmitido por una garrapata. En 1909, Ricketts viajó a México a estudiar una epidemia de tifus, pues estaba convencido que por sus síntomas, el microbio causante debía de ser muy semejante al que había estudiado anteriormente en las Rocosas. Y tenía razón, en este caso el patógeno era transmitido por los piojos. Desgraciadamente murió a causa del tifus en 1910.

Stanislaus von Prowazeck

Otro científico que murió a causa del tifus fue Stanislaus von Prowazeck. Él y su colega, el brasileño Henrique da Rocha Lima, continuaron en Alemania el trabajo iniciado por Ricketts. En 1915 fueron llamados para tratar un brote de tifus surgido en la cárcel de Cottbus. Ambos enfermaron, pero sólo el brasileño sobrevivió. Fue precisamente Rocha Lima quien bautizó a los nuevos patógenos con los nombres de sus desafortunados colegas: Rickettsia rickettsii para designar al causante de la fiebre de las Montañas Rocosas, y Rickettsia prowazekii para la causante del tifus epidémico. Rocha Lima también tiene una especie nombrada en su honor (Bartonella rochalimae), pero afortunadamente para él, no murió a causa de ella.

Y es que a veces, investigar microbiología puede ser perjudicial para la salud

Tapiz Oceánico

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Detalle de la obra "Tapiz Oceánico", creación de la artista Nancy Zboch.

Un reciente artículo publicado en la revista PNAS describe las bases genómicas de las estrategias tróficas que presentan las bacterias marinas. Dicho artículo además ha merecido un comentario específico dentro de dicha revista.

Los ecosistemas marinos no son tan homogéneos como puedan parecer a simple vista. No sólo influye la luz solar, la profundidad y los nutrientes. También hay que considerar el clima o las corrientes marinas, por nombrar dos factores importantes, y la suma de todos esos factores crean heterogeneidad y por lo tanto debemos esperar una gran biodiversidad. Si consideramos la disponibilidad de nutrientes, en los océanos nos podemos encontrar un gradiente de diversos hábitats dependiendo de la concentración de los mismos. Tenemos desde ambientes con alta concentración (hábitats copiotróficos) a los de baja concentración de nutrientes (hábitats oligotróficos). En todo ese gradiente podemos encontrar diversas bacterias que han evolucionado para adaptarse y crecer óptimamente. El estudio realizado gracias a la colaboración de varios grupos ha consistido en comparar el genoma de dos especies de bacterias que viven en hábitats localizados en los extremos de ese gradiente.

Representación muy simple de la superficie de lo océanos como un hábitat microbiano. Hay dos gradientes verticales, uno debido a la luz solar y otro debido a los nutrientes (representado por la línea negra). La abundancia relativa de microorganismos viene dada por la línea roja. La mayor parte de las bacterias viven como plancton de vida libre (bacterias de color blanco). Estos organismos oligotróficos son los más abundantes en los ecosistemas oceánicos con muy bajo contenido de nutrientes. En color amarillo se representan los microorganismos copiotróficos adaptados a microhábitats en los que hay una gran cantidad de nutrientes (un cadáver de un pescado por ejemplo). Fuente bibliográfica: MJ Church 2009, PNAS.

Sphingopyxis alaskensis es una a-proteobacteria oligotrófica con un volumen celular inferior de 1 micra cúbica, con un genoma de 3,8 Mb y con un tiempo de generación de 5 horas en condiciones óptimas. Este tipo de microorganismo es muy abundante en los océanos. Por el otro lado tenemos a la g-proteobacteria Photobacterium angustum cuyo tamaño es superior a la micra cúbica, tiene un genoma de 4,8 Mb y cuyo tiempo de generación es de 1 hora cuando se encuentra en un hábitat con suficientes nutrientes. En caso de no tener suficientes nutrientes esta bacteria permanece en estado latente sin crecer ni reproducirse.


Los investigadores han secuenciado sus genomas para luego poder compararlos y así relacionar sus distintas propiedades genómicas con sus estrategias tróficas y así poder definir sus mecanismos moleculares de adaptación. Han conseguido desarrollar un modelo para predecir a partir de la secuenciación del genoma, el tipo de estilo de vida del microorganismo. Y el modelo ha sido puesto a prueba Han estudiando las secuencias de 400.000 proteínas que representan unos 500 millones de nucleótidos obtenidos a partir de 126 secuencias genómicas. Con ello han confirmado que microorganismos oligotróficos son los que dominan los océanos, y que pueden definirse los tipos de bacteria que va a encontrase en un determinado nicho ecológico.

De esta forma han identificado 43 marcadores genéticos que indican un determinado estilo de vida microbiano. Cuando se agrupan estos marcadores en un gráfico el resultado es una especie de tapiz que muestra las relaciones entre los diversos estilos de vida. El modelo funciona bastante bien con los datos disponibles. Pero los estudios metagenómicos de los océanos cada vez son más precisos y se van describiendo nuevos marcadores genéticos, por lo que el tiempo dirá si este modelo es lo suficientemente bueno como para predecir los nuevos estilos de vida.

Representación esquemática mostrando cinco agrupamientos de microorganismos con cinco estrategias tróficas diferentes. Se indican algunas de las especies más representativas dentro de cada agrupamiento. Amarillo: oligotrofos extremos. Rojo: oligotrofos moderados. Verde y Azul: copiotrofos moderados. Cian: copiotrofos extremos. Fuente bibliográfica: Lauro et al 2009 PNAS.

Así los microorganismos oligotróficos suelen tener pequeños tamaños (menores de 0,2 micras de diámetro), crecen muy lentamente y tienen sistemas de transporte de sustratos de alta afinidad y amplia especificidad. Coloquialmente hablando esto último significa que pueden "comer de todo" como azúcares, aminoácidos o lípidos, aunque se encuentren en muy baja concentración. Asimismo presentan un gran número de genes para el metabolismo de lípidos y un bajo número de operones de rRNA lo que indica que en los oligotrófos prima conseguir energía a crecer rápidamente. Sus genomas son pequeños por lo que no deben de gastar mucha energía y nutrientes en su mantenimiento y reparación. En cambio los microorganismos copiotróficos suelen ser de gran tamaño, crecen rápidamente y tienen genomas relativamente grandes y sistema de transporte de sustratos muy especializados. También poseen una gran cantidad de proteínas receptoras que les permiten sentir los cambios en su medio ambiente y responder a ellos.

El interés y la utilidad principal de esta nueva herramienta es que permitirá vigilar con mucha mayor rapidez los cambios en las comunidades microbianas oceánicas, y así poder ajustar y afinar muchos de los modelos climáticos y de los ciclos biogeoquímicos, pero también para resolver cuestiones más prácticas y aplicadas de salud medioambiental (ej: el estudio de la presencia de posibles patógenos en aguas de playas de utilidad pública).

Audio en "El podcast del microbio"

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