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domingo, 13 de marzo de 2011

Bio-Butanol, una alternativa a la gasolina


Butanol (Fuente: Wikipedia)



El metanol es un alcohol con un sólo átomo de carbono, el etanol tiene dos carbonos, el propanol tres y el butanol cuatro. En este último, la molécula es más larga y es más parecida a los componentes de la gasolina. De hecho, funciona bastante bien en los motores de combustión sin necesidad de realizar grandes modificaciones. El principal problema que tiene es su alta viscosidad, unas diez veces mayor que la gasolina.

El etanol puede obtenerse utilizando microorganismos como las levaduras y por eso hay muchas esperanzas puestas en él como biocombustible. Pero el butanol también está en la carrera. Un grupo de la Universidad de California, Berkeley han conseguido modificar a la bacteria Escherichia coli para que produzca butanol de forma eficiente. Pero no sólo eso, el objetivo a largo plazo es que esa bacteria pueda usar como nutriente sustratos orgánicos provenientes del procesamiento de las plantas usadas para la alimentación. Es decir, que pueda usar la paja del trigo o los tallos del maíz y no sus granos.



Microfotografía electrónica de C. acetobutylicum (Fuente: Biomass)



El butanol es producido mediante fermentación por la bacteria Clostridium acetobutylicum, una bacteria Gram positiva endosporulada que crece en anaerobiosis. Pero C. acetobutylicum crece bastante lentamente y además en su proceso fermentativo se produce acetona e hidrógeno lo que hace un cóctel explosivo algo peligroso. Así que se ha intentado mejorar el proceso de varias formas.

Una manera ha sido tomar los genes de las cinco enzimas responsables de la ruta de producción de butanol en C. acetobutylicum y clonarlos en la levadura Saccharomyces cereviseae o en la bacteria Escherichia coli. Ambas son más fáciles de crecer que C. acetobutylicum, pero al hacerlo se encontró que no producían tanto butanol como se esperaba.

Al analizar el porqué lo que se encontró es que las enzimas clonadas volvían a convertir al butanol en sus precursores. Para entendernos, una ruta bioquímica es como una cadena de montaje. La enzima 1 coge un sustrato y lo modifica convirtiéndolo en el producto 1. El producto 1 es a su vez el sustrato de la enzima 2 que lo transforma en el producto 2, que a su vez es el sustrato de la enzima 3, etcétera. Pero si las reacciones son reversibles nos podemos encontrar conque la enzima 4 coge el producto 4 y lo vuelve a convertir en sustrato con lo que la ruta va hacia atrás y eso hace disminuir el rendimiento de butanol.

Así que lo que han hecho en Berkeley es rediseñar la ruta biosintética utilizando una cepa de Escherichia coli que tenía la ruta completa clonada. El rediseño ha consistido en sustituir dos de las cinco enzimas por enzimas análogas provenientes de otros dos microorganismos, pero que no vuelven a reaccionar con el butanol. Ahora la ruta funciona sólo en una dirección y el rendimiento de producción de butanol es óptimo.



Ruta quimérica para sintetizar butanol a partir de acetil-coA. La ruta superior en azul pertenece a la bacteria Ralstonia eutrophus y la utiliza para producir polihidroxialcanoatos. Debajo se muestra la ruta metabólica diseñada a partir de los genes de C. acetobutylicum en rojo y un gen de Streptomyces collinus en negro. (Fuente: Bond-Watts et al.)



Producción de butanol por distintas cepas de E. coli que portan diversas rutas metabólicas quiméricas. La cepa Nº 19 consigue un rendimiento de 4.650 ± 720 mg/litro y una tasa de conversión de la glucosa del 28% (Fuente: Bond-Watts et al.)


Esta entrada participa en el III Carnaval de la Química organizado por Experientia Docet.



ResearchBlogging.org

Bond-Watts BB, Bellerose RJ, & Chang MC (2011). Enzyme mechanism as a kinetic control element for designing synthetic biofuel pathways. Nature chemical biology PMID: 21358636

martes, 8 de marzo de 2011

La historia de Alice Catherine Evans


Alice Catherine Evans. (Fuente)


Una de las formas más saludables de empezar el día es tomando un vaso de leche, sea esta entera, semidesnatada o desnatada. Sin embargo, esa acción que ahora nos parece tan trivial, no hace mucho tiempo era una forma de contraer una enfermedad que nuestras abuelas conocían como fiebres de Malta. Fue gracias al trabajo de una mujer que ya no es así.


Durante la Guerra de Crimea (1853-1856), la isla de Malta sirvió como base logística del Ejército Británico. En ese tiempo coincidieron en la pequeña isla mediterránea un gran número de tropas junto con una gran cantidad de reses destinadas a alimentarles. Y allí los médicos militares ingleses comenzaron a describir unas fiebres ondulantes, pues se manifestaban periódicamente, acompañadas de dolor muscular. Algunos síntomas recordaban a la malaria y otros a las fiebres tifoideas. Pero como no era ninguna de las dos, la enfermedad recibió su propio nombre: Fiebres de Malta o Fiebres Mediterráneas. Lo peor es que dicha patología comenzó a ser identificada tanto en otros puertos donde la Royal Navy atracaba con sus barcos como en lugares del interior de los continentes. Al cabo de poco tiempo, la enfermedad se había extendido por todas partes.


En 1883 llegó a la isla un capitán médico llamado David Bruce. En dos años había conseguido identificar al patógeno al que bautizó como Micrococcus melitensis. Un poco después, en 1897, y de forma paralela, el veterinario danés Bernhard Lauritz Frederik Bang había aislado una bacteria en el exudado uterino de una vaca afectada por una enfermedad contagiosa que provocaba perdida en la producción de leche y abortos en el ganado. La bautizó como Abortus bacillus, pero el nombre le fue cambiado a Bacillus abortus. La enfermedad que producía en el ganado se conoció como la enfermedad de Bang. Como veremos más adelante, Bruce y Bang habían estado trabajando con bacterias muy similares, sin saberlo. Entre los años 1904 y 1905, Robert Bruce presidió la llamada Comisión para la Fiebre Mediterránea, que consiguió identificar a las cabras como reservorios de la bacteria patógena. Uno de sus miembros, el médico maltés Themistocles Zammit, fue el que encontró que los humanos podían adquirir la enfermedad al consumir leche o queso fresco proveniente de cabras infectadas.



David Bruce, Bernhard L.F. Bang y Temistocles Zammit. (Fuente de las imágenes: Bruce y Bang de la Wikipedia y Zammit de Muticaria)



Al mismo tiempo que dicha comisión publicaba sus trabajos sobre la forma de transmisión de las fiebres de Malta, una joven norteamericana de 25 años iniciaba sus estudios para conseguir el Grado de Ciencias (Bachelor Science) en la Universidad de Cornell, en Nueva York. Había nacido en 1881 en una granja de Pennsylvania. En 1901 consiguió trabajo como maestra rural. Cuatro años después asistió a un curso gratuito de la Universidad de Cornell. El objetivo del curso era enseñar a los profesores los avances en Ciencias Naturales para que así ellos transmitieran esos conocimientos a los alumnos de las áreas rurales. Por sus excelentes aptitudes consiguió una beca que le permitiría sufragarse sus estudios de grado en esa Universidad. En 1909 fue la primera mujer en graduarse como especialista en Bacteriología. Un año después también consiguió ser la primera mujer en conseguir una beca de estudios de la Universidad de Wisconsin para realizar los estudios para el título de Máster en Ciencias. Esa joven se llamaba Alice Catherine Evans.


Una vez acabados sus estudios en 1910, Alice Evans tuvo que tomar una decisión. O realizaba un doctorado o comenzaba a trabajar para ganarse la vida. Como no tenía suficiente dinero, la primera opción quedó descartada y optó a un puesto en el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) dentro de la División dedicada a los productos lácteos frescos. En su solicitud simplemente indicó que se llamaba «A. Evans». Ella recordó que cuando se incorporó a su puesto, los funcionarios del USDA casi se caen de las sillas pues no pensaron que «A. Evans» fuera una mujer.


Afortunadamente sus compañeros de laboratorio no tenían los prejuicios de los burócratas y Alice Evans fue aceptada sin más. Tres años después se convirtió en la primera mujer en obtener un contrato fijo en el USDA. Su labor era realizar análisis bacteriológicos de la leche y quesos. En esos años se pensaba que la leche y los derivados lácteos eran mucho más nutritivos cuanto más frescos y menos manipulación hubieran sufrido. Sus resultados mostraban algo muy distinto. La leche fresca estaba llena de microorganismos provenientes de las ubres de las vacas. Además, los abortos causados por la enfermedad de Bang hacían estragos entre las cabañas ganaderas estadounidenses. No es de extrañar que el USDA pusiera bajo su punto de mira a la bacteria causante de dicho mal. Adolph Eichorn, jefe de la División de Patología fue el que llamó la atención de Alice hacia los trabajos de Bruce, Zammit y Bang. Siguiendo su estela, Evans consiguió demostrar en 1917 que el consumo de leche fresca de vacas infectadas podía transmitir la bacteria Bacillus abortus y causar las fiebres de Malta en humanos. Era la primera vez que se demostraba que una misma bacteria podía causar enfermedades distintas en humanos y en animales y por ello su descubrimiento fue recibido con mucho escepticismo. Por fortuna, poco a poco otros investigadores encontraron evidencias que apoyaban dicho resultado. Muchos de ellos se dieron cuenta que enfermedades diagnosticadas como paludismo o como gripe eran en realidad casos de fiebre de Malta.


Alice Evans fue una de los varios investigadores que durante esos años consiguieron demostrar que Micrococcus melitensis, la bacteria aislada por Bruce, era muy similar a Bacillus abortus, el microbio encontrado por Bang. En sus memorias recoge que la única diferencia entre ambas es que el primero había dicho que la bacteria tenía forma esférica y el segundo que la forma era bacilar. Pero en lo demás, ambas bacterias eran totalmente idénticas. Por ello los microbiólogos decidieron rebautizar al género, aunque se siguieron reconociendo dos especies distintas. Como Robert Bruce fue el primero en aislar al patógeno, en su honor el género se denominó Brucella. Y las dos especies quedaron como Brucella melitensis y Brucella abortus. De paso, también se cambió el nombre de la enfermedad que pasó a llamarse Brucelosis. Como suele suceder en la investigación científica, una vez sabes lo que buscas es más fácil encontrarlo. Así que fueron numerosos los veterinarios que comenzaron a aislar al patógeno en las diversas cabañas ganaderas afectadas con abortos contagiosos. En los Estados Unidos se encontró una nueva especie de bacteria que afectaba a los cerdos y por ello se la bautizó como Brucella suis. Dicha bacteria además de infectar al ganado doméstico, también se aislaba en bisontes, alces y renos.



Microfotografía electrónica de Brucella. (Fuente: UNED)


En 1918 Alice Evans consiguió un puesto en el Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos. Allí trabajó en la pandemia de la llamada gripe española, pero no abandonó su trabajo con Brucella. Comprobó que la pasteurización de la leche conseguía destruir al patógeno sin alterar sustancialmente sus propiedades nutritivas. Así que recomendó que se utilizase el proceso de pasteurización tanto para la venta de leche como para la elaboración de quesos, pues de esa forma se evitarían numerosos casos de fiebres de Malta. Sin embargo, sus trabajos no fueron tomados en serio por sus colegas. Principalmente por dos motivos: era una mujer y no había conseguido realizar un doctorado. No fueron los únicos que no le hicieron caso. Se cuenta que una vez fue a dar una charla de sus descubrimientos a un grupo de trabajadores de industrias lácteas y que estos se rieron de ella. Incluso la acusaron de estar a sueldo de las compañías que vendían maquinaria para pasteurizar la leche.


Alice Evans no se desanimó. Tardó trece años en convencer a médicos, funcionarios de Salud Pública, veterinarios y granjeros, de que la pasteurización era un método fundamental en la estrategia de evitar la expansión de la enfermedad. Y lo hizo de manera muy inteligente. En primer lugar convenció a sus colegas científicos y posteriormente a los demás. No tenía un doctorado, pero tenía algo mejor. Sus experimentos eran irrefutables, así que en 1925 fue nombrada miembro del Comité que debía estudiar el aborto infeccioso en el ganado. Su nombramiento no sentó bien a algunos de sus colegas. El microbiólogo Theobald Smith, que también había contribuido al descubrimiento de que Brucella puede encontrarse en la leche fresca, dimitió de la presidencia de dicha comisión al enterarse de que Alice Evans sería uno de sus miembros. No fue el único hecho desafortunado que sufrió. En ese mismo año, Alice Evans contrajo la brucelosis, y padeció sus efectos debilitadores durante veinte años. Sorprendentemente, hubo muchos de sus detractores que la acusaron de que la enfermedad que padecía era imaginaria y que lo único que pretendía era llamar la atención.


En 1928, fue nombrada presidenta de la Sociedad Americana de Bacteriólogos (la actual Sociedad Americana de Microbiología o ASM). Era la primera vez que una mujer ocupaba dicho puesto. Su importante logro se vio empañado por el hecho de que no estaba presente en la reunión en la que se la nombró para dicho puesto. Estaba guardando cama debido a un episodio febril de la brucelosis que padecía. Con gran sentido del humor, Alice Evans dijo que - estos bichos me odian - por haberles descubierto y que le habían jugado una mala pasada.



Alice Catherine Evans en 1928, año en la que fue nombrada presidenta de la SAB. (Fuente: R: Colwell)


Pero a pesar de las dificultades su ingente esfuerzo acabó dando sus frutos. En 1930, fue elegida como una de los dos delegados estadounidenses enviados al Primer Congreso Internacional de Microbiología celebrado en Paris. En dicho congreso sólo hubo dos mujeres, ella y la científica Lydia Rabinovich-Kempner. Además, ese mismo año el USDA publicó una normativa en la que obligaba a las industrias lácteas a realizar la pasteurización de la leche en la elaboración de sus productos. Tras la implantación de dicha medida, la incidencia de las fiebres de Malta en la población descendió significativamente. Adicionalmente su trabajo permitió desarrollar unos protocolos de actuación para tratar a las cabañas ganaderas y evitar las infecciones por Brucella. Es a partir de entonces que las explotaciones ganaderas están obligadas a tener suelos de cemento, poseer maquinaria construida con acero inoxidable y mantener unos estándares sanitarios mínimos. De esta forma se evitaron grandes pérdidas económicas al disminuir espectacularmente el número de abortos en los animales y el decrecimiento en la producción de leche.


Esta vez el reconocimiento a Alice Evans no llegó tarde. En 1934, el Colegio Médico de Pennsylvania le concedió una licenciatura honoraria. En 1936 volvió a repetir como delegada estadounidense en el Segundo Congreso Internacional de Microbiología en Londres y fue nombrada Doctor Honoris Causa por el Wilson College de Pennsylvania y por su Alma Mater, la Universidad de Wisconsin. Este último título no debe de extrañarnos en absoluto si pensamos que Wisconsin es el estado de la Unión con el mayor número de queserías. Entre los años 1945 y 1957 fue presidenta honoraria del Comité Inter-Americano para la Brucelosis. La Brucella no fue el único patógeno que estudio Alice Evans. A lo largo de su vida científica trabajó también desarrollando un suero para tratar la meningitis epidémica, la parálisis infantil, la enfermedad del sueño y las infecciones causadas por estreptococos. Aunque se retiró del trabajo activo de laboratorio en 1945, Alice Evans continuó trabajando impartiendo conferencias por todo Estados Unidos para animar a las mujeres a iniciar y seguir carreras científicas. Tampoco dejo de ser una luchadora. En el año 1966, con 85 años de edad, protestó porque el formulario del Medicare preguntaba al solicitante de ayudas sociales si había pertenecido al partido comunista. Al año siguiente el Departamento de Justicia reconoció que esa pregunta era inconstitucional y la retiró de los formularios. No es de extrañar que se autodefiniera como una ágil octogenaria.


Alice Catherine Evans murió el 5 de septiembre de 1975 en Alexandria Virginia a los 94 años de edad. En 1983 la ASM estableció los premios que llevan su nombre. Aunque el mejor homenaje que se le puede hacer es pensar en ella la próxima vez que tome un vaso de leche o coma un pedazo de queso fresco.

Feliz día de la mujer trabajadora


Esta entrada participa en el II Carnaval de la Biología organizado por el blog "La muerte de un ácaro"


ResearchBlogging.org

Colwell, Rita. (1999). Alice C. Evans: Breaking Barriers. Yale Journal of Biology and Medicine, 72 (5), 349-356

Wyatt, H. (2005). How Themistocles Zammit found Malta Fever (brucellosis) to be transmitted by the milk of goats Journal of the Royal Society of Medicine, 98 (10), 451-454 DOI: 10.1258/jrsm.98.10.451

domingo, 6 de marzo de 2011

Avatar Microbes Reloaded. Comunicación entre bacterias por nanotubos



Formación de un gradiente de fluorescencia entre una colonia de bacterias que expresa la proteína verde fluorescente (GFP) y una colonia de bacterias que no la expresan. En la parte de abajo se puede ver con detalle como en el tiempo 0 (a) la fluorescencia está localizada en las células que expresan GFP. Pasados 60 minutos, aparecen células que no contienen el gen para GFP con fluorescencia en su interior. Origen de las imágenes: Cell


Hace un año publiqué una entrada sobre un artículo de la Universidad de Aarhus en Dinamarca en el que habían encontrado que las comunidades de bacterias oxidadoras del azufre que se encuentran en el interior de los sedimentos marinos parecen estar conectadas por una red de nanocables proteicos con las comunidades aeróbicas de la superficie de dichos sedimentos. El descubrimiento recordaba en parte a los "puertos USB biológicos" de los habitantes de Pandora, el planeta de la película "Avatar".



La hipótesis de la comunicación intercelular mediante nanotubos. Fuente: Cell


Bueno, pues si se confirman los resultados publicados por Gyanendra P. Dubey y Sigal Ben-Yehuda en la revista Cell las cosas habrán ido un paso más allá. Lo que han descubierto esta pareja de investigadores es que la bacteria Bacillus subtilis pueden formar nanotubos para la comunicación intercelular. A través de dichos nanotubos se pueden transportar moléculas tan grandes como proteínas o ácidos nucleicos. Por si fuera poco, dichos nanotubos pueden ser realizados con otras epecies bacterianas, tanto Gram positivas como Staphylococcus aureus, o Gram negativas como Escherichia coli.




El descubrimiento fue por casualidad, como parece deducirse del vídeo. Resulta que tenían colonias aisladas de B. subtilis que expresaban la proteína GFP (proteína verde fluorescente) rodeadas de colonias que no la expresaban y observaron que se formaba una especie de gradiente fluorescente desde las que lo expresaban a las que no. Al realizar muestras para el microscopio electrónico comprobaron que dichas bacterias estaban interconectadas por los nanotubos. Utilizando anticuerpos frente a la proteína GFP, pudieron observar que esa proteína viajaba a través de ellos.



En la fotografía de la izquierda se observan los nanotubos entre dos células usando microscopía electrónica de barrido. Las fotografías del centro y la derecha son de microscopía electrónica de transmisión y se han utilizado anticuerpos contra la GFP (puntos negros). Puede observarse que uno de los marcajes está situado en medio de uno de los nanotubos. Fuente: Cell



Quizás alguien piense que probablemente sea algún tipo de proceso similar a la conjugación. Puede, pero no lo parece. El llamado "pili de conjugación" es una estructura que sirve para acoplar a las células y está codificado genéticamente en los llamados plásmidos conjugativos. Lo que han visto estos investigadores es que esos nanotubos se forman sin que las células de B. subtilis tengan ese tipo de plásmidos en su interior. De hecho, uno de sus experimentos ha sido observar como se transfería un plásmido no-conjugativo de una cepa a otra. Es decir, la información genética para construirlos debe de estar localizada en el genoma de la bacteria.



Nanotubos entre B.subtilis y E. coli. Fuente: Cell


Pero lo que más me ha llamado la atención es la formación de nanotubos y la transferencia de proteínas entre diferentes especies tan alejadas entre sí como B. subtilis y E. coli. En términos evolutivos hay más distancia entre esas dos bacterias que entre un ser humano y un champiñón.

Los experimentos Gyanendra P. Dubey y Sigal Ben-Yehuda son muy llamativos y sin son reproducidos y confirmados experimentalmente por otros grupos probablemente cambiaran varios apartados de los libros de texto de Microbiología. Sobre todo aquellos dedicados a la expansión de las resistencias bacterianas a los antibióticos, la formación de biofilms o las relaciones entre las diversas comunidades microbianas.


ResearchBlogging.org

Dubey GP, & Ben-Yehuda S (2011). Intercellular nanotubes mediate bacterial communication. Cell, 144 (4), 590-600 PMID: 21335240

jueves, 3 de marzo de 2011

Cine y Bichos: Osmosis Jones (2001)



"Osmosis Jones" no es una película muy destacable en mi opinión. Esta cinta animada es una versión más del típico "thriller" policiaco en tono de comedia al estilo de producciones como "Arma Letal" o "Superdetective en Hollywood". Nos cuenta como Ozzy Jones, un linfocito-policía, intenta detener a un microbio peligrosísimo llamado Thrax cuyo alias es "Muerte Roja". Para ello contará con la ayuda de Drix, un analgésico "Robocop", y de la bella Leah Strogen. Otros personajes tópicos son el alcalde corrupto y el comisario de policía. Frank, el ser humano que sufre la infección de Thrax está interpretado por el actor cómico Bill Murray.



origen de la imagen: Wikipedia



La película repite mucho estereotipos de las películas de policías, pero con el agravante de que sus gags son bastante burdos y simplones. Podría decirse que se basa en el humor "caca-culo-pedo-pis" porque hay unas cuantas escenas escatológicas con vómitos y granos supurantes de por medio. Bill Murray hace de Bill Murray en plan guarreras como un contraejemplo de lo que significa "vida saludable". Supongo que es el sello de los hermanos Farrelly, directores de la película.

No hay mucha ciencia en esta película. Si alguien esperaba ver una especie de "Erasé una vez la vida" pero en plan más gamberro, va a quedar defraudado. El objetivo de Thrax es robar un trozo de una escultura de ADN (!) que se encuentra en el hipotálamo de Frank, para así destruir el control de temperatura de su cuerpo y provocar su muerte. Como podemos imaginar, Jones y Drix se interpondrán en su camino. Son pocas las situaciones en las que hay algo de auténtica microbiología y una de ellas la tenemos al comienzo:







La llamada "regla de los cinco segundos" es una creencia popular en algunos países que afirma que si un alimento cae al suelo y lo retiras antes de que transcurran 5 segundos, el alimento no se contamina con microorganismos y puede comerse con seguridad. Sin embargo en la película se habla de "10 segundos" con lo que uno no sabe si es que los Farrelly querían acentuar el carácter "guarro" de Frank, o no poner en duda la dichosa regla.




Pero lo cierto es que esa regla es totalmente falsa. Y está demostrado científicamente. En el año 2007 el profesor Paul Dawson y un grupo de alumnos de la Universidad de Clemson realizaron una serie de experimentos en los que una loncha de mortadela se dejaba caer sobre una superficie contaminada con Salmonella. Sus datos demostraban que el mero contacto bastaba para que las bacterias se pegasen al alimento.




Así que ya sabéis. Seguid el consejo de las abuelas de no comer la comida que cae al suelo.


ResearchBlogging.org

Dawson, P., Han, I., Cox, M., Black, C., & Simmons, L. (2006). Residence time and food contact time effects on transfer of Salmonella Typhimurium from tile, wood and carpet: testing the five-second rule Journal of Applied Microbiology DOI: 10.1111/j.1365-2672.2006.03171.x

viernes, 25 de febrero de 2011

Velica's Bugs

Gracias al blog "La ciencia de la vida" escrito por Carlos Lobato he conocido el trabajo de Velica, un dibujante portugués. Os dejo aquí unas cuantas de sus imágenes que tienen que ver con la Microbiología, aunque os recomiendo pasar por su página web y echar un vistazo a sus obras.


































Todas las imágenes y más en la página de Velica.

sábado, 19 de febrero de 2011

Los pinzones de Darwin bacterianos


origen de la imagen: La ciencia de la vida



La genómica de poblaciones permite comparar los genomas de diferentes poblaciones de la misma especie microbiana. De esa forma se puede ver cuales forman parte del "núcleo de genes" (core genes) presentes en todos los miembros de una especie, y cuales son genes específicos de una población (flexible genes). Esos genes específicos pueden decir muchas cosas sobre el medio ambiente en el que vive una población dada y pueden dar una pista sobre su adaptación a posibles cambios en el ecosistema que habitan. Así puede entenderse que fuerzas evolutivas: presión de selección, procesos neutrales; dan forma a dichos genomas.

La profesora Sallie W. Chisholm y su colaboradora Maureen Coleman del MIT's Department of Civil and Environmental Engineering (CEE) compararon poblaciones de dos especies bacterianas que son ubicuas en todos los mares del mundo: la bacteria fotosintética Prochlorococcus y la bacteria Pelagibacter. La comparación fue entre poblaciones que vivían en el Océano Atlántico y en el Pacífico. Han encontrado que aunque las poblaciones están separadas por miles de kilómetros, el núcleo de “genes domésticos” (housekeeping genes) era muy similar entre ambas especies. Las diferencias se encontraban en los genes específicos de población, y estas estaban relacionadas con su hábitat: las bacterias del Atlántico tienen más genes dedicados a la captación de fósforo que sus parientes del Pacífico. Como el fósforo es un bioelemento esencial para la vida, esas diferencias son adaptativas. Es decir, la disponibilidad de dicho elemento químico es la fuerza evolutiva que ha dado forma a las diversas comunidades



Distribución del “núcleo de genes” y los “genes flexibles” entre poblaciones de Prochlorococcus estudiadas en Hawaii (HOT) o en las Bermudas (BATS). Los genes del “núcleo” están presente en los doce aislados secuenciados. El pico agudo indica que esos genes están presentes con una estequiometria uno-a-uno. Los "genes flexibles" están presentes en alguno pero no en todos los genomas de los aislados. Fuente: Coleman and Chisholm.


Este hallazgo es similar a lo que encontró Darwin en los pinzones de las Galápagos. Los picos de los pinzones de las distintas islas mostraban las distintas adaptaciones a los hábitos alimentarios. En este caso, en lugar de modificarse el pico, simplemente se han modificado las proteínas que captan fósforo ya que el Atlántico tiene menos fósforo que el Pacífico. De hecho, los Prochlorococcus atlánticos son tan eficientes en captar fósforo que algunos de las proteínas tienen el papel de neutralizar el arsénico, un elemento que a veces se absorbe "por error" debido a su semejanza química (el fósforo y el arsénico están en la misma columna de la tabla periódica). ¡Todo lo contrario de lo que supuestamente hace la famosa "bacteria del arsénico"!.

Lo que no esperaban los investigadores es que esa iba a ser la única diferencia entre ambos tipos de poblaciones. Ellos esperaban encontrar más. Este resultado indicaba que la disponibilidad de fósforo era la fuerza selectiva principal que había definido a ambas poblaciones.



Comparación de genomas de dos aislados de Prochlorococcus. Las líneas grises conectan genes homólogos. Los genes exclusivos de cada aislado están representados en colores. Estos genes se agrupan juntos en determinadas zonas del cromosoma y están involucrados en la captación del fósforo. Fuente: Coleman and Chisholm.


Pero también obtuvieron un resultado peculiar. El repertorio genético de genes de captación de fósforo en Pelagibacter era filogenéticamente distinto al de Prochlorococcus lo que podía indicar que ambos géneros muestran un comportamiento adaptativo denominado "partición de nicho ecológico". Esto permite que las células con diferentes "estilos de vida" puedan compartir un microambiente evitando la competencia por un recurso. Es decir, la fuente de fósforo para Prochlorococcus es diferente de la que utiliza Pelagibacter.

El siguiente objetivo es ampliar el estudio por ejemplo muestreando diferentes profundidades, latitudes y temperaturas y así conocer su efecto en los genomas de las distintas poblaciones microbianas. De esa forma se espera entender como es la evolución de los microorganismos en la Naturaleza.



Células de Prochlorococcus al microscopio de barrido. Fuente: Chisholm laboratory.



Esta entrada participa en el I carnaval de la Biología organizado por "MicroGaia" y en el II Carnaval de la Química organizado por "El busto de Palas".




ResearchBlogging.org

Coleman ML, & Chisholm SW (2010). Ecosystem-specific selection pressures revealed through comparative population genomics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107 (43), 18634-9 PMID: 20937887

martes, 15 de febrero de 2011

Proyecto Microbioma del Planeta



El Proyecto del Microbioma de la Tierra o EMP (por Earth Microbiome Project) nació en Julio de 2010 durante un pequeño congreso (workshop) celebrado en Utah. La idea era como usar la actual tecnología de secuenciación masiva para explorar las comunidades microbianas de la Biosfera. El resumen del workshop fue publicado en la revista Standards in Genomic Science.

El proyecto es similar al Proyecto Microbioma Humano, pero inmensamente más grande y ambicioso pues pretende caracterizar tanto a nivel taxonómico como funcional la biodiversidad microbiana de muestras tomadas a lo largo y ancho del globo. Podría decirse que los microorganismos son la "materia oscura" de la biosfera planetaria pues lo que sabemos sobre ellos es ínfimo. Actualmente hay más células microbianas en la Tierra (estimado en 1030) que estrellas en el universo conocido (estimado en 1024).


Inicialmente se piensa partir del análisis de unas pocas muestras: unas 200.000 más o menos. Se extraerá el DNA para producir un Atlas Global Metagenómico en el que se piensa que se llegará a reconstruir unos 500.000 genomas microbianos y determinar un primer inventario de la diversidad de las familias de proteínas codificadas por dichos genomas. En una segunda fase se piensa alcanzar los 5 millones.

El origen de las muestras será cualquier lugar concebible: aguas, suelos, filtros de piscina, materia fecal, hojas de árboles, salinas, pistas de tenis,... Aunque cómo es lógico el EMP propone una lista de recomendaciones, objetivos preferentes y una estrategia para que la toma, análisis y almacenamiento de muestras por parte de los diferentes grupos participantes sea lo más parecida posible. Estás son:

1.- Definir el espacio de parámetros ambientales o EPS (Environmental Parameter Space). Las comunidades microbianas tienden a mostrar propiedades funcionales y taxonómicas semejantes si son aisladas de medio ambientes similares. Los microorganismos no entienden de fronteras ni límites, así que definir a las comunidades microbianas permitiría definir una lista de biomas globales (un bioma es un lugar geográfico con unas condiciones ambientales únicas).

2.- Definir la estrategia ideal de muestreo gracias a los EPS que permita determinar el la distintas familias de proteínas y explorar las interacciones tróficas entre las distintas comunidades microbianas (ejemplo: quién se come a quién)

3.- Definir la estrategia real de muestreo. Y es que del dicho al hecho...

4.- Definir la estrategia de secuenciación. O cómo lidiar con la secuenciación del DNA presente en las 200.000 muestras

5.- Seleccionar determinados ambientes para realizar una "secuenciación en profundidad". Se pretende seleccionar 100 muestras y realizar sobre ellas una secuenciación en detalle para realizar estudios metagenómicos y metatranscriptómicos.

6.- Análisis informático de los datos.

7.- Análisis final.

En resumen, el Proyecto del Microbioma de la Tierra será un esfuerzo multidisciplinar que involucrará a ecólogos, genetistas, microbiólogos, físicos, geólogos, informáticos, matemáticos, químicos, ... Y se espera que, al igual que el proyecto del genoma humano ha revolucionado la medicina, este proyecto acabe revolucionando nuestro conocimiento de la biosfera.





Esta entrada participa en el I Carnaval de la Biología cuyo anfitrión es el blog Microgaia.



ResearchBlogging.org

Gilbert JA, Meyer F, Antonopoulos D, Balaji P, Brown CT, Brown CT, Desai N, Eisen JA, Evers D, Field D, Feng W, Huson D, Jansson J, Knight R, Knight J, Kolker E, Konstantindis K, Kostka J, Kyrpides N, Mackelprang R, McHardy A, Quince C, Raes J, Sczyrba A, Shade A, & Stevens R (2010). Meeting report: the terabase metagenomics workshop and the vision of an Earth microbiome project. Standards in genomic sciences, 3 (3), 243-8 PMID: 21304727

lunes, 14 de febrero de 2011

Documental: "La guerra de las vacunas"

El pasado sábado emitieron por la 2 un documental titulado "La guerra de las vacunas" sobre el tema de los movimientos antivacunas en los Estados Unidos y en Gran Bretaña. Un tema que recientemente también ha tenido su repercusión en España. En el documental se nos muestra como nacieron dichos movimientos, la historia del fraude realizado por el doctor Wakefield (el Harry Lime del siglo XXI), y otros aspectos de interés. La página oficial de Documentos TV aún no lo ha colgado en la web, pero al menos en youtube se puede encontrar ya, aunque le falte una parte del inicio. Lo incluyo aquí por su interés.








jueves, 10 de febrero de 2011

Lo mejor del 2010


Happy Darwin Day. Fuente: Gonzolabs



Hoy es el Día de Darwin y además se está celebrando el I carnaval de la Biología con especial interés en las bacterias, que por algo son los seres vivos más abundantes del planeta. Así que aquí va un resumen del artículo del blog Small things considered escrito por Moselio Schaechter conjuntamente con Mark Martin y en el que han preguntado a diversos microbiólogos cuales han sido los artículos que más les han llamado la atención durante el 2010. Algunos han sido comentados en este blog, y otros lo serán.

Michael Yarmolinsky eligió ATP control of dynamic P1 ParA-DNA interactions: a key role for the nucleoid in plasmid partition escrito por Vecchiarelli, Han,Tan, M Mizuuchi, Ghirlando, Biertümpfel, Funnell, y Mizuuchi. Versa sobre el mecanismo de segregación de los cromosomas en el proceso de reproducción bacteriana.

Charles Yanofsky se inclina por los artículos aparecidos en la revista Microbe sobre Darwin, la evolución y la microbiología. El primero está escrito por Roberto Kolter y Stanley Maloy. El segundo por Richard Lenski describiendo su famoso experimento que ya lleva 50.000 generaciones.




David Lipson vota por el artículo de la "arsénico-bacteria" sobre todo por el revuelo que causó, más que por su calidad científica.




Forest Rohwer opina que el mejor es el artículo escrito por su grupo: Viral and microbial community dynamics in four aquatic environments, a pesar de que nadie lo entiende :)


Nanne Nanninga se decanta por dos trabajos. Uno es el de Venter y su grupo al conseguir construir una bacteria con un genoma sintetizado artificialmente. El otro es el titulado Rapid evolutionary innovation during an Archaean genetic expansion y que trata sobre la aparición de numerosos genes precediendo a la acumulación de oxígeno en la Tierra.




Michel Malamy da su voto al artículo Robust Growth of E.coli. en el que los autores han diseñado un dispositivo que permite estudiar la reproducción de varias células de E. coli de manera individual y durante largos periodos de tiempo.

Conrad Woldringh también se decanta por el proceso de reparto de los cromosomas. Entropy as the driver of chromosome segregation es el interesante título del artículo seleccionado.

Margaret McFall-Ngai escoge el artículo sobre las "Celestinas Microbianas" como lo más curioso del 2010.




Lisa Gorski prefiere el artículo sobre la microbiología de las pinturas rupestres y su importancia para la conservación del patrimonio cultural de la humanidad. Este tema lo usé hace tiempo para un problema de microbiología.




Yuri Gorbi ha seleccionado dos artículos sobre la comunicación entre comunidades microbianas al estilo "Avatar". Uno de ellos fue comentado en el blog y el otro ha sido publicado recientemente en Science.




Mark Martin lleva su elección a un artículo que describe como Salmonella es capaz de aprovechar el funcionamiento de nuestro sistema inmune para progresar en su infección y que fue comentado en "El podcast del Microbio". Su segunda elección es para el artículo que habla de la caracterización de la microbiota de la piel como una nueva herramienta forense y del que también hemos hablado.




Finalmente, Merry Youle seleccionó también dos artículos. Uno escrito por T Kenzaka, K Tani, y M Nasu titulado: High-frequency phage-mediated gene transfer in freshwater environments determined at single-cell level y que inspiró su entrada Promiscuous Bacteria and Playboy Viruses. El otro fue Decision Making at a Subcellular Level Determines the Outcome of Bacteriophage Infection y que disecciona el proceso denominado "decisión lisis-lisogenia" en el fago λ.




Esta entrada participa en el I Carnaval de la Biología cuyo anfitrión es el blog Microgaia.