Moscas, bacterias, virus y mecánica cuántica

Max Delbrück en 1940 (Fuente: Wikipedia)

No es la primera vez que hablamos de Max Delbrück. Era hijo de Hans Delbrück, un profesor de historia militar de la Universidad de Berlín. Estudió Astrofísica en la Universidad de Gottingen. Pero para su doctorado, que completó en 1930, eligió el campo de la Física Teórica, pues en ese momento estaba en plena ebullición. En 1932 trabajaba como asistente en el laboratorio de Lise Meitner y Otto Hahn. Allí publicó un trabajo sobre la dispersión de los rayos gamma debido a un fuerte campo electromagnético. Es lo que se conoce actualmente como "Dispersión de Delbrück". En esa época asistió a una conferencia de Niehls Bohr titulada "Luz y vida" sobre la aplicación de los principios de la Mecánica Cuántica a la Biología. que le convenció de que trabajase en Biología.

En 1935 publicó un artículo conjuntamente con N.W. Timofeef-Ressovsky y K.G. Zimmer que se tituló: Über die Natur der Genmutation und der Genstruktur, y que podría traducirse por: "Sobre la naturaleza de la mutación del gen y de su estructura". En mi opinión es el primer trabajo científico sobre Biología Molecular. El artículo describía como se se producían mutaciones en la mosca Drosophila melanogaster tras ser irradiada con rayos X. Hay que tener en cuenta que en esa época no se tenía ni idea de cuál era la naturaleza química del material genético. El descubrimiento del DNA aún estaba lejano en el tiempo. El gen era una entidad discreta, pero abstracta. Así que Delbrück teorizó sobre la estabilidad de dicha entidad enfrentando los datos genéticos a los postulados de la teoría atómica. Llegó a la conclusión de que la evolución debía haber estabilizado la estructura molecular de los genes de forma que su frecuencia natural a reordenarse y combinarse debía de ser muy inferior a la frecuencia de su reproducción. De lo contrario la información se perdería sin remedio a lo largo de las generaciones. Las mutaciones eran transiciones cuánticas causadas por fluctuaciones térmicas debidas al azar, o a la absorción de energía radiante.

Portada de la separata del artículo Sobre la naturaleza de la mutación del gen y de su estructura (Fuente: Bibliopolis)

El artículo de Delbrück y sus colaboradores inspiró a otro gran físico, Erwin Schröedinger, a escribir uno de los libros más influyentes de la Biología: "¿Qué es la vida?". Schröedinger realizó una predicción sobre las propiedades químicas y físicas que debía de cumplir el material genético. Desde el punto de vista de la química, la molécula portadora de la información genética debía de ser un "cristal aperiódico". Una estructura que fuera repetitiva pero que al mismo tiempo presentara diferencias entre sus subunidades. Y realizó una apuesta: el material genético debían de ser las proteínas. Erwin acertó en la predicción pero perdió en la apuesta.

En 1937 Delbrück decidió cambiar de aires. No era judío, pero la Alemania nazi se estaba volviendo peligrosa para cualquiera que no comulgara con el pensamiento único de la época. Se fue a trabajar a la división de Biología del Caltech, y una vez allí decidió cambiar de sujeto de experimentación. En lugar de moscas, se decantó por la bacteria Escherichia coli y los virus bacteriofagos. Dos años después publicó un artículo con E. L. Ellis titulado "El crecimiento del bacteriófago" en el que describía la multiplicación de los virus como un proceso explosivo de una sola etapa.

Gráficas del artículo "El crecimiento del bacteriófago" en el que se muestra la influencia de la temperatura en la multiplicación vírica. En cada gráfica se compara el crecimiento de Escherchia coli a esa temperatura (línea de puntos en el lado derecho, frente a la multiplicación explosiva y en un sólo paso del bacteriófago. (Fuente: Delbruck y Ellis, 1939)

Esta entrada participa en el XI Carnaval de la Física




N.V. Timofeeff-Ressovsky, K. G. Zimmer, & Max DelbrÜck (1935). Über die Natur der Genmutation und der Genstruktur Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, Fachgr, 13, 190-245
Ellis EL, & Delbrück M (1939). The growth of Bacteriophage. The Journal of general physiology, 22 (3), 365-84 PMID: 19873108
Dronamraju KR (1999). Erwin Schrödinger and the origins of molecular biology. Genetics, 153 (3), 1071-6 PMID: 10545442




.

¿Medicamentos a partir del cerebro de las cucarachas?

No, no está en un blog sobre pócimas y brujería. Pero lo cierto es que la noticia me ha hecho recordar una historia que oí una vez sobre un ungüento para tratar las infecciones de oído fabricado a base de alas de cucaracha machacadas y dejadas macerar en aceite de oliva. Por supuesto, ni lo he probado, ni recomiendo que alguien utilice algo tan asqueroso.

El caso es que el pasado 7 de septiembre se presentó una comunicación en un encuentro de la Society for General Microbiology que se celebra en la Universidad de Notinggham. La idea de los microbiólogos Naveed Khan y Simon Lee es que estos insectos suelen vivir en los lugares más sucios conocidos por el ser humano. Las cucarachas se arrastran por entre carne corrompida, vegetales podridos y desechos putrefactos repletos de bacterias y parásitos. ¿Cómo consiguen sobrevivir?

Los investigadores pulverizaron varias partes del cuerpo de estos insectos y los incubaron durante dos horas con distintas bacterias. Posteriormente, inoculaban la mezcla en una placa Petri y las dejaron en la estufa de crecimiento durante toda la noche. La sorpresa fue encontrar que los extractos del cerebro habían acabado con el 90% de las bacterias. Y entre las bacterias ensayadas estaba el estafilococo MRSA. No eran los únicos insectos con esta propiedad. El tórax de las langostas también acababa con los cultivos bacterianos.

Pero una sustancia puede ser un potente antibacteriano y sin embargo ser totalmente inútil. Lo siguiente que hicieron los investigadores fue incubar los extractos de insectos con células humanas de riñón o con células epiteliales para comprobar si las afectaban. Y vieron que no. Las células parecían crecer sin problemas.

Han intentado identificar las moléculas responsables de dicho efecto antimicrobiano. Al parecer son nueve, pero aún desconocen de que tipo son. También desconocen si el efecto antimicrobiano es debido a cada una de ellas o es un efecto sinérgico. Es decir, si actúan por separado o como un cóctel. Y finalmente, aún es pronto para decir si podrán tener aplicación terapéutica.

Y es que, como ya vimos en una entrada anterior, las cucarachas guardan un montón de sorpresas.

Share|

Microbe Manga: El Kiviak

Un alca, un inuit desenterrando el kiviak y aspecto de dicho alimento. Fuente de la imagen

Hace tiempo que no traía al blog alguna cosa de la serie "Moyashimon".

En el primer episodio de la serie se habla de un alimento esquimal conocido como Kiviak. Consiste en una piel de foca a la que se la rellena de gaviotas o de alcas. Después se cose y se la que entierra debajo de unas cuantas piedras pesadas. El peso de las rocar evita que los gases producidos durante la fermentación rompan el "contenedor". Tras uno o dos años, la foca se desentierra, se abre, y su contenido se aprovecha. El interior de los pájaros se ha convertido en una especie de salsa que sabe a queso azul (yo no la he probado). En la serie de dibujos podemos ver cómo se come dicho contenido, aunque también puede ser usado como una salsa para aliñar la carne de la foca.

¡Bon appetit!

Share

Una pinta de tetraciclina

.

Relieve del sarcófago de la reina Kawit, esposa de Metuhotep II . Dinastía XI. Posíblemente se está tomando una cerveza. Fuente de la imagen: Egiptomania

En los años 80 del siglo pasado el grupo arqueológico liderado por el profesor George Armelagos de la universidad de Emory realizó un descubrimiento sorprendente. Encontró trazas del antibiótico tetraciclina en huesos humanos procedentes de la antigua Nubia (el actual Sudán). Los restos fueron enterrados entre el 350 y el 550 DC, lo que quiere decir que los nubios producían antibióticos unos 1.500 años antes que Fleming descubriera la penicilina, Florey y Chain la fabricasen en masa, y Duggar descubriera la tetracilina.

El descubrimiento fue de casualidad. Lo que los anglosajones llaman serendipity y en castizo denominamos "chiripa". Debra Martin, becaria de Armelagos en aquellos años, estaba aprendiendo a hacer preparaciones oseas para el microscopio. Normalmente usaba un microscopio óptico normal, pero ese día estaba roto. Así que tomó sus muestras de momias nubias y se las llevó al microscopio de luz ultravioleta. La tetraciclina se une fuertemente al fosfato cálcico, y bajo la luz ultravioleta fluoresce con un intenso color verdoso. Si Debra Martin hubiera utilizado el microscopio normal, o las muestras hubieran sido de momias mayas, no se habría llevado la sorpresa de su vida.

Fluorescencia verde indicativa de depósitos de tetraciclina en huesos de momias nubias. Fuente de la imagen: esciencecommons

Evidentemente el descubrimiento fue acompañado de una cierta polémica. Algunos pensaron que era una contaminación moderna debida a los microorganismos que habían crecido al descomponer los cadáveres. Pero otros pensaron que no, y se preguntaron cuál sería la fuente de dicho antibiótico. En principio se pensó que podía ser debido al consumo de grano contaminado con la bacteria Streptomyces, pero no parecía probable porque en esas condiciones no se produce mucha tetraciclina. Streptomyces produce tetraciclina en cantidad cuando compite con otros microorganismos y no cuando crece solo.

Armelagos hipotetizó con el hecho de que los nubios conocían las técnicas artesanales de producción de cerveza ya que su reino era fronterizo al Antiguo Egipto. La cerveza es un cultivo de levaduras. Era probable que la cerveza nubia se contaminara con alguna especie de Streptomyces y que al competir con la levadura, sintetizara el antibiótico que se acumularía en la bebida.

Pero ¿realmente fue una contaminación esporádica? Si ese fuera el caso los niveles de tetraciclina en los huesos no deberían ser muy altos. La gente tomaría un lote contaminado alguna que otra vez pero eso no basaría para explicar la acumulación de tetraciclina en los huesos. Armelagos pensó que los maestros cerveceros nubios buscaban deliberadamente la producción de una cerveza conteniendo el microorganismo productor de ese antibiótico, aunque por supuesto no supieran que estaba ahí. De hecho, dos de sus becarios demostraron que Streptomyces era capaz de producir tetraciclina cuando crecía en cerveza fermentada al estilo nubio. Aunque eso no era suficiente para demostrar que la tetraciclina era producida de manera deliberada, era un indicio más.

Ahora han conseguido otro. En una de sus conferencias Armelagos conoció a Mark Nelson, químico experto en tetraciclinas de la compañía Paratek Pharmaceuticals. Nelson le pidió unas muestras de huesos para analizarlas y tras disolverlas en ácido fluorhídrico determinó los niveles de tetraciclina en los huesos. Los resultados indicaban que los huesos estaban saturados de tetraciclina, lo que quería decir que los nubios la tomaban durante largos períodos de tiempo y no de manera esporádica. No sólo eso. El hecho de encontrar altos niveles de tetraciclina en el cráneo y la tibia de un niño de 4 años podría indicar que la utilizaban con fines medicinales para tratar algún tipo de enfermedad, aunque en el caso del infante, sin éxito. Eso, o a los nubios les gustaba alcoholizar a los menores.

Depósito amarillo de tetraciclina purificada a partir de los huesos de las momias nubias. Fuente de la imagen: esciencecommons

¿Y cómo llegaron los maestros cerveceros a producir tetraciclina en su cerveza? Nelson propone una interesante hipótesis. El primer antibiótico de la clase de las tetraciclinas fue descubierto por Duggar en 1948 fue la aureomicina. La denominó así porque la colonia que la producía tenía un bonito color dorado (Streptomyces aureofaciens). Quizás los maestros cerveceros nubios pensaron que habían recibido un regalo de los dioses cuando abrieron una de sus cubas cerveceras y encontraron flotando sobre su superficie una gran masa de color dorado. Y cómo los nubios eran antiguos, pero no tontos, aplicaron las técnicas tradicionales de producción cervecera para mantener a dicho fermento.

Y ¿para qué la usaban? pues o bien se consideraba que debía de tener alguna propiedad diferente a la cerveza tradicional, por ejemplo como medicamento (ver la especulación más arriba) o bien la cerveza con un toque de tetraciclina está más rica que la que se producía tradicionalmente. Supongo que el tiempo lo dirá.

Colonias de Streptomyces aureofaciens. Desgraciadamente el medio de cultivo no parece inducir la producción de pigmento amarillo. Fuente de la imagen: prodantibiotic

Links relacionados:
Twisted BacteriaTetraciclina en los huesos de los habitantes de Pompeya.
Amazings: Los nubios ya usaban antibióticos hace 2.000 años

Nelson ML, Dinardo A, Hochberg J, & Armelagos GJ (2010). Brief communication: Mass spectroscopic characterization of tetracycline in the skeletal remains of an ancient population from Sudanese Nubia 350-550 CE. American journal of physical anthropology, 143 (1), 151-4 PMID: 20564518

Share

Seis enfermedades que ni siquiera sabías que podías atrapar

.

Hace cosa de un año la revista New Scientist publicó un artículo con ese sugestivo y alarmante título. Se hacía un breve resumen de aquellas enfermedades que se pensaba que podían tener como causa un microorganismo patógeno, en contra del tradicional punto de vista de que su origen era debido a causas genéticas, envejecimiento o malos hábitos alimentarios. Repasemos la lista otra vez con sus recientes actualizaciones:

Obesidad.

A finales de los años 80 el medico indio Nikhil Dhurandha se encontró con que el adenovirus Ad-36 causaba obesidad en ratones y marmotas. Además encontró que el 30% de las personas obesas presentaban anticuerpos contra dicho virus. No era el único. El adenovirus SMAM-1 también parece ser adipogénico. Pero la hipótesis de la "infectobesidad" todavía no está demostrada al completo.

Hay estudios sobre poblaciones infantiles que la apoyan:

- Human adenovirus-36 antibody status is associated with obesity in children

- Association between human adenovirus-36 and lipid disorders in Korean schoolchildren

Y otros realizados en población adulta que no la apoyan:

- Adenovirus 36 seropositivity is strongly associated with race and gender, but not obesity, among US military personnel

- Lack of Evidence for the Role of Human Adenovirus-36 in Obesity in a European Cohort.

Diabetes.

En el caso de la diabetes de tipo I los sospechosos son los enterovirus del grupo Coxsackie B (conocidos por sus siglas CBV) pero también hay otras familias víricas implicadas. Al parecer la infección por estos virus puede desencadenar una respuesta autoinmune que acaba destruyendo las células del páncreas.

- Infection with viruses from several families triggers autoimmune diabetes in LEW*1WR1 rats: prevention of diabetes by maternal immunization.

- Phagocytosis of enterovirus-infected pancreatic beta-cells triggers innate immune responses in human dendritic cells.

Esquizofrenia.

El culpable en este caso es un bicho mucho más grande, aunque también puede haber otros implicados. Se trata del parásito Toxoplasma gondii, (Toxo para los amigos). Ya vimos en una entrada anterior que Toxo era un parásito cuyo hospedador final era el gato pero que tenía como hospedador intermedio al ratón. Toxo cambiaba el comportamiento del roedor de manera tal que le hacía perder el miedo y de esa forma se convertía en presa fácil de los felinos. Bueno, pues se piensa que en los humanos puede ser el responsable de algunos casos de comportamiento esquizofrénico. Y la evidencia parece ir acumulándose:

- Toxoplasma and schizophrenia.

- Toxoplasmosis as a cause for behaviour disorders--overview of evidence and mechanisms.

Cáncer de pecho.

Volvemos a los virus. En este caso se sabe desde los años 30 del pasado siglo que hay un retrovirus que causa tumores de mama en ratones (Mouse Mammary Tumor Virus o MMTV). En en año 2007, la investigadora Beatriz Pogo del Mount Sinai School of Medicine en Nueva York, encontró que en el 38% de los tumores de pecho se encontraba una secuencia semejante a la del MMTV. Recientemente han publicado la detección de un retrovirus al que han denominado Betaretrovirus Humano o HBRV

- Detection of human mammary tumor virus proteins in human breast cancer cells

Trastorno Obsesivo-Compulsivo.

El trastorno obsesivo-compulsivo es una enfermedad mental que se manifiesta como comportamientos repetitivos y ritualistas, como por ejemplo el lavarse las manos cada pocos minutos, tratando frenéticamente de deshacerse de los gérmenes. Varias causas han sido propuestas, que van desde los genes hasta infancias traumáticas. Más recientemente, el interés se ha centrado en una parte del cerebro llamada ganglio basal, que se cree que participa en la toma de decisiones. Los casos de TOC surgen después de la lesión a esta área, por ejemplo, después de una apoplejía o un golpe en la cabeza.

En los años la neurobióloga Susan Swedo encontró una posible correlación entre infecciones pediátricas por estreptococos del grupo A y la aparición del TOC en niños. Se hipotetizó con la posibilidad de que la infección desencadenase algún tipo de respuesta autoinmune. Por ello se la denominó Trastorno Pediátrico Neurosiquiátrico Autoinmune Asociado a Estreptococos o PANDAS por sus siglas en inglés. Sin embargo, los últimos estudios realizados parecen apuntar a que si existe dicha correlación, esta sería muy débil.

- Streptococcal infection, Tourette syndrome, and OCD: is there a connection?

Cáncer de próstata.

En el año 2006, un equipo dirigido por Joseph DeRisi, un bioquímico en el Howard Hughes Medical Institute en San Francisco, analizó diversos cánceres de próstata en busca de virus y descubrieron que algunas de las muestras contenían un nuevo retrovirus estrechamente relacionado al virus xenotrópico de la leucemia murina (XMRV), que se sabe que causan tumores en ratones. Curiosamente, los pacientes eran deficitarios en la enzima antiviral RNasa L. Este retrovirus también ha sido asociado con la aparición del síndrome de fatiga crónica, sin embargo, aún no hay pruebas concluyentes de dicha asociación.

- Biology and pathophysiology of the new human retrovirus XMRV and its association with human disease.

Atkinson RL, Lee I, Shin HJ, & He J (2010). Human adenovirus-36 antibody status is associated with obesity in children. International journal of pediatric obesity : IJPO : an official journal of the International Association for the Study of Obesity, 5 (2), 157-60 PMID: 19593728

Goossens VJ, Dejager SA, Grauls GE, Gielen M, Vlietinck RF, Derom CA, Loos RJ, Rensen SS, Buurman WA, Greve JW, van Baak MA, Wolffs PF, Bruggeman CA, & Hoebe CJ (2009). Lack of Evidence for the Role of Human Adenovirus-36 in Obesity in a European Cohort. Obesity (Silver Spring, Md.) PMID: 20010727

Schulte BM, Kramer M, Ansems M, Lanke KH, van Doremalen N, Piganelli JD, Bottino R, Trucco M, Galama JM, Adema GJ, & van Kuppeveld FJ (2010). Phagocytosis of enterovirus-infected pancreatic beta-cells triggers innate immune responses in human dendritic cells. Diabetes, 59 (5), 1182-91 PMID: 20071599

Fekadu A, Shibre T, & Cleare AJ (2010). Toxoplasmosis as a cause for behaviour disorders--overview of evidence and mechanisms. Folia parasitologica, 57 (2), 105-13 PMID: 20608472

Melana SM, Nepomnaschy I, Hasa J, Djougarian A, Djougarian A, Holland JF, & Pogo BG (2010). Detection of human mammary tumor virus proteins in human breast cancer cells. Journal of virological methods, 163 (1), 157-61 PMID: 19781575

Share|

Bernoulli y la inmunización frente a la viruela

Cuando uno escucha el nombre de Bernoulli inmediatamente piensa en flujos y turbulencias. En el campo de la Biología, la dinámica de fluidos tiene bastante importancia en disciplinas como la Fisiología Animal; movimiento de la sangre y otros fluidos corporales; y Vegetal; movimiento de la savia, captación de agua. También en el campo de la Microbiología, sobre todo en el aspecto Industrial.

Pero Bernoulli también es conocido en el campo de la Infectología y las vacunas. El motivo es que fue el primero en demostrar matemáticamente que la inoculación de la viruela era efectiva. Todos hemos oído hablar de Jenner y de su famoso experimento de 1796. Pero si nos paramos un poquito a pensar, Jenner sólo hizo UNA prueba. En el mundillo de la investigación hay un chiste que dice: One experiment, one paper. Two experiments, no paper. Y es que no sería la primera vez que un experimento es exitoso pero al tratar de repetirlo, lo observado anteriormente no se reproduce.

De hecho Jenner no descubrió nada nuevo, sólo lo hizo mucho más simple, seguro y efectivo. La inmunización frente a la viruela se comenzó a realizar en el Reino Unido en 1724. Y todo gracias a Lady Montagu, la esposa del embajador británico en Turquía. Ella observó que los turcos utilizaban un método de inoculación para inmunizar a la población, y ella consintió en que lo practicaran en su hija. Cuando volvió a Inglaterra, ella y el médico de la embajada briánica describieron el procedimiento.

Pero no siempre ocurría la inoculación era efectiva. Había casos de personas inoculadas que posteriormente padecían la enfermedad. Así que más de uno empezó a pensar que lo de la inoculación no era medicina, sino superchería turca. Y aquí es donde entró el amigo Bernouilli. Porque además de ser un gran físico, también era un gran matemático. En el año 1760 realizó un análisis estadístico de los datos de inoculación para comprobar la mortalidad y la morbilidad en aquellos que habían sido incoulados, frente a los no inoculados. Ni que decir tiene que demostró que la inoculación era efectiva.

Esta entrada participa en la X Edición del Carnaval de la Física publicado en CIENCIAMANIA

Share|

El enemigo interior

En el blog ya comentamos que una gran parte de nuestro genoma está compuesto por genes virales que se han ido integrado a lo largo de nuestra historia evolutiva como una especie de "fósiles moleculares". Hay hasta un 8 por ciento de genes de origen retroviral en nuestro DNA. Eso no es raro si pensamos que los retrovirus necesitan integrarse en el genoma del hospedador para multiplicarse. Si un retrovirus se integra en el genoma de una célula germinal y al hacerlo se inactiva, la célula no sufre daño y el genoma viral puede pasar a la descendencia.

Pero ¿y los virus que no necesitan integrarse en el DNA para multiplicarse? ¿También han dejado su huella genética en nuestros cromosomas?. Un reciente artículo publicado en PLoS Pathogens parece demostrar que así ha sido.

Se ha realizado un análisis tomando las secuencias de los 5.666 genes de todas las familias de virus no-retrovirales con RNA de cadena sencilla y las han enfrentado a los genomas de 48 especies de vertebrados buscando similitudes. Y se han encontrado que las mayores similitudes se da con dos grupos muy peculiares. Los Bornavirus y los Filovirus. El primer grupo es un tipo de virus que causa una enfermedad neurológica sobre todo en caballos. Pero en el segundo grupo nos encontramos a patógenos tan terribles como el virus Ébola.

¿Y cómo han llegado hasta allí? Anna Marie Skalka del Fox Chase Cancer Center en Filadelfia, y una de los coautores del artículo, cree que esos virus RNA han aprovechado el proceso de transcripción del RNA para integrarse en el genoma en forma de los llamados elementos LINE (Long Interspersed Repetitive Elements o Largos Elementos Repetitivos e Intercalados)

Cuando eso ocurre a la célula le pueden pasar tres cosas: nada, algo malo o algo bueno. En el caso de "lo malo", hay integraciones LINE que están relacionadas con procesos tumorales. ¿Y "lo bueno"? se especula con la posibilidad de que los LINE permitan la creación de nuevos genes y de esa forma aumentar la potencialidad evolutiva del portador. Los datos también indican que muchos de estos virus son más antiguos de lo que se pensaba y que no han sufrido muchos cambios desde que se integraron en los genomas de sus hospedadores hace unos 40 millones de años.

Eso es bastante interesante. Hasta ahora se pensaba que el Ébola y otros virus hemorrágicos eran bastante recientes en términos evolutivos. No sólo eso, al ser virus RNA se pensaba que evolucionaban también muy rápidamente. Pero el grado de similitud entre los virus actuales y las secuencias encontradas en los genomas muestran que no ha sido así y que han cambiado muy poco a lo largo de la evolución de los primates.

El hecho de que estén presentes desde hace 40 millones de años permite apuntar la posibilidad de que dan algún tipo de ventaja selectiva. ¿Cuál es? Se especula con la posibilidad de que causen una cierta "inmunidad genética" a la manera de lo que hacen los virus lisógenos como el fago lambda en las bacterias. La integración de un genoma viral evitaría que un virus relacionado pudiera multiplicarse en la célula. Pero también podrían dar algún otro tipo de ventaja o de efecto que desconocemos. Debemos recordar que recientemente se encontró que un gen de origen retroviral está implicado en el crecimiento de la placenta en los vertebrados. Así que, quién sabe que sorpresas nos aguardan con los filovirus.

Vladimir A. Belyi, Arnold J. Levine, & Anna Marie Skalka (2010). Unexpected Inheritance: Multiple Integrations of Ancient Bornavirus and Ebolavirus/Marburgvirus Sequences in Vertebrate Genomes PLoS Pathogens, 6 (7) : 10.1371/journal.ppat.1001030

Share|

Vacunas al estilo Mary Poppins

Probablemente todo el mundo habrá visto alguna vez la película Mary Poppins, así que es posible que recuerden la canción "Con un poco de azúcar" (A spoonful of sugar) en la que la protagonista cantaba las bondades de usar el dulce compuesto para hacer más llevaderos los malos tragos.

Bueno, pues no sólo sirve para eso, también puede servir para elaborar mejores vacunas. Un reciente artículo publicado en la revista mBio a cargo de un grupo de la Universidad de Massachusetts describe como la combinación de β-(1-3)-D-glucanos con un antígeno, activa una potente respuesta inmune, tanto celular como humoral.

Las moléculas de β-(1-3)-D-glucano son largas cadenas de glucosa que pueden obtenerse a partir de extractos de paredes de hongos, como por ejemplo de la seta shiitake o de la levadura Sacharomyces cereviseae. El glucano es un compuesto específico de los hongos por lo que el sistema inmune lo reconoce como algo "ajeno". Nuestras células del sistema inmune innato reconocen a las moléculas de glucano a través del receptor CR-3, activándose una respuesta ante una posible infección fúngica.

Las partículas de β-Glucano son largas cadenas polisacarídicas que se pliegan formando estructuras porosas. El grupo liderado por el Dr. Levitz ha tenido la idea de "cargar" estas estructuras con ovoalbúmina, una proteína comúnmente usada como antígeno modelo en la elaboración de vacunas. De esta forma combinaban dos propiedades deseables, por un lado las estructuras de β-(1-3)-D-glucano transportan el antígeno, y por otro sirven como adyuvante inmunitario (Un adyuvante es una sustancia que potencia, de forma no específica, la respuesta inmunitaria frente a un antígeno).

Estas "bombas" de β-Glucano cargadas de ovoalbúmina (GP-OVA) son fagocitadas rápidamente por las células dendríticas, unas células del sistema inmune innato especializadas en la fagocitosis y en la presentación de antígeno (células APC). Tras la fagocitosis hay una rápida proteolisis de la ovoalbúmina, estimulación de secreción de citokinas y proliferación celular de linfocitos CD8+ y CD4+. La respuesta inmune inducida es de tipo Th1 y Th17, la típica respuesta que se desencadena en caso de infección por patógenos fúngicos como Cryptococcus o Aspergillus. Pero además hay producción de Inmunoglobulinas G. Cuando se utiliza ovoalbúmina combinada con alúmina como adyuvante, la respuesta inmunitaria es 100 veces menor.

Experimento que muestra la fagocitosis y proteolisis del GP-OVA por células dendríticas. Las partículas GP han sido cargadas con ovoalbúmina conjugada con el fluoróforo BODIPY FL. Si la proteína es degradada, se libera el fluoróforo y comienza a brillar con luz verde al ser expuesto a la luz UV. Las microfotografías superiores muestran la fluorescencia y las inferiores la fluorescencia y el campo claro simultáneamente. Empezando por la izquierda. GP-DQ-OVA: partículas GP con ovoalbúmina, no se ve fluorescencia. DCs: células dendríticas, no se ve fluorescencia. 30 m, 1 h, 4 h.Tiempos de incubación de las partículas GP-DQ-OVA con las células dendríticas. El aumento de fluorescencia indica que las partículas son fagocitadas y la albúmina destruida (fuente:Huang et al.)

Las vacunas más conocidas suelen producir una activación de la respuesta inmune humoral (o de activación de células B productoras de anticuerpos). La importancia del trabajo radica en que la respuesta inmune desencadenada por este tipo de estrategia es principalmente una respuesta de activación de las células T, lo que puede ser muy interesante en el diseño de vacunas frente a patógenos fúngicos.

Haibin Huang, Gary R. Ostroff,, Chrono K. Lee, Charles A. Specht, & Stuart M. Levitz (2010). Robust Stimulation of Humoral and Cellular Immune Responses following Vaccination with Antigen-Loaded β-Glucan Particles mBio, 1 (3) : 10.1128/​mBio.00164-10

Share|

El microscopio que vino del frío

Imagen utilizada en la portada de la revista Cell en la que puede verse la estructura tridimensional del aquaerovirus en estado durmiente (arriba a la izquierda). Al perder las proteínas de protección (en azul) el virión pasa al estado "cebado" (abajo a la derecha) en el que es capaz de penetrar la membrana de su célula objetivo gracias a la proteína VP5 (abajo a la izquierda). Fuente de la imagen: Zhang et al. 2010.

El pasado abril la revista Cell publicó una portada en la que se representaba la reconstrucción en 3D de un aquaerovirus. No es la primera vez que una imagen de ese tipo aparecía en dicha revista. La novedad era la resolución alcanzada gracias a la técnica utilizada para realizarla. Se había utilizado la crio-microscopía electrónica o Cryo-EM.

Esta nueva técnica permite observar especímenes biológicos a resoluciones de 3'3 Angstroms (3'3 x 10^-10 m). Para hacernos una idea, el diámetro de un átomo de hidrógeno es de 2 Angstroms. Es decir, con esta técnica podemos ver los átomos que componen las macromoléculas. Y en el caso que nos ocupa, es la primera vez que se ha podido reconstruir la estructura de un virus completo a escala atómica.

La puesta a punto de dicha técnica se debe al grupo del profesor de microbiología Hong Zhou de la Universidad de California Los Angeles. Con ella pretenden realizar reconstrucciones tridimensionales de nano-máquinas y otras nano-estructuras como los virus. La reconstrucción 3-D de los complejos biológicos es posible gracias a que las muestras son congeladas muy rápidamente (congelación flash) utilizando etano o nitrógeno líquido. Cuando esto sucede, el agua no forma cristales de hielo, sino que se congela formando hielo vítreo. Y una característica peculiar del hielo vítreo es que no aumenta de volumen, lo que permite por un lado que las muestras biológicas no se vean alteradas y por otro que puedan ser observadas en condiciones de vacío. Es decir, con esta técnica podemos ver especímenes biológicos al microscopio electrónico en su estado más nativo posible.

Arriba a la derecha se ve una fotomicrografía de los viriones embebidos en hielo vítreo. Analizando 20.000 imágenes como esa puede reconstruirse la estructura tridimensional del virus que se muestra debajo. A la derecha puede verse una zona ampliada del virión. Hay cuatro trímeros VP5 marcados (Q, R, S, y T), and positions of 2- (ellipse), 3- (triangle) and 5-fold (pentagon) axes are indicated Fuente de la imagen: Zhang et al. 2010.

El grupo de Zhou ha utilizado la Cryo-EM para estudiar a los aquaerovirus, unos virus sin envoltura que infectan a peces y a moluscos. Su interés radica en que son un problema para las piscifactorías o para los criadores de mejillones. La cuestión era entender como conseguían entrar estos virus en las células que parasitan. Los virus que presentan envolturas membranosas, como son el virus de la gripe o el virus del SIDA, lo hacen fusionando su membrana con la de la célula a la que van a parasitar. Los virus sin esas envolturas lo hacen de otra forma, aún no muy bien comprendida.

En el caso de los aquaerovirus, gracias a Cryo-EM se ha podido determinar que el virus se encuentra en un estado "durmiente" rodeado de una capa protectora proteica. Para infectar a sus células objetivo, el virus debe de perder dicha capa protectora y entonces se habla de que se encuentra en un estado "cebado". Al perderse la capa protectora, una proteína denominada VP5 sufre un proceso de autoescisión, lo que causa un cambio de conformación que le permitirá penetrar la membrana al virión e infectar la célula.

Esta entrada participa en el IX carnaval de la Física que puede verse en el blog Experientia Docet

Zhang X, Jin L, Fang Q, Hui WH, & Zhou ZH (2010). 3.3 A cryo-EM structure of a nonenveloped virus reveals a priming mechanism for cell entry. Cell, 141 (3), 472-82 PMID: 20398923

Share

La Micología está de luto

Acabo de recibir la noticia de que José Pontón, presidente de la AEM durante los años 2000 a 2008, acaba de fallecer.

El profesor José Pontón trabajaba en la Universidad del País Vasco e impartía docencia en la facultad de medicina desde el año 1978. Su experiencia investigadora se centraba en el diagnóstico serológico de las micosis más importantes en España, sobre todo en las candidiasis.

Descanse en paz

Share

Microbio vs. Mineral

El autor de la microfotografía es Michael P. Zach, de la Universidad de Wisconsin-Stevens Point. Y la tituló: Microbio vs. Mineral - Una lucha a vida o muerte en el desierto. Lo que vemos es una muestra de sal recolectada en un valle árido cercano al Parque Nacional del Valle de la Muerte, en California. Zach pulverizó la sal y le añadió una gota de agua. El agua disolvió la sal pero al mismo tiempo "resucitó" a los microorganismos que había en ella. Son las pequeñas motas oscuras de forma bacilar que aparecen sobre el fondo. La foto fue tomada cuando el agua comenzó a evaporarse de nuevo, lo que provoca que la sal cristalice. Los cristales actúan como minúsculos prismas que descomponen la luz en bellos arcoiris.

La imagen consiguió una mención de honor en el Concurso sobre Visualización para la Ciencia y la Ingeniería del 2009,

Share|

Tesis: El Musical

Creo que vamos a tener que incluir este musical como una optativa de último curso de los nuevos grados.

Primera parte: ¡Me hago doctor!

Segunda parte, la financiación: Por dios, basta ya (yo sólo quiero cobrar)

Tercera parte, la ilusión: Doctoras al poder

Cuarta parte, la estancia: Help!

Quinta parte, la histeria: Y ya estoy estresao

Sexta parte, la escritura: Escribir así es un sinvivir

¡Ánimo! que no hay tesis que cien años dure, (ni becario que lo resista)

Share|

Cine y bichos: The story of Louis Pasteur

No entiendo muy bien el porqué en España se tituló "La tragedia de Louis Pasteur", aunque es cierto que la película está relatada en un tono melodramático muy del gusto de los años 30 del siglo pasado. Fue dirigida por William Dieterle, conocido por obras como "El jorobado de Notre Dame" o "La vida de Emile Zola", aunque también realizó un film dedicado a Paul Ehrlich, el padre de la quimioterapia. El actor Paul Muni, famoso por su papel protagonista en "Scarface", fue el encargado de interpretar a Louis Pasteur.

La verdad es que uno mira el cartel original y lo primero que piensa es que va a ver una película de terror sobre algún científico loco. Afortunadamente en aquella época el nombre de Pasteur era famoso en todo el mundo por sus importantes logros en el campo de las enfermedades infecciosas y de las vacunas, por lo que supongo que el público conocía en parte lo que iba a ver.

Y es ahí donde se centra el argumento de la película. En los numerosos esfuerzos de Pasteur para conseguir convencer a la comunidad científica de que las enfermedades son producidas por la infección de los microorganismos y en cómo desarrolla sus dos vacunas más conocidas: la del carbunco (a la que denominamos ahora por el anglicismo "ántrax") y la de la rabia. Ya he indicado que está contada en tono melodramático. Pasteur se nos presenta como un visionario, un químico loco del cual se ríe toda la profesión médica. A pesar de las burlas, gracias a su conciencia, tesón y sacrificio conseguirá llevar a cabo sus investigaciones, convencer a los escépticos y finalmente triunfar siendo reconocido y honrado por todos. No puede faltar el romance entre una de las hijas de Pasteur y un joven médico que ayudará a Pasteur en sus investigaciones. Lo dicho, un melodramón de la época.

Paul Muni en su papel de Louis Pasteur

En el aspecto cinematográfico es el típico biopic épico similar a "Edison, el hombre" o "The white Angel". Ahora nos parecería que los actores sobreactúan y que la trama es bastante simplona. Y si alguien la ve en versión original se encontrará que Paul Muni intenta dar un acento "francés" al inglés que habla su personaje, pero el resto de "franceses" hablan en inglés normal. Lo mejor de la interpretación de Muni es que recrea correctamente a Pasteur como un trabajador incansable, que lo era. También destacaría que la película no trata de ridiculizar a aquellos médicos que se burlan de Pasteur. Tan sólo los muestra como personas que están equivocadas pero que finalmente se verán convencidos gracias a los experimentos, tal y como se muestra en la secuencia dedicada a la prueba de la vacuna contra el carbunco en Pouilly-le-fort.

Recreación del experimento de Pouilly-le-fort

El film recoge diversas anécdotas famosas de la vida de Pasteur como cuando tomó una muestra de saliva de las fauces de un perro rabioso o cuando decidió usar su vacuna antirrábica en el niño Joseph Meister. Pasteur sabía que al no ser médico, si el niño moría se arriesgaba a ser acusado de homicidio y de intrusismo por lo que podía acabar en la cárcel. Para añadir dramatismo en la película incluso sugiere que puede ser guillotinado. También se recrea el ataque de apoplejía que sufrió hacia el final de su vida, aunque este sucedió cuando investigaba la pebrina, no cuando desarrollaba la vacuna contra la rabia.

En el aspecto científico no está mal. Se nos muestra como Pasteur llevaba a cabo muchas de sus investigaciones en un laboratorio que montó en su propia casa. No siempre fue así, sobre todo cuando alcanzó merecida fama. Otro aspecto a destacar es que Pasteur no es el único gran científico que sale. También vemos a Joseph Lister, el padre de los procedimientos asépticos en cirugía, o a Emile Roux, que desarrollaría un suero anti-difteria. La principal carencia de la cinta es que obvia todo el trabajo realizado por Pasteur sobre la estereoisomería del ácido tartárico, la refutación de la teoría de la generación espontánea, la fermentación de la cerveza, la anaerobiosis, y la erradicación de la pebrina. Sólo se centra en su trabajo con los microbios patógenos que afectan a los humanos. Pero hay que recordar una cosa. En 1935, año del estreno de esta película, no existían los antibióticos. Las infecciones eran un asunto sanitario muy serio, y se pensaba que la única forma efectiva de combatir a los microorganismos era mediante el desarrollo de vacunas y la observación de estrictas medidas de higiene. Además, hacía tan sólo diez años que las investigaciones de Alice Catherine Evans habían resultado en la obligación de pasteurizar la leche en las industrias lácteas estadounidenses como una medida para frenar la incidencia de la brucelosis. Así que no es de extrañar que la película fuera un pequeño éxito. De hecho, el actor Paul Muni siguió interpretando a Pasteur en seriales radiofónicos (tampoco había televisión).

Resumiendo, una añeja, pero entretenida e instructiva película.

Trailer promocional de la película

Pasteur L, Chamberland, & Roux (2002). Summary report of the experiments conducted at Pouilly-le-Fort, near Melun, on the anthrax vaccination, 1881. The Yale journal of biology and medicine, 75 (1), 59-62 PMID: 12074483

Share

Síndrome de Fatiga Crónica y Virus: una polémica científica

Microfotografía del XMRV. ¿Será el causante del Síndrome de Fatiga Crónica? (fuente: Virology Blog)

Las aguas están un poco revueltas en el mundo de la Virología. Hay muchos grupos investigadores que intentan encontrar la causa de la patología conocida como Síndrome de Fatiga Crónica (SFC). En el año 2009 apareció un estudio que afirmaba que el virus XMRV (por Xenotropic Murine Leukemia Virus) podría ser la causa de la enfermedad. Pero aparecieron otros estudios que rebatían dicha hipótesis. Y las espadas siguen en alto.

El último acto de esta lucha, que puede leerse en la revista Science, ha sido la polémica creada por la decisión de la revista PNAS de bloquear la publicación de un artículo que apoyaba la hipótesis del XMRV como agente etiológico del SFC. Dicha decisión fue tomada tras la publicación en la revista Retrovirology, de un estudio llevado a cabo por el CDC (Centers for Disease Control) que precisamente demostraba lo contrario: que no había relación entre XMRV y Síndrome de Fatiga Crónica.

No es raro encontrar resultados científicos contradictorios. A veces es cuestión de que se ha cometido un error en los procedimientos, otras de que la hipótesis de partida es incompleta o errónea. En el blog hemos visto unos cuantos ejemplos de artefactos. Generalmente, cuando un grupo investigador manda su trabajo a una revista, el editor suele enviarlo a otros científicos del área para que lo revisen y encuentren los posibles fallos. Es lo que se conoce por "revisión por pares" (peer-review). Si el artículo es aprobado por los revisores, entonces se publica. El proceso no es perfecto, y en este blog ya hemos hablado de ello, pero en líneas generales funciona bastante bien.

Lo que es novedoso, y grave, es que el consejo editor de una de las revistas haya decidido bloquear la publicación de un estudio a pesar de que haya sido aprobado por los revisores. Como indican en Virology Blog, el bloqueo es un error porque, los científicos y el público en general, pueden pensar que PNAS está tratando de publicar sólo aquello que el consejo editorial cree que es correcto y no aquello que experimentalmente es correcto. Es decir, se está aplicando una censura.

La Ciencia es una actividad humana, y los humanos comentemos errores. Pero gracias al método científico, la Ciencia se autocorrige y los errores son detectados. El hecho de publicar dos artículos contradictorios lo único que indica es que los experimentos posteriores deben de estar mejor hechos para así conseguir aclarar si el virus causa el SFC o no. Veremos como continúa la historia.

Lombardi, V., Ruscetti, F., Das Gupta, J., Pfost, M., Hagen, K., Peterson, D., Ruscetti, S., Bagni, R., Petrow-Sadowski, C., Gold, B., Dean, M., Silverman, R., & Mikovits, J. (2009). Detection of an Infectious Retrovirus, XMRV, in Blood Cells of Patients with Chronic Fatigue Syndrome Science, 326 (5952), 585-589 DOI: 10.1126/science.1179052

Switzer, W., Jia, H., Hohn, O., Zheng, H., Tang, S., Shankar, A., Bannert, N., Simmons, G., Hendry, R., Falkenberg, V., Reeves, W., & Heneine, W. (2010). Absence of evidence of Xenotropic Murine Leukemia Virus-related virus infection in persons with Chronic Fatigue Syndrome and healthy controls in the United States Retrovirology, 7 (1) DOI: 10.1186/1742-4690-7-57

Share|

Bombas atómicas, bacterias y delfínes

Leó Szilárd y Aaron Novick. Hace 60 años inventaron el quimiostato.

Si le preguntara a un físico quién fue Leó Szilárd es probable que me respondiera: fue el extraterrestre que ideó la bomba atómica. Pero si le preguntamos a un microbiólogo industrial respondería: fue el extraterrestre que inventó el quimiostato.

Esto último no lo hizo él solo, sino en compañía del químico Aaron Novick, uno de los pioneros de la Biología Molecular. Ambos se habían conocido en 1943 durante el desarrollo del "Proyecto Manhattan". El trabajo de Novick versaba sobre la purificación del plutonio, material con el que se construyó la bomba arrojada sobre Nagasaki. Después de la Segunda Guerra Mundial muchos de los científicos que habían estado involucrados en el desarrollo de las armas atómicas comenzaron a renegar de ellas y a trabajar en aras de la paz. Además de llevar a cabo diversas campañas de concienciación social también comenzaron utilizar sus neuronas en el campo de la Biología. Szilárd y Novick comenzaron su colaboración en 1947, y se centraron en entender el crecimiento bacteriano y como sacar provecho del mismo.

Esquema muy simplificado de un quimiostato aeróbico. La tubería superior añade medio fresco en el cultivo microbiano. La tubería inferior actúa como un aliviadero o rebosadero. Nótese que el mismo volumen que entra en el quimiostato sale por la parte inferior. (origen de la imagen)

Tomando como base la ecuación conocida como "Primera Ley de Monod" en el año 1950 consiguieron desarrollar el quimiostato, un tipo de biorreactor en el que los microorganismos de su interior se encuentran creciendo exponencialmente de manera constante. Es lo que se llama un cultivo continuo. El quimiostato permite controlar de modo independiente la concentración celular del interior y la velocidad de crecimiento del cultivo. La velocidad de crecimiento se controla ajustando la velocidad de dilución. En el quimiostato entra medio nutritivo fresco al mismo tiempo que sacamos medio nutritivo usado. Cuanto más alta sea la velocidad de dilución más rápidamente deben de crecer las células. La concentración celular se controla variando la concentración del nutriente que entra. Cuanta más comida entra, más células habrá dentro del quimiostato.

Esquema simple del proceso de depuración de aguar residuales. (origen de la imagen)

Y eso ¿para qué sirve? Bueno, para muchas cosas. Podríamos decir que sin los quimiostatos no existiría biotecnología industrial. Pero probablemente su aplicación más conocida es para la depuración de aguas, ya sea mediante procesos aeróbicos o anaeróbicos. Una estación depuradora de aguas es una especie de quimiostato en el que el "medio de cultivo fresco" es el agua residual que entra en la planta y que sirve para alimentar a los fangos activos (los microorganismos). Posteriormente se retiran los fangos del agua mediante decantación y así conseguimos agua depurada.

En 1961, Szilárd publicó un libro titulado "The voice of the dolphins" en el que debatía diversos aspectos de la Guerra Fría. La historia corta que da título al libro versa sobre un futuro en el que la raza humana se ha extinguido y los delfines son los nuevos seres inteligentes del planeta (*). En dicho relato, Szilárd imaginaba un laboratorio internacional de Biología, situado en la Europa Central. La idea se hizo realidad en 1962 con el nacimiento del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL). La biblioteca del EMBL fue bautizada Biblioteca Szilárd y en su sello aparecen los delfines.

(*) Una visión más optimista basada en la narración de Szilárd se puede encontrar en el cómic "Fragmentos de la Enciclopedia Délfica"

Esta entrada se presenta al 8º carnaval de la Física.

Novick, A., & Szilard, L. (1950). Description of the Chemostat Science, 112 (2920), 715-716 DOI: 10.1126/science.112.2920.715

Share