Bienvenidos. Este blog está dedicado a la Microbiología pero en general cualquier tema científico de interés tambien puede aparecer. El contenido de este blog es estrictamente científico y docente, por lo que no es un consultorio de salud. No estoy ni capacitado ni autorizado para responder a consultas de carácter médico-sanitario que expongan casos personales. Las imágenes que aparecen están sacadas de sitios públicos de la web y se indica su origen o basta cliquear sobre ellas para saberlo, pero si hay algún problema de copyright, por favor indicarlo en comentarios y se retirarán.
Un grupo del Karolinska Institute en colaboración con el Instituto Genómico de Singapur acaba de publicar un artículo en la revista PNAS en el que describen como las bacterias intestinales pueden modular el desarrollo del cerebro de los vertebrados.
En el estudio se ha comparado el comportamiento de ratones con microbiota normal frente a ratones "libres de gérmenes" o ratones GF (por germ free). Han medido la actividad motora y la ansiedad en situaciones de estrés. Y lo que han encontrado es que los ratones GF son mucho más activos y tienen menos ansiedad que los que portan una microbiota normal.
¿En qué se traduce eso? Pues en que los ratones GF se "arriesgan" mucho más en una situación estresante. La manera experimental de comprobar eso es bastante curiosa. Pones a los ratones en una jaula en la que una mitad es negra y la otra es blanca. Un ratón normal se queda acurrucado más tiempo en la zona oscura, mientras que el ratón GF se comienza a mover enseguida y comienza a explorar la zona blanca.
El panel de la izquierda compara los resultados de un "test de campo abierto". Básicamente se suelta un ratón en una caja grande y se observa que hace a lo largo del tiempo. Como puede verse los movimientos de un ratón normal (SPF) son mucho menos numerosos que los de un ratón GF. A la derecha se muestra un autorradiograma de la expresión en cerebro del mRNA de la proteína NGFI-A en ratones normales (SPF) y ratones GF. La proteína NGFI-A es un factor de crecimiento nervioso. Fuente: Heijt et al. PNAS.
Ese fenotipo está asociado con la alteración en la expresión de genes que están implicados en las rutas de neurotransmisores. Al parecer los ratones GF presentaban una degradación mayor de la noradrenalina, dopamina y la serotonina, mensajeros que están implicados en el comportamiento de ansiedad. Pero también presentaban activaciones sinápticas distintas en determinadas zonas del cerebro, sobre todo en el cuerpo estriado.
Localización del cuerpo estriado (en verde). Fuente: wikipedia
Lo siguiente que hicieron fue tomar a un grupo de ratones GF con pocos días de vida y colonizarlos con microbiota de ratones normales. Al hacer esto comprobaron que los ratones "colonizados" presentaban un comportamiento similar a los ratones normales. Ese resultado indica que es la colonización microbiana la que manda algún tipo de señal que afecta a los circuitos neuronales, al menos a los involucrados en la actividad motora y en el comportamiento de ansiedad. Según el Dr. Rochellys Diaz Heijtz, ese dato sugiere que hay un período crítico en el desarrollo infantil en el que los microorganismos intestinales afectan al cerebro y cambian el comportamiento en la edad adulta.
Heijtz RD, Wang S, Anuar F, Qian Y, Björkholm B, Samuelsson A, Hibberd ML, Forssberg H, & Pettersson S (2011). Normal gut microbiota modulates brain development and behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America PMID: 21282636
La Delegación de Estudiantes de Medicina y la Facultad de Medicina de la UMH han organizado el ciclo "Cine y Salud". Se van a proyectar varias películas que abordan diversos aspectos sanitarios.
Todas las proyecciones tendrán lugar en el Salón de Grados de la Facultad de Medicina situada en el Campus de Elche y se acompañaran de un coloquio con especialistas del área. Las sesiones comenzarán a las 17:30.
Es una actividad que da 1'5 créditos de libre configuración, pero para ello hay que asistir a cuatro sesiones e inscribirse. Para ello hay que enviar un correo antes del 21 de febrero a la siguiente dirección: francisco.megias@alu.umh.es. Hay 160 plazas que se irán ocupando por estricto orden de llegada de los e-mails.
Bueno, aquí está el resumen de las diferentes entradas que han participado en el XV Carnaval de la Física. Como indiqué al anunciar el carnaval, durante el 2011 se celebra el Año Internacional de la Química. Por otro lado, mi blog ha tenido el honor de ser el anfitrión, así que he hecho una pequeña clasificación de las entradas en base al tema tratado. En cada subapartado las entradas aparecen ordenadas por orden de llegada a mi correo, y después por su publicación en el "ring" del carnaval.
Entradas Bio-físico-químico-matemáticas
Cesar Tome en su blog "Experientia Docet" dedica una de sus dos entradas a explicarnos la reacción de Belousov–Zhabotinsky. Se titula "BZ: un oscilador espaciotemporal químico" y en ella nos relata las vicisitudes de sus dos descubridores, el sistema matemático que la describe y sus aplicaciones en diversos campos científicos.
Luis Luna en su blog "Filosofando sobre todo un poco" nos hace un resumen en su comentario "Dorando células cancerosas" de un trabajo de un grupo de investigación de México que versa sobre la producción de nanopartículas de oro mediante el método de coloides monodispersos a partir de AuHCl4, su conjugación a biomoléculas y su utilización en el marcaje de células tumorales.
Entradas Bio-Físicas
Carlo nos deja en su blog "Gravedad cero" un interesante artículo titulado "La microbiología (y la física) de los alimentos" sobre los métodos de control del crecimiento bacteriano basados en la aplicación a los alimentos de la tecnología de alta presión hidrostática en frío.
Entradas Fisico-Químicas
En el blog Noticias del Cosmos, Gerardo nos ilustra sobre la creación de los elementos y la tabla periódica de la astronomía con el artículo: "El cosmos químico".
El galardón "Primero en participar" se lo lleva el blog Vega 0.0, en el que Fran nos ha dejado el artículo: "Las capas del Sol" en el que se nos describen las diferentes capas del astro rey.
Y para terminar, la entrada del anfitrión: "Lotka y Volterra" nos habla de la historia de cómo se llegó a formular el sistema de ecuaciones que lleva el nombre de esos dos científicos en una historia en la que se mezcla la Biología, la Química, la Física y la Matemática.
Pues ya está. Muchas gracias por vuestra participación y nos vemos en el XVI Carnaval.
Cuando toca explicar la importancia de los virus en los ecosistemas se suele asumir que cada ser vivo, sea pluricelular o unicelular, es susceptible de ser infectado por al menos un virus.
No parece una asunción descabellada, pero por ahora no está comprobada experimentalmente. Lo cierto es que hay algunos seres vivos para los que no se había descrito ningún tipo de infección vírica, entre ellos los nematodos, grupo al que pertenece el organismo modelo Caenorhabditis elegans del que ya hemos hablado en alguna ocasión.
Pues bien, oficialmente ya se han descrito un par de virus que infectan a ese grupo de gusano nematodo. En un artículo del PLoS Biology se describe como se han llegado a aislar y caracterizar a estos microorganismos. Y la forma de hacerlo ha sido a la manera de la vieja escuela. Brévemente: se coge un puñado de gusanos infectados, se machacan y el extracto se pasa por un filtro de 0,2 micras. Luego se ponen gusanos sin infectar en contacto con el filtrado y se observa si estos sufren alguna patología. Marianne Felix, la primera autora, decidió probar esta técnica al comprobar que los gusanos con los que trabajaba estaban enfermos y no se curaban con antibióticos.
Células intestinales de C. briggsae infectadas vistas con microscopía de Nomarski. En B se señala a una célula con morfología normal. (fuente : Felix et al. PLoS Biology
Los nuevos virus producen alteraciones en las células intestinales. Son un nuevo taxón de virus ssRNA relacionados con el grupo de los nodavirus. Uno infecta específicamente a C. elegans y se le ha bautizado como virus Orsay, el otro infecta a C. briggsae y se le ha llamado virus Santeuil. Los investigadores han encontrado que una forma del nematodo para defenderse del ataque del virus es utilizar RNAs de interferencia (RNAi).
Microfotografía electrónica de células intestinales de C. elegans sin infectar (G) e infectadas (H). La abreviatura IF hace referencia a los filamentos intermedios del citoesqueleto que se encuentran desorganizados en las células infectadas. En la zona ampliada de H pueden verse partículas virales. (fuente : Felix et al. PLoS Biology
La importancia de este descubrimiento es bastante grande. C. elegans es uno de los principales organismos modelo de los animales. Se conoce su desarrollo célula a célula, así que se puede ver que ocurre con las infecciones cuando se altera una determinada pauta de desarrollo. También se puede utilizar para estudiar modelos co-evolutivos entre patógeno-hospedador y por suspuesto modelos del sistema inmune innato para resistencia a la infección vírica.
Marie-Anne Félix1#*, Alyson Ashe2#, Joséphine Piffaretti1#, Guang Wu3, Isabelle Nuez, Tony Bélicard, Yanfang Jiang, Guoyan Zhao, Carl J. Franz, Leonard D. Goldstein, Mabel Sanroman, Eric A. Miska, & David Wang (2011). Natural and Experimental Infection of Caenorhabditis Nematodes by Novel Viruses Related to Nodaviruses PLoS Biology : 10.1371/journal.pbio.1000586
En estos días todos andamos un poco de cabeza. Los alumnos están de exámenes y los profesores estamos pidiendo fondos para los proyectos de investigación. Pero claro, lees las declaraciones de la ministra del ramo sobre "máximos históricos de financiación" y te dan ganas de llorar. Así que aquí dejo este par de vídeos para alegrarnos un poco el día. Están subtitulados en inglés, por lo que se entienden bastante bien.
Personalmente creo que los chicos de "Tesis, el musical" lo hicieron mucho mejor, pero hay que reconocer que estos vídeos también tienen sus puntillos.
En este mes se cumple el tercer aniversario del blog, y por una vez voy a ser el protagonista.
El último número de "Actualidad SEM", Boletín Informativo de la Sociedad Española de Microbiología, está dedicado a los distintos grupos españoles que trabajan en microbiología del agua. Pero han encontrado un hueco para publicar un artículo mío sobre la relación entre el Cine y la Microbiología titulado: El microbio es la estrella: una guía de películas para el microbiólogo. Espero que os guste.
Cuando estudiaba en la carrera la asignatura de "Biofísica" y nos hablaron de los modelos matemáticos aplicados a los sistemas biológicos, nos contaron la siguiente historia.
Un corredor de apuestas de carreras de caballos tenía un amigo que era profesor de Física. Un día, tras perder una apuesta bastante cuantiosa expresó sus deseos de que hubiera alguna forma de predecir los resultados. Su amigo le dijo: -Bueno, quizás pueda ayudarte. En principio no parece un problema muy complicado. Tan sólo es una masa en movimiento sobre un plano, al que le afectan fuerzas como la gravedad, la inercia, la fuerza del caballo, la velocidad del viento, ... Creo que se podría desarrollar un modelo para predecir el resultado. El corredor le miró esperanzado -¿De verdad podrías hacer un modelo que hiciera eso? Estaría dispuesto a darte la mitad de mi dinero para financiar tu proyecto El físico le dijo que sí, que sin ninguna duda. Así que el corredor le dio el dinero y el físico se puso a ello. Al cabo de un par de meses tenía hecho su modelo. El corredor apostó todo lo que le quedaba al caballo que según el modelo iba a ganar. Dio comienzo la carrera y el caballo seleccionado llegó el último. El físico no podía entender que había pasado. Como es lógico, el corredor empezó a abroncar a su amigo y a responsabilizarle de la pérdida de su dinero. Así que le echó un vistazo al documento donde el físico había escrito su modelo. En la primera línea podía leerse: -Considérese un caballo perfectamente esférico...
Y es que los modelos los carga el diablo. Son imprescindibles para una disciplina científica, pero siempre puedes encontrarte con que la Naturaleza hace otra cosa. Por lo que uno debe de volver a la mesa con lápiz y calculadora y comprobar donde ha metido la pata.
En 1925 se publicó Elements of Physical Biology, considerado como el primer libro de Biomatemática (de hecho las ediciones posteriores se titulan: Elements of Mathematical Biology). Su autor era el norteamericano Alfred J. Lotka. En dicho libro se proponía que la Selección Natural podía ser cuantificada como una ley física. Los seres vivos luchaban por el uso de la energía disponible. Los organismos que sobrevivían eran aquellos que capturaban y usaban la energía de una forma mucho más eficiente que sus competidores. Su trabajo inspiró posteriormente a una generación de ecólogos entre los que se contaba Howard T. Odum, que propondría la llamada Teoría de la Máxima Energía, que en algunos ambientes es conocida, de manera algo exagerada, como "La cuarta ley de la termodinámica".
En dicho libro, Lotka ampliaba los usos de un modelo matemático que había utilizado en 1910 para explicar el comportamiento de las reacciones químicas autocatalíticas. Se trataba de la llamada "ecuación logística". Para su trabajo se había inspirado en los trabajos de Malthus, transformados en ecuación por Pierre F. Verhulst, y que explicaba el crecimiento de una población de seres vivos.
dN/dt es la variación de una población en el tiempo. r es la velocidad de crecimiento K es la capacidad de carga del medio ambiente. El número máximo de organismos que pueden habitar un ecosistema para entendernos. Si la representamos nos sale algo así:
Esa ecuación funciona perfectamente si hay un sólo tipo de ser vivo. De hecho es la ecuación que explica el crecimiento de una bacteria en un matraz conteniendo un medio de cultivo. Pero ¿Qué ocurría si había dos tipos de seres vivos y uno se comía al otro?. Es decir, ¿qué pasa si hay depredadores y presas?
Lotka tuvo una idea brillante para resolver la cuestión. Aplicar la ley química de la acción de masas. Curiosamente esa misma idea la tuvo simultáneamente un catedrático de Física Matemática italiano llamado Vito Volterra. Éste llegó a la misma solución de Lotke pero comenzando el camino en un sitio distinto. En su caso hubo una intervención de la famiglia.
Umberto d’Ancona era el cuñado de Vito Volterra y trabajaba en la sección de pesca del Ministerio de Agricultura. Había observado un fenómeno curioso. Durante la Primera Guerra Mundial muchos pescadores fueron llamados a filas por lo que descendió el número de capturas. Al terminar la contienda se volvió a retomar la actividad pesquera. Se esperaba que durante los años del conflicto las poblaciones de caballas y atunes del Adriático se habrían incrementado. Pero sucedió todo lo contrario, habían disminuido. No solo eso. Las poblaciones de los depredadores (rayas y tiburones) si que habían aumentado. ¿Cómo explicarlo?
Como he indicado antes, ambos se basaron en lo que ocurre en una reacción química para desarrollar su modelo. En una reacción química tenemos moléculas de dos sustancias, A y B, que cuando chocan la una con la otra reaccionan para dar una tercera, C. Según transcurre la reacción, A y B desaparecen y se acumula C.
Pero en el caso de las atunes y tiburones sucedía esto:
Es decir, los sustratos (el tiburón y el atún) se reproducen. Ambos consideraron que las poblaciones de las presas y los depredadores eran conjuntos que variaban en el tiempo por si mismos (reproducción) y por la interacción con el otro conjunto (depredación). Está claro que la población de presas va a depender del número de depredadores presentes y viceversa, así que el sistema se define con estas dos ecuaciones:
Y que quieren decir esas expresiones. Vayamos por partes de diría Jack el destripador.
dx/dt y dy/dt son la evolución de las presa (x) y la del depredador (y) en el tiempo. Si el valor crece es que la población aumenta, si decrece es que la población disminuye. Si es 0 es que la población se ha extinguido.
xy. Este término está inspirado en la teoría cinética de gases. En una reacción química que sucede entre una molécula A y otra molécula B, este factor define la probabilidad de que ambas moléculas choquen. Aquí representa la probabilidad de que una presa se encuentre con un depredador. Como es lógico, es proporcional al tamaño de las poblaciones. Si hay muchos depredadores y muchas presas la probabilidad será alta. Si hay poco de ambas la probabilidad será baja. Si hay mucho de uno y poco de otra, pues será un valor medio.
a: Coeficiente de desarrollo de las presas. Es decir (atun + atún= atuncitos)
b: Coeficiente que define la probabilidad de que una presa sea comida por un depredador
g: Coeficiente de Decaimiento de los depredadores. Si no hay presas que comer, el depredador se muere.
d: Coeficiente que define la probabilidad reproducción del depredador tras comerse a una presa.
Al integrar y resolver numéricamente el sistema se obtiene un comportamiento que probablemente no le resulte extraño a los físicos, pero que sorprendió a los biólogos por completo:
Las oscilaciones de las poblaciones de la presa y el depredador era una propiedad intrínseca del propio sistema y era independiente de las condiciones externas. Las soluciones al sistema se encuentran en un equilibrio dinámico. Si se representa en el plano de fase, el sistema está en un ciclo límite y se encuentra en algún lugar en el interior de estas soluciones elípticas.
Representación en el plano fase de las ecuaciones de Lotka-Volterra
El modelo de Lotka-Volterra fue confirmado experimentalmente por el científico ruso Gregory Gause utilizando los protozoos Didinium nasutum como predator y Paramedum caudatum como la presa. D. nasutum es el protozoo del dibujo, pero es un depredador implacable (fuente: Ggause.com y Microbewiki)
Las ecuaciones de Lotka-Volterra supusieron un gran avance en la Biología. Porque demuestra dos cosas. En primer lugar, un modelo tan sencillo era un sistema no lineal que no tenía una solución sencilla, y que manifestaba una serie de pautas internas propias.
En segundo lugar, la relación b/d nos da una idea de la eficacia de la depredación. Es un factor que define la "carrera de armamentos" biológica. A mayor b, la presa se escabulle del depredador. A mayor d, el depredador es más eficiente en la captura.
¿Y dónde está el "caballo esférico"? El modelo de Lotka-Volterra está muy simplificado. Funciona muy bien en el laboratorio o en condiciones muy simples, y eso es algo que no es frecuente en la Naturaleza. En primer lugar, los seres vivos no se comportan como los gases. Es decir, no ocupan homogéneamente un ecosistema ni se mueven aleatoriamente por el espacio. En segundo lugar, el modelo considera que la especie depredadora depende exclusivamente de la presa, lo cual no es cierto en el mundo real. En tercer lugar, asume que no hay cambio evolutivo. Y por último, se olvida por completo de la influencia de los factores ambientales. Como es lógico el modelo se ha ido refinando y se han añadido diferentes factores correctores (el propio Volterra añadió uno representando la pesca humana). Pero Lotka y Volterra fueron los pioneros en abrir camino en el mundo de la Biomatemática.
Reacción catalizada por las beta-lactamasas: la destrucción del anillo carbapenem supone la inactivación de la molécula de antibiótico (fuente: wikipedia)
De un tiempo a esta parte están apareciendo noticias sobre la aparición de una nueva resistencia a antibióticos. Dicha resistencia ha sido denominada NDM-1. El nombre proviene de las siglas de "Nueva Delhi Metalobetalactamasa-1". Empezando por el final, metalobetalactamasa identifica al tipo de enzima responsable de la resistencia. En este caso es una enzima que destruye a los antibióticos beta-lactámicos, más conocidos por el gran público como "penicilinas". Lo de "metalo" indica que esta enzima posee átomos de un metal en su centro activo, probablemente un par de 2 átomos de Zinc. La NDM-1 es una betalactamasa muy eficaz para nuestra desgracia. Acaba prácticamente con cualquier antibiótico betalactámico salvo el aztreonam.
Estructura del aztreonam, un antibiótico betalactámico monocíclico que no es destruido por la betalactamasa NDM-1 (fuente: Wikipedia)
Y ¿de dónde viene lo de "Nueva Delhi"? Es costumbre que cuando se aísla a una nueva cepa patógena se la bautice con el nombre de la localidad geográfica donde se encontró. Así por ejemplo existe una cepa Madrid para una Rickettsia prowazekiique produce el tifus y que fue aislada en los años de la posguerra. Aunque también puede utilizarse el nombre de la localidad donde la cepa es almacenada y estudiada. Entre los microbiólogos es una especie de "honor" hacia el microorganismo en estudio. Sin ir más lejos, en el caso de la nomenclatura de cepas de la levadura patógena del género Criptoccocus que estudiamos en mi universidad, las siglas CCA significan Colección Cryptococcus Alicante. Con NDM-1 sucedió una cosa curiosa. El artículo publicado en diciembre de 2009 que describe el primer caso clínico es de un grupo sueco. Entonces ¿por qué se llamó Nueva Delhi? La historia es como sigue.
Colonias de Klebsiella pneumoniae
Un ciudadano sueco de origen indio viajó a Nueva Delhi. Allí contrajo una infección urinaria por Klebsiella pneumoniae. El paciente fue tratado en un hospital de dicha ciudad con antibióticos como la amoxicilina, pero no mejoró. Así que se fue para Suecia, y los médicos de allí aislaron la bacteria y comprobaron que era resistente a varios antibióticos. Al analizar sus genes de resistencia se encontraron con que uno de ellos no había sido descrito anteriormente. Por ello le bautizaron con el nombre de la ciudad en el que el paciente había adquirido la infección.
Si NDM-1 hubiera sido una resistencia con un potencial de diseminación bajo, o no hubiera sido tan eficaz en su actividad de destruir antibióticos del tipo de las penicilinas, es probable que no se habría montado ningún revuelo. Pero NDM-1 se transfiere muy fácilmente a otras bacterias y es muy eficiente en su actividad. Desde entonces han ido apareciendo en la literatura científica más y más casos de infecciones producidas por bacterias que portan dicha resistencia. Así que no es de extrañar que el nombre Nueva Delhi Metalobectalactamasa-1 no le haya hecho ni pizca de gracia a las autoridades de la India. No en vano, a nadie le gusta que asocien el nombre de una enfermedad a su ciudad o país.
Mapa que muestra la distribución de las estirpes de enterobacterias que se han aislado conteniendo la resistencia NDM-1 en Bangladesh, India, Pakistan, y el Reino Unido. (fuente: Lancet Infect Dis)
Diez meses después de la publicación del primer caso, en agosto de 2010, se comunicó la primera muerte de un paciente debido a una infección con una bacteria portadora de dicha resistencia. Ese mismo mes, la revista médica "The Lancet" publicó el artículo titulado: Emergencia de un nuevo mecanismo de resistencia a antibióticos en la India, Pakistan y Reino Unido: un estudio molecular, biológico y epidemiológico.
El artículo causó bastante revuelo ya que se aconsejaba cierta precaución si alguien debía de someterse a cirugía en hospitales de la India. El ministro de sanidad de dicho calificó de "injusta·" la denominación NDM-1 exigiendo que fuera retirada y declaró que los hospitales indios eran perfectamente seguros. Incluso hubo diversos políticos que acusaron a la revista "The Lancet" de realizar propaganda maliciosa por parte de las multinacionales occidentales para asustar a los turistas. Las protestas y presión política ha sido tal que el pasado 12 de enero, Richard Horton editor de la revista "The Lancet", tuvo que pedir disculpas.
Sin embargo las pruebas científicas de que NDM-1 se originó en la India son cada vez más abrumadoras. En marzo, previamente a la publicación del polémico artículo, la asociación de médicos de la India ya había avisado de que el mal uso de los antibióticos por parte de numerosos doctores explicaba el origen de dicha resistencia. Ahora se ha publicado un artículo en la revista Antimicrobial Agents and Chemotherapy que indica que la resistencia NDM-1 está presente en la India al menos desde el año 2006. Es decir, tres años antes de ser descrita por el grupo sueco.
Este último estudio es fruto de un esfuerzo de varios laboratorios de Estados Unidos, Australia y la India. Y lo que han hecho es recoger muestras de antiguas infecciones de este último país que estaban depositadas en los archivos y colecciones de los hospitales. Entre las 1443 muestras analizadas han encontrado 15 en las que se encontraba la resistencia NDM-1. Y unas cuantas de ellas son de Nueva Delhi.
Pero este estudio levanta una pregunta más interesante. Si la resistencia estaba presente en el año 2006 ¿por qué las autoridades sanitarias de la India no dijeron ni hicieron nada? Si se hubiera identificado a NDM-1 antes, es muy probable que se pudiera haber evitado en parte su rápida diseminación a otros países. Pero ya sabemos que los políticos son especialistas en echar la culpa a otros.
Yong D, Toleman MA, Giske CG, Cho HS, Sundman K, Lee K, & Walsh TR (2009). Characterization of a new metallo-beta-lactamase gene, bla(NDM-1), and a novel erythromycin esterase gene carried on a unique genetic structure in Klebsiella pneumoniae sequence type 14 from India. Antimicrobial agents and chemotherapy, 53 (12), 5046-54 PMID: 19770275
Kumarasamy KK, Toleman MA, Walsh TR, Bagaria J, Butt F, Balakrishnan R, Chaudhary U, Doumith M, Giske CG, Irfan S, Krishnan P, Kumar AV, Maharjan S, Mushtaq S, Noorie T, Paterson DL, Pearson A, Perry C, Pike R, Rao B, Ray U, Sarma JB, Sharma M, Sheridan E, Thirunarayan MA, Turton J, Upadhyay S, Warner M, Welfare W, Livermore DM, & Woodford N (2010). Emergence of a new antibiotic resistance mechanism in India, Pakistan, and the UK: a molecular, biological, and epidemiological study. The Lancet infectious diseases, 10 (9), 597-602 PMID: 20705517
Castanheira M, Deshpande LM, Mathai D, Bell JM, Jones RN, & Mendes RE (2010). Early Dissemination of NDM-1- and OXA-181-producing Enterobacteriaceae in Indian Hospitals: Report from the SENTRY Antimicrobial Surveillance Program (2006-2007). Antimicrobial agents and chemotherapy PMID: 21189345
Espero que los reyes magos os hayan traído muchos regalos. Como parece que este año me he portado bien, a mí me han dejado la organización del XV Carnaval de la Física.
No es difícil participar, pero como las azafatas y los salvavidas, os recuerdo las reglas básicas (aquí tenéis las reglas actualizadas):
1.- Tenéis que publicar un post en vuestro blog antes del 25 de enero. Es necesario que el post tenga que ver con la Física (*).
2.- Una vez publicado me enviáis un correo a
manuel5sanchez-arroba-yahoo.es
En el asunto del mensaje indicar “participación XV Carnaval de la Física”, porque eso me facilitará clasificar los mensajes. En el cuerpo del mensaje indicar el título de vuestro post y el link de dicho post.
(*) Como sabéis el espíritu del Carnaval es “divulgar la física en todas sus facetas”, pero en esta ocasión el blog anfitrión es “Curiosidades de la Microbiología”y además en el 2011 se celebra el Año Internacional de la Química así que creo que es una buena ocasión para poner las cosas un poco interesantes:
Si es posible que las entradas traten un tema que tenga alguna relación con el mundo de la Física y sus relaciones con los mundos de la Biología y/o de la Química.
El día 30 de enero publicaré en mi blog la lista de entradas participantes.
Esta entrada está dedicada a todos los lectores mexicanos del blog. En más de una ocasión han sido los más numerosos y durante el 2010 han celebrado el aniversario de su Independencia, pero además va dedicada especialmente al amigo Alfonso Cuervo de Cienciamania, porque creo que fue gracias a su publicidad por la que este blog ha tenido tanto éxito en su país.
No existiría el tequila si dos mundos no hubieran chocado. Cuando en el siglo XVI los españoles arribaron a las costas mejicanas llevaron con ellos abundantes suministros de brandy en lugar de vino. La razón era económico-religiosa. El vino es la bebida oficial del cristianismo. Pero embarcar vino en toneles es caro. Además, en una larga travesía oceánica se corre el riesgo de que el vino se estropee y se eche a perder, con lo que el negocio puede ser ruinoso.
Los españoles aplicaron la misma solución que los monjes franceses medievales para llevar vino a Inglaterra durante la Edad Media. Como en la pérfida Albión no había viñas, los monjes ingleses tenían que comprar el vino a los franceses si no querían celebrar misas con cerveza (como San Gambrino). Pero eso significaba transportar barricas por barco. Los monjes franceses de la región de Cognac decidieron abaratar costes de transporte aplicando al vino un procedimiento árabe que habían aprendido en sus peregrinaciones por el Camino de Santiago. Destilaron el vino y produjeron brandy. De esa manera reducían el volumen a transportar y además evitaban que la bebida se estropeara. Una vez cruzado el canal de la Mancha, se añadía agua y voilá!, otra vez tenían vino para la misa (y para otras cosas más mundanas) que era vendido con pingües beneficios.
Pues bueno, los españoles hacían lo mismo. Destilaban el vino en España, metían el brandy en barricas, lo transportaban por barco y una vez en las Américas, lo diluían y se lo bebían. Está claro que conquistar nuevas tierras da sed porque la demanda superó a la oferta rápidamente. Inicialmente los españoles se conformaron bebiendo pulque, un producto indígena obtenido de la fermentación de la savia del agave. Pero probablemente aquello les pareció un poco flojo (3 a 5º de alcohol) si lo comparaban con el vino (12º). Como es mucho más fácil fabricar un destilador que trasplantar y crecer unas viñas, a algún gachupín se le ocurrió que lo que se podría hacer era destilar esa bebida alcohólica que bebían los nativos. De esa forma nació el vino de mezcal o simplemente mezcal. Con el tiempo, la producción más famosa y numerosa fue la de la zona alrededor de la localidad de Tequila y para acortar, a la bebida se le comenzó a conocer sólo con dicho gentilicio.
A primera vista parece que sólo tenemos tres bebidas: pulque, mezcal y tequila. Y las tres tienen como base la fermentación de la savia de un tipo de planta. Pero en realidad la historia es un poquito más compleja. Comencemos por el principio.
Los agaves o magueys son una familia de plantas suculentas (Agavaceae) endémica de América. Hay numerosas especies, siendo la más famosa el llamado ágave azul (Agave tequilana) del que se obtiene el tequila. La planta era aprovechada por los aztecas de múltiples maneras. Se elaboraban tejidos, agujas, tejas, medicinas, etc. Pero lo más valorado era la savia o aguamiel, rica en fructanos, sobre todo inulina. Para obtenerla lo que se hace es cortar las hojas y acceder al corazón de la planta, que se asemeja a una piña. Entonces se abre una hendidura en la que se acumula la savia y se recolecta mediante un caño vegetal (el acocote), como si fuera una pipeta. Su aspecto es lechoso y tiene un cierto sabor dulzón. Un agave necesita entre 4 a 12 años para madurar y ser recolectado. Podemos imaginar el esfuerzo y tiempo que se le dedica a controlar los cultivos y no sufran de plagas o deterioros. La edad de la planta afecta a la calidad del producto final sobre todo en cuanto a la composición de algunos compuestos volátiles. Cuanto más madura la planta, menos cantidad de metanol y mejor calidad final del producto (Pinal et al. 2009).
Elaboración tradicional del pulque. (a) hendidura en la planta donde se recoge la savia. (b) succión oral con el acocote. (c) savia sin inocular. (d) contenedores abiertos donde se realiza la fermentación de la savia. (e) pulque tras la fermentación. (f) pulque enlatado para su venta. (fuente: Lappe-Oliveras et al.)
La bebida alcohólica tradicional de los aztecas era el octli y debía contener un grado alcohólico de entre 3º a 5º. El motivo es que era un producto que se obtenía de una fermentación natural en la que intervienen bacterias y levaduras silvestres que se encontraban sobre las superficies vegetales. Es muy probable que los aztecas conocieran la técnica de utilizar cultivos iniciadores (starters) de una fermentación anterior para conseguir una homogeneización del producto final. Parece ser que sólo las clases dirigentes y sacerdotales podían beberlo (¡que morro!). Los aztecas tenían varios tipos de octli para usar en sus diferentes ceremonias. Como 5º de alcohol no es mucho no era raro que el octli se estropeara convirtiéndose en un producto maloliente al que llamaban poliuhquioctli. El hecho de que la palabra "pulque" se derive de ese término me hace sospechar que esa era la bebida que los indígenas daban a los sedientos gachupines mientras que se guardaban el octli del bueno para ellos.
La conquista de los españoles supuso que la bebida perdiera su carácter sagrado. Como bebida profana comenzó a ser consumida en grandes cantidades tanto por las clases populares como por los españoles. Además se le añadió azúcares provenientes de la caña de azúcar y el maíz, para así aumentar el grado alcohólico y obtener un aguardiente más fuerte de hasta unos 6º.
Arbol filogenético basado en el 16S rRNA de las bacterias que intervienen en la fermentación del pulque (origen: Escalante et al.)
En la fermentación del pulque intervienen varios microorganismos y se reconocen cinco fases: láctica, alcohólica, viscosa, acética y pútrida. Inicialmente el pH es neutro y hay muchas más bacterias (aprox 109 por ml) que levaduras (5x106 por ml). En la fermentación del pulque no sólo se obtiene alcohol. Debido a la gran biodiversidad microbiana también se producen otros compuestos que tendrán importancia organoléptica como son esteres y aldehidos. Según transcurre el proceso fermentativo, el pH se acidifica así que las poblaciones de levaduras se incrementan mientras que las de bacterias disminuyen (2 x108 frente a 1x108 por ml). Las poblaciones microbianas se suceden de esta forma: primero bacterias lácticas como Leuconostoc y Lactobacillus homo- y heterofermentativas. Son el grupo más importante representando casi el 81% de todos los grupos bacterianos presentes. A continuación las levaduras (Saccharomyces) y otras especies como Cryptococcus, Candida, o Kluyveromyces), y bacterias lácticas heterofermentativas como Zymomonas mobilis que producen etanol al fermentar los azúcares. En la tercera fase aparecen las bacterias lácticas como Leuconostoc que gracias a la producción de dextranos vuelven más viscoso al pulque. Dependiendo de las condiciones de temperatura este proceso puede durar entre 6 a 12 horas. A partir de aquí se entra en las fases fermentativas que estropean el pulque. En la siguiente fase aparecen las bacterias acéticas como Acetobacter y Gluconobacter que consumen el alcohol al mismo tiempo que acidifican el pulque. El último paso es la aparición de microorganismos típicos de la putrefacción como clostridiales y otros fermentadores anaeróbicos que producen compuestos volátiles azufrados.
En la savia recién recolectada puede observarse diversas morfologías bacterianas incluidas bacilos grandes y pequeños, cocos en cadenas cortas y cocos en largas cadenas. También pueden observarse formas globosas que corresponden a levaduras (¿Sacharomyces?). Tras la inoculación se observa una mayor abundancia de levaduras y de cocos de superficie rugosa dispuestos en largas cadenas, posiblemente especies de Sacharomyces y de Leuconostoc respectivamente. A las 3 y 6 horas tras la inoculación la cantidad de levaduras es muy grande así como de cocos dispuestos en cadenas. (origen: Escalante et al.)
Podemos imaginar que a los gachupines, acostumbrados a los más de 10º grados de alcohol del vino, el pulque les debía de saber a poco. Y encima estaba el problema de su fácil descomposición. Así que comenzaron a aplicar su tecnología para modificar y mejorar el producto, lo que originó el mezcal y el tequila.
Lappe-Oliveras P, Moreno-Terrazas R, Arrizón-Gaviño J, Herrera-Suárez T, García-Mendoza A, & Gschaedler-Mathis A (2008). Yeasts associated with the production of Mexican alcoholic nondistilled and distilled Agave beverages. FEMS yeast research, 8 (7), 1037-52 PMID: 18759745
Escalante A, Giles-Gómez M, Hernández G, Córdova-Aguilar MS, López-Munguía A, Gosset G, & Bolívar F (2008). Analysis of bacterial community during the fermentation of pulque, a traditional Mexican alcoholic beverage, using a polyphasic approach. International journal of food microbiology, 124 (2), 126-34 PMID: 18450312
El grupo investigador liderado por el Dr. Unschuld de la Streich Unniversität ha conseguido desarrollar una cepa bioluminiscente capaz de colonizar diversas superficies, incluida la piel humana. En la fotografía podemos ver el resultado (origen de la imagen: Nature Blogs). El objetivo final es utilizar dichas bacterias en los hogares como una alternativa más ecológica y barata a la luz generada mediante electricidad.
El mes pasado se anunció el desarrollo de árboles bioluminiscentes que podrían servir para señalizar las carreteras. El grupo del Dr XXX ha ido un paso más allá, al pensar que aquello que podría ser usado en el exterior bien podría ser usado en el interior de las viviendas.
Estas bacterias además tienen una ventaja adicional. El mecanismo de bioluminiscencia se activa gracias a un mecanismo de "quorum-sensing". Es decir, debe de haber una determinada densidad de población de bacterias para que estás comiencen a emitir luz. Y esa densidad sólo se alcanza si hay suficientes nutrientes en el medio que colonizan. Los investigadores han comprobado que el crecimiento de las bacterias es óptimo cuando las superficies colonizadas no son lavadas.
Las bacterias se alimentan de nuestros restos orgánicos como el sudor o las células muertas de nuestra piel. Es un gran acuerdo, y además ahorramos en agua y jabón, lo cual tiene importantes implicaciones medioambientales. Simplemente imagine la cantidad de CO2 que no va a generarse al no tener que calentar agua para lavarse. ha declarado Tag Schabernack miembro del grupo del Dr. Unschuld.
Este desarrollo biotecnológico también ha levantado algunas críticas. Son muchos los que temen que en caso de utilizarse dichas bacterias, las grandes beneficiarias serían las grandes corporaciones que fabrican desodorantes y perfumes.
Tras el anuncio del incremento de la factura de la luz en casi un 10%, el Ministerio de Industria ha mostrado su interés en estas investigaciones. Se plantea que en el recibo de la luz del 1 de abril se acompañe de una toallita empapada en un cultivo de dichos microorganismos para que se aplique sobre la piel de los contribuyentes. El tiempo de las bombillas parece haber llegado a su fin.
Uno de los grandes problemas sanitarios es la infección de heridas con bacterias multirresistentes a los antibióticos. Se están buscando tratamiento alternativos, sobre todo procedimientos físicos. En el blog ya hablamos de utilizar rayos láser. Ahora, se está intentando utilizar plasma frío.
Una colaboración ruso-germana ha probado una nueva técnica en un modelo animal en el que a ratas de laboratorio se les infligieron heridas y luego fueron infectadas con las bacterias Pseuodmonas aeuroginosa o Staphylococcus aureus, conocidas por ser bacterias que causan graves problemas hospitalarios. Tras un tratamiento de 10 minutos con un plasma de baja temperatura se pudo llegar a matar a un 90% de bacterias que infectaban las heridas sin dañar a los tejidos animales. El plasma mata a las bacterias incluso aunque formen un biofilm, lo que hace esta técnica mucho más interesante, ya que los biofilms suelen incrementar la resistencia de los patógenos a los antibióticos. El efecto bactericida se debe a que el plasma interfiere con el DNA y las envolturas de la bacteria.
El plasma se aplica mediante una especie de soplete que lanza el gas ionizado a una temperatura de unos 35º-40º centígrados. El lector podrá pensar que eso no es precisamente algo "frío". Pero es que en términos físicos, el plasma es un estado de la materia similar a un gas, en el que una porción de sus partículas están ionizadas. Normalmente se requiere una gran cantidad de energía para producirlo, como por ejemplo una descarga eléctrica como la que podemos observar en los rayos. En esos casos se pueden alcanzar temperaturas de hasta 27.000 grados. Lo difícil es producir plasmas a temperatura ambiente y a presión atmosférica.
A la izquierda se puede ver una placa petri de agar-sangre que ha sido tratada con plasma en el centro. Los puntitos con halos claros alrededor son colonias bacterianas que han producido hemólisis. A la derecha se ve una placa control en la que no hay bacterias inoculadas (fuente: Popular Science)
Lo que han hecho los investigadores han es que el plasma contuviera una fracción muy pequeña de partículas ionizadas, de esa forma el calor de los electrones que están supercalentados se distribuye entre las moléculas no ionizadas, lo que convierte al plasma en "frío". Son esos electrones ionizados los que acaban con las bacterias, ya que al parecer las células animales pueden aguantar mejor sus efectos nocivos.
Esta entrada participa en el XIV carnaval de la Física
Svetlana A. Ermolaeva, Alexander F. Varfolomeev, Marina Yu. Chernukha, Dmitry S. Yurov, Mikhail M. Vasiliev, Anastasya A. Kaminskaya, Mikhail M. Moisenovich, Julia M. Romanova, Arcady N. Murashev, Irina I. Selezneva, Tetsuji Shimizu, Elena V. Sysolyatina, Igor A. Shaginyan, Oleg F. Petrov, Evgeny I. Mayevsky, Vladimir E. Fortov, Gregor E. Morfill, Boris S. Naroditsky, & Alexander L. Gintsburg (2011). Bactericidal effects of nonthermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wound Journal of Medical Microbiology
Ya que este año se ha cumplido el centenario de la muerte de Koch, el último número de la revista "Medicina y Cine" es un número monográfico dedicado a la tuberculosis. Entre sus páginas podemos encontrar un artículo con un catálogo de 400 películas en las que aparece dicha enfermedad.
En la revista digital "Wired" me he encontrado este curioso vídeo en dibujos animados dedicado a informar sobre la sífilis y la gonorrea. Fue producido por la Marina Estadounidense en 1973. No es tan bueno como el producido por Disney unos años antes (y que ya se comentó en el blog) pero merece la pena verlo.
Aunque está en inglés es bastante fácil de seguir. El protagonista es el Conde Espiroqueta, en referencia a la morfología de Treponema pallidum, el cual es galardonado con el premio "Jinete del Apocalipsis" desbancando a otras enfermedades como la gripe, la difteria, la viruela o la tuberculosis, ya que se las supone "bajo control". Hay que tener en cuenta que está realizado en una época en la que se pensaba que los antibióticos habían vencido a las principales enfermedades infecciosas y que está dirigido a los reclutas de una nación del primer mundo, en donde la tuberculosis no es un grave problema sanitario. Otra omisión es que no hablan de que es una enfermedad importada desde las Américas. En el vídeo se da a entender que es de origen europeo y que se reactivo con las guerras del Renacimiento (aunque los guerreros que salen son de la Edad Media). El protagonista secundario es Neisseria gonorrhoeae que es descrito como un diablillo al que le encanta incendiar la mucosa de la uretra.
El documental describe bastante bien las diferencias entre la sífilis y la gonorrea, sobre todo en cuanto a la infectividad y los síntomas que causan. Por ejemplo, el porqué de que la infección por gonorrea sea tan dolorosa en el hombre mientras que en la mujer puede pasar desapercibida. O porqué se produce el chancro en la sífilis.
