El viaje de Caronte al Jardín de las Delicias

El paso de la laguna Estigia de Joachim Patinir. El barquero Caronte era el encargado de llevar las almas de los difuntos al Hades. Origen de la imagen: Museo del Prado

Hoy se cumple el quinto aniversario de este blog, así que aprovecho la entrada para hacer un pequeño homenaje al que fue mi mentor: el investigador Miguel Vicente.

Cuando Miguel me aceptó en su laboratorio, siendo yo un estudiante, una de las cosas que más llamó mi atención fue la portada de un libro que había encima de su mesa. El libro se titulaba "Ingeniería Genética, manual de técnicas básicas", pero en su portada aparecía el detalle de una pintura que a mi me sonaba que había visto en el museo del Prado, aunque no recordaba su título. Reconozco que lo que yo esperaba de un libro con ese nombre era que en su portada aparecieran cosas como diagramas de la estructura del DNA, o fotografías de microorganismos, o incluso esquemas conceptuales, pero nunca una pintura de principios del siglo XVI y con el código genético sobreimpresionado. Al hojearlo, pude leer en su interior tanto el título del cuadro como el porqué se había elegido a dicha obra pictórica para ilustrar la portada del libro.

El motivo de la elección de dicha pintura era el siguiente. Se trataba de una referencia a los fagos Charon (Caronte en inglés), unos vectores usados en ingeniería genética derivados del fago λ desarrollados por Blattner y col. en 1977 en los que se podían clonar hasta 22 kilobases en su interior. En concreto se hacia referencia al fago λ4A, que fue el primer vector usado para hacer librerías genómicas de eucariotas en la bacteria Escherichia coli. Es decir, el fago había sido usado como un moderno Caronte, pues había conseguido llevar genes del dominio eucariota al interior de un organismo del dominio procariota. Estos fagos portaban una serie de mutaciones y alteraciones que por un lado permitían que fueran fáciles de usar; llevaban un sitio EcoRI; y por otro que fueran "seguros" desde el punto de vista de la bioseguridad, pues sólo podían multiplicarse en unas cepas específicas de E. coli (en concreto la cepa DP50SupF), por lo que no había riesgo de que pudieran "escaparse" del laboratorio.

Producción de una genoteca con fagos Charon. A la izquierda se muestra un esquema del proceso de clonación de DNA en el interior del genoma del fago Charon tras digestión con la enzima EcoRI y posterior ligación. A la derecha se muestra la generación de los diferentes clonesde fago conteniedo el DNA clonado. Fuente de las imágenes: FAO y K.G. Wilson

No ha sido la única vez que Miguel ha utilizado una obra pictórica clásica para ilustrar alguno de los libros que ha escrito. Para la portada del libro "Ingeniería Genética" escogió el famoso cuadro "El jardín de las delicias" de El Bosco. Y en la continuación "Avances en Ingeniería Genética" la portada fue un detalle muy concreto de dicho cuadro. En mi opinión, una pintura muy apropiada para el tema que trataba.

Esta entrada participa en el XX carnaval de la Biología alojado en Forestalia y en el III carnaval de Humanidades alojado en el blog El cuaderno de Calpurnia.




Blattner FR, Williams BG, Blechl AE, Denniston-Thompson K, Faber HE, Furlong L, Grunwald DJ, Kiefer DO, Moore DD, Schumm JW, Sheldon EL, & Smithies O (1977). Charon phages: safer derivatives of bacteriophage lambda for DNA cloning. Science (New York, N.Y.), 196 (4286), 161-9 PMID: 847462

Bichos de altos vuelos

Inútilmente interrogas.
Tus ojos miran al cielo.
Buscas detrás de las nubes,
huellas que se llevó el viento.

Buscas las manos calientes,
los rostros de los que fueron,
el círculo donde yerran
tocando sus instrumentos.

Nubes que eran ritmo, canto
sin final y sin comienzo,
campanas de espumas pálidas
volteando su secreto,

palmas de mármol, criaturas
girando al compás del tiempo,
imitándole la vida
su perpetuo movimiento.

Inútilmente interrogas
desde tus párpados ciegos.
¿Qué haces mirando a las nubes,
José Hierro?

En la segunda temporada de la serie de animación japonesa Moyashimon hay un episodio en el que los protagonistas deben de viajar hasta Francia. Así que están obligados a tomar un avión. Sawali irá acompañado de su inseparable Koji (Aspergillus oryzae), y éste se verá sorprendido cuando comprueba que hay microorganismos que son capaces de sobrevivir en las capas altas de la atmósfera. En concreto el que aparece es Deinococcus radiodurans, una bacteria conocida por su alta resistencia a la radiación. Los simpáticos deinococos le explican a Koji que gracias a ello pueden sobrevivir a la letal radiación ultravioleta.

En realidad, sería raro que Koji o Sawaki vieran un deinococo por su ventanilla, ya que no son precisamente unos microorganismos muy frecuentes en las alturas. Al menos eso es lo que se desprende de un reciente estudio publicado en la revista PNAS. Los científicos tomaron muestras mediante un sistema de filtrado de aire en altitudes comprendidas entre los 8 y los 15 km de altura, utilizando un avión DC-8 de la NASA. El muestreo de partículas se tomó en distintas áreas del continente Americano, y de manera interesante, antes, durante y después del paso de los huracanes Earl y Karl durante el año 2010. Después, los filtros fueron preservados a 4ºC y analizados en el laboratorio mediante diversas técnicas de microscopía y metagenómica.

Trayectorias de los vuelos de muestreo de las capas superiores de la atmósfera (líneas continuas de color en diferentes zonas del continente Americano). En el mapa inferior se muestran las trayectorias e intensidades de los huracanes Earl (cuadrados) y Karl (círculos). Fuente de la imagen: PNAS

El 20% de las partículas muestreadas de tamaño similar a una micra o inferior eran bacterias viables que pertenecían a 17 taxones diferentes. Algunos de estos taxones tienen especies que son capaces de metabolizar algunos compuestos orgánicos de 1 a 4 átomos de carbono que se encuentran en las capas altas de la atmósfera y que se sabe que pueden afectar a la química del interior de las nubes. También se han encontrado hongos, aunque en una proporción diez veces menor.

Gráficas que representan la abundancia de RNA ribosomal por metro cúbico de aire de bacterias (Gráfica A) y hongos (Gráfica B). Nótese que la escala de la ordenadas es diferente en ambas gráficas. Fuente: PNAS.

Es interesante destacar que las partículas de entre 1 a 3 micras actúan como núcleos para la formación de hielo (IN ice nucleation) o para la condensación de agua en nubes (CCN cloud condensation nuclei). Es decir, son los responsables de que se forme nieve, granizo o lluvia. Como en trabajos anteriores, los datos indican que una gran parte de esos IN son seres vivos. Si tenemos en cuenta que la formación de las nubes en la troposfera media y superior puede verse afectada por la cantidad de INs, la presencia de bacterias en esas capas puede ser muchísimo más importante de lo que se pensaba hasta ahora. Es importante saber que tipo de bacterias se encuentran en dicho ambiente. Al realizar el análisis se encontró que una gran parte pertenecían al orden Proteobacteria, conocidas por su capacidad de actuar como CCN o de INs cuando están en suspensión aérea en una atmósfera saturada con agua.

Composición de las comunidades microbianas presentes en la troposfera. La coordenada Y nos da una idea de la relativa abundancia de una determinada clase de microorganismos. En la coordenada X nos da información de dónde se realizó el muestreo. Las líneas negras al lado de las columnas indican el "core" de secuencias que están presentes en todas las muestras, sin importar el origen del muestreo. Nótese que una gran parte de las familias pertenecen a las Proteobacterias. Fuente PNAS.

También han analizado el posible origen de dichas bacterias. Como puede verse en la gráfica inferior, la mayor parte de las bacterias proceden de medios acuáticos, ya sean aguas dulces o marinas. Como era de esperar, los huracanes producen una gran aerosolización aumentando la presencia de microorganismos en la troposfera y cambiando drásticamente la composición de las comunidades microbianas a su paso. Además, hay microorganismos que pueden funcionar como agentes de condensación, mientras que otros actúan mejor como agentes de nucleación de hielo. Eso podría provocar que en unas áreas las precipitaciones fueran de un tipo, por ejemplo nieve o granizo, mientras que en otras podría llover, dependiendo de la composición de la comunidad microbiana.

Posible origen de las comunidades microbianas presentes en la troposfera. Las secuencias de RNA ribosomal encontradas en las alturas fueron comparadas con las presentes en las bases de datos para poder deducir su origen. Fuente PNAS.

Sobrevivir a esa altura requiere al menos dos equipos de genes. Uno que codifique para sistemas que permita resistir la radiación ultravioleta y otro que permita aguantar las condiciones de bajísima humedad. Pero hay posibilidades de que incluso haya bacterias que puedan estar viviendo allí arriba. Uno de los géneros más abundantes encontrados es Afipia, perteneciente a la familia Bradyrhizobiaceae. Esta bacteria presente en medios acuáticos es conocida porque es capaz de metabolizar la dimetil sulfona (DMSO₂) y utilizarla como única fuente de carbono. El DMSO₂ se produce por la oxidación del dimetil sulfuro (DMS), un compuesto muy abundante en la atmósfera que se encuentra sobre los océanos, ya que es emitido por las algas.

Como señalan los autores, sabíamos que los microorganismos eran esenciales para la comprensión de los fenómenos geoquímicos de los hábitats del planeta. Ahora estamos vislumbrando que también son esenciales para la (bio)química de la atmósfera y del ciclo hidrológico.


Esta entrada participa en el XXXVIII carnaval de la Física alojado en el blog Eureka, en el XXI carnaval de Química que se aloja en el blog Pero eso es otra historia y debe ser contada en otra ocasión, en el XX carnaval de Biología alojado en el blog Forestalia y en el carnaval de Humanidades alojado en el blog El cuaderno de Calpurnia.




DeLeon-Rodriguez, N., Lathem, T., Rodriguez-R, L., Barazesh, J., Anderson, B., Beyersdorf, A., Ziemba, L., Bergin, M., Nenes, A., & Konstantinidis, K. (2013). Microbiome of the upper troposphere: Species composition and prevalence, effects of tropical storms, and atmospheric implications Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1212089110

Errores letales

origen de la imagen: Fallacyfiles

Durante los meses de diciembre y enero aparecen muchos artículos del tipo "los 10 mejores...invenciones, descubrimientos, artículos, etc". Aunque también existen artículos con la versión oscura de "los 10 peores...". En el caso de la revista Wired han realizado un lista con los que ellos han considerado como los peores errores científicos del 2012. El primero de ellos es uno que involucra a un hongo y un medicamento. El segundo el infame comportamiento de dos neurocirujanos.

Conidias e hifas de Exserohilum rostratum. Fuente: CDC

El pasado mes de octubre, el CDC de Atlanta confirmó la aparición de un brote de meningitis causada por el hongo Exserohilum rostratum. La noticia llegó a aparecer en los medios de comunicación españoles. Este hongo es un saprófito y muy raramente actúa como un patógeno oportunista que afectaba fundamentalmente a personas inmunodeprimidas. Un brote así de raro indicaba que los afectados habían sido infectados mediante algún tipo de inoculación.

El CDC investigó el asunto y llegó a la conclusión de que todos los pacientes afectados habían recibido una inyección epidural con un esteroide que había sido elaborado en la compañía New England Compounding Center. Esa compañía es lo que los norteamericanos llaman una "compounding pharmacy", una instalación farmacéutica donde, tras comprar los principios activos a las grandes compañías farmacéuticas, los mezclan en la fórmula magistral que desea el cliente y los venden. Este tipo de instalaciones no están sometidas a las mismas normas de manipulación de medicamentos que las grandes compañías. Además, no pueden vender los medicamentos a instalaciones hospitalarias, sino solamente a pacientes con receta. Debido a este brote el gobierno estadounidense se va a replantear la situación de dichas compañías.

Como puede verse en la imagen de arriba, hasta la fecha, el CDC ha reconocido que hay 678 casos y que 44 personas han fallecido. Pero se piensa que puede haber unas 14.000 personas en 19 estados que tienen riesgo de verse afectadas.

El segundo "error" fue el experimento con pacientes terminales llevado a cabo por los neurocirujanos J. Paul Muizelaar y Rudolph Schrot, de la Universidad de Davis en California. Su objetivo era desarrollar un proyecto llamado "Terapia intracraneal probiótica para el glioma maligno". Este proyecto se basaba en la llamada hipótesis de la vacuna o toxina de Colley. En el siglo XIX, William Coley observó que una preparación de bacterias Streptococcus pyogenes y Serratia marcescens muertas por calor parecía provocar la remisión parcial de algunos tumores. Inicialmente se vio como una posible terapia antitumoral, pero la inyección de la toxina de Coley provocaba graves efectos secundarios, e incluso la muerte de los pacientes. Afortunadamente, las observaciones de Coley no cayeron en saco roto ya que llevaron al descubrimiento del Factor de Necrosis Tumoral (TNF). Lo que ocurría es que las endotoxinas de las bacterias usadas provocan que el sistema inmune secrete TNF, una citoquina que provoca la necrosis de los tejidos, pero de manera inespecífica. Es decir, el TNF destruye tanto a las células sanas como a las tumorales. Pero algunos científicos piensan que la toxina de Coley sí que tiene un efecto antitumoral per se, sin embargo el porqué de dicho efecto no está muy bien estudiado y comprendido. In vitro se ha observado que los restos bacterianos de la toxina de Coley parecen adherirse a las células tumorales y que inhiben algo su crecimiento, pero el tratamiento sistemático con toxina de Coley en animales al final no funciona. Baste decir que ha pasado más de un siglo desde que Coley realizó sus observaciones y aún no se ha desarrollado ninguna aplicación clínica fiable.

Microfotografías de células tumorales tratadas con la toxina de Coley. Se puede observar que los "cadáveres" de las bacterias se han adherido a las células. Fuente: Maletki et al. (2012) Clin Dev Immunol.

El glioblastoma es un tumor maligno muy agresivo. Los pacientes no sobreviven más de 15 meses después de haberse realizado el diagnóstico. Al parecer Muizelaar afirmaba conocer a un par de pacientes que tenían glioblastoma y que habían sobrevivido 15 años porque habían desarrollado una infección. Así que los dos cirujanos diseñaron un protocolo experimental. Cuando lo expusieron a la FDA esta les contestó que era un tratamiento demasiado arriesgado y sin mucho fundamento, así que debería probarlo primero en animales. Pero parece que Muizelaar y Schrot tenían prisa, así que consiguieron el permiso de tres pacientes con glioblastoma en fase terminal. El tratamiento consistiría en operarles el cerebro e inocularles la bacteria Enterobacter aerogenes en la herida con la esperanza de que el sistema inmune reaccionara y paralizara el desarrollo del tumor.

Los resultados fueron los previsibles para cualquiera que no hubiera estado cegado por dicha hipótesis. El primer paciente murió de sepsis seis semanas después de la intervención. El segundo paciente sobrevivió diez meses gracias al tratamiento con antibióticos. Según Muizelaar y Schrot el tamaño del tumor disminuyó. El tercer paciente desarrolló meningitis y sepsis, falleciendo a los pocos días de la intervención.

Enterobacter. Fuente de la imagen: Microbewiki

Antes del fallecimiento del tercer paciente, la universidad tomó cartas en el asunto. Los dos neurocirujanos, aunque tenían el permiso de los pacientes, no habían comunicado sus intenciones al comité de bioética de la Universidad de Davis. Los protocolos de experimentación en humanos están muy regulados y deben de pasar el examen de un comité federal y de la propia institución, para evitar que los investigadores se aprovechen del estado psicológico de los pacientes terminales, dispuestos a probar lo que sea con tal de vivir un poco más. De hecho, ambos cirujanos ya tenían previsto realizar cinco intervenciones más. En su defensa han alegado que lo hacían por el bien de los pacientes, lo cual me ha hecho recordar el famoso dicho de que el infierno está empedrado de buenas intenciones.


Esta entrada participa en el XX carnaval de la Biología alojado en Ecoforestalia y en III carnaval de Humanidades alojado en El cuaderno de Calpurnia.



Maletzki C, Klier U, Obst W, Kreikemeyer B, & Linnebacher M (2012). Reevaluating the concept of treating experimental tumors with a mixed bacterial vaccine: Coley's Toxin. Clinical & developmental immunology, 2012 PMID: 23193416

Carl Woese 1928-2012

Carl Woese en 1977 y en el 2004. Fuente de la imagen: Wired y Wikipedia.

El pasado 30 de diciembre nos dejaron dos gigantes de la Ciencia. Rita Levi-Montalcini y Carl Woese. La noticia del fallecimiento de la primera recibió una abundante, y merecida, cobertura mediática en nuestro país y supongo que en toda Europa. Pero reconozco que me ha apenado comprobar que del segundo no ha aparecido nada en ningún medio de comunicación español (al menos que yo sepa). Y me apena porque fue una de esas personas que consigue cambiar por completo lo que se escribe en los libros de texto.

Cuando yo cursé la asignatura de Microbiología allá por el año 1985, la taxonomía bacteriana que nos enseñaron se basaba exclusivamente en las características fenotípicas de dichos microorganismos. Es decir, lo primero de todo si eran Gram positivos o Gram negativos. Luego, si eran bacilos, cocos o tenían otra forma celular. A continuación si eran aerobios, anaerobios, aerobios facultativos, ... y así una ristra interminable de características como qué tipo de metabolismo tenían, , qué azúcares fermentaban, si presentaban formas de resistencia, a qué pH crecían, etc. Estudiar aquello era una auténtica pesadilla.



Para hacernos una idea, era como si en Zoología o en Botánica todavía clasificaran a los animales y las plantas en base a su aspecto exterior, descontando por completo tanto su anatomía interna, como sus relaciones evolutivas. Es decir, uno podía acabar diciendo que un murciélago era un ave porque tiene alas. O si hablamos en términos botánicos, que un trébol están más relacionado con una margarita que con una acacia porque las dos primeras son hierbas y la última es un árbol.

Woese cambió todo eso. No es que lo descrito arriba no se siga utilizando (se usa, sobre todo en microbiología clínica) pero consiguió que la taxonomía microbiana se basara en las relaciones filogenéticas en lugar de en los parecidos fenotípicos. Por buscar una analogía, Woese significó para la Microbiología lo mismo que Linneo para la Botánica. Y como ocurrió con el naturalista sueco, su descubrimiento significó un cambio parta toda la ciencia de la Biología.

Si Linneo se fijó en las flores para realizar su clasificación de las plantas, lo que hizo Woese fue fijarse en algo que todos los seres vivos tienen: el RNA ribosomal 16S (rRNA 16S). Está molécula es parte esencial de un proceso que realizan todos los seres vivos celulares de este planeta: la biosíntesis de proteínas. Como esperaba, al comparar las secuencias de los diferentes rRNAs 16S se encontró con que los seres vivos estaban evolutivamente relacionados entre sí, pero se sorprendió al encontrar que las relaciones de parentesco entre ellos no eran las que se suponían que eran. Su descubrimiento fue una auténtica revolución pues acabó con cinco reinos y estableció tres dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya. El esquema filogenético resultante es lo que hoy en día se conoce como "árbol de la vida".

Muchos opinan que su trabajo de 1977 es uno de los principales hitos de la Biología, comparable a la publicación del "Origen de las Especies". En cierto sentido, no les falta razón, ya que dicho artículo es la mejor comprobación experimental de la hipótesis darwiniana de que todos los seres vivos de este planeta descendemos de un ancestro común. Pero además puso las bases de la actual metodología de la llamada revolución metagenómica que nos está permitiendo comprender y sistematizar la gran biodiversidad que existe en este planeta.

Definitivamente se nos ha ido un gigante sobre cuyos hombros se apoyarán otros. Descanse en paz

Entradas relacionadas:
El oficio más antiguo del mundo
Una bacteria es una bacteria, es una bacteria
El árbol que plantó Carl Woese.





Woese CR, & Fox GE (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 74 (11), 5088-90 PMID: 270744

Mazapán microbiológico

Recientemente estuve tuiteando con @Micro_Gaia y con @Bioamara sobre el tema de los adornos navideño-microbiológicos. Y pensé que este blog debía de realizar alguna aportación. Como en otras navidades, con la colaboración de mis niñas y bajo la atenta dirección de su abuela toledana, me puse con las manos en la masa, literalmente hablando. Tras hacer el mazapán, mis niñas se encargaron de elaborar las figuritas y realizaron algunas particularmente "virales" y "microbiológicas".

Felices fiestas y feliz 2013

Cine y bichos: Cuando los microbios son los buenos

Pensaba hacer una entrada "Especial Fin del Mundo" comentando las innumerables películas en las que los microorganismos han supuesto el fin de la humanidad en el celuloide (la próxima será la de World War Z) pero como nos vamos de vacaciones de Navidad he pensado que mejor voy a dedicar la entrada a aquellas ocasiones en los que los microorganismos han sido los "buenos" de las películas.

Los microbios de Moyashimon. Fuente: Proyecto misumi

Y es que el 7º Arte ha sido uno de los principales responsables de que a unos bichitos tan simpáticos como los de arriba les tengamos una manía y un miedo irracional. Sin embargo hay unas pocas películas en las que los bichitos han sido los héroes que han salvado a los protagonistas cuando todo parecía perdido, o al menos les han echado una manita. No son muchas, pero aquí están.

El primero de nuestros "buenos chicos" es el germen de la malaliptacopterosis, que aparece en la película "Merlín el encantador" y que es la forma que adopta el mago para derrotar a la temible Madame Mim. En el vídeo podemos ver los variados síntomas que produce dicha enfermedad.

También nuestra vieja amiga Escherichia coli tuvo su momento de gloria en la serie de dibujos animados "Érase una vez la vida". En el episodio dedicado a la digestión las E. coli eran como una especie de "ganado" responsable de producir vitaminas esenciales para la dieta, y de contribuir a la defensa evitando la colonización intestinal secretando colicinas que destruían a los patógenos.

Sin embargo la cinta "Osmosis Jones" no estuvo a la altura de las dotes interpretativas de los microbios que aparecían en su reparto. En esta producción animada sobre una pareja-de-policías-colegas-estilo-arma-letal las bacterias y los virus hacen el papel de delincuentes y mafiosos. Incluso tenemos la típica escena de tiroteo en la discoteca de moda llamada "The Zit" (El Grano) y que está llena de patógenos marchosos y enrollados. También aparece el típico soplón interpretado por un virus usado en una vacuna antigripal que se gana la vida con las peleas clandestinas de varicela (chicken-pox fights).

En otras ocasiones los microbios hacen el típico papel de moco asqueroso pero milagroso. Aquí tenemos dos variantes. Una es la de servir de alimento base en un futuro distópico, como es el caso de la cinta "Cuando el mañana nos alcance" a la población de una Tierra superpoblada se la alimenta a base de unas galletitas de Soylent Green, que se supone que está elaborada a base de algas unicelulares marinas. Pero sin duda es más famosa la secuencia de "Matrix" del desayuno de los campeones que le dan al recién despertado Neo a base de proteína unicelular .

La otra variante del papel mucoso es la que aparece en "Shorts, la piedra mágica". En esta floja película infantil, los microbios son la base de un tipo de biobatería capaz de producir energía a base de ¡¡¡amplificar nuestra energía mitocondrial !!!, así que tras pringarse bien y darse las manitas para formar un círculo de energía consiguen que la piedrecita de marras no acabe provocando un desastre global.

Y para terminar vamos a hablar de la película donde los microbios hacen de salvadores del mundo como Dios manda. Y es que el final de "La guerra de los mundos" es el mejor ejemplo de un final deus ex machina. Tanto la versión de 1953 de Byron Haskin, como en la más reciente de Steven Spielberg, se conservan las palabras del libro de H.G. Wells tanto al principio de la cinta - Nadie hubiera creído que en los primeros años del siglo...-, como en su final -fueron destruidos por las criaturas más diminutas que Dios, en su infinita sabiduría, puso sobre la Tierra. Personalmente me gustan mucho las secuencias iniciales y finales de la versión de Steven Spielberg (esta última está en idioma checo, por eso he puesto los textos antes). De hecho, es la versión moderna la más fiel a la obra original. Pero la versión de Haskin tiene muchos detalles curiosos. Por ejemplo, el protagonista es un físico del proyecto Manhattan que siempre actúa de manera lógica y racional. Cuando con el resto de científicos comprueban que las armas nucleares no hacen mella en los marcianos es entonces cuando se plantean si no será posible desarrollar algún tipo de arma biológica contra ellos. También es de destacar que en la película se muestra que el esfuerzo colectivo de los científicos es la última esperanza de la humanidad. Una lección que debería aprender más de uno.

Feliz Navidad para todo el mundo.

Esta entrada participa en el XIX carnaval de la Biología que se celebra en La fila de atrás, en el XXXVII carnaval de la Física que se celebra en High Ability Dimension, en el XX carnaval de la Química que se celebra en La ciencia de Amara y en el III carnaval de las Humanidades cuando haya un blog que lo aloje.

Cómo convertir a uno de tus peores enemigos en uno de tus mejores aliados

Emma Whitehead, a la izquierda durante su tratamiento en el hospital, a la derecha con su madre en la actualidad. Fuente: The New York Times

Estos días la noticia que ha aparecido en bastantes medios de comunicación ha sido la curación de Emma Whitehead, una niña norteamericana de 7 años que ha sido tratada de su leucemia linfoide crónica con un nuevo tipo de terapia. En realidad Emma no ha sido la primera paciente curada usando esta nueva técnica. Hay una docena de pacientes que ya han sido tratados, siendo el primero de ellos William Ludwig, un funcionario de prisiones jubilado de 65 años. Pero lo más llamativo de esta nueva terapia es la herramienta que se ha usado: se trata nada más y nada menos que del VIH, sí, el virus del SIDA.

Todos sabemos que el VIH ataca a las células del sistema inmune. En concreto un tipo de células denominadas linfocitos T CD4, que podríamos decir que son como los directores de orquesta de nuestras defensas. El VIH es capaz de meter su genoma dentro de los cromosomas del linfocito. De esa forma, los genes virales son expresados por la maquinaria celular del linfocito para hacer nuevos virus. Pues bien, esa propiedad es la que han aprovechado un grupo investigador de la Universidad de Pennsilvania liderado por el doctor Carl June para desarrollar la nueva terapia antitumoral.

Los científicos han manipulado el VIH de la siguiente manera. En primer lugar han eliminado todos los genes que le permitirían multiplicarse. Así, cualquier célula infectada no producirá más virus. Pero no le quitaron la capacidad de infectar células T4 ni la capacidad de integrar los genes que porta el virion en los cromosomas de la célula objetivo. En segundo lugar metieron la siguiente información genética en los viriones. Una quimera que codificaba para tres proteínas particulares: un receptor antigénico contra el antígeno CD-19 de los linfocitos B acoplado a los dominios señalizadores de los receptores CD137 y CD-3-zeta. ¿Para qué servía esa proteína quimera tan compleja?

Esquema de la terapia antitumoral utilizada. En primer lugar se modifica el virus VIH para que transporte el gen quimera. En segundo lugar el virus se incuba con los linfocitos T del paciente para así introducir el gen quimera en los cromosomas de la célula. En tercer lugar se vuelven a introucir los linfocitos T en el paciente y estos acaban con todos los linfocitos B, sean estos malignos o no. Finalmente, las propiedad de las células T de multiplicarse permiten que se establezca una "memoria inmunológica" que evita que vuelva a aparecer la leucemia. Como el paciente ya no puede producir anticuerpos al perder sus células B, se le debe administrar inmunoglobulina de forma permanente para evitar infecciones. Fuente: The New York Times

Es más simple de lo que parece. Si uno coge ese virus modificado y lo pone en contacto con un linfocito T4, lo que va a ocurrir es que ese gen quimera se va a introducir en sus cromosomas y va a comenzar a expresarse. Y lo que la expresión de esa proteína le está diciendo al linfocito T es que mate a cualquier célula B que se encuentre, porque todas llevan la proteína CD-19 en su membrana. De hecho, el doctor June describe a los linfocitos T transformados como "serial killers".

Bueno, pues ahora se coge al paciente con una leucemia de linfocitos B. Le sacamos sus células T. Las infectamos con el virus VIH modificado introduciéndoles así el gen quimera. Una vez hecho esto se reinyectan las células T modificadas en el paciente y las dejamos actuar. Se calcula que cada célula T modificada es capaz de eliminar a 1000 células tumorales. En unos cuantos días habrán acabado por completo con todas las linfocitos B presentes en el paciente. Y lo mejor de todo es que estas células T modificadas producen “memoria inmunológica” por lo que el paciente quedará protegido permanentemente contra la leucemia.

Fotograma del VÍDEO en el que se ve como un linfocito B que expresa la proteína verde fluorescente (GFP) es atacado por un linfocito T modificado. Fuente: The New York Times

¿Y los “peros”? Pues hay unos cuantos, aunque afortunadamente no son insalvables. El primero de todos es que la actividad destructora de las células T puede afectar a otros tejidos. Por un lado producen una gran cantidad de citoquinas de efecto inflamatorio (la llamada tormenta de citokinas) y por otro, la gran cantidad de productos de desecho originados al destruir las células tumorales pueden causar toxicidad hepática y renal. En el caso de Enma lo que se encontró es que los niveles de interleuquina-6 (IL-6) se habián disparado a valores 1000 veces superiores a lo normal. Eso provocó que todo su cuerpo se hinchara, tuviera convulsiones y que alcanzara los 40º de fiebre (los médicos llaman a esta fase baked and shaked) . Afortunadamente, existe un medicamento que anula el efecto de la IL-6, (el tocilizumab un tipo de anticuerpo monoclonal dirigido contra el receptor de la IL-6), por lo que Emma pudo recuperarse.

Metabolitos producidos tras la masiva destrucción de células tumorales en un paciente. Se muestran los niveles de creatinina, ácido úrico y Lactato Deshidrogenasa (LDH) desde el día 1 hasta el día 28 después de la primera inyección de linfocitos T modificados en un paciente. El pico coincide con la hospitalización por el síndrome de lisis de tumor. Fuente: Porter et al. (2011)

En un caso, una de las pacientes tratadas no sobrevivió debido a que las células T atacaron las células pulmonares. Otro inconveniente es que las células T no solo acaban con las células B malas, también acaban con las células B buenas. Y las células B son las responsables de producir anticuerpos. Por eso a los pacientes hay que suministrarles inmunoglobulinas de manera permanente. Hay otro inconveniente: el tratamiento no ha funcionado en todas las ocasiones. Hasta la fecha se han curado completamente tres adultos. Otros cinco pacientes han mejorado pero no han sido curados del todo. Finalmente en dos pacientes el tratamiento no funcionó en absoluto.

Biopsias de un paciente teñidas de manera que se destaquen los linfocitos B (es una tinción específica contra CD20). La infiltración de la leucemia se observa antes del tratamiento y está ausente después del tratamiento. En las imágenes de tomografía computerizada que se muestran debajo se observa como han desaparecido las linfoadenopatías. Las flechas y los círculos señalan las posiciones de las masas tumorales antes y después del tratamiento Fuente: Kalos et al. (2011)

Aún así los resultados han sido tan espectaculares que la compañía Novartis va a invertir 20 millones de dólares en el desarrollo de esta terapia porque consideran que esta estrategia puede ser el futuro de los tratamientos anti-tumorales. Curiosamente esa decisión ha sorprendido a los investigadores, porque esta estrategia implica que hay que transformar las células T de cada paciente. Este método no consiste precisamente en desarrollar un producto genérico como la Viagra que puedan tomar millones de personas.

Pero de acuerdo con Hervé Hoppenot , presidente de la sección de oncología de Novartis, esta nueva estrategia es compatible con una actividad comercial. Van a apostar por tratamientos que tengan un gran impacto sobre un pequeño grupo de pacientes. La ventaja es que este tipo de tratamientos a pequeña escala puede ser aprobado por la FDA o por otras agencias mucho más rápidamente que si tienes que hacer un tratamiento que requiera un gran número de estudios clínicos caros y con resultados que pueden no ser positivos. Ciertamente, los tratamientos personalizados serán muy caros por paciente. Se calcula que el monto total de curar ha Emma ha sido superior a 20.000 dólares. Pero como siempre todo es relativo. La terapia alternativa a este tipo de cánceres es el trasplante de médula ósea y puede llegar a ser 10 veces más caro. De todas formas los propios investigadores reconocen que todavía hay unos cuantos aspectos que deben de ser estudiados, sobre todo encontrar el porqué en algunos pacientes funciona y en otros no.

Quién nos iba a decir que el virus del SIDA iba a convertirse en uno de nuestros mejores aliados contra el cáncer.



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Kalos M, Levine BL, Porter DL, Katz S, Grupp SA, Bagg A, & June CH (2011). T cells with chimeric antigen receptors have potent antitumor effects and can establish memory in patients with advanced leukemia. Science translational medicine, 3 (95) PMID: 21832238

Porter DL, Levine BL, Kalos M, Bagg A, & June CH (2011). Chimeric antigen receptor-modified T cells in chronic lymphoid leukemia. The New England journal of medicine, 365 (8), 725-33 PMID: 21830940

La paradoja del dedo de Hume

Primer plano del dedo gordo del pie de la estatua de David Hume. Colección personal del autor.

Si uno va a Edimburgo, probablemente visitará la calle conocida como Royal Mile. Es el equivalente a la Rambla de Alicante o a la Gran Vía de Madrid. Al comienzo de dicha calle podrá observar una imponente estatua de bronce dedicada al filósofo David Hume. La gran figura de color verde muestra a un Hume extremadamente serio, cubierto con una toga que deja ver su torso desnudo y sosteniendo un libro. Pero probablemente lo que más llame la atención es el dedo gordo de su pie derecho: es de un brillante dorado y está completamente pulido.

David Hume fue un pensador escocés del siglo XVIII. Junto con John Locke y George Berkeley forma la terna filosófica que dio lugar a lo que se llamó Empirismo Británico. Hume era un escéptico que luchó durante toda su vida contra la superstición y está considerado como uno de los pilares del actual pensamiento científico occidental. Su obra más importante se titula "Tratado de la naturaleza humana" y en ella intenta crear una ciencia del hombre que examinaría las bases psicológicas de la naturaleza humana. Según Hume no existían las ideas innatas y el conocimiento se adquiría a través de la experiencia. Se opuso vehementemente a los racionalistas como el filósofo Descartes. Para Hume, era el deseo, más que la razón, lo que gobernaba el comportamiento humano. Una de sus frases más celebres es Reason is, and ought only to be the slave of the passions (La razón es, y solo debería ser, la esclava de las pasiones).

Retrato de David Hume realizado por Allan Ramsay en 1766. El filósofo tenía entonces 55 años. No cabe duda de que parece mucho más simpático que el personaje representado en la estatua. Origen de la imagen: Wikipedia

En 1995, es decir hace tan sólo 17 años, se erigió dicha estatua. ¿A qué se debe que su dedo gordo del pie derecho esté tan brillante y pulido? Pues porque la gente lo toca. Pero hay otras estatuas en Edimburgo y ninguna de ellas tiene alguna de sus partes tan brillantes y pulidas. Cuando pregunté en la oficina de turismo el porqué de dicho pulido tan selectivo la señorita me dijo con un fuerte acento escocés -Oh! That's the lucky toe!- (Traducción: ¡Ese es el dedo de la suerte!). Resulta que desde que se inauguró la estatua los estudiantes de filosofía van a tocar el dedo gordo del pie de Hume con la esperanza de que algo de su conocimiento se transfiera a sus mentes y tener suerte en los exámenes. Resumiendo, uno de los principales pensadores escépticos ha acabado siendo el objeto de una superstición contra las que tanto luchó en vida.

Esta historia viene al caso porque ayer leí un interesante ensayo en la revista Trends in Microbiology titulado “Science denial: a guide for scientists”. Está escrito por Joshua Rosenau del National Center for Science Education estadounidense y es una guía para debatir con aquellos que niegan las evidencias científicas y creen en las modernas supersticiones, como por ejemplo los defensores de la homeopatía, los que niegan la evolución o los que afirman que las vacunas son peligrosas y no previenen las enfermedades.

Lo que yo he sacado en claro de dicho ensayo es que es mejor persuadir que enfrentar. A veces se olvida que muchas evidencias científicas parecen contrarias al sentido común. Imaginemos a cualquier persona del siglo I al que le decimos que la tierra es redonda. Seguramente nos tomaría por locos. Pues algo parecido ocurre ahora con los avances antes mencionados. Actualmente hay muchas personas que viven en comunidades para los que la negación de la evidencia científica puede ser una muestra de la identidad de grupo, por lo que para ellas el riesgo de ostracismo social dentro de su grupo es probablemente más costoso que cometer un error científico garrafal. Los científicos y los divulgadores científicos deben de tener en cuenta esa circunstancia cuando tratan de captar la atención de esas audiencias tan peculiares.

Árbol evolucionista desde el punto de vista "creacionista". Según esa doctrina el origen de todos los males de la sociedad. El ingeniero creacionista Richard Elmedorf piensa que si la evolución es destruida, sus ideas caerán. Origen de la imagen: Trends in Microbiology

Si uno intenta divulgar la ciencia a esos grupos de manera agresiva, como por ejemplo usando parodias o bromas contra esos grupos, probablemente será rechazado. Existe otra opción que es divulgar a través de aquellos que puedan compartir una cierta identidad social con ese grupo. Esos "mensajeros"(sic)que pueden tener una opción de romper a través de esos grupos de "negacionistas científicos" son los que comparten una cierta identidad social con ellos. De hecho, la mera existencia de esas personas ya socava la creencia de que un individuo que pertenezca a ese grupo no puede aceptar la ciencia. Cuando ellos discuten cómo acomodan su entendimiento científico y su identidad social están presentando una ruta hacia la aceptación de la ciencia por el resto del grupo.

En el artículo se habla del ejemplo de Francis Collins, antiguo director del proyecto Genoma Humano y actual director del National Institutes of Health de los Estados Unidos. Collins es un cristiano evangélico pero él ha hablado en numerosas ocasiones en apoyo de la Evolución o de la investigación con las células madres. Para Collins, el problema no es "Soy cristiano evangélico, No puedo aceptar la evolución", sino "Soy cristiano evangélico, ¿cómo puedo aceptar la evolución?". Este tipo de razonamiento puede ser aplicado para otros grupos, así por ejemplo podríamos rehacer la pregunta de esta guisa: "Soy ecologista ¿cómo puedo aceptar los transgénicos?"

Resumiendo, mejor convencer que ridiculizar.

Post scriptum: Hoy nos hemos desayunado con la noticia de que cada vez hay menos estudiantes que eligen estudios científicos en Europa (en 10 años hemos pasado de un 24,4% al 21,4%), cuando el objetivo de la UE para esa década era incrementar los porcentajes en un 15%. O sea, en lugar de ir hacia delante hemos ido hacia atrás. Eso significa que estamos haciendo algo rematadamente mal (me incluyo porque soy docente y seguro que algo de culpa tengo).

Esta entrada participa en el XVIII carnaval de la Biología alojado en Ameba Curiosa y en el II carnaval de las humanidades que organiza Leet Mi Explain



Rosenau, J. (2012). Science denial: a guide for scientists Trends in Microbiology, 20 (12), 567-569 DOI: 10.1016/j.tim.2012.10.002

Breaking Bad: Got Flu? La metanfetamina reduce la replicación del virus de la gripe A

Si un día la policía pilla a Walter White, el personaje principal de Breaking Bad, el artículo publicado en PLOS ONE podría permitir a su abogado desarrollar una línea de defensa bastante curiosa:Señoría, mi cliente no estaba traficando con drogas, estaba vendiendo un antigripal muy efectivo.

Estructura de la Metanfetamina. Fuente: Wikipedia

El descubrimiento ha sido llevado a cabo por tres investigadores taiwaneses: Yun-Hsiang Chen, Kuang-Lun Wu, y Chia-Hsiang Chen. El problema que habían abordado era el siguiente. La metanfetamina (meta) es una droga adictiva que afecta a unos 35 millones de personas en todo el mundo. Además de los grandes daños neurológicos que causa, el consumo de meta también disminuye la efectividad del sistema inmune, por lo que es un factor de riesgo en infecciones como el VIH o el virus de la hepatitis C. Así que se preguntaron que pasaría con el virus de la gripe, uno de los principales virus pandémicos. Este virus infecta el epitelio pulmonar y la forma de administración de la meta es por inhalación. ¿Se facilitaría la transmisión vírica? ¿se desarrollarían peores síntomas gripales en los drogadictos?

Para responder a dichas preguntas tomaron unos cuantos cultivos de células epiteliares de pulmón (línea A549) y las expusieron a metanfetamina. Luego las infectaron con virus de la gripe A/WSN/33 (H1N1). Tras un tiempo, analizaron el número de virus producidos en la progenie, la expresión de proteínas virales, y la expresión de proteínas celulares "defensivas" como el interferon. La sorpresa fue que se encontraron con que la metanfetamina disminuía la propagación del virus y la susceptibilidad de las células a ser infectadas. Observaron una disminución significativa en la síntesis de proteínas virales que no era debida a una acción de la respuesta por interferón en las células hospedadoras, lo que indicaba que la meta interfería directamente con el ciclo del virus.

La metanfetamina reduce la formación de halos de lisis en un cultivo de células del epitelio de pulmón. Las células se incubaron con distintas concentraciones de meta y luego fueron infectadas con un virus dela gripe H1N1. En A podemos ver el aspecto de las placas en el que puede observarse que el número de calvas disminuye y son más pequeñas a las dosis más altas de meta. En B se muestra el gráfico que recoge el número relativo de calvas virales producidas en los cultivos semejantes a los mostrados en la fotografía superior. En el cultivo control no se añadió meta. Fuente: Chen et al.

El mecanismo molecular concreto de la interferencia con la replicación del virus no está claro. Los autores especulan con que la meta al ser metabolizada en los lisosomas celulares provoca una alcalinización en el interior de dichas vesículas y que quizás eso sea la causa de que se altere el ciclo viral, ya que el virus también "pasa" por dichas vesículas, pero reconocen que deben de hacerse más estudios para caracterizarlo. Lo que está claro es que este estudio ha abierto una nueva línea para buscar o desarrollar compuestos similares a nivel estructural para que puedan ser desarrollados como antivirales.


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Chen YH, Wu KL, & Chen CH (2012). Methamphetamine reduces human influenza a virus replication. PloS one, 7 (11) PMID: 23139774

Vida = Nutrición + Relación + Reproducción + Evolución + ... Cooperación

La bacteria Azoarcus tolulyticus. Fuente: Microbezoo

De niños nos suelen enseñar que las funciones básicas de la vida son la nutrición, la relación y la reproducción. Posteriormente aprendemos que además hay que añadir la evolución. Bueno, pues hay un nuevo término en la ecuación: la cooperación.

Cuando en un contexto biológico nos hablan de cooperación inmediatamente pensamos en las simbiosis como la del cangrejo ermitaño y la anémona, o la formada entre hongos y algas en los líquenes. También podemos pensar en términos cooperativos cuando hablamos de la evolución desde los organismos unicelulares a los multicelulares. Estos últimos presentan diversas ventajas adaptativas como por ejemplo la división de tareas: tubo digestivo, neuronas, músculo, gametos, etc. Incluso podemos llegar a pensar en cooperación y reparto de tareas a nivel intracelular. Así, el DNA porta la información genética, las proteínas son las que levan a cabo las reacciones catalíticas, y los lípidos los que forman membranas. Esta claro que la cooperación permite el desarrollo de la complejidad.

Es evidente que un ser vivo "hace" una serie de cosas que lo diferencian de la materia inanimada. Así que es lógico asumir que el primer ser vivo que apareció en este planeta hace unos cuantos miles de millones de años también hacia lo mismo que los actuales. Pues bien, parece ser que también presentaba la capacidad de "cooperación" como una propiedad intrínseca.

Uno de los actuales hipótesis que intentan explicar cómo pudo surgir la vida en este planeta es la conocida como "mundo RNA". La molécula de RNA es capaz de realizar dos funciones vitales al mismo tiempo: puede almacenar información genética y puede realizar funciones catalíticas como ribozimas. Durante un periodo de la historia de este planeta había moléculas de RNA capaces de auto-replicarse y que mutaban evolucionando hacia formas con una mayor eficacia autorreplicativa. Con el tiempo el papel de guardián de la información genética pasó al DNA y las funciones catalíticas a las proteínas. El RNA se quedó como una especie de Caronte conectando a ambos mundos (o de "chico de las fotocopias" si queremos expresarlo de manera más prosaica).

Sic transit gloria mundi a escala molecular. Origen de la imagen: Universidad Berkeley

Evidentemente, aún quedan muchas lagunas por rellenar en esa hipótesis. Se comienza a entender como pudo haber sido la química prebiótica que diera lugar a los nucleótidos, los monómeros del RNA, y como estos podrían haber formado pequeños polímeros. A nivel experimental, la selección del RNA más eficiente en un proceso de replicación fue comprobada gracias a los experimentos con el fago Qb realizados por Manfred Eigen y su grupo. Simplemente ponían en un tubo unas cuantas moléculas de RNA con diferentes secuencias, replicasa del fago y nucleótidos. Según las condiciones de replicación unas veces la secuencia más eficiente era una y otras veces era otra. Era un ejemplo perfecto de Selección Natural bioquímica en un tubo de ensayo. El pequeño RNA viral se comportaba como un auténtico "gen egoista".

El significado evolutivo de los experimentos de Manfred Eigen. Tenemos una población diversa de moléculas de RNA (1). Se seleccionan aquellas capaces de hacer alguna función (2) y se replican (3). Poco a poco se va consiguiendo que toda la población de RNAs tengan la misma secuencia y funcionalidad (4 y 5). Hacer CLICK en la imagen para ampliarla. Origen de la imagen: Universidad Berkeley

En los experimentos de Eigen, el RNA no se auto-replica, necesita una enzima de naturaleza proteica. Y aquí es donde aparece un problema por ahora no resuelto. Un RNA con actividad de ribozima capaz de auto-replicarse requiere una molécula larga y compleja, mucho más de lo que parece posible con los actuales conocimientos de química prebiótica. Además hay otro problema, un RNA auto-replicante debe poseer una tasa de mutación lo suficientemente baja como para no perder la información que porta y al mismo tiempo competir por los recursos contra otros RNAs "parásitos" que se puedan aprovechar de sus habilidades.

Un reciente trabajo publicado en Nature parece haber encontrado una respuesta al problema. En el escenario propuesto, los RNAs auto-replicantes no solo hacen copias de si mismos (egoísmo molecular), sino que también son capaces de actuar sobre otros "RNA replicadores" estableciendo un hiperciclo. Esa propiedad física surge de manera espontánea, no hace falta diseñar a las moléculas para que lo hagan. El sistema experimental utilizado ha sido una ribozima de la bacteria Azoarcus, que tiene la capacidad de autoensamblarse cuando es fragmentada. Esta ribozima puede mutarse de manera que puede haber variantes "egoístas" que sólo autoensamblan los fragmentos suyos y no los de otra variante. O también pueden aparecer diferentes variantes de fragmentos de dicha ribozima que pueden actuar de forma cooperativa sobre otras variantes. Es decir, la ribozima 1 ayuda al ensamblaje de la ribozima 2, la cual actúa sobre el ensamblaje de la ribozima 3 y esta a su vez ayuda al ensamblaje de la ribozima 1.

La aparición de un hiperciclo. a, Una molécula replicadora primordial (R) aumenta su propio autoensamblaje a partir de moléculas usadas como sustrato (S) en un ciclo autocatalítico simple (comportamiento replicativo egoista). a Como la replicación es imperfecta aparecen mutaciones lo que significa que la molécula original se diversifica y tendremos un grupo de moléculas autorreplicantes relacionadas entre si, cada una promoviendo su propia síntesis, pero también la de las otras. La introducción de preferencias (bias) en la especificidad de los replicadores da estructura a la red y puede llevar a subsistemas egoístas (c) o a hiperciclos cooperativos (d). Esos hiperciclos son autocatalíticos desde un punto de vista global, pero son mucho más resistentes a la acumulación de mutaciones, permitiendo a los replicadores especializarse y adquirir nuevas funciones. Las flechas rojas gruesas indican incremento de eficacia en el ensamblaje de los replicadores, las flechas punteadas decrecimiento. Fuente: Nature

Lo que han encontrado es que si se establece uno de esos hiperciclos cooperativos, los RNAs que forman parte de ellos pueden desplazar por completo a los RNAs que sólo se autoensamblan de manera egoísta. Es decir, la cooperación molecular entre fragmentos pequeños de RNA puede ayudar a la aparición de más largos y complejos RNAs. Y esto es una propiedad física intrínseca a este tipo de sistemas autoorganizativos. Como siempre ocurre en Ciencia, una buena respuesta genera un montón de nuevas preguntas. Por ejemplo ¿cómo estas redes cooperativas se desarrollan en el tiempo? ¿la complejidad de un hiperciclo aumenta con la eficiencia que muestra, o se simplifica? ¿cómo interaccionaban esos RNA prebióticos con otras moléculas de su entorno? ¿cómo competían con otros RNAs? y evidentemente ¿cómo surgió el primer hiperciclo de RNAs?

Diseño de ribozimas con actividad recombinasa capaces de realizar un ensamblaje covalente cooperativo de forma espontánea a partir de fragmentos. A la izquierda se muestra la estructura secundaria de la ribozima de Azoarcus que puede ser fragmentada en tres regiones para obtener así cuatro oligómeros (X, W, Y, Z) capaces de autoensamblarse en una sola molécula de longitud completa. A la derecha se muestra la estructura tridimensional de dichos fragmentos y de la ribozima completa una vez ensamblada. El ensamblaje puede ser de forma espontánea (self-assembly), pero una vez realizado la ribozima ayuda a que se ensamblen más fragmentos de manera más rápida. Fuente: Vaidya et al. Nature.

¿Y por qué tienen que ser tres ó más los componentes de un hiperciclo para que esté funcione mejor? Se pueden establecer hiperciclos de dos. Por ejemplo, la ribozima 1 ayuda a ensamblarse a la ribozima 2 que a su vez ayuda al ensamblaje de la ribozima 1. Un hiperciclo tan simple también es estable. Y si dejamos actuar a la evolución lo que se encuentra es que la recombinación comienza a jugar un papel y pueden aparecer moléculas que sean más eficientes en la replicación que las originales. El problema con dos componentes es que hay una restricción ya que nunca se puede dejar de lado las propiedades de auto-replicación y de ribozima, así que el sistema es bastante sensible al efecto de mutaciones que degraden la información genética y que no permitan una de las dos funciones. Un hiperciclo de tres o más componentes permite que haya un mayor número de combinaciones, y por lo tanto más grados de libertad y menor riesgo de que la mutación pueda hacer perder una de las dos propiedades. No solo eso, al haber más jugadores se permite la posibilidad de que incluso aparezcan nuevas propiedades. Es decir, puede empezar a aparecer el reparto de tareas a nivel molecular.

Experimento en el que se hace competir a sistemas "egoístas" (líneas rojas) contra un sistema cooperativo (líneas verdes). El rendimiento de RNA total W•X•Y•Z mide si un sistema es mejor que otro en unas determinadas condiciones. Si los subsistemas se incuban de manera separada (líneas quebradas rojas y verdes) se favorece el comportamiento egoísta. Pero cuando se ponen todos los subsistemas juntos en el mismo tubo (líneas continuas rojas y verdes), lo que ocurre es que el sistema cooperativo es el que compite mejor. Fuente: Vaidya et al. Nature.

Los autores sugieren que el establecimiento de estas redes cooperativas podrían permitir la síntesis de pequeños RNAs gracias a la acción de una ribozima, y a su vez estos pequeños RNAs podrían permitir la replicación de dicha ribozima. Una ventaja de este tipo de sistemas es que no requiere que haya enlaces covalentes para desarrollar grandes estructuras macromoleculares.

Enlaces relacionados: El dilema del prisionero, la cooperación molecular y el origen de la vida en Francis (th)E mule Science's News.

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Attwater J, & Holliger P (2012). Origins of life: The cooperative gene. Nature, 491 (7422), 48-9 PMID: 23075847

Vaidya N, Manapat ML, Chen IA, Xulvi-Brunet R, Hayden EJ, & Lehman N (2012). Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators. Nature, 491 (7422), 72-7 PMID: 23075853

De astronautas y microbios

En un futuro puede que exista una tripulación de incompetentes inútiles como los de la nave espacial "Prometheus", pero por ahora los ingenieros y los científicos se están devanando los sesos para evitar que los astronautas que vayan a realizar largos viajes espaciales sucumban ante un peligro muy real, aunque parezca muy pequeño: los microbios.

No es la primera vez que comento en el blog los problemas que suponen las infecciones para los astronautas. La situación es algo parecida a la que sufrían los marineros en los tiempos en que se realizaban largas travesías a vela. No sólo hay que llevar provisiones y agua para varios meses, sino que además hay que estar preparados para las tormentas o para cualquier imprevisto. Uno de los mayores temores era la aparición de una enfermedad lejos de cualquier puerto que podría acabar con todos los miembros de una tripulación.

Una situación similar puede darse en un viaje espacial a Marte. La microgravedad, el estrés y la exposición a la radiación causan alteraciones en el sistema inmunológico lo que provoca que los astronautas sean más susceptibles a las infecciones o a la reactivación de patógenos latentes como el herpes virus. Pero las condiciones que hay en el espacio también afectan a los patógenos, cambiando su virulencia, su cinética de crecimiento, su resistencia al ataque de macrófagos o de sustancias antibióticas y su capacidad de formación de biofilms, lo que supone un riesgo añadido a la salud de los astronautas.

Si añadimos a eso el hecho de que las interacciones entre microbios y astronautas se dan en un lugar pequeño, en el que la microgravedad facilita la formación y persistencia de aerosoles con partículas que pueden contener microbios, por ejemplo las gotitas de un estornudo permanecen flotando horas o días en lugar de caer al suelo, enseguida queda claro que las oportunidades para una contaminación masiva del medio ambiente de una nave espacial son muy elevadas, y ese riesgo sanitario puede poner en peligro cualquier misión espacial de larga duración.

Fuente: Futurity.org

Por si fuera poco, las limitaciones energéticas de una nave espacial impiden que la filtración del aire sea todo lo eficiente que debería ser si se quisiera eliminar a los patógenos aerosolizados utilizando filtros HEPA. Peor aún, dichos procesos de filtración espacial no pueden eliminar vapores producidos por productos desinfectantes de uso rutinario en condiciones terrestres.

El profesor Leonard Mermel, experto en enfermedades infecciosas de la Universidad de Brown, ha trabajado en este tema con la NASA y ha encontrado que en las 106 misiones de la lanzadera espacial se contabilizaron 29 casos de infecciones entre los 742 tripulantes que participaron en dichas misiones. El porcentaje es un 4% y parece pequeño, pero imaginemos que tuviera lugar una infección grave en la misión que se está planeando para enviar seres humanos a Marte. Esta misión durará un par de años y un caso así podría significar la interrupción de la misma, o lo que es peor, la muerte de uno o varios miembros de la tripulación. Mermel, está intentando desarrollar una serie de ideas y protocolos de actuación dirigidos a preparar a los astronautas para prevenir dichas infecciones y mantener a los microbios a raya. Sus conclusiones y recomendaciones han sido publicadas en la revista Clinical Infectious Diseases.

Una de las medidas será vacunar a los astronautas frente a diversos patógenos como la gripe, el meningococo y el neumococo. También se analizará si están afectados por alguna enfermedad latente como la tuberculosis. Además se les proporcionará comida esterilizada por irradiación, pañuelos desinfectantes, mascarillas quirúrgicas, respiradores, una gran variedad de antibióticos y kits de diagnóstico para identificar microorganismos patógenos. Por si no bastara, los astronautas serán examinados antes del vuelo para ver si son portadores asintomáticos de diversos patógenos como ciertas cepas de Staphyloccocus aureus resistentes a los antibióticos. Incluso sus heces serán examinadas para comprobar que no presentan patógenos como Salmonella.

Pero no sólo se está trabajando en el factor humano. Los ingenieros también tienen mucho que decir. Una de las líneas en la que se está trabajando es en la de diseñar un sistema de filtros HEPA que pueda funcionar en las condiciones limitantes de energía presentes en la nave espacial. Otra es en el diseño de los aseos, que deben de tener su propia presión atmosférica negativa para evitar que los microorganismos escapen. El reciclaje y suministro de agua libre de patógenos es otra de las principales preocupaciones. También se ha prestado atención al desarrollo de productos higiénicos para asear las manos que no requieran agua y en el desarrollo de superficies que eviten la formación de biofilms bacterianos. Incluso se incluyen medidas drásticas como la incorporación de una zona de cuarentena donde puedan aislarse a los astronautas enfermos y así evitar el contagio al resto de la tripulación.

sVariables que influyen en el riesgo de infecciones y su transmisión durante un viaje espacial. Fuente: Clinical Infectious Diseases

Pero además de los astronautas, habrá otros pasajeros en el viaje: las bacterias simbiontes. Al parecer, comer comida esterilizada durante dos años no es algo muy saludable para nuestra microbiota intestinal. La ingesta de microbios probióticos estimula al sistema inmune y como se ha indicado al principio, eso es algo muy deseable en estas condiciones. Así que se está trabajando en la manera de llevar “suplementos probióticos” para añadir a la dieta espacial. Incluso también se ha considerado que se lleven cepas de Staphylococcus epidermidis pues este simbionte de nuestra piel evita que sea colonizada por microorganismos patógenos. Ciertamente, los desafíos para la exploración espacial son grandes, pero esperemos que puedan ser solventados.

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Mermel LA (2012). Infection Prevention and Control During Prolonged Human Space Travel. Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America PMID: 23051761