Paleovirología de la viruela

El antropólogo forense Scott Warnasch examina el cadáver accidentalmente desenterrado en Queens, New York. Se puede ver los restos del ataúd de metal. Todavía no sabían que esa persona había muerto de viruela. Origen de la imagen:  Sara Reardon, Nature 2014

Hace tres años comenté en este blog el hallazgo de unos restos de costra de una pústula de viruela-vacuna encontrados en una carta del año 1876. El CDC de Atlanta fue avisado y analizó dichos restos para asegurarse de que no hubiera ningún tipo de virus activo. Hubo gente que pensó que quizás eso fue un poco exagerado, pero si tenemos en cuenta la reciente noticia de que se ha "revivido" a un virus del permafrost de hace 30.000 años entonces uno empieza a pensar que quizás la acción del CDC no fue tan exagerada. Y si ya se lee el reciente artículo aparecido en Nature entonces le parecerá totalmente adecuada.

En el año 2011 se estaban poniendo los cimientos para una construcción en el barrio neoyorquino de Queens cuando los obreros realizaron un macabro descubrimiento: un ataúd de hierro con unos restos humanos en su interior. Inicialmente se pensó en que era la víctima de un crimen, pero posteriormente se estableció que en realidad debería ser alguien que fue enterrado en el cementerio de una parroquia cercana hacia mediados del siglo XIX. Se trataba de una mujer negra que vestía camisón y calcetines. Pero lo que más llamó la atención a los investigadores era que había sido enterrada en un ataúd de hierro, un auténtico lujo para la época que le tocó vivir. Ese ataúd había permitido que los restos se conservaran en bastante buen estado.

Detalle de la piel del cadáver de la mujer desenterrada en Queens. Se pueden observar los restos de las pústulas en su frente. Origen de la imagen: McCollum et al. Emerging Infectious Diseases 2014.

Al examinar el cuerpo los forenses observaron que había una serie de lesiones y de granos diseminados por todo el cuerpo. Esas lesiones y granos recordaron a Bradley Adams, el jefe de antropología forense de Nueva York, las pústulas que había visto en fotos de enfermos de viruela. Los forenses se dieron cuenta que el ataúd de hierro no era un lujo, en realidad era un contenedor para evitar que la infección se diseminara. Inmediatamente la zona de obras fue clausurada y se llamó al CDC de Atlanta para que clausurara e investigara los restos. La epidemióloga Andrea McCollum y su equipo fueron enviados a Queens y aunque suponían que era muy poco probable que hubiera algún virus activo en dichos restos se tomaron muestras para analizarlas. Los análisis confirmaron que había DNA del virus, pero estaba tan degradado que no había partículas virales activas.

Momia de Ramses V. Se supone que los granos que se observan en su rostro son restos de las pústulas de viruela. Origen de la imagen:  Sara Reardon, Nature 2014

Lo cierto es que no sería la primera vez que se han encontrado restos humanos con viruela. El cadáver más famoso en el que pueden apreciarse presencia de pústulas corresponde a la momia del faraón Ramses V, enterrado hace 3200 años. Cuando se tomaron muestras de la piel y se analizaron usando técnicas inmunológicas se encontró una pequeña reacción con anticuerpos frente a la viruela. Se piensa que es posible que el virus podría estar preservado si los restos se mantienen a baja temperatura. Durante la campaña de erradicación de la viruela se observó que el virus era muy estable si permanecía en el tejido humano. Cuando una pústula revienta, la sangre se coagula en el lugar y las proteínas fibrosas del coagulo forman un denso entramado atrapando al virus. Esas costras envejecidas eran las que se utilizaban para realizar la variolación, el precedente de la vacunación. En 1968, un grupo holandés publicó sus resultados sobre la supervivencia del virus de la viruela en costras recolectadas desde 1950 y guardadas en sobres. Comprobaron que el virus seguía activo a los 13 años, cuando se les terminaron las costras. El experimento demostró que el virus de la viruela podía sobrevivir por más de una década en un clima templado.

¿Y en un clima frío? En el año 2004 un equipo de antropólogos estaba explorando la región siberiana de Yakutia. Encontraron una tumba con cinco cuerpos momificados y congelados dentro de un ataúd de madera. Los cuerpos parecían pertenecer todos a la misma familia y todo indicaba a que murieron súbitamente a comienzos del siglo XVIII. En el mejor preservado de todos ellos encontraron restos de DNA del virus y aunque estaba muy degradado la secuencia que se obtuvo mostró que era una cepa distinta a la que circuló en Asia y Europa durante el siglo XX.

Momias siberianas de la región de Yakutia enterradas en un ataúd de madera y de las que se pudo extraer DNA del virus de la viruela suficiente para realizar un análisis filogenético. En el dendrograma puede verse que el DNA de Siberia (PoxSib) es bastante distinto del obtenido de diversas cepas del siglo XX (se indica el lugar y el año de aislamiento, por ejemplo Tanz65 es Tanzania 1965). Origen de la imagen: Biagini et al. NEJM 2012.

Supongo que en la próxima asamblea que va a celebrar la OMS para discutir si se destruyen los stocks de viruela que se mantienen en los congeladores del CDC de Atlanta y de los laboratorios VECTOR en Rusia continuarán con su decisión de seguir manteniéndolos. Lo cierto es que hay un cierto temor a que en alguna ocasión se pueda desenterrar a este virus, pero más miedo existe a que alguien mantenga en secreto algún stock del virus o que alguien intente aprovechar la secuencia genética del virus, publicada en 1990, para reconstruirlo. Y esos stocks son los únicos que hay disponibles para poder realizar nuevas vacunas o probar nuevos antivirales.

Esta entrada participa en la XXX edición del Carnaval de la Biología alojado en el blog Activa tu neurona



Wolff HL, & Croon JJ (1968). The survival of smallpox virus (variola minor) in natural circumstances. Bulletin of the World Health Organization, 38 (3), 492-3 PMID: 4299528

Biagini, P., Thèves, C., Balaresque, P., Géraut, A., Cannet, C., Keyser, C., Nikolaeva, D., Gérard, P., Duchesne, S., Orlando, L., Willerslev, E., Alekseev, A., de Micco, P., Ludes, B., & Crubézy, E. (2012). Variola Virus in a 300-Year-Old Siberian Mummy New England Journal of Medicine, 367 (21), 2057-2059 DOI: 10.1056/NEJMc1208124

McCollum, A., Li, Y., Wilkins, K., Davidson, W., Paddock, C., Karem, K., Reynolds, M., & Damon, I. (2012). Poxvirus viability and signatures in historical relics International Journal of Infectious Diseases, 16 DOI: 10.1016/j.ijid.2012.05.224

Reardon, S. (2014). Infectious diseases: Smallpox watch Nature, 509 (7498), 22-24 DOI: 10.1038/509022a

De cómo un perro se transformó en un parásito para hacerse inmortal

Hace unos días, @Raven_neo lanzó la siguiente pregunta en Twitter:

Un organismo no puede ser “parásito” de otro de la misma especie (por definición), ¿no? Pregunta seria.

— J.J. Gallego ☢ (@Raven_neo) enero 10, 2014

Se inició un interesante debate. En mi intervención yo escribí lo que sigue:

@Raven_neo el parasitismo está considerado como un tipo de "simbiosis" y por definición, simbiosis implica dos especies distintas.

— Manuel Sánchez (@ManoloSanchezA) enero 10, 2014

Pues bien, después de leer este artículo de Carl Zimmer me temo que voy a tener que replantearme mi respuesta (*). La historia me ha hecho recordar la secuencia de la película "La cosa" (John Carpenter, 1981) con la que ilustro el comienzo de este comentario. Hace 200 años un veterinario llamado Delabere Pritchett Blaine describió en su libro A Domestic Treatise on the Diseases of Horses and Dogs un tipo de cáncer que aparecía en los órganos sexuales caninos y que producía "úlceras acompañadas de excrecencias similares a un hongo" (an ulcerous state, accompanied with a fungous excrescence). Los tumores recordaban a pequeños brotes de coliflor y tendían a sangrar. Algunos perros morían debido al tumor. Pero en otros el tumor remitía y desaparecía. En 1871 el veterinario ruso M.A. Novinsky demostró que dicho tumor era infeccioso. Corto un trozo y lo frotó en los genitales de un perro sano. Al poco tiempo se había desarrollado un tumor. De esa forma pudo determinarse que la forma de transmisión era por contacto sexual, y por eso se le conoce por Tumor Venéreo Transmisible Canino (o CTVT por sus siglas en inglés). Este tipo de tumor está presente en los cinco continentes.

Tumores infecciosos. A la izquierda el Tumor Facial del Demonio de Tasmania (fuente Wikipedia) A la dereecha, los dos casos de Tumor Venéreo Transmisible Canino estudiados en el artículo que se resume en esta entrada (Fuente: Murchinson et al. Science)

Lo primero que se pensó es que debía ser algún tipo de virus oncogénico el causante último de los tumores. Las células tumorales del donante vivirían lo suficiente en el receptor como para infectar los tejidos. Pero al comenzar a analizar el ADN de los tumores comenzaron a aparecer las sorpresas. En el año 2006 se demostró que el agente etiológico del tumor eran las células cancerosas. No había ningún virus o similar. Ahora, un nuevo estudio aparecido en la revista Science ha aclarado mucho más las cosas.

El equipo de la Universidad de Cambridge ha secuenciado el genoma completo de dos líneas de CTVT: una provenía de un perro australiano y el otro de un cocker spaniel brasileño. Cuando compararon ambos genomas se encontraron que ambas líneas eran muy similares y presentaban en común dos millones de mutaciones que no estaban presentes en el genoma de una célula normal de perro. Ese resultado lo que indicaba es que ambas líneas tumorales tienen un ancestro común. Además, esas mutaciones permitieron a Elizabeth Murchison y sus colaboradores establecer un reloj molecular para poder estimar cuando apareció dicho tumor. Cuando una célula tumoral se multiplica su DNA muta con una frecuencia bastante regular, así que los dos millones de mutaciones parecen indicar que el tumor se inició hace 11.000 años, justo al final de la Edad de Hielo.

Imágenes del cariotipo de un perro normal (foto de la izquierda), de una línea tumoral de un perro de Cabo Verde (foto central) y de la línea tumoral de un perro italiano (foto derecha). Nótese el gran parecido entre ambas líneas tumorales. (Fuente: Murchinson et al. Science)

¿Y qué tipo de perro había en la Edad de Hielo? pues por el genoma de las células tumorales todo indica a que era un huskie o un malamut de Alaska, uno de los linajes más antiguos de perros domésticos. Los investigadores especulan con que hace 11.000 años una célula inmune de un perro (o una perra, eso no se sabe aún) se transformó en cancerosa y creció en los genitales del animal acumulando unos cuantos cientos de miles de mutaciones. Cuando el perro se apareó, el tumor sangró y algunas de las células acabaron en los genitales de su compañera. Lo normal es que las células del sistema inmune del perro infectado hubieran destruido a las tumorales al considerarlas "extrañas". Pero eso no ocurrió. Se piensa que fue debido a que el grupo de perros era muy pequeño y seguramente todos los miembros debían de estar emparentados. Por ello el sistema inmune no las reconoció como "extrañas" y esas células acabaron creciendo en su nuevo hospedador. Poco a poco el tumor se fue extendiendo a los otros perros. Pero el tumor no dejó de evolucionar y mutar, volviéndose cada vez más eficiente en su nueva función de parásito. Por ejemplo esquivando el sistema inmune de perros de otras razas o robando las mitocondrias de los tejidos que infecta. También se piensa que quizás se volvió menos virulento para así permitir una mejor transmisión al aumentar la vida media del portador.

Análisis genómico que muestra donde se sitúa el fundador del CTVT dentro de las diversas razas caninas. Fuente de la imagen: Heidi G. Parker y Elaine A. Ostrander. Science.

Las mutaciones también han servido al equipo de Murchinson para saber cuando vivió el ancestro común de las dos líneas de CTVT analizadas. En este caso lo único que tenían que hacer era mirar cuáles eran las mutaciones exclusivas de cada tumor. Y así han llegado a la conclusión de que el antepasado vivió hace 460 años, en pleno siglo XVI. Una época en que precisamente se realizaron los grandes viajes de exploración y colonización alrededor del mundo.

Este no el único caso de tumor infeccioso. En 1980 apareció el llamado Tumor Facial del Demonio de Tasmania. Es un tipo de tumor que se transmite entre esos marsupiales cuando pelean entre sí. Al igual que el CTVT, apareció en un grupo pequeño y muy consanguineo. Pero una vez establecido se ha ido transmitiendo a un mayor número de animales. Lo malo es que el tumor facial es un muy agresivo y el animal muere en poco tiempo. Es tan agresivo que se teme que puede acabar con toda la especie del demonio de Tasmania en un par de generaciones, a menos que ocurra algo similar al CTVT y se vuelva menos virulento.

(*)Ya me la he replanteado y no la cambio. Un tumor no es un perro y en el improbable caso que al CTVT se le reconozca el estatus de especie, entonces estaríamos en la situación de partida (dos especies distintas).


Esta entrada participa en el XXVIII carnaval de la Biología alojado en el blog "Vida y Estrellas"




Parker HG, & Ostrander EA (2014). Cancer. Hiding in plain view--an ancient dog in the modern world. Science (New York, N.Y.), 343 (6169), 376-8 PMID: 24458629

Murchison EP, Wedge DC, Alexandrov LB, Fu B, Martincorena I, Ning Z, Tubio JM, Werner EI, Allen J, De Nardi AB, Donelan EM, Marino G, Fassati A, Campbell PJ, Yang F, Burt A, Weiss RA, & Stratton MR (2014). Transmissable dog cancer genome reveals the origin and history of an ancient cell lineage. Science (New York, N.Y.), 343 (6169), 437-40 PMID: 24458646

Dos mejor que tres: un poda en el árbol de la vida

Xmas Darwin Phylogenetic Tree (origen de la imagen)

Hoy se cumple el primer aniversario de la muerte de Carl Woese, uno de los científicos de los que puede decirse eso de que "sus descubrimientos cambiaron los libros de texto". Bueno, ahora parece que algo parecido está sucediendo con su más famosa hipótesis, y probablemente dentro de poco habrá que volver a cambiar los libros de texto.

Ya hemos comentado en este blog que en 1977 Woese y Fox presentaron su árbol filogenético de tres ramas. El árbol fue construido al comparar la secuencia del ARN ribosómico, una macromolécula presente en todos los seres vivos. Evidentemente fueron muchos los grupos que se lanzaron bien a confirmar, o bien a rechazar la hipótesis mediante la realización de diversos experimentos y observaciones.

Uno de esos grupos fue el del profesor James A. Lake, de la Universidad de California Los Angeles. Lake también se fijo en los ribosomas, pero en lugar de comparar sólo las secuencias de ARN ribosomal, se fijo en la estructura de la macromolécula completa. En concordancia a los resultados de Woese, encontró que los ribosomas bacterianos eran muy distintos de los ribosomas eucariotas y de las arqueas. Pero al comparar los ribosomas de eucariotas y arqueas se encontró con algo inesperado. Los ribosomas eucariotas se parecían bastante a un tipo de arqueas (las crenoarqueas pero en ese tiempo se las conocía como los eocitos), pero no a otro (las euryarqueas, el grupo de los metanógenos y los halófilos extremos).

Comparación de la estructura de los ribosomas provenientes de difrerentes tipos de células. Origen de la imagen: Lake et al. 1984

Así que propuso otra explicación para explicar el origen de los eucariotas: la hipótesis del eocito. La diferencia fundamental entre ambas hipótesis es la siguiente. El árbol de Woese consta de tres ramas principales: Bacteria, Archaea y Eukarya. El árbol de Lake solo consta de dos ramas: Bacteria y Archaea, y dentro de la rama "Archaea" los eucariotas serían una rama secundaria más.

Los dos árboles. A la izquierda los tres dominios propuestos por Woese, a la derecha los dos dominios propuestos por Lake. Modificado a partir de Cox et al. 2008

¿Quién tiene razón? Pues inicialmente la hipótesis que parecía más correcta era la de Woese, y de hecho es la que nos encontramos en los libros de texto más usados en microbiología como son el Brock y el Prescott. Pero desde la revolución genómica cada vez se están acumulando más datos de secuencias de genómas completos de diversos microorganismos y parece que es la hipótesis del eocito la que se está viendo confirmada, al menos según una reciente revisión que ha sido publicada en la revista Nature. Vamos a resumirla.

Las dos hipótesis enfrentadas. En el árbol de la izquierda tenemos tres dominios principales monofiléticos: Bacteria, Archaea y Eukarya. Este último también es conocido como el linaje del hospedador en referencia al evento endosimbiontico que dio origen a la mitocondira, o el linaje nuclear por la presencia de dicho orgánulo. En este árbol las arqueas y los eucariotas tienen un ancestro común que no comparten con las bacterias. Todas las arqueas están dentro de un grupo monofilético. En la hipótesis del eocito (árbol de la derecha), el linaje de los eucariotas es uno más dentro del linaje de las arqueas. De acuerdo con dicha hipótesis los eucariotas compartirían un ancestro común con uno o con todos los linajes del grupo TACK, pero estarían diferenciados del linaje de las arqueas metanógenas (las euryarqueas). Por eso las arqueas serían un grupo parafilético. En este árbol sólo hay dos grandes linajes: Bacteria y Archaea. Origen de la imagen: Williamns et al. 2013

Comparación de secuencias

El árbol de los tres dominios se vio apoyado inicialmente por los datos de comparación de secuencias debido a que había muy pocas disponibles. Como ya he comentado antes, cada vez se están acumulando más datos genómicos. Esa circunstancia ha obligado a desarrollar nuevos métodos de análisis bioinformático. En cierto sentido en el campo de la bioinformática esta pasando algo muy similar a lo del problema de la "clasificación del murciélago" (¿es un ave porque vuela o un mamífero porque tiene mamas?). Dependiendo del método de comparación o del gen que se compara, una serie de parecidos entre las secuencias parecen tener más peso que otros, y así uno puede conseguir que le salga un árbol de tres dominios o uno de dos dominios. Añadamos a eso que a veces pueden suceder artefactos debidos a la técnica experimental de comparación. Un ejemplo de eso es lo que se conoce como la "atracción de las grandes ramas" en las que las secuencias que están en el interior de una gran rama tienden a parecer mucho más relacionadas entre sí, independientemente de su historia evolutiva. Como los programas bioinformáticos son cada vez más refinados y están diseñados para evitar o minimizar esos artefactos, lo que se está viendo es que los árboles se ajustan mejor al modelo de dos ramas del eocito.


Comparación de los "Core-genes" implicados en la producción de proteínas

Cuando Woese eligió hacer la comparación usando el ARN ribosomal lo hizo porque esta molécula está presente en uno de los procesos más conservados de la vida: la biosíntesis proteica. Pero ahora se pueden comparar no sólo los ARN ribosomales, sino todas las proteínas que están involucradas en dicho proceso, sobre todo aquellas proteínas que forman parte del ribosoma. Es lo que se conocen como los genes principales o core-genes, y evidentemente están muy conservados. Se asume que son unos 39 genes (depende de las preferencias del investigador). Aunque aquí también hay problemas dependiendo del método de comparación que use. En un trabajo publicado en el 2001 se comparaban los genes y el cómo estaban agrupados y se postuló que el árbol del eocito era el correcto. Pero en el 2006 apareció otro trabajo en el que primero se alineaban las secuencias dentro de cada grupo (bacteria con bacteria, arquea con arquea y eucariota con eucariota) y luego se combinaban para la comparación final, obteniéndose así un árbol con tres dominios. Al igual de lo que se ha indicado en el apartado anterior, usando métodos de comparación más refinados, los árboles que se obtienen son de dos ramas y no de tres.


Nuevos linajes de arqueas

Una consecuencia del uso de métodos metagenómicos en el análisis de muestras ambientales es que nos ha permitido conocer la existencia de microorganismos que ni siquiera ha sido posible cultivarlos en el laboratorio. Y con ello han aparecido linajes totalmente nuevos que han permitido “romper” las grandes ramas. Es el caso de los phylum Korarchaeota, Thaumarchaeota y Aigarchaeota. Estos tres phylum están relacionados con el phylum Crenarchaeota, por lo que se les conoce de manera informal como el super-filum TACK para así distinguirlos de los Euryarchaeota. Pues bien, una gran parte de los genes homólogos entre los eucariotas y las arqueas está dentro de este grupo, incluyendo los homólogos de la actina y la tubulina, el sistema de la ubiquitina, y una gran parte de los genes de la maquinaria ribosómica. Sin embargo dichos parecidos no se encuentran en un solo representante del grupo TACK, sino que están repartidos entre todos ellos, lo que puede explicarse por procesos de pérdida de genes o por procesos de transferencia genética horizontal (HGT).

Relaciones entre las arqueas y el origen de los eucariotas. El árbol representado es la rama Archaea de acuerdo con la hipótesis del eocito. Algunas de estas pautas y homologías también pueden ser explicadas por la hipótesis de los tres dominios, pero los resultados metagenómicos más recientes parecen cuadrar más con esta representación. Así, todos los linajes del grupo TACK y los eucariotas comparten el hecho de tener una inserción en la secuencia del factor de elongación 1-alfa (la posición filogenética de Korarchaeum aún no está resuelta definitivamente, pero ese linaje se caracteriza por la pérdida de dicha inserción). Entre estos resultados recientes se incluyen los ortólogos de la actina y la tubulina que en los eucariotas son la base del citoesqueleto. En el caso de los euryarqueotas lo que se encuentra es FtsZ, el homólogo a la tubulina presente en las bacterias. También se han incluido los componentes del sistema de la ubiquitina encontrado en Caldiarchaeum subterraneum. Aunque los mayores parecidos entre eucariotas y el grupo TACK se encuentran al comparar las secuencias de los genes involucrados en la transcripción y la traducción (cuatro proteínas ribosomales, la subunidad RpoG de la RNApolimerasa y el factor de elongación Elf1). Origen de la imagen: Williamns et al. 2013

Endosimbiosis, procesos de transferencia genética horizontal e historia de la vida

Tanto la hipótesis de los tres dominios como la del eocito contemplan el cómo la endosimbiosis y los procesos HGT han influido en la evolución y en la aparición del linaje eucariota, pero se diferencian en el cuándo han sucedido. Lo que parece claro es que los genes involucrados en procesos de transcripción y traducción (core-genes) no se han visto afectados por procesos HGT tan frecuentemente como genes involucrados en procesos metabólicos, así que el estudio de cómo se heredaron de manera vertical nos debe de dar información sobre cuándo aparecieron los distintos linajes. Para la hipótesis de los tres dominios, la aparición de los eucariotas fue algo que sucedió muy tempranamente y por ello dicho linaje celular está al mismo nivel que el dominio Arquea. En cambio, según la hipótesis del eocito los eucariotas son un grupo relativamente joven ya que sus "core-genes" se originaron dentro del linaje Arquea.

En cuanto a la endosimbiosis que dio lugar a las mitocondrias y a los cloroplastos, parece claro que debió suceder después de que hubieran aparecido las alfaproteobacterias y las proclorofitas. Se ha llegado a postular que la endosimbiosis que dio lugar a las mitocondrias fue anterior a la aparición del núcleo, y que fue precisamente ese evento lo que originó la aparición del linaje eucariota. En ese caso, dicho evento tuvo que suceder mucho después de lo que indica el árbol con tres dominios, algo que se contempla en la hipótesis del eocito.


Registro fósil y aparición de los eucariotas

El primer fósil que es indiscutiblemente eucariota es un alga roja de las bangiophytas que ha sido datada entre los 1200 y los 720 millones de años. Hay sin embargo otros candidatos que aparecen en rocas con 1800 millones de años de edad. Esto es consistente con los datos de biología molecular que señalan que el último ancestro común de los eucariotas apareció entre los 1900 y los 1700 millones de años. Sin embargo, sabemos que los procariotas fotosintéticos que formaron los primeros estromatolitos aparecieron hace 3400 millones de años, y las primeras arqueas metanógenas (Euryarchaetoa) produjeron metano que quedó en el registro fósil hace ya 3500 millones de años. Esto indica que los dos linajes procariotas aparecieron casi dos mil millones de años antes de que aparecieran los eucariotas. De nuevo, este dato parece apuntar a la hipótesis del eocito más que a la de los tres dominios.

Moraleja, no te tatúes un árbol filogenético. Origen de la imagen: The Genealogical World

Membranas celulares

Este es el único aspecto que parece mejor explicado por el árbol de los tres dominios que por la hipótesis del eocito. Las bacterias y los eucariotas tienen en común que los fosfolípidos de sus membranas celulares presentan enlaces éster, mientras que los fosfolípidos de todas las arqueas contienen enlaces éter. Lo cierto es que la aparición de las membranas biológicas en la historia de la vida es un asunto que no está aún muy claro, y de hecho se ha llegado a proponer que la vida apareció en estructuras de origen mineral y que luego se formaron las membranas dando lugar a las células modernas. En el caso de la hipótesis del eocito habría que explicar como una arquea del grupo TACK que realiza una endosimbiosis con una alfaproteobacteria, cambió su sistema de membranas biológicas del "estilo arquea" al "estilo bacteria".


Conclusiones

Si el árbol del eocito es correcto, entonces el grupo TACK de las arqueas contiene las pistas para explicar el origen de los eucariotas y de las complejas estructuras intracelulares que contienen. Al mismo tiempo, permite rechazar la hipótesis de que los eucariotas son un linaje celular primordial, dejando tan solo dos dominios primarios: Archaea y Bacteria.

. ¡Que tengáis un feliz 2014!
Origen de la imagen: Zazzle

Esta entrada participa en el XXVII carnaval de la Biología alojado en el blog La aventura de la ciencia



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

Williams TA, Foster PG, Cox CJ, & Embley TM (2013). An archaeal origin of eukaryotes supports only two primary domains of life. Nature, 504 (7479), 231-6 PMID: 24336283

Cox CJ, Foster PG, Hirt RP, Harris SR, & Embley TM (2008). The archaebacterial origin of eukaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105 (51), 20356-61 PMID: 19073919

Lake JA, Henderson E, Oakes M, & Clark MW (1984). Eocytes: a new ribosome structure indicates a kingdom with a close relationship to eukaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 81 (12), 3786-90 PMID: 6587394

#NoSinEvidencia. No permitamos que el timo de la homeopatía se reconozca como terapia

Este blog se une al manifiesto #NoSinEvidencia para intentar evitar que el timo de la homeopatía se reconozca como terapia y sus preparados puedan ser considerados "medicamentos" o "fármacos". A continuación se reproduce dicho manifiesto.

La evidencia científica es uno de los pilares sobre los que se asienta la medicina moderna. Esto no siempre ha sido así: durante años, se aplicaron tratamientos médicos sin comprobar previamente su eficacia y seguridad. Algunos fueron efectivos, aunque muchos tuvieron resultados desastrosos.

Sin embargo, en la época en la que más conocimientos científicos se acumulan de la historia de la humanidad, existen todavía pseudo-ciencias que pretenden, sin demostrar ninguna efectividad ni seguridad, pasar por disciplinas cercanas a la medicina y llegar a los pacientes.

Los firmantes de este manifiesto, profesionales sanitarios y de otras ramas de la ciencia, periodistas y otros, somos conscientes de que nuestra responsabilidad, tanto legal como ética, consiste en aportar el mejor tratamiento posible a los pacientes y velar por su salud. Por ello, la aparición en los medios de comunicación de noticias sobre la apertura de un proceso de regulación y aprobación de medicamentos homeopáticos nos preocupa como sanitarios, científicos y ciudadanos, y creemos que debemos actuar al respecto. Las declaraciones de la directora de la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios (AEMPS) asegurando que “no todos los medicamentos homeopáticos tienen que demostrar su eficacia” y que “la seguridad no se tiene que demostrar con ensayos clínicos específicos” no hacen sino aumentar nuestra preocupación.

Por lo tanto, solicitamos:

1. Que no se apruebe ningún tratamiento que no haya demostrado, mediante ensayos clínicos reproducibles, unas condiciones de eficacia y seguridad al menos superiores a placebo. La regulación de unos supuestos medicamentos homeopáticos sin indicación terapéutica es una grave contradicción en sí misma y debe ser rechazada. Si no está indicado para nada ¿para qué hay que darlo?.
2. Que la AEMPS retire de la comercialización aquellos fármacos, de cualquier tipo, que pese a haber sido aprobados, no hayan demostrado una eficacia mayor que el placebo o que presenten unos efectos adversos desproporcionados.
3. Que el Ministerio de Sanidad, Servicios Sociales e Igualdad y el resto de autoridades sanitarias persigan a aquellas empresas que atribuyen cualidades curativas o beneficiosas para la salud a sus productos sin haberlo demostrado científicamente.
4. Que el Consejo General de Colegios de Médicos de España / Organización Médica Colegial, en cumplimiento del artículo 26 del Código de Deontología Médica, desapruebe a los facultativos que prescriban tratamientos sin evidencia científica demostrada.

Entradas en este blog relacionadas con el timo de la homeopatía:
 El homeópata homeopático y la bacteria que nunca existió

De fluorescencia, prótesis y caderas reales infectadas

Hace cosa de un mes no había periódico, radio o televisión de este país en la que no apareciese una noticia o comentario sobre la infección de la prótesis de cadera del rey. Muchos periodistas y tertulianos varios se convirtieron de la noche a la mañana en especialistas de microbiología clínica y de cirugía ortopédica y se preguntaban y clamaban que cómo era posible que no se hubiera detectado antes esa infección. Como es lógico la cuestión llegó al parlamento, y hubo incluso una diputada de ERC que aprovechando el río revuelto recomendó que el rey se tratara con homeopatía en su defensa de regular esa pseudociencia (menos mal que no la hicieron caso). Tras la operación se determinó que los microbios causantes de la infección habían sido una cepa de Staphylococcus hominis y un Propionibacterium sin identificar ¿Y por qué no se detectó a tiempo la infección? la respuesta es que no es fácil. Uno de los sueños de cualquier microbiólogo clínico es que existiera algún tipo de sonda que inyectada en el cuerpo del paciente se dirigiera al foco de infección y allí se uniese a los microrganismos patógenos lo que facilitaría mucho la diagnosis y el tratamiento a seguir. Bien, pues puede que esa herramienta esté mucho más cerca de existir de lo que parece.

En un reciente artículo publicado en la revista Nature Communications un grupo de científicos holandeses, alemanes y norteamericanos han desarrollado una técnica que permitiría la visualización en tiempo real de los focos de infección mediante el uso de vancomicina fluorescente. Los investigadores tomaron ratones a los que provocaban una infección en el interior de un músculo utilizando a la bacteria Staphylococcus aureus o a la bacteria Escherichia coli . Como control utilizaron ratones en los que provocaban una inflamación muscular utilizando bolitas de Cytodex estéril. A los dos días de la infección se les inyectaba el antibiótico fluorescente y 24 horas después los investigadores podían observar los lugares a los que el antibiótico se había unido y el progreso en el tratamiento.

Estructura de la molécula fluorescente Vanco-800CW que está compuesta del fluoroforo IRDye800CW (parte superior) unido mediante una deoxi-glucosa a la Vancomicina (parte inferior). Fuente: Van Oosten et al. 2013

Así encontraron que S. aureus era fácilmente detectada pero E. coli no. La explicación es que la vancomicina es un antibiótico que inhibe la síntesis del peptidoglicano, el componente principal de la pared bacteriana. Como la penicilina también inhibe la transpeptidación pero su mecanismo de acción es distinto. En el caso de la penicilina, el antibiótico se une al centro activo de la enzima PBP y lo bloquea irreversiblemente. Lo que hace la vancomicina es unirse al dipéptido D-ala-D-ala bloqueando la entrada de la enzima PBP con lo que no puede realizar la transpeptidación. En el caso de las bacterias Gram positivas la vancomicina puede acceder al lugar donde ejerce su acción. Pero las bacterias Gram negativas como E. coli tienen una membrana externa que rodea a la pared de peptidoglicano, con lo que la vancomicina se queda fuera y no hace nada.

Diseño experimental: A los ratones se les provocaba una miositis inyectando intramuscularmente a la bacteria S. aureus en un muslo y a la bacteria E. coli en otro para comparar. El control negativo era la producción de una miosistis mediante el uso de bolitas estériles de Cytodex, un polímero inerte. Posteriormente por vía intravenosa se inyecta el fluoróforo. La molécula de Vanco-800CW se une a los dipéptidos D-Ala-D-Ala del peptidoglicano de S. aureus lo que permite su detección. Fuente: Van Oosten et al. 2013

Pero claro, una cosa es usar un ratón que es un animal pequeñito y donde es relativamente sencillo detectar la fluorescencia interna y otra cosa es un ser humano. El siguiente paso fue comprobar si este método funcionaba en el caso de una infección localizada en una prótesis dentro de una pierna humana. Evidentemente no usaron a un ser humano vivo, sino la pierna proveniente de un cadáver. También en este caso tuvieron éxito en la detección del foco infeccioso. Ahora se van a comenzar los ensayos clínicos con pacientes reales, y hablando de eso, quizás podrían preguntar en la Zarzuela por algún voluntario.

Imágenes de un ratón al que se le ha inducido una miositis en su pierna izquierda con E. coli y en su pierna derecha con S. aureus. Las imágenes han sido recogidas a las 8 y a las 24 horas después de la inyección intravenosa del fluoróforo. Las imágenes de la columna izquierda son de bioluminiscencia mientras que las de la izquierda son de florescencia. Nótese el llamativo color naranja de la inflamación provocada por S. aureus. Fuente: Van Oosten et al. 2013

Esta entrada participa en el XXIX carnaval de la Química organizado por el blog Más ciencia por favor, y en ka siguiente edición del carnaval de la biología cuando tenga un sponsor

La imagen superior fue montada a partir de imágenes de los siguientes sitios web: El Mundo, wikipedia, Microbial Clasification y leavingbio. Y sí, ya sé que los colores están en vertical y no en horizontal, pero el montaje me quedaba mejor así.



van Oosten M, Schäfer T, Gazendam JA, Ohlsen K, Tsompanidou E, de Goffau MC, Harmsen HJ, Crane LM, Lim E, Francis KP, Cheung L, Olive M, Ntziachristos V, van Dijl JM, & van Dam GM (2013). Real-time in vivo imaging of invasive- and biomaterial-associated bacterial infections using fluorescently labelled vancomycin. Nature communications, 4 PMID: 24129412

"The Last of Us" o cómo nos convertimos en un festín para hongos

A mediados de año apareció el videojuego "The Last of Us". No lo he jugado, pero según los críticos es una auténtica obra maestra por lo que no es extraño que fuera un éxito de ventas. Sí que he visto algunos vídeos con el desarrollo del juego y debo reconocer que parece muy entretenido. Es un juego de los llamados "en 3ª persona" donde el jugador maneja a un personaje que tiene que cumplir una misión en un mundo infestado de zombis.

Supe de la existencia del juego por uno de los blogs de Scientific American en el que se describía la ciencia que hay detrás de los zombis que aparecen. Porque en este videojuego no hay un virus zombificante como en "Resident Evil" o similares. Lo que ha ocurrido en el juego es que un hongo mutante del tipo Ophiocordyceps ha conseguido saltar la barrera de las especies e infectar a los humanos. El hongo aparece en Sudamérica y desde allí se extiende al resto del globo aniquilando casi por completo a la humanidad en tan solo un par de décadas. En este artículo de Manuel Pazos y Miguel Vicente tenéis una explicación del ciclo de vida de los Cordyceps y un interesante vídeo que muestra cómo consiguen convertir en zombis a las hormigas, aunque hay que hacer notar que hay muchas especies que infectan a distintos artrópodos como saltamontes o arañas.

Evidentemente los creadores del videojuego han tenido que realizar algunos cambios para que los zombis humanos sean algo más terroríficos y asquerosos que una hormiga a la que le sale una seta de la cabeza. Así que lo que hicieron fue crear estadios o fases en el proceso patológico. La infección puede ser por vía aérea o por un traumatismo. El hongo es neurotrópico, así que lo primero que hace es destruir el cerebro del hospedador. Una vez hecho esto el humano se transforma en un "runner" (corredor). Esto ocurre a los dos días de ser infectado. Los "corredores" actúan en manadas y poco a poco el hospedador va desarrollando el aspecto del típico zombi putrefacto que lo que intenta es ir a por ti y comerte a bocados. La "putrefacción" es debida a la invasión de los tejidos por las hifas del hongo.

Según avanza la infección el hongo va desarrollando el cuerpo fructífero en la cabeza del hospedador. Es lo que el juego llaman un "stalker" (stalk= tallo o pedúnculo). Evidentemente en el proceso se destruye todo el sistema visual, pero no el auditivo. El hospedador deja ya de formar grupos y cada vez muestra un comportamiento más solitario. Poco a poco el cuerpo fructífero va desarrollándose hasta que el hospedador se convierte en un “clicker”, llamado así porque lo que hace es utilizar el castañeteo de los dientes como un sistema de ecolocalización. Cuando el cuerpo fructífero se ha desarrollado por completo el hospedador se retira a un lugar oscuro y húmedo para que el micelio consuma sus últimos restos y libere las esporas. Esta fase final se denomina "bloater" (bloat=hinchado). Es en esta fase donde para mi está el fallo "microbiológico" del juego. Los hongos reales buscan precisamente dispersar sus esporas de la manera más eficiente posible. Sin embargo en el juego lo que hacen es irse al rincón más recóndito. No parece una buena estrategia.

La verdad es que uno ve como se buscan la vida estos hongos parásitos y no puede dejar de sentir pena por el hospedador, aunque sea una araña peluda, pero lo cierto es que estos hongos tienen un potencial biotecnológico enorme como bioinsecticidas. Y de hecho ya se están utilizando para eliminar al escarabajo que vemos en la fotografía de abajo.

Este escarabajo con ese color rojo tan llamativo tiene por nombre Rhynchophorus ferrugineus, pero aquí en Alicante todo el mundo le conoce por Picudo Rojo. Este insecto pone sus huevos en un palmera y las larvas que nacen se la comen por dentro desarrollándose en adultos y volviendo a comenzar el ciclo. Al cabo de unos pocos meses te has quedado sin palmera. Es una de las más temibles plagas que pueden sufrir esas plantas. Y como este insecto ataca a la planta desde dentro, es muy difícil de erradicar con insecticidas. De hecho, lo más efectivo es eliminar a las palmeras que están infectadas antes de que la plaga se extienda a otros ejemplares. Pero la compañía Glen Biotech, una spin-off de la Universidad de Alicante, ha desarrollado una nueva estrategia: utilizar el hongo entomófago Beauveria bassiana cuyo ciclo de vida ya explicamos en una entrada anterior.

¡¡¡Feliz Halloween!!!

Origen de las imágenes:
1.- Turning A Beautiful Model Into A "Clicker" From The Last Of Us
2.- Wikipedia: The Last of Us
3.- But Not Simpler
4.- Runner: http://hyoungman.cghub.com/images/ . Stalker, Clicker y Bloater: http://thomaswievegg.deviantart.com/
5.- Wikipedia: Rhynchophorus ferrugineus
6.- Dorkly

Esta entrada participa en el XXVI carnaval de la Biología alojado en el blog La rueda de los inventos

400 programas de "Tú, yo y los microbios"

El pasado 25 de octubre Radio UMH emitió el programa Nª 400 del micro-espacio radiofónico "Tú, yo y los microbios". Y por ello estuvo dedicado a contar una pequeña biografía de Ada Yonath, la 4ª mujer en conseguir el premio Nobel de Química, por sus estudios sobre la estructura del ribosoma.

Esta es la quinta temporada del programa y me he visto obligado a recortar el número de emisiones, pasando de cinco a tres microespacios semanales. Aún así espero seguir manteniendo el interés de la audiencia contando diversas historias sobre el fascinante mundo de la Microbiología.

¡Muchas gracias a todos!

Fuente de la imagen. Wikipedia

Cuando el calor aprieta el menage a trois es una solución.

Origen de la imagen: e-minis

La termotolerancia en las plantas es una característica de mucho interés. Imaginémonos poder transferir dicha propiedad a plantas de uso agronómico que sean de clima frío o templado, para que así pudieran sobrevivir mejor en climas mucho más cálidos. En el parque norteamericano de Yellowstone podemos encontrar a la hierba Dichanthelium lanuginosum capaz de aguantar temperaturas en el suelo de hasta 65ºC. Cualquier otra planta es incapaz de sobrevivir a esas temperaturas.

Sin embargo D. lanuginosum tampoco puede sobrevivir por si misma a tanto calor. Si uno coge semillas y las cultiva en el laboratorio de manera estéril se encontrará que las plántulas son incapaces de aguantar una temperatura superior a los 38ºC. Y de hecho, lo que se encontrará es que su temperatura óptima es de 23-27ºC, como casi cualquier otra planta. La explicación se encuentra en las raíces. D. lanuginosum necesita establecer una simbiosis endofítica con el hongo Curvularia protuberata para adquirir la termotolerancia. De forma llamativa, C. protuberata tampoco puede sobrevivir por si mismo por encima de los 38ºC. Necesita colonizar las raíces de la planta.

Esquema del menage a trois entre la planta Dichanthelium lanuginosum, el hongo Curvularia protuberata y el virus CThTV. Fuente: Marilyn J. Roossinck, 2011

Pero las sorpresas no acababan ahí. Resulta que en alguna ocasión se podían observar plantas colonizadas por el hongo que no mostraban termotolerancia. Debía haber algún motivo y al comparar la biología molecular de los hongos que permitían la termotolerancia con aquellos que no, los investigadores se encontraron con algo muy llamativo. En los primeros se detectaban dos moléculas de RNA bicatenario de 2,2 y 1,8 kb. Tras aislarlos y utilizar la transcriptasa inversa, los fragmentos fueron clonados y analizados. Ambos contenían pautas de lectura abiertas (ORFs) y entre los genes que codificaban se encontraba una RNA polimerasa dependiente de RNA. Es decir, ambos fragmentos provenían de un virus. No es de extrañar que fuera bautizado con el nombre de Virus de tolerancia termal de Curvularia, aunque se le conoce por sus siglas anglosajonas CThTV (Curvularia Thermal Tolerance Virus).

Lo que habían encontrado los investigadores era un menage a trois ecológico. El virus infecta al hongo, el hongo coloniza a la planta y así puede darse la termotolerancia. Todos contentos porque la planta puede colonizar hábitats muy calientes en los cuales no tendrá competencia con otras plantas. La planta alimenta al hongo, el cual se reproducirá y permitirá que en sus conidios pueda ir el virus como pasajero para infectar a la descendencia.

Plantas de Dichanthelium lanuginosum sometidas a estrés térmico. Wt es una planta colonizada por el hongo C. protuberata proveniente de Yellostone. An es una planta que ha sido colonizada en el laboratorio por un hongo C. protuberata infectado a su vez por el CThTV en el laboratorio. VF es una planta colonizada por C. protuberata, pero que no está infectado por el virus (Virus Free). NS es una planta que no ha sido colonizada por el hongo. En la parte inferior se muestra una gráfica con los efectos observados. Origen de la imagen Marquez et al. Sicence 2007

¿Y las aplicaciones? Bueno, una de las cosas que hicieron los investigadores fue provocar la colonización de plantas de tomate con el hongo C. protuberata infectado a su vez por CThTV. No pudieron obtener una colonización en el 100% de todas las plantas, pero en aquellas que si lo fueron se observó una termotolerancia semejante a la de Dichanthelium lanuginosum. Otra de las líneas de investigación que se está llevando a cabo es realizar el transcriptoma de C. protuberata infectado con CThTV y compararlo con el del hongo sin infectar. Lo que se ha encontrado por ahora es que se activa la expresión de genes involucrados en la respuesta a estrés térmico como aquellos que intervienen en la síntesis de moléculas osmoprotectoras: trehalosa, glicina, betaina y taurina. También se ha observado un aumento en la síntesis de melanina en los hongos infectados.


Esta entrada participa en la XXV edición de Carnaval de Biología alojada en el blog Ser Vivo.




Marquez LM et al. (2007). A Virus in a Fungus in a Plant: Three-Way Symbiosis Required for Thermal Tolerance Science, 315, 513-515 DOI: 10.1126/science.1136237

Roossinck MJ (2011). The good viruses: viral mutualistic symbioses. Nature reviews. Microbiology, 9 (2), 99-108 PMID: 21200397

Morsy MR, Oswald J, He J, Tang Y, & Roossinck MJ (2010). Teasing apart a three-way symbiosis: transcriptome analyses of Curvularia protuberata in response to viral infection and heat stress. Biochemical and biophysical research communications, 401 (2), 225-30 PMID: 20849822

Con un mes de retraso... pero aquí están las participaciones del Biocarnaval

ACTUALIZACIÓN: durante el pasado XXIV Congreso de la SEM se declaró que el premio a la mejor participación en la categoría libre (categoría D) fuera para César Tome por L-carnitina, microbioma y cardiopatías. Dolores Bueno (@Ununcuadio)ganó en la categoría C al ser la única participante. Muchas felicidades, y gracias a todos los participantes por su interés.

Lo primero de todo pedir disculpas por la tardanza en publicar este post. Debería haber sido publicado en junio, así que tiene un mes de retraso. Los motivos del retraso han sido muchos, pero no vamos a entrar en ellos. Vamos al grano que es lo importante. El Micro-BIO-Carnaval patrocinado por el grupo de Docencia y Difusión de la Sociedad Española de Microbiología estuvo alojado en tres blogs durante dos meses. Los blogs, además de éste, fueron Micro Gaia, MicroBIO.  Los participantes al Biocarnaval edición especial SEM no han sido muchos, para que nos vamos a engañar, pero han sido muy buenos. Aquí están:

Entradas que han participado en las diferentes categorías MICRO-Biocarnaval.

Las categorias A y B han quedado desiertas por no haber participaciones.

Categoría C

Dolores Bueno (@Ununcuadio) nos describe como se elabora el tequila en su blog Pero esa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión dentro de la entrada "Propuesta fiestera".

Categoría D

¿Te van las bebidas energéticas con L-Carnitina? Pues deberías leer la entrada escrita por César Tome en su interesantísimo blog Experientia Docet: L-carnitina, microbioma y cardiopatías.

Carlos Romá Mateo en su no menos interesante blog Hablando de Ciencia nos relata un pequeño ejemplo de porqué debemos de decir "Gracias, bacterias"

Flagellum en su blog nos disecciona a un enemigo mortal en su entrada "Las armas de un coronavirus"

Jose Luis Moreno hace honor al nombre de su blog, Afán por saber y nos explica la relación entre violines y microorganismos en "Stradivarius y la microbiología, perfecta armonía".

Mª Jesús Fuentes Sebio en su blog Vendo mi cuerpo por ser delgad@ nos demuestra los peligros y consecuencias de los movimientos antivacunas en "Un virus estable".



Entradas que han participado en el Biocarnaval

El blog Ser Vivo escrito por Pedro L. Méndez nos muestra que los leones marinos tienen unos gustos musicales algo peculiares en "Otario style".

Y por si nos supo a poco, Ser Vivo participó nuevamente con una entrada sobre especies invasoras. "Cangrejos verdes vs. púrpuras, los invasores ganan por KO".

Torjo Saura en su Enciclopedia Galáctica nos deleitó con su "" Ensayo sobre la evolución de los patógenos"

El blog Consultoría y Educación Ambiental nos hizo un repaso de las Cianobacterias

Felix A. Ruiz responsable del blog Versociencia nos ilumina sobre la Neurogénesis

Ángel Rodríguez Villodres en Ciencia para todos nos habla de la relación entre bacterias y los aromas corporales en "Cuestión de olor".

José Manuel López Nicolás en su siempre estimulante blog Scientia nos responde a la pregunta "¿Por qué los alimentos ecológicos tienen peor aspecto? La bioquímica y el sentido común lo explican"

Carlos Lobato en La Ciencia de la Vida nos explica como educó a sus hijas en las medidas de higiene básicas dibujando con ellas los "Bichitos Malos"

El blog de Carola nos habla de las relaciones entre tres tipos de insectos: "Pulgón, oruga y hormiga!"

Mª Jesús Fuentes además de participar en el concurso también contribuyó con otra entrada de su blog Vendo mi cuerpo por ser delgad@ titulada "Estómago engaña a cerebro"

Abaritz en Abaritzeta nos responde a la pregunta "El psicópata ¿nace o se hace?"

Y en un doblete, Abaritz nos desveló como el ADN mitocondrial ayudó a establecer quienes fueron "Los mejores navegantes de la historia"

Amara en su imprescindible blog La ciencia de Amara publicó una completísima entrada sobre las micorrizas en "Raíces y algo más"


Fuera de concurso:

Raven y su blog Micro Gaia participó con "Feliz día de Petri"

Este blog participó con "Sex and Tetrahymena. Vive la difference!", "Cine y bichos: Erin Brockovich" y "Silver Surfer contra los microbios"





Muchas gracias a todos los participantes. ¡Nos vemos en el próximo Biocarnaval!

Bronceado fúngico

origen de la imagen

Ahora que viene el veranito más de uno se irá a la playa a ponerse moreno. Sus células epidérmicas producirán melanina para así protegerse de los rayos UV del Sol. Pero la melanina no es exclusiva de los mamíferos. De hecho cualquier filum, eucariota o procariota (exceptuando por ahora a las arqueas y a las arañas) tiene alguna especie que la produce. Y es que la melanina también protege contra otros tipos de estrés medioambiental como los agentes oxidantes y la radiación ionizante. En el caso de los hongos, la melanina les permite sobrevivir en ambientes tan extremos como la aridez y las bajas temperaturas de la Antártida, las zonas más contaminadas de Chernobil o el caluroso interior de un lavavajillas lleno de detergente.

Bioquímicamente hablando la melanina es un polímero amorfo cuya estructura química detallada es desconocida. Sí, parece mentira que aún no se haya dilucidado la arquitectura molecular de uno de los pigmentos más famosos, pero a veces las cosas son así para las moléculas muy hidrofóbicas e insolubles. Al microscopio electrónico la melanina parece tener una estructura granular.

Síntesis de melanina en los hongos. En la parte superior está la ruta endógena a partir de Acetil-CoA y en la inferior la ruta exógena a partir de L-Dopa. Origen de la imagen: Eisenmann y Casadeval

Los hongos pueden sintetizarla de dos maneras diferentes. Unos utilizan un sustrato endógeno como la acetil-CoA y que usan el 1,8-dihidronaftaleno como intermediario. Esta es la ruta que usan hongos como Aspergillus o Penicillium. Al parecer los gránulos se biosintetizan en unas vesículas intracelulares análogas a los melanosomas de los mamíferos y de allí son transportadas a la pared celular. Una vez en el exterior, los gránulos de melanina se localizan en la pared celular, donde se entrecruzan covalentemente con los polisacáridos que forman dicha envoltura. Otros como Cryptococcus, son dependientes de una fuente exógena de tirosina o de L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-dopa). En ese caso la síntesis es extracelular. La levadura produce unas vesículas conteniendo la enzima lacasa que es secretada en la pared celular. Allí la enzima utiliza la L-dopa como sustrato para producir melanina.

Modelo de la síntesis y localización de la melanina en la levadura Cryptococcus neoformans. Origen de la imagen: Eisenmann y Casadeval

En el caso de los hongos patógenos, como las especies del complejo Cryptococcus neoformans, la melanina es un factor de virulencia. Es lógico si tenemos en cuenta de que la melanina protege contra los factores oxidantes, una de las principales armas usadas por las células del sistema inmune. También se ha observado que los hongos productores de melanina inhiben la fagocitosis de los macrófagos e incluso interfieren con la producción de citoquinas.

Pero los hongos productores de melanina también pueden tener una interesante aplicación biotecnológica. La melanina protege contra la radiación ionizante por lo que se ha pensado en utilizar a especies de hongos melanógenos en biorremediación de lugares contaminados con elementos radioactivos. Y no acaba ahí la cosa, ya que también se ha encontrado que la melanina protege contra la acción de diversas sustancias tóxicas y que incluso puede adsorber eficientemente metales pesados, con lo que se puede utilizar en tareas de bioinmovilización de dichos elementos.

Estas setas “morenitas” probablemente den mucho que hablar en el futuro.

Esta entrada participa en el XXVI carnaval de la Química que se aloja en "El cuaderno de Calpurnia Tate"



Eisenman HC, & Casadevall A (2012). Synthesis and assembly of fungal melanin. Applied microbiology and biotechnology, 93 (3), 931-40 PMID: 22173481

Silver Surfer contra los Microbios

El nuevo enemigo de Estela Plateada: bacterias con poderes evolutivos. Fuente de las imágenes: 1 y 2

La plata es uno de los metales nobles. Desde la antigüedad se le atribuyen unas ciertas propiedades milagrosas y curativas. Herodoto contaba que los reyes de Persia sólo bebían agua que hubiera sido almacenada en recipientes de plata porque de esa forma se mantenía fresca y sin corromper. De hecho, los ejércitos de la antigüedad disponían monedas de plata en los recipientes que debían contener el agua para las tropas. La observación de que las bebidas y los alimentos almacenados en recipientes de plata no se descomponían con tanta rapidez no pasó inadvertida a nuestros antepasados. Las famosas cuberterías y vajillas de plata de los nobles no solo era por ostentación, sino también por seguridad alimentaria, aunque muchos de ellos acababan sufriendo argiria.

Caso extremo de argiria. Este hombre estuvo bebiendo un vaso de plata coloidal (10 ppm) durante el suficiente tiempo para que la plata se acumulara en su piel. Al parecer le dijeron que beber plata era bueno para la salud y se lo creyó. La plata se oscurece debido al efecto de la luz y por eso ese tono azul. La argiria es irreversible, aunque afortunadamente no suele producir daños graves aparte de los estéticos. Se piensa que esta condición es la que hizo nacer la expresión "sangre azul" para la nobleza, ya que ellos usaban vajillas y cubiertos de plata con profusión. Advertencia. Muchos charlatanes, homeópatas, ecologuays, newageros y similares están promocionando el uso de la plata coloidal para tratar cualquier tipo de dolencia. Lo que venden no son medicamentos y mejor es no tomarlos si no quieres quedar como el tipo de arriba. Fuente de la imagen: Ophra

Evidentemente alguien debió pensar que la plata también debía de tener usos en medicina. Hipócrates la utilizaba para tratar heridas y úlceras. Parece que hay una referencia al uso de nitrato de plata por los romanos en el año 69 AC, aunque el primer uso claro de dicho compuesto para tratar heridas y verrugas se da en el año 702 de nuestra era. En el año 1520 Paracelso utilizó el nitrato de plata como cauterizante de las heridas, procedimiento que todavía se usa. En 1850 el cirujano Marion Sims utilizó hilo de plata para suturar heridas que de esa manera no se infectaban. Y en 1880, el doctor Carl Siegmund Franz Crede fue uno de los primeros en utilizar nitrato de plata para prevenir una infección concreta. Utilizaba soluciones al 1% como colirio para tratar los ojos de neonatos cuyas madres sufrían de gonorrea. De esa forma evitaba que quedaran ciegos por culpa de la infección por Neisseria gonorrhoeae. En tan sólo 13 años la incidencia de la oftalmia gonorreica bajó de un 7.8% a un 0.13%.

Fue Carl Wilhelm Von Naegeli el primero en explicar que eran los iones de plata los que destruían a los microbios. De hecho realizó un estudio sistemático y encontró que 650 especies de microbios eran destruidas por coloides o por sales de plata. También observó que ni los hongos miceliares ni los parásitos se veían afectados.

La plata no es atacada por el agua o los ácidos. Sin embargo, la plata en estado metálico libera continuamente pequeñas cantidades de iones que tienen un potente efecto bactericida actuando como un agente oxidante que o bien genera especies reactivas del oxígeno (ROS), o bien actúa destruyendo los sistemas enzimáticos y de transporte de electrones que se localizan en la membrana plasmática. Al parecer lo que hace es reaccionar con los grupos tiol (-SH) presentes en las proteínas. También se ha observado que la liberación de plata se puede dar en forma de nanopartículas, que también presentan propiedades bactericidas. La síntesis de los coloides de plata ocurre debido a la reducción de los iones solubles de plata utilizando agentes de reducción como citrato, glucosa, etilenglicol o borohidruro de sodio. Dicha reducción puede darse en agua o en solventes orgánicos. Se deben añadir agentes estabilizantes para evitar la agregación de las nanopartículas que se forman (pueden verse en microfotografía de la imagen inferior)

Partículas de plata coloidal Fuente de la imagen: Chernousova and Epple

Hasta el advenimiento de los antibióticos tanto el nitrato de plata como la plata coloidal eran de los antisépticos más usados. A partir de los años 40 su uso decayó, pero el interés se ha recuperado debido precisamente a la expansión de las resistencias a los antibióticos. Lo cierto es que el material tratado con plata se usa en algunas prótesis quirúrgicas y en otro tipo de materiales médicos como sondas y tubos endotraqueales. También se usan nanopartículas en el envoltorio de productos perecederos como los alimentos. Sin embargo su efectividad como componente de cremas o de vendas para el tratamiento tópico de las quemaduras ha sido puesta en entredicho. De todas formas son muchos los grupos que están investigando las posibles aplicaciones antibacterianas de los compuestos de plata. Basta ir al PubMed y poner "silver nanoparticles antibacterial" y obtendrá unas 600 referencias. Sin embargo cuando uno mira la multitud de trabajos que hay se encuentra que es muy difícil sacar conclusiones. Cada grupo parece que utiliza un tipo distinto de nanopartículas de plata, de cepa de microorganismos para sus ensayos, y de tipo de ensayo, por lo que es muy difícil sacar conclusiones ya que los datos varían tremendamente. Un ejemplo: para E. coli se han descrito concentraciones mínimas inhibitorias (MIC) que van desde los 0,5 mg/L (sales de plata) a los 150 mg/L (nanopartículas de sulfuro de plata).

Pero a Estela Plateada le ha salido un nuevo enemigo además del terrible Galactus. La principal ventaja de la plata, o de las nanopartículas, sobre los antibióticos era que en teoría los microorganismos no podían generar resistencias debido a que su acción era inespecífica (produce ROS y/o inactiva diversas enzimas reaccionando con los grupos -SH). Bueno, pues va a ser que no. Al menos eso es lo que han descrito en un artículo reciente unos investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW Australia). Los investigadores querían observar como las nanopartículas afectaban a E. coli, pero lo que se encontraron es que los cultivos se les contaminaban con otra bacteria, un Bacillus que sí era capaz de aguantar el efecto bactericida de las nanopartículas. Peor aún, encontraron que esa bacteria contaminante se adaptaba y podía aguantar mayores concentraciones de nanopartículas de plata. Así que los investigadores avisan de que hay que ser cautos con el uso de la plata porque eso puede dar lugar a la aparición y diseminación de dichas resistencias entre los microorganismos. Así que a Estela Plateada le ha salido un nuevo enemigo además del terrible Galactus.

Evolución Plateada: Fuente de la imagen: Gunawan et al.

Esta entrada participa en el XXV Carnaval de la Química (Bodas de Plata) alojado en Moléculas a Reacción. En el V Carnaval de las Humanidades alojado en Pero eso es otra historia y en el XXIV Carnaval de la Biología edición especial SEM (Micro-BIOcarnaval fuera de concurso) alojado en esta casa.

Alexander, J. (2009). History of the Medical Use of Silver Surgical Infections, 10 (3), 289-292 DOI: 10.1089/sur.2008.9941

Chernousova, S., & Epple, M. (2013). Silver as Antibacterial Agent: Ion, Nanoparticle, and Metal Angewandte Chemie International Edition, 52 (6), 1636-1653 DOI: 10.1002/anie.201205923

Gunawan C, Teoh WY, Marquis CP, & Amal R (2013). Induced Adaptation of Bacillus sp. to Antimicrobial Nanosilver. Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany) PMID: 23625828

http://newsroom.unsw.edu.au/news/science-technology/bacteria-adapt-and-evade-nanosilver%E2%80%99s-sting http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201205923/full