¿Comeremos metano en el futuro?

Si es un fan de la Ciencia-Ficción seguro que conoce la película "Soylent Green" (aquí se tituló "Cuando el destino nos alcance"). Si no lo es, le recomiendo que la vea si tiene ocasión. En el año 2022 el mundo estará superpoblado y nos alimentaremos a base de unas galletitas nutritivas que producirá la compañía "Soylent". Esas galletitas están hechas a base de microorganismos y sazonadas con un ingrediente especial.

La película está inspirada en una novela escrita en 1966 en la que se describe ese mundo superpoblado. Cuando la MGM compró los derechos le dio carta blanca al guionista Stanley R. Greenberg para crear una distopía completamente distinta y mucho más desasosegante. En los años 70 del pasado siglo una de los temas recurrentes era la respuesta a la pregunta ¿Cómo vamos a alimentar a tanta gente? Y una de las respuestas era la producción de proteína unicelular o SCP (por Single Cell Protein). O en otras palabras: comer microbios. La idea no es tan extraña como puede parecer a primera vista. De hecho, ya comemos microbios cuando nos tomamos un yogur. La pequeña diferencia reside en que en lugar de usar leche para crecer microbios, lo que se pensaba usar era petróleo o alguno de sus productos derivados.

La británica ICI (Imperial Chemical Industries) fue la primera compañía en poner en práctica dicha idea. El microorganismos utilizado fue la bacteria Methylophilus methylotropha, y la fuente de carbono sería el metanol producido como subproducto en las refinerías de pteróleo. Se diseñó el fermentador más grande del mundo para la producción a gran escala. Era un fermentador de vaina hundida con un volumen de trabajo de 1.000 m³ (1.000.000 de litros). El producto fue bautizado como Pruteen y tenía una composición nutricional muy buena (más de un 70% del peso seco era proteína). Sin embargo, cuando se consiguió establecer la producción en el año 1980, no pudo competir económicamente con la soja. La tonelada de Pruteen costaba 600 dólares, mientras que la soja costaba como máximo 190 dólares. Así que la fábrica quebró y fue demolida en 1988.

Pero la idea de la SCP no ha muerto, solo se ha transformado. Hay un par de compañías que han puesto a punto plantas piloto para producir SCP a partir de metano, otro subproducto de la producción del petróleo. Cada año se queman 140.000 millones de metros cúbicos de metano en esas instalaciones (un 30% del consumo de gas natural de la Unión Europea). Así que la idea es utilizar ese metano para dar de comer a la bacteria metanotrofa Methylococcus capsulatus. Luego lo que hay que hacer es procesar a la bacteria y convertirla en pienso para el ganado o para peces. Como he apuntado antes hay dos compañías que están desarrollando la idea. Una es la norteamericana Calysta, y la otra la compañía danesa Unibio. Esta última parece que ha conseguido financiación para pasar de planta piloto a planta industrial. La primera factoría parece que se va a establecer en Rusia, pero tienen planes de poner otra en los Estados Unidos.

La compañía Unibio utiliza un fermentador en bucle impulsado por inyección de gas conocido en inglés como U-loop Fermenter (parece que Calysta también usa un biorreactor parecido, pero en su web no dan detalles de ello). El U-loop Fermentor tiene un diseño ingenieril peculiar (ver la figura de abajo). El fermentador está enterrado, pues de esa forma las paredes pueden aguantar la presión interna debida a la inyección de gas natural y de oxígeno. En el fermentador además hay que inyectar sales minerales y una fuente de nitrógeno (puede ser amonio gaseoso) (5). Es un cultivo en crecimiento continuo que debe mantenerse a 45ºC de temperatura gracias a un intercambiador de calor (7). En un cultivo continuo está entrando un flujo constante de nutrientes (5) y por otro lado se está retirando el mismo volumen de cultivo con biomasa bacteriana (2). La parte superior del fermentador es un depósito de gran volumen que está parcialmente lleno para actuar como cámara de desgasificación (1) que permite que el CO2 producido pueda ser liberado (3). En esa cámara está también la salida del medio conteniendo microorganismos (2). La impulsión del fluido no solo es por la inyección del gas, también tiene incorporado una bomba que impulsa el fluido hacia la cámara de desgasificación (el punto 4 es el motor y el punto 6 es la turbina de impulsión). Adicionalmente, tiene una serie de deflectores internos en espiral que permiten la correcta mezcla de las fases gaseosas, los nutrientes adicionales y las bacterias (8). El tamaño del fermentador de la planta piloto es de 50 m³ y puede llegar a producir 4 kilogramos de biomasa por metro cúbico y por hora.

Esquema del U-loop Fermenter de la compañía Unibio. La explicación del funcionamiento está en el texto

El cultivo con la biomasa bacteriana se centrifuga para concentrar las células y posteriormente se las somete a un proceso de ruptura. El extracto pasa a una unidad de secado por espray de aire caliente. De esa forma se consiguen gránulos de proteína unicelular con un contenido de un 72,9% de proteína. La compañía ha bautizado a este producto con el nombre de UniProtein.

El aspecto final del producto UniProtein. Fuente de la imagen: Unibio

Como he indicado antes, el Uniprotein es para piensos, pero quién sabe. Quizás en un futuro vendan galletitas con el nombre de Unisoylent.

La historia de Lydia Rabinovich-Kempner

Lydia Rabinovich-Kemper (fuente)

Cuando escribí la entrada dedicada a Alice Catherine Evans comenté que fue una de las dos mujeres que asistieron al Primer Congreso Internacional de Microbiología celebrado en París en el año 1930. La otra científica fue Lydia Rabinovich-Kempner. Me quedé con el nombre pensando en dedicarle alguna entrada futura, pero hace cinco años no encontré mucha información. Eso ha cambiado recientemente gracias a que se ha publicado un artículo sobre ella y ha aparecido una entrada en la Wikipedia. Lo único malo es que tanto el artículo como la entrada de la Wikipedia están en alemán, así que he tenido que basarme en el traductor de Google para elaborar esta entrada. También he encontrado otras fuentes bibliográficas que son citadas al final

Lydia Rabinovich nació en la ciudad de Kaunas el 22 de agosto del año 1871. Era la menor de nueve hermanos. Desde pequeña demostró una gran capacidad como estudiante, pero aunque su familia era adinerada sus posibilidades de continuar sus estudios en una universidad eran prácticamente nulas por dos motivos. El primero por ser mujer, el segundo por ser judía. En esa época, Lituania pertenecía al Imperio Ruso, y desde el pogromo de 1881 el acceso de los judíos a la universidad estaba muy restringido. Para una mujer judía era un imposible. Así que Lydia cogió las maletas y en 1889 se fue a Suiza. Se matriculó en la Facultad de Artes de Berna donde estudió pedagogía, estudios alemanes y ciencias naturales. Como muchas otras mujeres de esa época parecía que su destino sería ser maestra en algún instituto para jovencitas. Sin embargo Lydia pasó un año y medio en la Universidad de Zurich aprendiendo botánica y microbiología. A su vuelta a Berna se puso a realizar su tesis en el desarrollo de los cuerpos fructíferos de los Gasteromicetales. En 1894 la defendió obteniendo el grado summa cum laude y se convirtió en uno de las primeras doctoras en el campo de la microbiología.

El hongo Lycoperdum perlatum o pedo de lobo. En el siglo XIX estaba clasificado dentro de la clase de los Gasteromicetales. Ahora pertenece a la clase de los Basidiomicetales. Fuente: Wikipedia

Ese mismo año Lydia se mudó a Berlin. Quería trabajar en el Instituto de Enfermedades Infecciosas fundado por Robert Koch. Lydia hizo lo mismo que otras científicas de su tiempo como Lise Meitner: trabajar de gratis hasta que consiguió demostrar su valía investigadora. Es lo que la historiadora de la ciencia Annete Vogt describió como “usar la puerta trasera para llegar al portal principal”. Para conseguir el puesto en el Instituto, Lydia tuvo que firmar un acuerdo que se hacía firmar a todos los solicitantes, sin importar que fueran hombres o mujeres.

   El abajo firmante cede sus derechos sobre los resultados obtenidos por su trabajo a la dirección del Instituto de Enfermedades    Infecciosas de Berlín, y se compromete a someter dicho trabajo para su aprobación antes de su publicación. Asimismo, cuando    deje su puesto en el Instituto se compromete a ceder a la dirección, toda la información necesaria sobre los resultados    conseguidos por su trabajo así como todas las notas y apuntes realizados.

Lydia tuvo que ser una excelente investigadora porque en 1895 publicó su primer artículo. Por si fuera poco, comenzó una colaboración con el laboratorio de bacteriología de la Facultad de Medicina para Mujeres de Pensilvania y se le ofreció un puesto de profesora e investigadora para los meses de invierno. Los meses de verano volvía a Alemania a trabajar. En 1898 consiguió una plaza fija de profesora e investigadora en los Estados Unidos, puesto que nunca ocupó. En abril de 1898, aprovechando que estaba en el IX Congreso Internacional de Higiene y Demografía que se celebraba en Madrid, se casó con el bacteriólogo Walter Kempner que trabajaba con Koch en Berlin. Lydia dejó su puesto en los USA y se fue a Berlín a vivir con su esposo y fundar una familia. Tuvieron tres hijos: Robert (1899 - 1993), Nadja (1901-1932) y Walter (1903-1977). Pero al contrario de lo que ocurría con otras mujeres de su tiempo, que en cuanto se casaban dejaban de lado su carrera profesional, Lydia acababa de empezar un nuevo capítulo de la suya. El matrimonio Kempner se convirtió en una reconocida autoridad en la investigación sobre la tuberculosis. Por si no bastaba, Lydia se comprometió en el movimiento por la igualdad de las mujeres, defendiendo el derecho femenino al voto - llegó a presentar una comunicación sobre el trabajo de las mujeres en la medicina en el Congreso Internacional de la Mujer. Junto con la física Elsa Neumann fundó una asociación para proporcionar becas para que las mujeres pudieran estudiar carreras universitaria.

Fue el propio Robert Koch el que encargó a Lydia su primer proyecto sobre la tuberculosis. Desde 1884, Koch sospechaba que el bacilo de la tuberculosis podía ser transferido desde las vacas a los humanos. Lydia debía de encontrar si dicho bacilo estaba presente en la leche o en productos lácteos frescos. Algo muy frecuente en las ciudades alemanas de aquellos tiempos era ver a pequeños carromatos vendiendo leche, queso y hortalizas frescas. Lydia se puso a ello y en 1901 publicó sus resultados. Fue la primera persona en describir la acción de un adyuvante inmunitario al descubrir que la mantequilla que contenía bacilos de Mycobacterium butyricum podía activar una fuerte respuesta inmunitaria. Usando la prueba de la tuberculina en vacas, encontró que Mycobacterium bovis estaba presente en la leche y en la mantequilla proveniente de las vacas infectadas y por lo tanto eso podía suponer un riesgo para los humanos. También encontró que pasteurizando la leche se podía destruir al bacilo y evitar subsiguientes infecciones.

Carromato repartidor de leche fresca de la empresa Bolle. (Fuente)

Sin embargo, sus resultados no fueron recibidos con mucha alegría. La protesta de las compañías ganaderas y de productos lácteos fue de tal magnitud que hasta el propio Robert Koch cambió de opinión y declaró que el bacilo de la tuberculosis humana no era el mismo que se encontraba en las vacas, sólo una especie relacionada. Sin embargo, Lydia se mantuvo en sus trece y aseguró que sí era el mismo. Tras la creación de una comisión de salud pública se confirmó que Lydia tenía razón. La leche debía de ser pasteurizada antes de ser consumida o usada para elaborar productos lácteos.

Es muy posible que el enfrentamiento con Koch fuera la causa de que Lydia abandonara el Instituto de Enfermedades Infecciosas de Berlin. En 1903 comenzó a trabajar con el profesor Johannes Orth en el Instituto de Patología Charité. Gracias a sus numerosos artículos en 1906 se la nombró como miembro permanente del Comité Central Internacional para la lucha contra la Tuberculosis y de la Sociedad Central de Medicina Veterinaria de Francia. En 1912, el kaiser Guillermo II la honró concediéndole el título de “Profesora de la Universidad de Berlín” sin que tuviera que presentarse a un proceso de habilitación. Sin embargo el claustro de la Facultad de Medicina de la Universidad de Berlin nunca permitió que accediera al puesto debido al antisemitismo de la época. Lydia continuó con sus trabajos y en 1914 se la nombró miembro del comité editorial del “Zeitschrift für Tuberkulose” (Revista sobre la Tuberculosis).

Portada de la revista científica "Zeitschrift für Tuberkulose". (Fuente: Kropp y Hansen Schaberg. 2017) 

1920 debió de ser un año crítico en la vida de Lydia. Su marido murió en febrero de ese año debido a un cáncer de laringe, con lo que la familia Kempner se quedó sin sustento.Por sorprendente que pueda parecernos, hasta ese momento era el sueldo de Walter como médico el único dinero que entraba en el hogar. Lydia no había sido contratada hasta entonces en ningún puesto remunerado. Evidentemente la situación había cambiado y Lydia consiguió un puesto como directora del laboratorio bacteriológico del Hospital Municipal en Berlín-Moabit. En el año 1924 la Federación Alemana de Médicos le concedió el título de Doctora en Medicina Honoris Causa junto a Franziska Tiburtius En el año 1930 actuó como experta en la comisión que estudió el conocido como “desastre de Lübeck”. 251 recién nacidos fueron vacunados frente a la tuberculosis con unos viales que luego se demostró que estaban contaminados con una cepa virulenta. 72 de los niños murieron y 173 desarrollaron la enfermedad.

El desastre de Lübeck. Seguimiento de los recién nacidos a los que se les inoculó una vacuna antituberculosa defectuosa.
Salvo 6 niños, todos los que sobrevivieron hasta septiembre de 1933 consiguieron una remisión clínica completa. Las cinco categorías de la derecha indican: "Sin síntomas y positivos para tuberculina, enfermedad suave, enfermedad moderada, enfermedad grave y muerte". (Fuente: Fox et al. 2016).

En 1932 su hija Nadja también falleció de tuberculosis. Pero las desgracias no habían acabado. En 1933, tras la llegada de los nazis al poder, sufrió el destino de muchos profesionales judíos. Fue forzada a abandonar su puesto como directora de laboratorio del hospital de Moabit. También fue expulsada del comité editorial del “Zeitschrift für Tuberkulose”. Franz Redeker, el nuevo editor, borró su nombre de los registros como si nunca hubiera existido. Sus amigos en los Estados Unidos animaron a Lydia a abandonar Alemania, pero con 61 años y enferma de cáncer de pecho decidió permanecer en Berlín. Lo que sí hizo fue procurar que sus dos hijos, Robert y Walter, emigraran a los Estados Unidos. Su hijo Robert (https://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Kempner) había sido fiscal y en 1928 acusó a Adolf Hitler de alta traición. Cuando Hitler alcanzó el poder, el ministro del interior Wilhem Frick consiguió que le arrebataran la nacionalidad alemana. En los Estados Unidos Robert trabajó como consejero del gobierno estadounidense y volvió a Alemania para los juicios de Nüremberg. Fue uno de los fiscales que llevó la acusación sobre Frick y la persona que encontró los documentos de la llamada “Conferencia de Wansee”.

Lydia murió en Berlín casi con 64 años, el 3 de agosto de 1935. Está enterrada junto con su marido, su hija Nadja y su hijo Robert, en el cementerio de Berlin-Lichterfelde. Una pionera de la microbiología injustamente olvidada.

Tumba de los Kempner en Berlín. Fuente: Wikipedia

Fuentes bibliográficas

• Lydia Rabinowitsch-Kempner. R. Kropp, I. Hansen-Schaberg. Pneumologie 2017; 71(01): 36-39. DOI: 10.1055/s-0042-118031
• Ladies in the Laboratory II: West European Women in Science, 1800-1900. Mary R. S. Creese.
• Lydia Rabinowitsch-Kempner. Annette B. VogtJewish Women Archive.
• Lydia Rabinowitsch-Kempner: Homage to the forgotten First Lady of Adjuvants. Tirumalai Kamala. TK Talk.

Esta entrada participa en las celebraciones del día del Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia #diamujeryciencia #Cientificas11F @11defebreroES

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.

Monascus purpureus, lovastatina y arroz rojo

Granos de arroz rojo chino, un producto de la fermentación por Monascus purpureus. Fuente: Wikipedia

Se acaba de publicar la lista de declaraciones autorizadas de propiedades saludables de los alimentos distintas de las relativas a la reducción del riesgo de enfermedad y al desarrollo y la salud de los niños. Y en ella sólo aparecen nombrados tres microorganismos. Dos de ellos son las bácterias lácticas Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus thermophilus que aparecen bajo el epígrafe "Cultivos vivos de yogur" y de los cuales se reconoce que me­joran la digestión de la lac­tosa del producto en las per­sonas con problemas para digerir la lactosa siempre que el yogur o la leche fermentada tengan una concentración de 10⁸ Unidades Formadoras de Colonia por gramo.

Microfotografías de Monascus spp. al microscopio óptico y al de microscopía electrónica de barrido. Fuente: Wang y Ling 2007

El tercero es Monascus purpureus, la levadura del arroz rojo chino. Aunque en realidad no es una levadura, es un moho pariente de los Aspergillus. Este microorganismo es responsable de la coloración rojo púrpura característica del arroz rojo, cereal que se utiliza para colorear diversos platos chinos y orientales. Desde hacía tiemoo se le atribuían propiedades saludables, y ahora la EFSA parece haberlo reconocido. En la lista podemos leer que La monacolina K del arroz de levadura roja contribuye a mantener niveles normales de colesterol sanguíneo siempre que se tomen 10 mg diarios de dicho compuesto producido por la levadura.

Colonias de Monascus purpureus. Fuente: PharmachemicaLea

¿Qué hace la monacolina K, también conocida como lovastatina? Pues es un inhibidor de la HMG-CoA reductasa, una enzima de la ruta metabólica de producción del colesterol. De hecho, la lovastatina purificada es un medicamento para el tratamiento de la hipercolesterolemia. La lovastatina se puede obtener mediante fermentación del arroz por este hongo, o por alguno de sus parientes, como M. ruber, aunque actualmente, la mayor parte de la lovastatina se produce gracias a otros hongos como Aspergillus terreus que pueden ser cultivados en biorreactores de agitación.

Estructura química de la lovastatina. Fuente: Wikipedia

Esta entrada participa en el XV carnaval de la Química que se hospeda en El Cuaderno de Calpurnia y en el XIII carnaval de la Biología que se aloja en Caja de Ciencia.



Wang TH, & Lin TF (2007). Monascus rice products. Advances in food and nutrition research, 53, 123-59 PMID: 17900498

Comer yogur es cosa de hombres

Origen de la imagen: Velica

Cuando me tocó hacer la mili, una de las cosas que nos gritaba nuestro sargento durante la instrucción era "¡Corred más rápido, pandilla de comeyogures!". Bueno, pues resulta que no nos estaba insultando, sino agasajando, al menos si se confirman los resultados que según la web de Scientific American han obtenido los investigadores del MIT liderados por Susan Erdman y Eric Alm.

Ya hemos hablado en este blog sobre la relación entre microbiota y obesidad. Pues bien, el grupo del MIT se dispuso a estudiar si el yogur afectaba al desarrollo de la obesidad y a sus complicaciones como el desarrollo de cáncer. Así que los investigadores tomaron grupos de 40 ratones macho y 40 hembras. A unos los alimentaron a base de una dieta con alto contenido en grasas, poca fibra y pocos nutrientes que simulaba la comida basura. A otros en cambio los alimentaron con la dieta ratonil estándar. Luego, a la mitad de cada grupo la suplementaron con yogur y a la otra mitad no (¿se ha perdido? Son cuatro grupos. Dos de "comida basura" con y sin yogur, y otros dos de comida "ratonil" con y sin yogur). Por cierto, el yogur era con sabor a vainilla.

Lo primero que notaron los investigadores era que los ratones comeyogures tenían el pelo más brillante y sedoso. Al realizar el estudio histológico se encontraron que los comeyogures tenían 10 veces más folículos activos que los otros ratones. Lo segundo que notaron era que los machos comeyogures proyectaban sus testículos hacia fuera y se "pavoneaban" ante las hembras mucho más frecuentemente. Al medir los testículos encontraron diferencias significativas entre los grupos. Los comeyogures tenían testículos un 5% más pesados que los del grupo que comía la dieta "ratonil" normal, y hasta un 15% más pesados al compararlos con los ratones alimentados a base de comida basura. Y como era de esperar eran más "machos". En los experimentos de apareamiento los comeyogures inseminaban a las hembras mucho más rápidamente y tenían más descendencia que los ratones control.

Paquete de yogures

¿Y las hembras? También se han encontrado con una serie de efectos saludables. Las hembras comeyogures parían camadas más numerosas y alimentaban a sus crías con mayor éxito. Ahora bien ¿se pueden extrapolar estos resultados a los humanos? Quizás. Un grupo de la Universidad de Harvard liderado por el epidemiólogo Jorge Chavarro está estudiando la relación entre la ingesta de yogur y la calidad del semen de los humanos. Y según sus propias palabras, lo que han encontrado por ahora es consistente con lo encontrado en ratones.

Mira por donde, al final va a resultar que lo de los "cuerpos danone" no iba tan desencaminado (a ver si cae alguna subvención por la publicidad que les he hecho en esta entrada ;)

Esta entrada participa en el XIII carnaval de la Biología que se aloja en Caja de Ciencia.

Un brindis del pasado

Hay ocasiones en las que la Microbiología Industrial y la Arqueología van de la mano. Uno de los casos más recientes fue en el año 2010, con el descubrimiento de los restos de un naufragio en las islas finlandesas de Åaland. El pecio era un barco de mediados del siglo XIX, que aún no ha sido identificado. Entre otros tesoros los buceadores encontraron 162 botellas de champán. Lo sorprendente fue comprobar que 79 de dichas botellas todavía eran bebibles. Según los entendidos, el sabor del champán era espléndido, con toques dulces y aromas de tabaco y roble.

Las botellas pudieron conservarse por una serie de factores. Por un lado las aguas donde reposaba el pecio están a 50 metros, con lo que la presión no ha sido tan grande que permitiera entrar al agua de mar al interior de la botella. Otro factor es que dichas aguas son muy oscuras y su temperatura es de 4 grados. Una nevera muy eficiente podríamos decir. Además, las botellas contenían el sedimento de levadura responsable de la segunda fermentación (el proceso de degüelle no fue inventado por Madamme Veuve Clicquot hasta mediados del XIX). Finalmente, el champán iba destinado a la Rusia Imperial, y allí les gustaba el champán muy dulce. Generalmente se añadía unos 200 gramos de azúcar por litro. Para los estándares actuales, ese sería un champán con una concentración cuatro veces superior a lo que se denomina champán dulce. De hecho ya no se comercializan champañas con tantísima azúcar.

El año pasado se subastaron dos botellas de dicho naufragio. Una era de una bodega que desapareció en 1829, denominada Juglar. La botella alcanzó el precio de 24.000 euros. La otra botella era un Viuda Clicquot de 1841 y alcanzó los 30.000 euros. Ha sido el precio más caro jamás pagado por una botella antigua. Este año se subastarán otras 11 botellas y se estima que pueden alcanzar los 10.000 euros por botella.

Pero el champán no ha sido lo único que fue encontrado en el naufragio. También se encontraron numerosas botellas de cerveza. Sin embargo en esta ocasión el contenido no ha soportado el paso del tiempo y la cerveza es imbebible. El análisis químico mostró que había una gran proporción de sodio lo que indica que el agua marina consiguió entrar. Asimismo se encontró que el contenido alcohólico era menor de un 2'5%. También han encontrado que el pH es de 3,2, significativamente inferior al pH normal para la cerveza que es de 4,2. Sin embargo, los científicos creen que esas botellas contienen otros tesoros de gran valor.

En las botellas se han encontrado restos de levaduras, ya que ninguna ha sobrevivido. Se espera obtener DNA e identificarlas mediante biología molecular. Se sospecha que además de Sacharomyces cerevisiae, podría encontrarse especies del género Dekkera, una levadura característica de la cerveza lambic, y de la levadura Cyberlindnera jadinii, aunque en este último caso se cree que era una levadura contaminante. También se han identificado otros compuestos que podrían dar pistas muy valiosas sobre cómo se elaboraba la cerveza a principios del siglo XIX. Por ejemplo, se ha deducido que debía de quemarse madera durante los procesos de cocción, ya que se ha encontrado cantidades muy significativas de furfural, uno de los compuestos característicos del "aroma a almendra tostada" que se produce en la combustión de la madera.

Lo que sí han encontrado han sido bacterias del ácido láctico vivas, un tipo de microbios de gran interés en las fermentaciones alimentarias, sobre todo en aquellas relacionadas con las conservas de vegetales. De hecho, ellas han sido las responsables del bajo pH, ya que se han encontrado altos valores de acético, propiónico y butírico.

Fotografía de microscopía electrónica de células de diferentes especies bacterianas encontradas en la cerveza de Aaland. Las formas redondeadas probablemente son Pediococcus damnosus, mientras que la forma bacilar es un Lactobacillus. Fuente de la imagen VTT Finland.

En concreto han hallado cuatro especies: Pediococcus damnosus, Lactobacillus malefermentans, Lb. backii y Lb kisonensis. Esta última ha sido una sorpresa ya que la primera vez que aisló fue en el año 2009, como uno de los participantes en la fermentación de pepinillos al estilo japonés. Los investigadores han encontrado en la cerveza cantidades apreciables de beta-glucano, un polisacárido viscoso producido por las lactobacterias. Se piensa que ha actuado como un protector que les ha permitido sobrevivir durante tanto tiempo. Uno de los proyectos será crecerlas, caracterizarlas y utilizarlas como cultivos iniciadores en la elaboración de diversos productos alimentarios intentando rescatar los aromas del pasado.

Fuentes bibliográficas y de las imágenes:
The drinks bussines
Red Orbit
VTT Research Center


Esta entrada participa en el XV carnaval de la Química que se hospeda en El Cuaderno de Calpurnia y en el XIII carnaval de la Biología que se aloja en Caja de Ciencia.

Actualización 2015: Se ha completado el análisis de un par de botellas de cerveza, y efectivamente son imbebibles. Analysis of Beers from an 1840s’ Shipwreck

La cerveza lager: una fusión en frío

Fuente de la imagen: Wikipedia.

ACTUALIZADA el 30 de septiembre de 2015 (ver abajo)

Uno de los mejores placeres del verano es tomarse una cerveza bien fresquita sentados en una terraza y disfrutando del tiempo libre. Fueron los sumerios los que hace unos 6.000 años comenzaron a fabricar el preciado líquido gracias a la inestimable colaboración de las levaduras. Desde entonces la cerveza ha ido siempre asociada a la civilización, así que si se extendía una, también lo hacia la otra. Como es lógico, a lo largo de la historia de la humanidad han ido apareciendo diferentes variantes de la cerveza.

Probablemente la variante cervecera más famosa es la lager, la típica cerveza rubia que consumimos por estas tierras. Su origen es alemán, de la zona de Baviera, y se remonta al siglo XV. Tiene ese nombre porque se producía en los lagares o bodegas. Su merecida fama comenzó a consolidarse en el siglo XIX.

Levadura de baja fermentación: homebrewtalk.

La aparición de la lager supuso una revolución en la producción de cerveza. Hasta ese momento, las cervezas europeas se producían mediante un "fermento" que se disponía en la superficie del barril y que necesitaba una temperatura templada para crecer (unos 20ºC). Pero el fermento de las lager se disponía en el fondo del barril y podía crecer a temperaturas más bajas (10º C). Por eso a las primeras se las conoce como cervezas de alta fermentación (como las altbier o las ale británicas) mientras que a las lager se las conoce como cervezas de baja fermentación. En el sabor, las lager son menos dulces que las ale. Pero eso no era todo. Una ventaja de las lager es que podían elaborarse en las bajas temperaturas de lugares fríos y húmedos como las bodegas y se estropeaban mucho menos que las ale. Una razón era la baja temperatura, pero otra era que el fermento "bajo" era capaz de acabar con todo el azúcar presente en la malta.

Hubo que esperar hasta Pasteur para comprender que la fermentación de la cerveza era un proceso microbiológico. Como es natural todos los productores de cerveza se interesaron por identificar las levaduras responsables de la elaboración de sus respectivos productos. En 1883 es cuando nuestra vieja conocida, la levadura Saccharomyces cerevisiae, fue identificada por Emil Christian Hansen que trabajaba para los laboratorios Carlsberg (aunque fue Franz Meyen en 1830 el que demostró que el "fermento" era un hongo). El propio Hansen fue el primero en observar que la levadura de las cervezas lager era criotolerante y distinta de las levaduras de las otras cervezas, por lo que propuso denominarla Saccharomyces carlsbergensis (actualmente es S. pastorianus).

Emil Christian Hansen. Fuente de la imagen: Carlsberg Group.

¿Y de dónde proceden todas estas levaduras domesticadas? Pues en principio de la Naturaleza. Por ejemplo, pueden aislarse cepas de Saccharomyces cereviseae silvestre a partir de corteza de robles (género Quercus, família Fagaceae, orden Fagales). Y lo mismo puede decirse para otras levaduras del género Sacharomyces. Pero había una excepción bastante notable: no se conseguía aislar a S. pastorianus del medio natural. Esta levadura dependía enteramente de los humanos para su propagación. Al analizar su genoma se descubrió que era un híbrido allotetrapolide producido por una fusión entre S. cereviseae y una especie de levadura desconocida.

En primer lugar se pensó que el ancestro desconocido debía de ser alguna otra levadura criotolerante. Los candidatos más probables eran S. bayanus y S. uvarum. Pero resulta que S. bayanus es un híbrido de S. uvarum con la especie desconocida. Y esa especie es la que han encontrado un grupo de científicos liderados por el investigador José Paulo Sampaio de la Universidad Nova de Lisboa.

Lo que han hecho ha sido buscar levaduras criotolerantes en otros hábitats similares a aquellos en los que crece Saccharomyces, tanto en el hemisferio norte como en el hemisferio sur. En el hemisferio sur, el árbol que ocupa el nicho ecológico del roble es el grupo de las hayas del sur pertenecientes al género Nothofagus (familia Nothofagaceae, orden Fagales). Estos árboles son muy abundantes en los bosques de la Patagonia, una región con una media de temperaturas de 6/8 ºC, con un mínimo de -1/-2 ºC y un máximo de 22/23 ºC. Una condiciones muy favorables para los criotolerantes.

Lenga, Nothofagus pumilio. Fuente de la imagen: Wikipedia.

Entre los distintos aislados se encontraron con dos nuevas especies de levaduras asociadas con distintos tipos de árboles. Una de ellas se aislaba preferentemente en el ñire (Nothofagus antarctica) y la lenga (N. pumilio). Tras ser analizada genéticamente, los investigadores encontraron que esa nueva especie era el ancestro de S. pasturianus y de S. bayanus que buscaban. Por eso la han bautizado como Saccharomyces eubayanus (el prefijo eu significa "verdadero").

Modelo de la formación de S. pastorianus y las cepas híbridas de S. bayanus. Explicación más detallada en el texto. Fuente de la imagen: Libkind et al..

Los investigadores han propuesto el siguiente modelo para explicar la domesticación de la levadura cervecera S. pasteurianus. En algún momento del pasado una célula de S. cerevisiae se fusionó con otra de S. eubayanus y dio lugar al alotetraploide que conocemos como S. pasteurianus. La nueva levadura crecía mucho mejor a baja temperatura y fermentaba correctamente la malta. Los maestros cerveceros de aquella época comenzaron a domesticar el nuevo fermento buscando una mejor producción de cerveza. Pero la domesticación supuso una fuerte presión de selección. Poco a poco la nueva levadura fue cambiando y adaptándose a las nuevas condiciones. Así algunos cromosomas de S. cerevisiae se fusionaron con los de S. eubayanus (cromosomas naranjas y amarillos en la figura). La más llamativa es la fusión del brazo derecho del cromosoma VII de S. eubayanus a secuencias subteloméricas del brazo derecho del cromosoma VII de S. cerevisiae que contiene el gen IMA1. Este gen codifica para la isomaltasa, una enzima que cataliza la ruptura del disacarido isomaltosa. De esa forma, el híbrido puede procesar de manera más eficaz los azúcares presentes en la malta.

Otro cambio que sucedió durante la domesticación fue la inactivación de los genes SUL1 y la mayor expresión de los genes SUL2. Estos genes son responsables del transporte de sulfato. Y el sulfato es el precursor del sulfito, un compuesto antioxidante y estabilizante del sabor y el aroma. En las cepas cerveceras, la expresión de SUL2 aumenta la producción de sulfito.

Pero ahí no acaba la historia de aparición de nuevas especies. Antiguamente no se conocía la importancia del cultivo puro de microorganismos. La cerveza debía de contener múltiples especies de distintas levaduras. En algún momento una célula de S. eubayanus debió de adquirir mediante un proceso de transformación genética un gran fragmento de DNA de S. pasteurianus. Esta S. eubayanus transformada podría medrar como un contaminante más de la cerveza. Y esta nueva cepa debió de hibridar con la levadura S. uvarum dando lugar a la especie S. bayanus.

Ahora queda por contestar la pregunta ¿Cómo llegó S. eubayanus a Alemania?. Los autores indican dos posibilidades. O bien que esa levadura esté presente en algún nicho ecológico del hemisferio norte. Pero la creen poco probable ya que por ahora no se la ha encontrado, y eso que se llevan aislando levaduras de manera intensiva desde finales del siglo XIX. La otra posibilidad es que S. eubayanus llegara a Europa gracias al comercio transoceánico.

¿Es eso posible?. Los autores del artículo no dedican ni una línea a defender dicha posibilidad. El principal problema de dicha hipótesis es que la lager apareció en el siglo XV, no en el XVI. Un siglo antes de que hubiera presencia hispana en la Patagonia. Pero, ya que estamos en verano, yo me voy a lanzar a la piscina. La Patagonia fue descubierta por Americo Vespucio en 1502, aunque quienes realizaron una exploración algo más intensiva fue la expedición de Magallanes de 1520. Hay que esperar hasta el 9 de marzo de 1535 para que Simón de Alcazaba y Sotomayor, por mandato de Carlos I, fundara Nueva León (a 29 kilómetros al sur de la actual localidad de Camarones) que fue el primer intento de fundar una población estable en la Patagonia. Hacia 1550 podríamos decir que ya hay presencia española constante por debajo del paralelo 35º, el límite superior de la latitud Sur para los árboles pertenecientes al género Nothofagus.

Carlos I de España y V de Alemania gobernó entre 1516 y 1566. De todos es conocido que era un gran amante de la cerveza, y se la hacía traer desde Flandes y sus posesiones alemanas. 1516 también es famoso porque es el año de promulgación de la famosa Ley de la Pureza de la Cerveza en Baviera. En 1546, los bávaros se comprometieron firmemente con Carlos I en su lucha contra los protestantes. No es descabellado pensar que madera proveniente de algún ejemplar de Nothofaga fuera colectado en América del Sur, llevado hasta España para hacer barriles y que de allí acabara en Baviera almacenando cerveza. Y así tendríamos a S. cerevisiae junto a S. eubayanus.

¿Y la cerveza lager del siglo XV? Pues me apuesto pincho de tortilla y caña a que era diferente que la lager del XVI y que las levaduras de esa cerveza fueron "desplazadas" por S. pasteurianus durante el proceso de domesticación. Ya veremos que dicen los futuros artículos dedicados al tema.

ACTUALIZACION. En mayo de 2014 se publicó un artículo en el que se habían aislado cepas de S. eubayanus en la meseta tibetana. El análisis genético indicaba que esas levaduras tenían mayor relación de parentesco con la levadura de la cerveza lager. Si se confirma el resultado esto querría decir que la levadura cervecera seguramente llegó a Europa gracias a la ruta de la seda.

Esta entrada participa en el Biocarnaval de Verano que se celebra en ¡Jindetrés, sal! y en el VII carnaval de la Química que se celebra en FeelSynapsis.

Libkind, D., Hittinger, C., Valerio, E., Goncalves, C., Dover, J., Johnston, M., Goncalves, P., & Sampaio, J. (2011). Microbe domestication and the identification of the wild genetic stock of lager-brewing yeast Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1105430108

A nuevos males, viejos remedios

Microfotografía de fluorescencia en la que se muestra a una Escherichia coli probiótica (azul) cubierta de toxina-shiga (rojo) (Fuente de la imagen: Universidad de Adelaida)

Con motivo del brote de E. coli EHEC La web Science Daily ha sacado del baúl de los recuerdos un artículo publicado en Nature Medicine hace más de diez años.

En esa época, el grupo del profesor James Paton, de la Universidad de Adelaida desarrollaron un probiótico que se unía y neutralizaba a la toxina tipo Shiga producida por la cepa EHEC E. coli O157:H7. El probiótico consistía en una bacteria en la que mediante ingeniería genética expresaba en su superficie un lipopolisacárido que imitaba al receptor de la toxina Shiga. De esa forma, la toxina se unía a la bacteria probiótica y no a las células eucariotas, evitándose su perjudicial acción. La efectividad del método fue demostrada tratando a ratones infectados con E. coli O157:H7 y observando como se recuperaban completamente.

La toxina Shiga se une a un glicolípido denominado globotriaosil-ceramida (Gb3), que tiene la siguiente estructura: Galactosa α[1→4]Galactosa β[1→4]Glucosa-ceramida. Lo que hizo Paton y su grupo fue insertar en la cepa no patógena E. coli R1 (CWG308) un plásmido que contenía los genes lgtC y lgtE para codificar la galactosil-transferasa de Neisseria. La cepa E. coli R1 (CWG308) es una cepa que porta una mutación denominada waaO y que produce una síntesis truncada del lipopolisacárido de su membrana externa (ver la entrada anterior para la estructura del LPS). En esta cepa, el LPS se trunca en su parte nuclear y termina en una glucosa. Al insertar los genes lgtC y lgtE se formaba un LPS en los que se ligaba Galactosa α[1→4]Galactosa β[1→4] a la glucosa terminal.

Estructura del glicolípido globotriaosil-ceramida al que se une la toxina Shiga. El grupo del profesor Paton consiguió que una E. coli sintetizara un LPS con una secuencia oligosacarídica terminal idéntica. (Fuente: Medical Biochemistry)

A pesar de que el artículo llamó bastante la atención, y aunque el grupo del profesor Paton desarrolló una nueva cepa probiótica mucho más segura y que no portaba un plásmido con genes de resistencia a antibióticos, el probiótico no pudo culminar en el desarrollo de un producto terapéutico comercial, ya que ni siquiera llegó a Fase I (fase en la que comienzan los ensayos clínicos en humanos). Pero el brote de Alemania ha hecho replantearse la situación. Ahora parece que hay más de una compañía interesada en las bacterias de Paton y quizás en un futuro sea una terapia efectiva contra la toxina Shiga. Desgraciadamente no van a llegar a tiempo para ser usadas en Alemania.

Enlaces relacionados: "Cuando E, coli se pasa al lado oscuro" por Miguel Vicente en "Esos pequeños bichitos".

Esta entrada participa en el V carnaval de la Biología que se celebra en FeelSynapsis y en el V carnaval de la Química que se celebra en Scientia.

Paton AW, Morona R, & Paton JC (2000). A new biological agent for treatment of Shiga toxigenic Escherichia coli infections and dysentery in humans. Nature medicine, 6 (3), 265-70 PMID: 10700227

Pinyon RA, Paton JC, Paton AW, Botten JA, & Morona R (2004). Refinement of a therapeutic Shiga toxin-binding probiotic for human trials. The Journal of infectious diseases, 189 (9), 1547-55 PMID: 15116289

Escherichia coli O104:H4 Enterohemorrágica

Durante los pasados días se ha organizado un gran revuelo con las noticias sobre un brote en Alemania de Escherichia coli O104:H4 enterohemorrágica (más conocida por las siglas EHEC por EnteroHemorragic E. Coli). En un principio la culpa se echó a una partida de pepinos españoles, pero hoy mismo la ministra alemana de Salud de la ciudad-estado de Hamburgo ha tenido que reconocer que se precipitaron en sus conclusiones y que el origen parece estar en Hamburgo.

Inicialmente se pensó que el brote era a causa de otra cepa EHEC, la tristemente famosa E. coli O157:H7, parecido al que ocurrió en los EEUU en el 2008. Pero el serotipo O104:H4 que encontraron los alemanes era muy distinto y raro.

¿Y qué es eso del serotipo? Bueno, para explicarlo hay que repasar un poco la envoltura de esta bacteria. E. coli es una bacteria gramnegativa, eso quiere decir que tiene una membrana citoplasmática, rodeada de una capa de peptidoglicano, que a su vez está rodeada de una membrana externa. Esta última membrana es una bicapa formada por fosfolípidos, proteínas y lipopolisacáridos.

Estructura de las envolturas de una bacteria gramnegativa como E. coli. En la parte inferior tenemos a la membrana citoplasmática. Envolvieéndola está la pared de peptidoglicano y finalmente la membrana externa. Los cuadrados amarillos con colas de hexágonos son el lipolisacarido. Fuente: Universidad de Granada a partir del Brock, Biología de los Microorganismos

Fijémonos en el lipopolisacárido, también conocido por las siglas LPS. Estas moléculas son bastante grandes y están localizadas en la lámina externa de la membrana externa (valga la redundancia). Esta macromolécula es el resultado de ensamblar tres tipos de componentes: el lípido A, el polisacárido medular y el polisacárido O específico.

Estructura química del lipopolisacárido de una bacteria gramnegativa. Fuente: Universidad de Granada a partir del Brock, Biología de los Microorganismos

El lípido A es el que está embebido en la membrana externa. Es prácticamente idéntico en todas las bacterias gramnegativas. Son dos moléculas de glucosaminas unidas (un disacárido) a las que en sus grupos hidroxilo se les ha unido un ácido graso. Esta molécula es esencial para la bacteria pues sin ella no puede formarse membrana externa.

Al lípido A se le une el polisacárido medular o nuclear, también muy conservado entre las gramnegativas, en el que a su vez se distinguen dos regiones, la interna formada por 2-ceto-3-desoxioctónico (KDO) y la externa formada por diversas hexosas y heptosas.

Finalmente, el polisacárido O específico, que consiste en la repetición de hasta 40 veces (la "n" de la figura) de unidades tri-, tetra- o pentasacarídicas ramificadas. Los azúcares que se pueden encontrar son muy variados y poco frecuentes. Podríamos decir que esta parte de la molécula es la "piel" de la bacteria. La denominación "O" (la letra o, no el número cero) es porque es la denominación que se le dio cuando se comprobó que esta molécula era un antígeno muy potente que activaba el sistema inmune (por eso lo de "serotipo").

Al lipopolisacárido también se le conoce como endotoxina. Eso denominación proviene del siglo XIX cuando se comenzaba a estudiar la toxicidad bacteriana. Se descubrió que ciertas bacterias presentaban mayor toxicidad cuando eran fragmentadas que cuando estaban intactas. Así que se supuso que en su interior (endo-) se almacenaban toxinas que se liberaban tras su lisis. Posteriormente se descubrió que el lipopolisacárido era el responsable de la toxicidad. En cierto sentido es un mecanismo defensivo a lo "Alien el 8º pasajero". Si el sistema inmune acaba con la bacteria, se liberan los componentes de la membrana externa que causarán daño al organismo.

Pues bien. O104:H4 es un tipo de LPS y O157:H7 es otro tipo de LPS (bueno, la "H" hace referencia a otro tipo de antígeno, la flagelina, pero de eso hablaré en otro momento). De hecho hay unos 160 lipopolisacáridos descritos sólo para E. coli (C. Raetz y C. Whitfield 2002). Cómo es lógico, hay unas cuantas enzimas encargadas de producir el lipopolisacárido, y se ha visto que los genes que codifican para las mismas son de fácil transmisión horizontal entre las diversas cepas. Es decir, una E. coli con un determinado serotipo puede transformarse en otro serotipo distinto si capta dichos genes.

Sin embargo la gran patogenicidad de las cepas EHEC no es debida sólo al LPS. Muchas portan genes que codifican para toxinas del tipo Shiga, denominada así porque fue descrita por primera vez en la bacteria Shigella dysenteriae. Esas toxinas son exotoxinas, es decir, son secretadas por la bacteria y no forman parte integral de ellas. En el caso de las toxinas tipo Shiga, se trata de proteínas que inhiben varios procesos. Es decir, son como una navaja suiza pero en maligno. La toxina está compuesta de dos subunidades: A y B. La subunidad B se une a las membranas de las células que tapizan el interior del intestino bloqueando la captación de electrolitos.

Tras la unión, la subunidad A penetra en la célula e inactiva al 26S RNA ribosomal bloqueando el proceso de traducción. Esto acaba matando a las células intestinales y causando una grave diarrea. Pero por si fuera poco, la toxina acaba también con las células de los capilares (de ahí la diarrea sanguinolenta) y dispara la reacción de los neutrófilos. Se acaba produciendo un mayor daño tisular, lo que permite que la toxina pueda acabar en el torrente sanguíneo. Una vez allí se disemina por el organismo causando varios efectos, siendo uno de los más graves el destruir las células de los glomérulos renales, con lo que puede llegar a producirse un fallo renal (el llamado síndrome urémico hemolítico o HUS). Por si fuera poco, también tiene un efecto neurotóxico por lo que puede causar daños permanentes en el sistema nervioso.

Estructura tridimensional de la toxina-Shiga de E. coli O157:H7. En rojo se muestra la subunidad A y en azul la subunidad B Fuente: Wikipedia

Esto explica el porqué el tratamiento con antibióticos de este tipo de cepas no es tan efectivo e incluso puede llegar a ser contraproducente. La acción de la toxina Shiga no se ve afectada, y la destrucción de bacterias por el efecto de los antibióticos produce que se libere LPS, aumentando el efecto tóxico. Añadamos el hecho de que muchas cepas EHEC portan genes de resistencia a los antibióticos y el cuadro no es precisamente halagüeño.

Generalmente el tratamiento suele ser sintomático. Es decir, se suministra líquidos al paciente y se espera que la diarrea remita. En algunas ocasiones se recurre a transfusiones de sangre para eliminar la toxina del organismo. Pero si la infección es grave y los niveles de toxina elevados el paciente puede llegar a tener secuelas e incluso fallecer.

El caso es que los alemanes pueden haber dado con un tratamiento alternativo, aunque no ha sido debido a este brote. El pasado otoño, Franz Schaefer un nefrólogo de un centro pediátrico de Heidelberg trató a una niña de HUS. La terapia estaba fallando y se le ocurrió utilizar un anticuerpo monoclonal denominado "Eculizumab" que se utiliza en la terapia de una patología sanguínea. Este anticuerpo bloquea la acción de la proteína C5 del sistema de complemento, un mecanismo que provoca la lisis de las células que han sido "marcadas" por el sistema inmune. Al usarlo en la paciente ésta mejoró en tan sólo 24 horas. Al parecer, el HUS es causado por una hiperactividad del sistema de complemento disparada por la acción de la toxina Shiga. El tratamiento fue probado en otros dos niños con parecido éxito. Actualmente se está planteando utilizarlo con alguno de los actuales pacientes afectados por el brote de E. coli, aunque hay un pequeño problema. El Eculizumab es el medicamento más caro que se conoce, con un coste de 15.000 euros por paciente. Y desde el punto de vista clínico es difícil considerar el resultado con tres pacientes como una terapia efectiva. Esperaremos acontecimientos

Vídeo sobre como EHEC O157:H7 coloniza el intestino

Esta entrada participa en el V Carnaval de la Química, organizado por Scientia.

Lapeyraque AL, Malina M, Fremeaux-Bacchi V, Boppel T, Kirschfink M, Oualha M, Proulx F, Clermont MJ, Le Deist F, Niaudet P, & Schaefer F (2011). Complement Blockade in Severe Shiga-Toxin-Associated HUS. The New England journal of medicine PMID: 21612462

Raetz, C., & Whitfield, C. (2002). LIPOPOLYSACCHARIDE ENDOTOXINS Annual Review of Biochemistry, 71 (1), 635-700 DOI: 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135414