Epidemias al estilo Hollywood. Un pequeño catálogo

Las epidemias causadas por microorganismos infecciosos han sido una constante fuente de inspiración para el cine comercial. Muchas películas sobre dicho tópico son bastante famosas y conocidas por el gran público, por lo que pueden ser unas buenas herramientas para explicar diversos conceptos epidemiológicos, inmunológicos y microbiológicos a los estudiantes de carreras biosanitarias. En este trabajo se han recopilado varias de ellas y se han comentado las secuencias más adecuadas para los fines docentes. Aunque una gran parte de las películas de temática epidemiológica suelen recrear situaciones poco plausibles y con escaso rigor científico, no por ello dejan de tener utilidad en su uso como herramientas docentes.

Publicado en la Revista de Medicina y Cine. Para seguir leyendo clickea aquí.

Terapia con fagos ¿a la centésima va la vencida?

Si le gusta la microbiología seguramente habrá oído hablar de la película "El doctor Arrowsmith". Dirigida en 1931 por John Ford, adapta la novela homónima escrita en 1925 por el premio Nobel Sinclair Lewis. Entre las distintas vicisitudes que le ocurren al microbiólogo protagonista está el descubrimiento de un bacteriófago que elimina las bacterias de forma rápida y eficaz, por lo que podría ser usado como una nueva terapia contra las infecciones bacterianas. Sin embargo su alegría se ve empañada cuando su mentor le informa que en Francia, el investigador Felix d’Herelle se le ha adelantado y ya ha publicado el mismo descubrimiento.

Entrada publicada en el blog Microbichitos. Para continuar leyendo clickea aquí.

A veces, simplemente es mala suerte.

Vial de la vacuna Gardasil contra el virus del papiloma humano (fuente: Wikipedia)

Llevaba un tiempo con el blog abandonado por una serie de circunstancias que no vienen al caso, pero me había comprometido a intentar retomarlo una vez volviera del Europneumo-2015. Iba a realizar un pequeño resumen de lo allí tratado, sobre todo de los avances en los nuevos tipos de vacunas contra el pneumococo. Pero antes de ponerme a la faena he cumplido el ritual de tomarme un café en un bar al lado de la playa en el que tienen prensa a disposición de los clientes. Allí me ha sorprendido encontrar un interesante reportaje en el periódico "El Mundo" sobre la mala suerte que ha tenido una chica que ha visto truncado su prometedor futuro.

Fuente: The Mixxer

El reportaje se titula "La vacuna de Erika" y digo que es "interesante" por los siguientes motivos.

• Está contando un caso real y cercano al lector medio 
• Es un ejemplo perfecto de la falacia "correlación implica causalidad"
• Es un ejemplo perfecto del actual periodismo en el que se toma partido por una de las opciones y en el que hay una falsa equidistancia
• No es el típico artículo "antivacunas" 

Recomiendo que se lo lean primero y luego si les apetece vuelvan aquí a continuar leyendo mi análisis. Voy a ir por partes.

¿Por qué creo que es un "caso cercano"? Porque son muchos los padres que han estado, están o estarán en dicha situación. Yo el primero. A mí también me llegó la misma carta de la Generalitat Valenciana hace un par de años. Y a mí también me ha llegado esa misma carta este año. En ese sentido el artículo cumple una de las máximas periodísticas que dice que hay que saber escribir bien para convertir sucesos complejos en historias sencillas y bien contadas.

¿Por qué la "falsa equidistancia"? Porque al final del artículo aparece un texto bajo el epígrafe El "sí" a la vacuna de los pediatras como contrapunto a lo que se ha contado antes. Pero aquí el lector no puede poner rostros o nombres ya que hace referencia a las recomendaciones de la Asociación Española de Pediatría. En realidad habría quedado mejor si hubieran hecho referencia al documento de consenso de las Sociedades Científicas Españolas sobre la Vacuna del papiloma.

¿Por qué creo que no es el típico artículo "antivacunas"? A diferencia de lo que ocurrió con el fallecimiento del niño de Olot en el que en diferentes medios de comunicación se le daba la misma credibilidad a un vendedor de hierbas y a un médico, en este caso la periodista ha entrevistado a Carlos Álvarez-Dardet, un científico con publicaciones de prestigio en el campo de la Salud Pública y que forma parte del comité editorial de una revista científica, el Journal of Epidemiology and Community Health. Es una revista que pertenece al grupo BMJ (British Medical Journal), tiene un Índice de Impacto de 3,5 y está en el primer cuartil de su categoría. O sea, no es un cualquiera el que está hablando. Es cierto que en algunas ocasiones ha mostrado un desconocimiento notable de los temas que ha tratado (véase este debate sobre los transgénicos con J.M. Mulet). Pero en este caso está hablando de vacunas y salud pública. Y sobre eso hay que asumir que conoce el terreno pues es catedrático de salud pública por la Universidad de Alicante. Incluso ha llegado a publicar sus opiniones sobre esta vacuna en el periódico "El País".

Captura de pantalla del JCR

El artículo también dan unos datos escalofriantes pero no da ninguna referencia o enlace para que puedan ser comprobados. Hay algunos fáciles de encontrar como son los datos de seguridad de la vacuna Gardasil y Cervarix que pueden encontrarse en la página web de la OMS. Pero vamos diseccionar un poco en esos datos que dice el artículo.

El primero de todos. La enfermedad de Erika fue causada por la vacuna. Desconozco en que se basó dicho diagnóstico porque he buscado el "case report" en la base de datos PubMed y en la OMS y no lo he encontrado. Tampoco he encontrado referencias a los diagnósticos de los otros casos que se mencionan en el artículo (Celia y Henar, de Madrid; Raquel, de Valencia; Aurora de Jávea; Marina, de Murcia; Carolina, de Sevilla..). Queda claro que el periodista no sabe eso de que "correlación no implica causalidad", pero vamos a asumir que es cierto y que la enfermedad de Erika y de las demás chicas ha sido causada por la vacuna. Si tenemos en cuenta que en el 2013 ya se habían administrado 175 millones de dosis, estamos hablando de una incidencia más baja que la que se da en el síndrome de Guillain-Barré (2 por cada 100.000 personas).

Fuente: Dilbert

El dato más alarmista: la vacuna contra el papiloma ha causado fallecimientos. Eso es totalmente FALSO ya que no está recogido en ninguno de los muchos informes de farmacovigilancia de la OMS ni tampoco en el servicio VAERS (una institución del gobierno norteamericano encargado de hacer seguimiento a la seguridad de las vacunas después de que éstas han sido autorizadas).

El dato cuantitativo: según el Ministerio de sanidad hay descritos 909 efectos adversos producidos por esta vacuna. Es posible, pero seguramente se refiere a que hay 909 efectos adversos comunicados. Luego hay que comprobar que efectivamente esos efectos adversos han sido producidos por la vacuna.

El dato de que la vacuna fue retirada en Japón en el 2013 tras detectar 357 casos en una muestra de 2000 (¡¡¡un 17,85% de incidencia!!!) también es totalmente falso. Según la OMS, a fecha de 2013 en Japón se habían suministrado 8 millones de dosis y se había detectado una posible correlación con la aparición de un síndrome denominado CPRS por complex regional pain syndrome que aparecía en personas vacunadas que además habían sufrido algún tipo de trauma o herida. El número de casos fue de 27 pero se le dio tanta publicidad en los medios que el Ministerio de Sanidad tuvo que retirar la recomendación de vacunación pero nunca se ha retirado la vacuna de las farmacias japonesas.

El dato sobre Dinamarca también es falso. Básicamente se basa en un documental sensacionalista. Paradójicamente los datos científicos del estudio realizado en los países escandinavos que muestran que no hay relación entre efectos autoinmunes y la vacuna del papiloma fueron publicados en el BMJ.

Fuente: StarTribune

Entonces ¿hay algo de cierto en el artículo? Sí, lo malo es que es un ejemplo de que más peligroso que una mentira es una medio-verdad. Las vacunas son medicamentos y todos los medicamentos pueden causar efectos secundarios (aquí están los de Gardasil). Una aspirina puede causar el síndrome de Reyer, la vacuna de la gripe puede causar el síndrome de Guillain-Barré y con la vacuna de la polio se han dado casos de reversión causando lo que se conoce como "Parálisis derivada por vacuna de la polio" en 1 de cada 2,7 millones de niños vacunados. Adicionalmente, podríamos decir que todos los medicamentos aprobados y en venta siempre se encuentran en la "Fase IV" de un ensayo clínico: las autoridades sanitarias siempre van a estar vigilando que los medicamentos son lo más seguros posible y si se detecta algo que va mal, hacer las recomendaciones pertinentes o incluso retirarlos.

Dicho todo esto, yo SI voy a seguir vacunando a mis hijas frente el VPH.

La revolución CRISPR/Cas

Ni CRISPR es el nombre de una nueva marca de aperitivo crujiente ni Cas es el nombre de un refresco para acompañarlo. La primera palabreja es el acrónimo de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, que en español significa "Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas". La segunda es el nombre de una serie de proteínas, principalmente unas nucleasas, que las llamaron así por CRISPR associated genes (es decir: "genes asociados a CRISPR". No se rompieron la cabeza). Dicho así tampoco es que se aclaren mucho las cosas ¿no? Y sin embargo es posible que estemos contemplando el desarrollo de una tecnología genética que va a suponer una auténtica revolución comparable a la que supuso la famosa PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) para las Ciencias Biológicas.

Vamos intentar describir lo que es CRISPR/Cas en una sola frase: es el sistema inmune de las bacterias. ¡Espere! No deje de leer todavía. No es tan descabellado como parece. En los vertebrados, incluidos los seres humanos, el sistema inmune es el conjunto de células y órganos encargados de defender al organismo de las infecciones provocadas por bacterias o virus. No es exclusivo de los vertebrados, ya que otro tipo de animales como los insectos, crustáceos, moluscos, incluso esponjas, también tienen un sistema inmune, aunque mucho más simple. Pero las bacterias son seres unicelulares, entonces ¿cómo puede tener una bacteria un "sistema inmune"?

Las bacterias también pueden ser infectadas, por ejemplo por virus. Ya hemos comentado en otros artículos anteriores que un virus es un pirata de la célula. Los virus que infectan bacterias son llamados bacteriófagos, o simplemente fagos. Los más simples están compuestos de un ácido nucleico que puede ser DNA o RNA como material genético, y de una envoltura proteica denominada cápside. De manera muy simple el ciclo biológico de un fago es el siguiente: el virus se une a la bacteria gracias a su cápside y le inyecta su ácido nucleico. Una vez dentro el ácido nucleico viral toma el control de las funciones celulares, sobre todo del proceso de biosíntesis de proteínas. A partir de ese momento, la bacteria sólo replica el material genético viral y sintetiza proteínas virales. Según se van acumulando en el interior de la célula se van ensamblando los nuevos virus, hasta que al final la bacteria revienta (se lisa) y los nuevos virus son liberados.

Ciclo lítico de un fago. Origen de la imagen: Biología Médica

Está claro que a una bacteria le interesaría tener alguna forma de neutralizar a un virus que se mete en su interior (o cualquier otro DNA extraño, como el de un plásmido). Una forma de hacerlo es tener unas enzimas que sean capaces de distinguir entre el material genético de la bacteria y entre el material genético vírico, y una vez hecha la distinción, destruir al material genético del virus. Esas enzimas se descubrieron en la segunda mitad del siglo XX y se le conoce como el sistema de restricción/modificación: las que destruyen el DNA foráneo se las denomina enzimas de restricción, y las que reconocen y modifican el DNA propio para que no sea destruido se las llama enzimas de modificación. Las primeras sobre todo son una de las herramientas más importantes dentro de la ingeniería genética. Pero hay otra forma de neutralizar a un virus que infecta a una bacteria: el sistema CRISPR/Cas.

La historia tuvo su origen cuando se comenzó a mapear los genomas completos de bacterias y otros microorganismos. Se esperaba que unos seres vivos tan pequeños tuvieran su información genética muy compactada en el DNA. Y en general es así. Pero también había sorpresas (sorpresas que fueron descifradas por el microbiólogo Francis Mojica). Una zona del genoma de muchos microorganismos, sobre todo arqueas, estaba llena de unas secuencias que parecían repeticiones palindrómicas sin ninguna función aparente. Estas repeticiones estaban separadas entre si mediante unas secuencias denominadas "espaciadores" que se asemejaban a secuencias encontradas en virus y en plásmidos. Justo delante de esas repeticiones y "espaciadores" hay una secuencia que se la denomina "líder". Muy cerca de este agrupamiento se podían encontrar unos genes que codificaban para un tipo de nucleasas: los genes cas.

Estructura del locus CRISPR(A) Las secuencias repetidas de unos 32 pares de bases (gris oscuro) están intercaladas por las secuencias "espaciadoras" (colorines). El número de estas secuencias puede variar enormemente entre diferentes cepas bacterianas de la misma especie.(B) La secuencia conservda "líder" (en gris claro) de unos cuantos cientos de pares de bases está delante del agrupamiento de repeticiones y espaciadores (C) Los genes cas están cercanos al locus CRISPR. Se muestran la estructura de dicho locus en tres especies bacterianas como ejemplo. Fuente de la imagen: Karginov FV y Hannon GJ. Mol Cell 2010

Vamos a intentar explicar esta situación con una analogía. Supongamos que el genoma de la bacteria es como un libro de instrucciones. Imaginemos que ese libro se titula "Haga una Escherichia coli en 1000 fáciles lecciones". Las secuencias CRISPR sería como encontrar 50 páginas en las que sólo leyéramos decenas de frases palindrómicas como estas: "Daba la zorra arroz al abad", "¿Acaso hubo búhos acá?", "La ruta nos aportó otro paso natural", y esas frases separadas entre sí por una serie de textos que parecerían sacados de otros libros titulados "Cómo hacer un fago" o "Cómo hacer un plásmido". A primera vista pensaríamos que esas páginas contienen información sin sentido y que se trata de un error de imprenta. Pero si encontráramos que todos los ejemplares de otros libros dedicados a Streptococcus pyogenes o Pyrococcus furiosus contienen ese mismo tipo de páginas, entonces empezaríamos a pensar que deberían servir para algo.

Volvamos a los virus. Como hemos dicho antes esos seres son piratas de la célula. Siguiendo con la analogía del libro, un virus sería como una página suelta que si es capaz de integrarse en un libro, entonces se fotocopia de manera que acaba ocupando todas las páginas de ese libro. Es como si pusiéramos dentro de un ejemplar de "El Quijote" una página de las memorias de Belén Esteban y al final en lugar de la obra de Cervantes acabamos con un tocho de hojas de la teletertuliana. Pues bien, si esa página-virus se integra en un libro que contiene las páginas de palíndromos lo que observaríamos es que esa página-virus no se fotocopia, sino que es destruida. Son precisamente esas páginas que no parecen tener sentido las encargadas de dicha protección.

De manera muy simplificada, a nivel molecular lo que está ocurriendo es lo siguiente. Cuando el material genético del virus entra dentro de la bacteria debe de tomar el control de la maquinaria celular y para ello empieza a interaccionar con diversos componentes celulares. Pero puede darse el caso que interaccione con un complejo formado por una proteína Cas unida al RNA producido a partir de las secuencias CRISPR. Si ocurre eso, resulta que el material genético viral es inactivado y posteriormente degradado. Pero el asunto no se queda ahí. Las proteínas Cas hacen otra cosa además de destruir el material genético del virus. Resulta que son capaces de tomar una pequeña parte del DNA viral, modificarlo e integrarlo dentro del conjunto de secuencias CRISPR. De esa forma, si esa bacteria o su descendencia se encuentra con ese mismo virus, ahora inactivará de forma mucho más eficiente al material genético viral.

Funcionamiento del sistema CRISPR/Cas. Un virus ha introducido su DNA en la bacteria. A ese DNA se le ha unido un complejo que consiste en un tipo de proteína Cas (verde) que lleva unido un pequeño crRNA ("cr" por CRISPR). Esa unión inactiva al DNA viral y así puede ser degradado. El pequeño crRNA proviene del procesamiento de un crRNA de mayor tamaño por parte de otro tipo de proteína Cas (azul). Ese RNA es el producto de la transcripción de todas las secuencias CRISPR presentes en el genoma de la bacteria. En paralelo a la inactivación del DNA viral, otro tipo de proteínas Cas (rojo) reconocen al DNA viral y a partir de él crean un pequeño segmento que integraran en las secuencias CRISPR, de esa forma la bacteria formará complejos crRNA/Cas mucho más eficientes en su unión al DNA viral en caso de una nueva infección por el mismo virus. Imagen realizada a parir de material de la Wikipedia y del artículo Karginov FV y Hannon GJ. Mol Cell 2010 .

Recapitulemos. El llamado "sistema inmune de las bacterias" es simplemente un mecanismo por el cual se reconoce genoma viral, se inactiva y se destruye, al mismo tiempo que una parte de ese genoma viral se incorpora al genoma de la bacteria para así generar una protección más eficiente. Esto es el típico resultado de lo que llamamos Ciencia Básica. La humanidad ha adquirido un nuevo avance en el conocimiento sobre cómo funciona el mundo. ¡Bravo! ¡Estupendo! Pero, y esto, ¿para qué sirve?

Esa es la típica pregunta que se hace cualquier miembro de la sociedad. Y como científicos no debemos olvidar que lo que hacemos suele estar pagado con los impuestos del sufrido ciudadano, así que hay que rendirles cuentas y demostrarles que el conocimiento en ciencia básica puede que no tenga una aplicación útil inmediata, pero que la puede tener en el futuro, y ser tan importante que cambie por completo sus vidas y la de sus hijos. Eso es lo que sucedió antes con la internet, con el horno microondas y con los test para detectar enfermedades genéticas. Y también está pasando con el sistema CRISPR/Cas.

Como hemos visto antes, una de las cosas que hace el sistema CRISPR/Cas es introducir DNA de un organismo, el virus, en el DNA de otro organismo, la bacteria. Y lo hace con una precisión absoluta. Es el mejor sistema que conocemos para realizar esa integración. En relación con los sistemas anteriores que se utilizaban en ingeniería genética sería como comparar un serrucho con una sierra eléctrica. No es de extrañar que la revista Nature le dedicara una portada a la proteína Cas9 (puede verse arriba) ¿Y este sistema no podría usarse con otros organismos? Pues la respuesta es sí. El sistema CRISPR/Cas puede ser utilizado para introducir cualquier tipo de DNA en el DNA de cualquier tipo de ser vivo, sean estos bacterias, setas, plantas, insectos, peces, ratones, monos e incluso seres humanos (esto último aún no se ha hecho). Es decir, el sistema CRISPR/cas va camino de convertirse en una herramienta que nos va a permitir por ejemplo hacer terapia génica con gran precisión y así tratar enfermedades como la hemofilia o la enfermedad de Huntington.

Funcionamiento de la enzima Cas9. Esta nucleasa tien dos sitios activos que pueden romper cada una de las cadenas de una doble hélice de DNA. La enzima es guiada a una secuencia concreta de DNA que queremos cortar gracias a unas secuencias denominadas PAM (por las siglas en inglés de motivos adyacentes a los protoespaciadores) y que pueden ser sintetizadas a medida en el laboratorio. La molécula de DNA puede ser vuelta a ligar gracias a los sistemas de reparación. Pero si hay presente un DNA dondador homólogo a la secuencia que ha sido cortada entonces puede introducirse por recombinación homóloga y de esa forma realizar un inserción genética dirigida tanto en bacterias, líneas célulares de mamíferos, o embriones de pez zebra. Origen de la imagen: Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna. Nature 2013.

Y los primero pasos ya se han dado. El Instituto Technológico de Massachuset anunció el pasado 30 de marzo que había conseguido curar a un ratón adulto de una enfermedad hepática de carácter genético utilizando el sistema CRISPR/Cas. Los ratones estaban afectados de tirosinemia de tipo I, una enfermedad en el que el gen que codifica la que la enzima fumarilacetoacetato hidrolasa (FAH) no funciona por una mutación. Esta enzima se encuentra en los hepatocitos, las células del hígado, y si no funciona entonces el aminoácido tirosina no se degrada correctamente por lo que se acumula fumarilacetoacetato, lo que acaba causando fallos en el hígado y en los riñones. Esta enfermedad también se da en humanos, su incidencia es de 1 entre 100.000 nacimientos y puede provocar retraso mental, problemas hepáticos graves e incluso la muerte. Hay un tratamiento paliativo a base de una dieta baja en proteínas y administrando nitisinona. Otra posibilidad es realizar un trasplante hepático.

Lo que hicieron los investigadores fue inyectar en una vena de los ratones a la proteína Cas-9 con un segmento de RNA unido a otro pequeño segmento de DNA. La función del segmento de RNA es indicar a la proteína Cas-9 dónde tenía que cortar en el gen FAH dentro del genoma de las células de ratón. La función del segmento de DNA era integrarse en ese gen y sustituir la mutación deletérea por la secuencia correcta del gen FAH. La inserción y sustitución sólo funcionó en 1 de cada 250 hepatocitos, pero esas células ya eran normales y sanas. Y mientras las portadoras de la mutación se morían por el acúmulo de fumarilacetoacetato, las sanas las iban remplazando. En 30 días un tercio de todas las células de los hígados de los ratones tratados eran células curadas y los roedores podían sobrevivir sin tratamiento.

Los ratones Fah^mut/mut portan una mutación homocigótica en la que una Guanina ha sido sustituida por una Adenina en el último nucleótido del exon 8. Esta mutación causa que el exon 8 sea removido durante el procesamiento del mRNA del gen Fah lo que da lugar a una proteína totalmente inactiva (representado por los segmentos debajo de la secuencia). Lo que se hace es inyectar proteína Cas9 junto con un crRNA diseñado para ser dirigido al lugar donde está la mutación y un DNA de cadena sencilla (ssDNA) que porta la secuencia correcta. En las microfotografías de la parte inferior puede verse una tinción de hematoxilina-eosina (H&E) de secciones del hígado provenientes de ratones tratados después de 30 días. Al la izquierda se ve la de un ratón sin la mutación (Fah^+/+, un ratón Fah^mut/mut al que se le ha inyectado ssDNa y Cas9 sin el crARN-guía y el , y un ratón Fah^mut/mut al que se le ha inyectado ssDNA y Cas9 con el crRNA-guía. En las microfotografías superiores la barra representa 100 μm y en las inferiores 20 μm . Nótese la aparición de células sanas que aparecen en el ratón tratado con Cas9 guiado. Fuente de la imagen: Yin et al. Nature Biotechnology 2014.

Este es sólo un ejemplo de los muchos trabajos que se están realizando con este sistema. Según la revista Nature Biotechnology, en el último año y medio se han publicado más de 125 artículos científicos y se han fundado tres compañías biotecnológicas dedicadas a comercializar y mejorar este sistema. El último mes, las Universidades de California de San Francisco (UCSF) y de Berkeley (UCB), y la Fundación Li Ka Shing habían invertido 12 millones de dólares en la creación de la Iniciativa de Innovación Genómica (IGI) dedicada a acelerar la adopción de esta tecnología. No está mal como aplicación de un descubrimiento de Ciencia Básica realizado en bacterias en el año 1987.

Esta entrada participa en la edición XXX carnaval de la Biología alojada en Activa tu neurona y en la edición Br (XXXV) del carnaval de la Química alojada en Ciencia para todos



Karginov, F., & Hannon, G. (2010). The CRISPR System: Small RNA-Guided Defense in Bacteria and Archaea Molecular Cell, 37 (1), 7-19 DOI: 10.1016/j.molcel.2009.12.033

Shen, H. (2013). CRISPR technology leaps from lab to industry Nature DOI: 10.1038/nature.2013.14299

Charpentier, E., & Doudna, J. (2013). Biotechnology: Rewriting a genome Nature, 495 (7439), 50-51 DOI: 10.1038/495050a

Yin, H., Xue, W., Chen, S., Bogorad, R., Benedetti, E., Grompe, M., Koteliansky, V., Sharp, P., Jacks, T., & Anderson, D. (2014). Genome editing with Cas9 in adult mice corrects a disease mutation and phenotype Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.2884

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.

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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

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

El viaje de Caronte al Jardín de las Delicias

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

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

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

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

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

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

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




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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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



Esta entrada participa en el XIX carnaval de la Biología que se celebra en el blog La fila de atrás y en el XX carnaval de la Química que se celebra en el blog La ciencia de Amara.



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

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

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

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

Estructura de la Metanfetamina. Fuente: Wikipedia

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

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

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

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


Esta entrada participa en el XIX carnaval de la Química que aloja Leet Mi Explain y en el XVIII carnaval de la Biología alojado en Ameba Curiosa



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

Phee ɸ Phoh PhuZ: El cuento del fago gigante y la tubulina furtiva

Masters of the Cytoskeleton. Uno de los accesorios del famoso juguete de Mattel era el "Battle Bones", un esqueleto que servía para organizar y transportar a los Masters del Universo a través de terrenos agrestes y llevarlos al combate. De manera análoga, unos recientes artículos han mostrado que determinados fagos codifican para proteínas citoesqueletales que organizan y transportan al DNA viral durante su replicación en el interior de la célula del hospedador.

Continuando con el tema de los virus, reproduzco la traducción de un interesante artículo escrito por Daniel P. Haeusser, investigador postdoctoral del laboratorio de W. Margolin en el Departamento de Microbiología y Genética Molecular de la Facultad de Medicina de Houston en la Universidad de Texas. El artículo se publicó en el blog Small Things Considered dirigido por Moselio Schaechter. Una versión más detallada del mismo puede encontrarse en Current Biology.



Hace unos pocos años atendí a una reunión de la ASM donde un investigador dio una charla sobre un muestreo metagenómico de los bacteriofagos de los océanos. En el típico estilo de dichos estudios, una de las diapositivas mostraba una lista de docenas de genes codificados en esos genomas virales. Con sorpresa noté que uno de ellos era ftsZ, que codifica para el homólogo procariota de la tubulina, responsable de la división celular en bacterias y en varios phyla de las arqueas. Me pregunté: ¿Para qué narices tiene un fago una proteína citoesqueletal? El gen ftsZ se encuentra incluso en los cloroplastos y las mitocondrias de ciertos protistas, pero al menos esos orgánulos tienen una historia evolutiva de haber sido unas células independientes. Pero con un virus no hay un “cito” en el cual colocar una “esqueleto”. Una hipótesis obvia es que el fago puede hacer uso de una proteína parecida a la tubulina dentro de su hospedador para así poder completar su malicioso ciclo reproductivo, pero ¿de qué manera?

Dos recientes estudios (Kraemer et al., and Oliva et al.) en los que se describe y caracteriza a unos homólogos de tubulina codificados por fagos, pueden ayudarnos en la respuesta. Gracias a esos trabajos emerge un modelo general para el papel de estas proteínas en la dirección de la replicación del DNA viral dentro del hospedador y en la proliferación de esos fagos. Curiosamente, los fagos que codifican para esos homólogos de tubulina poseen unos genomas muy grandes, sugiriendo una posible correlación entre un genoma de tamaño gigantesco y la necesidad de un citoesqueleto codificado por el fago.

Figura 1: La superfamilia de las tubulinas mostrando a sus nuevos miembros: PhuZ (verde) y el agrupamiento de Clostridium (azul oscuro) que incluye a la proteína parecida a TubZ del fago c-st. No se muestra el agrupamiento BtubAB (tubulina bacteriana). Fuente de la imagen: Kraemer et al.

Dentro de la super-familia de las tubulinas, los recientemente descritos homólogos virales de la tubulina caen en dos agrupamientos (clusters) filogenéticos únicos (Figura 1). Uno de los agrupamientos contiene a representantes provenientes de cromosomas, plásmidos o fagos del género Clostridium. El homólogo de la tubulina del estudio de Oliva et al. proviene del fago c-st de C. botulinum, un fago conocido por ser el productor de la toxina botulínica. La estructura cristalina de este homólogo de la tubulina revela una gran similaridad con la familia TubZ (figura 2), la cual está involucrada en la segregación de los plásmidos de bajo número de copia en las especies de Bacillus. En este sistema, la cola C-terminal de TubZ se une a Tub R, una proteína adaptadora que también se une a TubS, los sitios centroméricos en el DNA plasmídico.

Como el TubZ canónico, la proteína TubZ del fago c-st se ensambla en dos filamentos helicoidales en presencia de GTP. Además de codificar para un homólogo de TubZ y de TubR, el fago c-st también contiene un nuevo factor llamado TubY que Oliva et al. han caracterizado in vitro, como un fuerte modulador del ensamblaje de TubZ, capaza de despolimerizar y reestructurar los polímeros de TubZ. Ya que el fago c-st se replica como si fuera un plásmido, no debe sorprender que un sistema como TubZRS esté involucrado. Sin embargo, queda por determinar si la proteína TubZ del fago c-st puede formar filamentos in vivo o si este sistema presenta beneficios significativos para la reproducción del fago.

El segundo agrupamiento filogenético de los homólogos de tubulina codificados por fagos has sido bautizado como PhuZ, por “Phage tubulin/FtsZ”. Los representantes de esta familia son fagos que infectan al género Pseudomonas. La proteína PhuZ del fago 201ɸ2-1 que infecta a P. chloraphis es el objeto de estudio de Kraemer et al. Como TubZ, PhuZ se ensambla en presencia de GTP en una hélice con dos filamentos que se parecen a más a la f-actina que a la tubulina. Sin embargo, hay unas notables diferencias entre PhuZ y TubZ (Fig 2). PhuZ carece de una hélice interdominios que está conservada en los otros homólogos de tubulina y que es importante en la polimerización de los mismos. En su lugar, para conseguir la polimerización, PHuZ usa un “parche ácido” al final de su C-terminal. En el modelo propuesto por los autores, seis aminoácidos ácidos de los trece residuos que hay en el extremo C-terminal de un monómero de PhuZ forman un “nudillo” que se encaja en un “parche” básico formado por las hélices H3-5 del monómero adyacente, creando un patrón de superposición en la polimerización. La deleción del nudillo y la creación de mutaciones puntuales en sitios estratégicos anulan el ensamblaje de PhuZ in vitro, lo que apoya el modelo estructural. Así, en lugar de usar el C-terminal para interactuar con otros factores como hacen TubZ o FtsZ, o para aumentar las interacciones laterales, PhuZ parece emplear su cola para auto-interactuar en el ensamblaje de filamentos.

Figura 2: Comparación de las estructuras cristalinas de los distintos miembros de la superfamilia de las tubulinas: (A) El heterodímero de alfa/beta tubulina. (B) El heterodímero BtubA/B. (C) FtsZ. (D) TubZ. (E) PhuZ. (F) TubZ del fago c-st. Cada nombre lleva el enlace al origen de la imagen.

Kraemer et al. consiguieron determinar el papel de PhuZ in vivo de manera admirable. Sobreexpresaron la proteína de fusión GFP-PhuZ y observaron que forma filamentos dinámicos a lo largo de las células de P. chlororaphis (Figura 3). Los autores disminuyeron la expresión de GFP-PhuZ debajo del umbral en el que los filamentos podían observarse e infectaron a las bacterias con el fago 201ɸ2-1. Como resultado, la fluorescencia de los polímeros de PhuZ sólo se pueden formar cuando se sintetiza nuevo PhuZ por el fago. La fotomicroscopía a intervalos reveló que los filamentos de PhuZ se formaban y se mantenían hasta la lisis de la célula hospedadora. Al teñir el DNA se reveló una alta concentración de DNA viral encapsidado que formaba unas estructuras en roseta en medio de la célula con contactos en los extremos de los filamentos de PhuZ (figura 4). Al utilizar mutantes de PhuZ que forman filamentos no-dinámicos se observó que el DNA viral se localizaba erróneamente en los polos, o aparecía disperso en pequeños nucleoides y se reducía dramáticamente el reventón de la bacteria hospedadora durante la liberación de viriones comparado con una expresión de PhuZ normal. Este resultado sugiere que los filamentos de PhuZ ayudan a incrementar el rendimiento de producción de los fagos

Figura 3: GFP-PhuZ se ensambla en filamentos (quizás asociados a la membrana) cuando es sobreexpresada in vivo. Fuente de la imagen: Kraemer et al.

Asi que ¿Qué es lo que hace exactamente PhuZ para facilitar la replicación del DNA y la proliferación del fago? Una posibilidad es que directamente interacciona con el DNA del fago, o indirectamente a través de una proteína adaptadora como lo que hace TubZ con TubR. O el sistema puede ser incluso más complejo. En estudios con el fago ɸ29 de Bacillus se ha identificado una pequeña proteína "coiled coil" llamada p1, que se autoensambla en filamentos y hojas que también parece jugar un papel semejante en organizar la replicación del DNA viral. Además de la proteína p1, el fago ɸ29 expresa proteínas adicionales involucradas en este proceso que se unen al DNA viral y que depende para su localización y actividad, del citoesqueleto bacteriano formado por la proteína MreB. Así que PhuZ puede ser una parte individual de una aparato mucho mayor que incluye otras proteínas del virus y factores del hospedador.

Figura 4: Durante la infección del fago se pueden observar filamentos de GFP-PhuZ formados a cada lado de un nucleoide de DNA viral localizado en el medio de la célula. Las secciones a 450, 600 y 900 nm muestran la estructura en forma de roseta del nucleoide de DNA del fago. Fuente de la imagen: Kraemer et al.

La correlación entre el tamaño del genoma del fago y estas proteínas citoesqueletales codificadas por el fago es tentadora, pero el significado todavía no está claro. ¿Hay alguna necesidad inherente de organizar de una manera mejor un genoma grande dentro del hospedador comparado con uno pequeño? De ser así, ¿por qué debes de llevar tus propias proteínas citoesqueletales en lugar de hacer uso de las que ya tiene el hospedador como hacen muchos virus eucariotas? Quizás, el citoesqueleto del hospedador tenga preferencia por la regulación del ensamblaje del mismo y eso pueda perjudicar el objetivo del fago de lisar la bacteria. En lugar de luchar por el control del ensamblaje del citoesqueleto natural del hospedador, el usar tu propia proteína cuando y donde tú quieras puede ser una solución más sencilla, particularmente cuando tu genoma tiene el espacio suficiente para incluir esa información. Mientras éstas y otras preguntas son respondidas, la familia citoesqueletal seguramente seguirá creciendo, particularmente en la exploración del increíble campo de los fagos.

Esta entrada participa en el XVI carnaval de la Biología alojado en El Blog Falsable y en el XVII carnaval de la Química alojado en Un geólogo en apuros



Kraemer JA, Erb ML, Waddling CA, Montabana EA, Zehr EA, Wang H, Nguyen K, Pham DS, Agard DA, & Pogliano J (2012). A phage tubulin assembles dynamic filaments by an atypical mechanism to center viral DNA within the host cell. Cell, 149 (7), 1488-99 PMID: 22726436

Oliva MA, Martin-Galiano AJ, Sakaguchi Y, & Andreu JM (2012). Tubulin homolog TubZ in a phage-encoded partition system. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109 (20), 7711-6 PMID: 22538818