Lípido asesino

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Hace unos años se describió que las poblaciones de fitoplancton del Atlántico Norte estaban muriendo en grandes cantidades. Hubo muchas hipótesis que intentaron explicar dicho evento, contaminación, cambio climático, prácticas pesqueras. Pero poco a poco se fue encontrando evidencias de que la responsabilidad recaía en los virus, aunque no se entendía muy bien como podían provocar tal mortandad de manera tan rápida. Ahora, según informa Science Daily, una colaboración entre grupos de la Universidad de Rutgers y la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) parecen haber encontrado la respuesta al misterio.

El responsable parece ser un glicoesfingolípido sintetizado por un Coccolithovirus que ataca al alga eucariota Emiliania huxley, más conocida como EHUX. Este alga es uno de los principales componentes del fitoplancton y se encuentra en todos los océanos del mundo. Se ha estudiado en profundidad debido a que es una de los protagonistas del ciclo global del carbono. Es responsable de la producción de un tercio del carbonato cálcico marino. A veces ocurren explosiones poblacionales tan grandes que pueden ser observadas mediante satélites artificiales como enormes manchas blanquecinas.

Imagen mostrando la importancia ecológica de Emiliana huxleyi. En una explosión poblacional se pueden alcanzar extensiones mayores a 100.000 kilómetros cuadrados, una superficie mayor que el tamaño de Inglaterra. Al morir el alga, su concha calcarea se deposita en el fondo marino formándose nuevos sedimentos. (Fuente: Microbe Wiki)

Pues bien, al cabo de unos pocos días de observarse esas explosiones poblacionales, las algas comienzan a morir. Y es precisamente debido a que el virus causa la muerte del alga por una molécula lipídica desconocida. Según el científico del WHOI Benjamin Van Mooy, no están muy seguros de porqué sucede, pero el lípido es la clave. El artículo fue publicado el pasado mes de noviembre en la revista Science.

En el recuadro inferior se ve una microfotografia de barrido del alga Emiliana huxleyi con un virus adherido a su concha calcárea (flecha). Este alga prolifera hasta formar extensas manchas en el mar que pueden ser vistas mediante satélite. (Fuente: Nature)

Esta observación tiene mucha importancia en la modelización del ciclo del carbono. E. huxleyi es uno de los principales organismos fotosintetizadores de la biosfera. Fijan el CO2 de la atmósfera en sus biomoléculas, pero además, también lo utilizan para producir su concha de carbonato cálcico. Si un virus mata a estas algas, no se produce tanta fotosíntesis y por lo tanto no se fija tanto CO2 atmosférico.

Microfotografia de transmisión del alga Emiliana huxleyi conteniendo virus (puntos negros) en su interior (Fuente: Science Daily)

En abril del 2008, el equipo de Van Mooy recogió muestras de agua marina en la zona de las Bermudas y encontraron esfingolípidos virales. Pensaron que el lípido era una marcador biológico de la acción del virus sobre las algas y el hecho de encontrarla podía servir para identificar los lugares en los cuales habían sucedido explosiones poblacionales del alga. Pero la sorpresa fue encontrar que si se purificaba dicho lípido y se añadía a un cultivo de E. huxleyi, las algas comenzaban a morir como si hubieran sido infectadas por el virus.

Estructura interna de Emiliana huxleyi.

El mecanismo citotóxico por el cual este lípido provoca la muerte del alga es por la inducción de una ruta de "suicido celular" muy similar a la apoptosis de eucariotas superiores. Según los datos del laboratorio del doctor Bidle en la Universidad Rutgers, esta "muerte celular programada" es un proceso muy importante que explica la evolución y el destino de estas explosiones poblacionales de fitoplancton en los mares. Sorprendentemente, los genes que codifican para las enzimas responsables de la biosíntesis del lípido se encuentran en el genoma viral, pero su origen parece derivarse de la propia alga. Esto es un caso único. E. huxleyi presenta genes para rutas biosintéticas muy similares en su genoma pero en palabras del propio Bidle, "el virus los tomó prestados, los metió en su genoma y consiguió alterarlos para hacer un producto tóxico".

Estructura de un Coccolithovirus. Su genoma tiene 407.339 pares de bases y tiene capacidad para codificar 472 proteínas. Al parecer el virus presenta una envoltura con el esfingolípido que le permitiría unirse al alga.

Adicionalmente este descubrimiento puede tener ramificaciones interesantes. Los investigadores están intentando caracterizar el esfingolípido responsable, y una vez hecho esto, intentar modificarlo para usarlo frente a un tipo de células que se caracterizan por presentar un defecto en sus rutas apoptóticas: las células cancerosas. Se especula con la posibilidad de crear nuevas moléculas capaces de destruir a las células tumorales induciendo en ellas las rutas de muerte celular.

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Peste bovina ¿la segunda enfermedad en ser erradicada?

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La revista Nature publica un optimista artículo sobre la posibilidad de que el virus de la peste bovina sea oficialmente declarado como erradicado en un año y medio. De ser así, se convertiría en la segunda enfermedad eliminada del planeta después de que en 1980 se consiguiera dicho objetivo con la viruela.

Alegoria de la epidemia de peste bovina que asoló la región de Bolonia en 1713. Fuente:National Portrait Gallery

Devastación causada por la peste bovina en Sudáfrica en el año 1897. Fuente: de la imagen

El virus de la peste bovina (rinderpest en inglés) estuvo considerado durante mucho tiempo como una de las peores enfermedades veterinarias. Afectaba tanto a animales domésticos como salvajes. Su mortandad era muy elevada lo que causaba graves perjuicios a las cabañas ganaderas, con efectos terribles en los países subdesarrollados. Este virus pertenece a los morbillivirus, grupo donde está incluido el virus del sarampión. Los síntomas de la enfermedad son fiebre, lagrimeo mucopurulento, diarrea y deshidratación. La mortalidad es superior al 80% en tan sólo diez días.

Síntomas de la peste bovina. Fuente: Texas A&M University

La enfermedad proviene de las estepas asiáticas y llegó a Europa en el siglo IV, junto con las hordas de hunos que invadieron el Imperio Romano. De Europa se extendió a África, Asia Menor y la India. Afortunadamente no fue exportada ni a las Américas ni a Australia. En los años 80 se desarrolló una vacuna a partir de virus atenuados que producía inmunización total y que además era estable a temperatura ambiente. En 1994 la FAO lanzó un programa de erradicación global (Global Rinderpest Eradication Programme) que comenzó por estudiar la distribución geográfica de la enfermedad para posteriormente tomar medidas de contención y así evitar su dispersión. Posteriormente se promovía la vacunación masiva del ganado y de la fauna salvaje seguido de la vigilancia exhaustiva para detectar nuevos brotes. Esta última parte ha sido la más difícil, pues muchas de las áreas vigiladas se encontraban en zonas de guerra como Etiopía o Sudán.

Mapa de la FAO mostrando el avance temporal en la erradicación de la enfermedad

Como la vacunación produce inmunización no es posible distinguir entre animales vacunados y animales que hayan sobrevivido a la infección. Así que la única forma de saber si la enfermedad ha desaparecido es suspender el programa de vacunación y esperar si aparece algún animal enfermo en alguna de las áreas en las que se mantenía la enfermedad. Desde hace seis meses no se vacunan a los terneros recién nacidos frente a la peste bovina. Si transcurren dieciocho meses más y no se detecta ningún animal infectado entonces se declarará formalmente erradicada la enfermedad.

Vacunación del ganado (Fuente: FAO)

Crucemos los dedos.

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Manifiesto “En defensa de los derechos fundamentales en internet”

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Ante la inclusión en el Anteproyecto de Ley de Economía sostenible de modificaciones legislativas que afectan al libre ejercicio de las libertades de expresión, información y el derecho de acceso a la cultura a través de Internet, los periodistas, bloggers, usuarios, profesionales y creadores de Internet manifestamos nuestra firme oposición al proyecto, y declaramos que:

1.- Los derechos de autor no pueden situarse por encima de los derechos fundamentales de los ciudadanos, como el derecho a la privacidad, a la seguridad, a la presunción de inocencia, a la tutela judicial efectiva y a la libertad de expresión.

2.- La suspensión de derechos fundamentales es y debe seguir siendo competencia exclusiva del poder judicial. Ni un cierre sin sentencia. Este anteproyecto, en contra de lo establecido en el artículo 20.5 de la Constitución, pone en manos de un órgano no judicial -un organismo dependiente del ministerio de Cultura-, la potestad de impedir a los ciudadanos españoles el acceso a cualquier página web.

3.- La nueva legislación creará inseguridad jurídica en todo el sector tecnológico español, perjudicando uno de los pocos campos de desarrollo y futuro de nuestra economía, entorpeciendo la creación de empresas, introduciendo trabas a la libre competencia y ralentizando su proyección internacional.

4.- La nueva legislación propuesta amenaza a los nuevos creadores y entorpece la creación cultural. Con Internet y los sucesivos avances tecnológicos se ha democratizado extraordinariamente la creación y emisión de contenidos de todo tipo, que ya no provienen prevalentemente de las industrias culturales tradicionales, sino de multitud de fuentes diferentes.

5.- Los autores, como todos los trabajadores, tienen derecho a vivir de su trabajo con nuevas ideas creativas, modelos de negocio y actividades asociadas a sus creaciones. Intentar sostener con cambios legislativos a una industria obsoleta que no sabe adaptarse a este nuevo entorno no es ni justo ni realista. Si su modelo de negocio se basaba en el control de las copias de las obras y en Internet no es posible sin vulnerar derechos fundamentales, deberían buscar otro modelo.

6.- Consideramos que las industrias culturales necesitan para sobrevivir alternativas modernas, eficaces, creíbles y asequibles y que se adecuen a los nuevos usos sociales, en lugar de limitaciones tan desproporcionadas como ineficaces para el fin que dicen perseguir.

7.- Internet debe funcionar de forma libre y sin interferencias políticas auspiciadas por sectores que pretenden perpetuar obsoletos modelos de negocio e imposibilitar que el saber humano siga siendo libre.

8.- Exigimos que el Gobierno garantice por ley la neutralidad de la Red en España, ante cualquier presión que pueda producirse, como marco para el desarrollo de una economía sostenible y realista de cara al futuro.

9.- Proponemos una verdadera reforma del derecho de propiedad intelectual orientada a su fin: devolver a la sociedad el conocimiento, promover el dominio público y limitar los abusos de las entidades gestoras.

10.- En democracia las leyes y sus modificaciones deben aprobarse tras el oportuno debate público y habiendo consultado previamente a todas las partes implicadas. No es de recibo que se realicen cambios legislativos que afectan a derechos fundamentales en una ley no orgánica y que versa sobre otra materia.

Este manifiesto, elaborado de forma conjunta por varios autores, es de todos y de ninguno. Si quieres sumarte a él, difúndelo por Internet.
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Los superpoderes de las cucarachas

Hay una vieja historia que dice que en caso de guerra nuclear total, los únicos supervivientes serían las cucarachas. Lo cierto es que uno no puede dudarlo si lee algo sobre lo que son capaces de hacer. El último de sus "superpoderes" ha sido descrito en un reciente artículo publicado en la revista PNAS a cargo de un grupo investigador liderado por la doctora Nancy Moran.

En la escuela aprendemos que el nitrógeno es un gas inerte y que es el principal componente de la atmósfera. Lo de "inerte" tiene su importancia, porque si fuera reactivo como el oxígeno la vida en el planeta sería muy distinta de como la conocemos ahora. El nitrógeno gaseoso (N2) no puede ser usado por casi ninguna célula. Es una molécula tremendamente estable, y es necesario romperla para poder combinar el nitrógeno con otros elementos para así sintetizar proteínas y ácidos nucleicos entre otras biomoléculas.

Son muy pocos los seres vivos que consiguen romper esa molécula de N2, y todos ellos son microorganismos. Son los llamados fijadores del nitrógeno. Quizás el más famosos de ellos sea la bacteria Rhizobium melliloti, que consigue establecer una simbiosis con plantas leguminosas para poder realizar el proceso de fijación. Su simbiosis podría resumirse de la siguiente forma: la planta da cobijo y alimento a la bacteria y ésta a su vez consigue fijar nitrógeno gaseoso en sus compuestos orgánicos, que luego cede a la planta. Una vez ya tenemos el nitrógeno en un compuesto orgánico ya podemos imaginarnos que llega a los animales a través de la dieta: la planta es comida por un herbívoro, y éste a su vez es comido por un carnívoro, etc.

Pero a veces hay problemas con el suministro de nitrógeno orgánico. Así que muchos seres vivos intentan establecer simbiosis con microorganismos que metabolicen eficientemente el nitrógeno y tener un problema alimentario menos del que preocuparse. Y ese truco parece que también lo han aprendido las cucarachas, unos animalitos acostumbrados a alimentarse de cualquier cosa.

Como muchos otros insectos, las cucarachas excretan nitrógeno en forma de ácido úrico, pero con una sutil diferencia. Lo excretan al interior de su cuerpo, en concreto a los llamados cuerpos grasos. De esa forma pueden recuperarlo en caso de necesidad. Pero ¿cómo pueden reciclar ese ácido úrico? Hay dos tipos de células en dichos cuerpos grasos. Uno son adipocitos en los que se acumulan grasas y cristales de ácido úrico. El otro tipo celular consiste en los micetocitos o bacteriocitos, que están llenos de bacterias. En concreto se trata de una bacteria Gram negativa de nombre Blattabacterium y que se transmite de manera vertical entre estos insectos.

Células de Blattabacterium en el interior de un micetocito. Las bacterias están señaladas con las flechas blancas. El núcleo del micetocito tiene color azul y están señalados por la flecha blanca punteada (Fuente PNAS).

El grupo investigador ha secuenciado el genoma de la bacteria que se encuentra dentro de la cucaracha Periplaneta americana. Han confirmado que pertenece a las Flavobacterias y que su "pariente más próximo" es el endosimbionte Sulcia muelleri, que vive dentro de insectos especializados en chupar la savia. Mediante la información genómica contenida en sus 636 Mb han reconstruido el posible metabolismo de Blattabacterium y han encontrado que puede reciclar el nitrógeno a partir de urea o de amonio ya que posee genes para la ureasa y la glutamato deshidrogenasa, aunque carece de enzimas uricolíticas. Además es capaz de producir aminoácidos esenciales, varias vitaminas y otros compuestos útiles para la cucaracha. También han concluido que la asociación entre Blattabacterium y las cucarachas se originó hace unos 140 millones de años, en pleno Jurásico.

Predicción del metabolismo de Blattabacterium. En azul se indican las rutas para aminoácidos, en verde la de metabolitos varios y en púrpura la de las vitaminas. En rojo se indican los aminóacidos no producidos por la bacteria y que son originados por la cucaracha(Fuente PNAS).

Como no se han encontrado genes para enzimas uricolíticas en el genoma de Blattabacterium no está muy claro el modo en que aprovechan el ácido úrico. Los investigadores proponen tres hipótesis. La primera es que la actividad uricolítica está producida por otra enzima no identificada en Blattabacterim. La segunda es que la actividad uricolítica sea debida a las células de la cucaracha. Pero en contra de esta hipótesis está el hecho de que si se trata a las cucarachas con antibióticos la actividad uricolítica desaparece. La tercera es que la cucaracha acumule el úrico en los adipocitos y cuando necesita nitrógeno, transporta el úrico al intestino donde la microflora intestinal es capaz de descomponerlo en amonio, que vuelve a ser absorbido y transportado por la hemolinfa a los micetocitos.

Sea lo que sea, hay que reconocer que las cucarachas tienen un kit de supervivencia que sería la envidia de McGyver.

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Audio relacionado en "El podcast del microbio"

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ClimateGate: ¿Es la hipótesis del cambio climático una estafa?

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El pasado lunes se celebró en la UMH la cuarta conferencia dedicada a la conmemoración de Darwin. El título de la misma era "Darwin en su ambiente científico y social" y fue impartida por el profesor Enrique Cerdá Olmedo. Fue una gran disertación que concluyó con una animada discusión en la que el profesor Cerdá argumentó sobre los peligros de reflejar nuestras filias y fobias en la investigación científica. Parafraseando uno de sus argumentos, en el descubrimiento de una nueva estrella no tiene importancia que el astrónomo sea de izquierdas o de derechas, lo importante es la estrella.

Pues bien, esa frase me vino a la mente cuando hace un par de días comenzó a saltar una noticia por la web sobre un posible fraude científico por parte de aquellos que defienden el cambio climático antropogénico. Es lo que se ha dado en llamar el ClimateGate.

Este planeta ha sufrido un montón de cambios climáticos a lo largo de su historia sin que hubiera un ser humano destrozando el ambiente. Eso es un hecho indiscutible y basta saber un poco de ecología microbiana y repasarse los ciclos biogeoquímicos para darse cuenta de ello. También me parece un error mayúsculo que estemos quemando combustibles fósiles como si nada, arrasando y contaminando al buen tuntún los mares y destruyendo zonas verdes como si fueran infinitas. Se supone que este es el único planeta que tenemos y debemos cuidarlo para las generaciones futuras. Ahora, debo confesar que soy bastante escéptico con la hipótesis del cambio climático antropogénico y que no me creo el documental propagandístico de Al Gore y similares. El escepticismo meteorológico me viene desde los tiempos de la carrera porque en esa época se estilaba el "enfriamiento global" y se temía una nueva glaciación. De hecho, por propia experiencia, he comprobado que algunos se toman lo del cambio climático antropogénico como una creencia religiosa más que como una hipótesis científica que corroborar.

El caso es que la historia saltó porque un hacker pirateó los ordenadores del CRU (Climate Research Unit) e hizo pública la correspondencia privada de los investigadores. Mi primera reacción fue "matar al mensajero", pero caí en la cuenta de que lo de robar información confidencial no suele molestar cuando los afectados son multinacionales petrolíferas, o tabacaleras, o grandes industrias eléctricas, o nuestros políticos. Además, desde hace bastante tiempo se le estaba demandando al CRU que pusiera sus datos en crudo a disposición de todos aquellos que lo solicitaran, y se venía negando a hacerlo sistemáticamente (y eso es un poco mosqueante). Una vez perdonada la vida del portador de noticias me puse a leer un poco más despacio de que se trataba el asunto. Ahí saltó una segunda señal de alarma porque las fuentes de referencia eran sitios conocidos por su "negacionismo" (aunque lo correcto sería decir que son escépticos) y su filiación política o económica. Pero lo cierto es que las acusaciones eran bastante fuertes. De todas formas pensé que si de verdad era tan grave, sin duda el caso saldría comentado en alguna revista científica.

Y lo cierto es que desde el pasado lunes 23 de noviembre la revista Science se hizo eco del escándalo en su sección Science Insider pero analizando el aspecto de la disponibilidad de los datos. En una columna titulada "In Climate Hack Story, Could Talk of Cover-Up Be as Serious as Crime?" se trataba el tema de si el hackeo era un crimen, pero también se discutía si la ocultación y destrucción de datos por parte del CRU era un crimen mayor. El motivo es el siguiente, el Reino Unido tiene una legislación que protege la libertad de información. Bajo esa legislación cualquier institución pública está obligada a dar los datos y la correspondencia relacionada a cualquier persona que lo solicite mediante un mandato legal y como he dicho antes el CRU se negaba sistemáticamente a ello (supongo que todo el mundo recuerda la escena de Emma Thompson en la película "En el nombre del padre" solicitando los testimonios y las pruebas forenses). No sólo eso, dichas instituciones públicas están obligadas a conservar esos datos. Si los destruyen cometen un grave delito. El día 24, la revista Nature también llevaba el asunto a su página web. El miércoles 25, Science volvió a sacar otra columna sobre el tema de la destrucción de correos firmada por Eli Kintisch y titulada "Union of Concerned Scientists on Climate Scientists' Behavior". Ese mismo día la revista Nature publicó en su web la columna: CRU scientist in leaked data row respond. La última noticia publicada en el día de hoy es que se ha iniciado una investigación criminal.

¿Qué puede leerse en dichos mensajes? Pues asuntos bastante graves y sucios.

- Manipulación de datos
- Destrucción de datos
- Solicitudes de destrucción de correspondencia
- Presión sobre compañías e instituciones para conseguir fondos
- Presión a editores de revistas científicas para impedir la publicación de artículos de los llamados "científicos escépticos".


El último punto me parece especialmente grave. Si se confirma, estaríamos ante un caso que afectaría al llamado proceso de "revisión por pares" (peer-review) tan importante en la publicación de trabajos científicos. Cualquier persona que trabaje en un campo científico sabe que cuando manda un artículo a publicación este va a ser revisado y evaluado por otros colegas. Está claro que los científicos son seres humanos con sus virtudes y defectos, y más de una vez han aparecido denuncias sobre posibles fallos de integridad del sistema. Pero en general los científicos pensamos que el sistema funciona. Caso de confirmarse esto sería la primera vez, que yo sepa, en la que quedaría demostrada una "mafia" científica de alto nivel.

En cuanto a la respuesta a la pregunta de esta entrada. Estos hechos no demuestran que la hipótesis sea una estafa, pero si pueden hacer dudar de que sea una hipótesis correcta. Lo peor que puede pasar es que esto se traduzca en una desconfianza de la sociedad hacia la Ciencia. No debemos olvidar que gran parte del desarrollo científico se puede realizar gracias a los impuestos de los ciudadanos y eso exige la máxima transparencia. Los datos del CRU deberían hacerse públicos para su escrutinio y debería investigarse si las acusaciones son ciertas o no. La Ciencia es una vela en la oscuridad como dijo Carl Sagan, y el fraude científico puede ser un soplo de aire frío que la apague.

Actualización día 1 de diciembre: Según informa la revista Science, el doctor Phil Jones, ha dejado temporalmente su puesto como director del CRU mientras se investigan los hechos. El propio CRU ha reconocido que sólo el 95% de los datos está disponible para su escrutinio por otros científicos. Sin embargo una noticia en el períodico The Times habla de que parte de los datos originales han sido destruidos. La verdad es que el asunto comienza a tener mala pinta.

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La belleza de la caca de los microbios

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Gruta do Carvão en la isla São Miguel, del archipielago de las Azores

En el sitio web de la revista National Geographic podemos encontrar la interesante historia "Lava cave minerals actully microbe poop" que podría traducirse por Los minerales de las cuevas de lava son en realidad caca de microbios.

Gruta Kano Hina en las Islas Hawai

El interés de estudiar dichos microbios es porque su forma de vida podría dar pistas de cómo podrían sobrevivir microorganismos en Marte. En el planeta rojo también hay dichos tuneles de lava, así que no es descabellado pensar que lo que pasa en este planeta pueda ocurrir en el otro. Lo que si está claro es que las fotografías son preciosas.

Gruta Algar Do Carvão en la isla de Terceira en las Azores

Gruta Malha en las Azores

Gruta Malha en las Azores, detalle ampliado

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Biocemento

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Modelo mostrando la ocupación de un espacio y la porosidad del biocemento. (Fuente bibliográfica)

La historia de hoy la he sacado de "MicrobeWorld". Es el desarrollo de un biocemento por parte del grupo investigador liderado por el doctor Henk Jonkers de la Universidad Tecnológica de Delft. En el video, el propio Jonkers nos explica que el cemento es un material que suele deteriorarse debido a la exposición al medio ambiente. Rellenando dichas grietas con una mezcla de determinadas bacterias y sus nutrientes se consigue un tipo de cementación y de reparación mucho más efectiva y resistente que los medios tradicionales.

El artículo explicando el proceso fue publicado en Ecological Engineering. Al crecer las bacterias depositan carbonato cálcico en la grieta. Es decir, generan piedra caliza. Las bacterias usadas pertenecen al género Bacillus. En concreto las especies B. pseudofirmus y B. cohnii. Se escogieron estas especies por dos motivos. En primer lugar debían de poder aguantar el proceso de mezcla e inyección en la grieta. Y eso pueden hacerlo porque en las grietas se inyectan las endosporas junto con carbonato láctico, el nutriente que les permitirá crecer. El segundo motivo es que el cemento es un microambiente alcalófilo. Su pH es superior a 9 y no todos los seres vivos aguantan esas condiciones. Una vez inyectadas, las esporas germinan y el crecimiento bacteriano permite ir ocupando y rellenando de carbonato cálcio las grietas, con lo que podría decirse que el biocemento se autorrepara. Desgraciadamente esa capacidad sólo dura unos cuatro meses, por lo que se está intentando que dichas bacterias se mantengan viables el mayor tiempo posible. El desarrollo de este biomaterial ha supuesto que Jonkers reciba el premio Delft Design & Engineering.

En la microfotografía de la derecha se observa la superficie de una fractura en cemento no biotratado y en la de la izquierda la superficie de una fractura biotratada. Notese la gran cantidad de biomineralización en la biotratada (Fuente: Jonkers et al)

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¡Hagán juego señores!

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Un problema para cualquier ser vivo es la adaptación a los cambios medioambientales. Cuanto más cambiante sea un medio ambiente, mucho más difícil es sobrevivir en él. Una solución es la evolución de mecanismos que permitan modular el fenotipo en respuesta a determinadas señales ambientales. Son los clásicos mecanismos adaptativos como el funcionamiento del operón lac. Si hay lactosa en el medio la bacteria produce enzimas para degradarla. Si no hay lactosa, no se producen dichas enzimas. Es decir, un cambio ambiental provoca una respuesta en el ser vivo consistente en una regulación de la expresión génica.

Pero si los cambios son muy numerosos o drásticos a veces no basta ese tipo de respuesta. Hay otra forma de intentar sobrevivir y es la llamada estrategia de "diversificación de apuestas" o bet-hedging. Formalmente se define como el intercambio estocástico de fenotipos. En palabras más llanas podríamos decir que es la estrategia de poner los huevos en diferentes cestas.

Esta estrategia es un tipo de adaptación evolutiva que se ha encontrado en muchas especies biológicas, desde bacterias a humanos. Sin embargo no había evidencia científica del origen de dicha adaptación. Lo que ha conseguido un grupo liderado por el investigador Paul B. Rainey del New Zealand Institute for Advanced Study es observar como evoluciona de novo esta estrategia en poblaciones bacterianas experimentales. Su trabajo ha merecido ser portada de la revista Nature.

Pseudomonas fluorescens es utilizada en los experimentos evolutivos por la siguiente razón: podemas asociar un determinado fenotipo a un nicho ecológico específico. Las Pseudomonas necesitan oxígeno para vivir. Si realizamos un experimento al estilo de los de Richard Lenski, inoculando la bacteria en un matraz sin agitación al cabo del tiempo se selecciona un tipo de mutante que forma un biofilm en la superficie del matraz. Esas bacterias lo que hacen es generar un polisacárido extracelular que les permite flotar y por lo tanto respirar. Sin embargo, si dicho mutante lo inoculamos en un matraz con agitación, entonces tiene una desventaja con respecto a las bacterias que no generan el polisacarido. El mutante necesita gastar energía en generar el polisacárido y por lo tanto crece más lentamente. Resumiendo, cuando agitamos el tubo favorecemos a las bacterias que no produzcan polisacárido. Cuando dejamos reposar el tubo, favorecemos a las bacterias que lo sintetizan. De una manera tan sencilla podemos tener dos nichos ecológicos en un mismo medio ambiente.

Evolución con Pseudomonas fluorescens. A la derecha tenemos un cultivo de la cepa ancestral. A la izquierda una cepa mutante que desarrolla un biofilm en superficie y está mejor adaptada a crecer cuando no hay agitación en el medio. Fuente bibliográfica

El grupo de Rainey realizó el siguiente experimento. Se tomó un cultivo de P. fluorescens que sería el "cultivo ancestral" y se dividió en doce subcultivos líquidos que se mantuvieron en reposo. Periódicamente se tomaba un alícuota de los cultivos y se extendía sobre medio sólido para comprobar si aparecía un nuevo tipo de morfología colonial diferente al aspecto de las colonias la bacteria ancestral. En cuanto aparecía, se utilizaba ese mutante para inocular un nuevo tubo con medio líquido, pero esta vez se ponía en agitación. Durante esa ronda de nuevo se volvía a comprobar si aparecía una nueva morfología colonial. Cuando aparecía se usaba como inóculo de una nueva ronda pero ahora se volvía a incubar sin agitación. Si no aparecían nuevas morfologías el cultivo no pasaba a la siguiente ronda. Este proceso de inoculación de rondas en las que se alternaba incubación estática y agitación se repitió hasta 16 veces. Como control se utilizó a la cepa ancestral pero propagando siempre colonias que no cambiaban su morfología con respecto a la ancestral y siempre en matraces con agitación.

Experimento para provocar la evolución de la "diversificación de apuestas". Fuente: Nature

Este experimento impone dos condiciones de selección. En primer lugar las bacterias seleccionadas debían crecer óptimamente con agitación o sin ella. Pero es que además se seleccionaba la aparición de bacterias que generasen nuevas morfologías coloniales frente a aquellas que no lo hicieran. Es decir, había una presión de selección para que evolucionara un genotipo capaz de intercambiar la morfología colonial de forma rápida y al azar. Es lo que los autores han denominado colony switching. De los doce cultivos, sólo en dos de ellos apareció este tipo de fenotipo.

Fenotipo "bet-hedging". En la foto de arriba podemos ver una colonia translucida a la izquierda, otra opaca a la derecha y enmedio una con sectores. En la foto de abajo pueden observarse células con cápsula por el halo claro alrededor y sin cápsula. Fuente: Nature

Cuando se observaron al microscopio encontraron que los cultivos estaban compuestos por una mezcla de células que presentaban cápsula y otras sin ella. Al plaquear en medio sólido se observaban dos tipos de colonias: translúcidas y opacas. Pero también se observaban colonias con sectores opacos y translúcidos. Es decir, el nuevo genotipo permitía el intercambiar fenotipo capsulado y no capsulado. El siguiente paso fue comparar el genoma de estos mutantes con el genoma de la bacteria ancestral. Han encontrado 8 cambios, pero el fenotipo colony switching parece causado por una mutación en el gen carB. La mutación es un cambio de la arginina 674 por cisteína dentro de la secuencia de la proteína Carbamoilfosfato sintetasa, una enzima esencial en la biosíntesis de la arginina y de las pirimidinas. El mecanismo de todas formas debe de implicar alguna causa epigenética porque las células capsuladas y no capsuladas contienen el mismo gen mutante carB. Los autores también especulan sobre la posibilidad de que este tipo de mecanismo podría ser una solución evolutiva anterior al desarrollo de mecanismos reguladores de expresión génica que respondan a cambios ambientales.

Historia natural de la aparición del genotipo "bet-hedging". En la parte de abajo se muestran las diferentes cepas que van apareciendo. En las ordenadas las mutaciones que fueron apareciendo. La cepa ancestral es la 1A0 y la cepa cone l genotipo "bet-hedging" es la 1B4. Fuente: Nature

En cierta forma esto se parece al comportamiento de los inversores de bolsa. Un inversor que no aplicase la "diversificación de apuestas" pone todo su capital en una sola empresa. Si la empresa gana, el inversor gana mucho. Pero si la empresa pierde, lo pierde todo. Un inversor que aplica la "diversificación de apuesta" lo que hace es invertir parte de su capital en una empresa y otra parte en la empresa de la competencia. Siempre ganará, aunque menos cantidad que el que lo arriesga todo. La ventaja es que nunca pierde. Y es que en la carrera evolutiva a largo plazo es mejor ganar poco y no perder nunca, a ganar muchísimo y poder perderlo todo.

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Una alternativa fúngica al poliestireno

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En la página Microbe World he encontrado esta interesante historia sobre el desarrollo de un nuevo biomaterial.

En el año 2007 Eben Baye y Gavi McIntyre tuvieron la idea de utilizar hongos que crecen sobre la madera para producir nuevos biomateriales. Fundaron la compañía Ecovative Design y en un año solicitaron la certificación de la American Society for Testing and Materials (ATSM) para un nuevo biomaterial llamado Greensulate. Este material está destinado a ser una alternativa a los materiales aislantes utilizados en la construcción. Pero sus inventores le han encontrado otros usos. Lo último que se les ha ocurrido es un sustitutivo para el poliestireno expandido, el famoso "corcho-blanco" que todo niño utiliza como imitación para la nieve en sus belenes. Su invención ha merecido ser reconocida por la revista Popular Science como uno de los inventos del año 2009. Lo han bautizado como EcoCradle.

El Greeninsulate y el EcoCradle se basan en el mismo principio. El biomaterial no se manufactura, se crece. Como sustrato de crecimiento usan desechos agrícolas como las cáscaras del arroz o del trigo. Esas cáscaras son ricas en celulosa y lignina. La materia vegetal se deposita en un molde con la forma que queremos obtener. Sobre dicho restos inoculan a un hongo y lo incuban durante 7 días. En esa semana las hifas del hongo van alimentándose de las cáscaras y creciendo entre ellas. Las enzimas secretadas por el hongo modifican la lignina de forma que se transforma en un material cohesivo. De esa forma se crea un entramado biológico compuesto por restos vegetales e hifas. El entrelazado es muy eficiente. En cada centímetro cúbico hay unos 800 metros de micelio. La densidad y resistencia del biomaterial puede alterarse dependiendo de las condiciones de crecimiento del hongo por lo que pueden crear una gran variedad de biomateriales. Finalmente cuecen el conjunto a unos 65 grados. Esto acaba con la vida del hongo, por lo que no se van a producir esporas ni componentes que puedan causar alergias. El resultado es un material muy parecido al poliestireno pero que tan sólo ha necesitado la octava parte de energía para su obtención.

¿Tendrá el poliexpan los días contados?

Hay más ventajas evidentes. El EcoCradle tiene las mismas propiedades empaquetadoras del poliestireno: protección, ligereza, resistencia, acolchamiento; pero no tiene el inconveniente de ser un plástico no biodegradable que persista durante siglos enterrado en un vertedero. Tienen la ventaja añadida de que no son inflamables debido al alto componente de restos de semillas que lleva. Pero la ventaja principal es que estos biomateriales son biodegradables, por lo que no se acumulan en el medio ambiente. De hecho, los fabricantes aconsejan que lo utilices en tu propio jardín como abono o como un producto para añadir al proceso de compostaje.

¿Y qué tipo de hongo es? Pues al parecer es Pleurotus ostreatus, o pleuroto en forma de ostra, un pariente de las setas de cardo (Pleurotus eryngii). Aquí os dejo un video explicando las bondades del producto y su proceso de manufactura.

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Con la iglesia hemos topado

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En mi universidad se ha organizado un ciclo de conferencias para conmemorar el año de Darwin. Por ahora se han impartido dos: "Hechos y teorías en los estudios evolutivos" por parte del profesor Luis Serra y "Teoría de la Evolución. Pensar desde la ciencia" por parte del profesor Andrés Moya. A pesar de la diferencia de título, ambas compartían un detalle. Se aludía al creacionismo y se criticaba la injerencia de la religión cristiana, en particular la católica, en el tema de la Evolución. Habría que apuntar que el actual movimiento creacionista conocido como "hipótesis del diseño inteligente" se basa sobre todo en los movimientos cristianos de caracter protestante o evangélico y no en el catolicismo, y que la defensa más virulenta del creacionismo ortodoxo se encuentra entre el fundamentalismo islámico. Pero lo importante es que se transmitió la acertada idea del error que supone que la religión se inmiscuya en cuestiones científicas. Sin embargo al escuchar algunas participaciones de los asistentes me reafirmé en mi creencia de que un error aún mayor es pensar que la ciencia es una religión. Tras la conferencia del pasado lunes 9 de noviembre tomé el coche para irme a mi casa. Al poner la radio escuché una noticia que me llamó muchísimo la atención. El Vaticano había organizado una conferencia internacional sobre Astrobiología. Al parecer el nuevo papa y la alta jerarquía católica tienen asumido que en un futuro no muy lejano se va a encontrar vida extraterrestre, y como dice el refrán han puesto las barbas a remojar antes de que ET les llame por teléfono.

Además del año Darwin, este año también se conmemora el Año Internacional de la Astronomía ya que hace 400 años a Galileo se le ocurrió mirar con un telescopio a los cielos. Veinticuatro años después y a pesar de ser un protegido del papa Urbano VIII, fue obligado a retractarse de sus teorías por la iglesia católica. Hasta el año 1992 la iglesia no reconoció que se había equivocado (y no lo reconoció del todo). De todas formas la iglesia católica aprendió del error, porque nunca más se le volvió a ocurrir condenar como herética a una teoría científica. Como he dicho más arriba, la actual Teoría Evolutiva es atacada principalmente por cristianos evangélicos y por los fundamentalistas islámicos. Los católicos suelen mostrar más bien una posición neutral.

Lo que indica la organización de esta conferencia sobre Astrobiología es que la iglesia católica parece que ha aprendido de sus errores pasados, y que además se pre-adapta a los cambios futuros. Creo que hasta el propio Richard Dawkins reconocería que las ideas de la iglesia católica son un conjunto de memes que saben evolucionar bastante bien si lo comparamos con las otras confesiones. Hay que tener en cuenta que si se descubre vida en otros planetas será un hecho científico irrefutable y por lo tanto cualquier confesión religiosa se verá afectada profundamente por dicho descubrimiento. No olvidemos que todas las religiones del mundo parten de la premisa básica de que un ser superior creó la vida en este planeta, pero en ningún escrito teológico se habla de otros planetas.

Comparación entre la educación basada en el método científico y en el método creacionista. En el primer panel puede leerse: "Aquí están los hechos. ¿Qué conclusiones podemos sacar de ellos?" En el segundo se lee: "Aquí está la conclusión. ¿Qué hechos podemos encontrar que la apoyen?"

Y en dicha conferencia no han metido a cuatro curillas mal informados. Todo lo contrario. Si uno lee el programa, los abstracts y luego echa un vistazo a la lista de participantes verá que la mayor parte de los 31 conferenciantes son científicos de primer nivel. Entre ellos está John Baross, uno de los microbiológos que más ha trabajado en los ecosistemas microbianos que se encuentran alrededor de las chimeneas volcánicas submarinas, Shelley D. Copley bioquímica especialista en biorremediación por su trabajo en las reacciones de las dehalogenasas, o Franck Selsis que hizo el postdoc en el Centro de Astrobiología de Madrid y es uno de los descubridores de la presencia de vapor de agua en un planeta extrasolar.

En interés de enseñar "ambos lados" he pensado que voy a dedicar el mismo tiempo a la Teoría de la Evolución...

Quién sabe, a lo mejor nos encontramos en un futuro una situación como la descrita en el dibujo de arriba. Como dice la canción de Pedro Navaja, la vida te da sorpresas, sorpresas te da la vida...

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Arthromitus, un microorganismo probiótico segmentado

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En el blog se ha comentado más de una vez el papel de los probióticos: las bacterias comensales intestinales importantes en el mantenimiento de la salud humana. Bien, pues por fin se ha conseguido identificar a una especie bacteriana que parece estimular la producción de células inmunes en el ratón. Y ya se sabe que lo que ocurre en las tripas de un ratón, bien puede suceder en las de un humano.

El intestino de cualquier vertebrado, incluidos los seres humanos, está colonizado por cientos de especies microbianas. Mantenemos con ellos una relación simbiótica beneficiosa para ambas partes. Ellos tienen un lugar para vivir y alimento en abundancia. A cambio, nuestro sistema inmune se desarrolla y funciona mejor, evitamos infecciones por parte de patógenos oportunistas y la reparación de nuestras barreras mucosas es más eficiente y rápida. Pero no estaba muy claro como podían realizar esta última parte. Lo que se ha encontrado ahora, es que determinadas bacterias se localizan en zonas específicas del intestino delgado y actúan como un perro guardián que lanza la alerta si algo afecta a las comunidades microbianas locales.

Los distintos tipos de Linfocitos T CD4, las interleukinas que producen y las funciones en las que están involucrados.

Está claro que debe de haber alguna comunicación entre los millones de bacterias comensales de nuestros intestinos y las células del sistema inmune. En el año 1994, los científicos R. Seder y W. Paul describieron los primeros indicios sobre dicha comunicación. Las células del sistema inmune conocidas como linfocitos T CD4, también conocidos como linfocitos Th o T helper (ayudante), adquirían distintas propiedades funcionales en respuesta a las señales recibidas por la microbiota comensal. Hay tres tipos de linfocitos T helper: Th1, Th2 y Th17. Los dos primeros eran conocidos desde hace bastante tiempo y son los principales encargados de lidiar con los microorganismos patógenos intracelulares o con los helmintos (las famosas lombrices o gusanos intestinales). Los Th17 son una clase de linfocitos recientemente descubierta y son llamados así porque secretan Interleukina 17 (IL-17). Estos linfocitos están especializados en la protección de las superficies de las mucosas frente a la invasión por bacterias u hongos patógenos. Además las Th17 están involucradas en las enfermedades autoinmunes por su papel en los fenómenos inflamatorios. Las Th17 son muy abundantes en el tejido intestinal, sobre todo en la llamada lámina propia, donde se acumulan sólo cuando hay presencia abundante de microbiota comensal. Cuando se utilizan ratones sin flora intestinal (ratones GF por Germ Free) se observa que carecen de este tipo de células en sus intestinos. Si se permite la colonización intestinal bacteriana en los ratones GF, se observa la aparición de dichas células al cabo de un tiempo.

Árbol filogenético a partir del 16S rRNA mostrando las diferencias de la microflora intestinal del ileon terminal en los ratones B6 provenientes de Jacksons Laboratory (Rojo) y Taconic Farms (Verde). La flechas indican las diferencias más destacables. En los ratones de Taconic se observa una mayor abundancia de la especie Lactobacillus murinus (94 veces) y del género Arthromitus (40 veces). Fuente: Cell

Pero había una serie de resultados desconcertantes. Por ejemplo, se había observado que una misma cepa de ratón (en concreto la cepa B6) podía tener diferente proporción de células Th17 en sus intestinos dependiendo de la empresa que vendía los ratones. Los animales de laboratorio son criados en instalaciones específicas y en condiciones muy controladas. La misma cepa de roedor puede ser vendida por más de una compañía. Teóricamente todas manejan a sus animales de manera similar y uno esperaría que no hubiera diferencias significativas entre los animales, sobre todo a nivel de microflora intestinal. Pero se encontró que si las había. Los ratones B6 de la compañía Jacksons Laboratory mostraban muchísimas menos células Th17 que los ratones B6 provenientes de la compañía Taconic Farms. Cuando se ponían juntos ratones B6 de ambas compañías, los ratones de la Jacksons desarrollaban sus células Th17 al cabo de pocas semanas. No sólo eso, cuando a los ratones GF se les inoculaba con bacterias intestinales de los ratones B6 de los laboratorios Jacksons no se desarrollaban tantas células Th17 como en otros ratones inoculados con bacterias intestinales de ratones B6 de Taconic Farms. Ambos resultados apuntaban a la hipótesis de que había un tipo particular de bacterias comensales que estimulaban el crecimiento de las Th17.

Profesor Dan Littman

Una colaboración internacional entre distintos grupos investigadores liderados por el Dr. Dan R. Littman del Howard Hughes Medical Institute parece haber encontrado el tipo específico de bacterias que estimulan el crecimiento de las células Th17. Sus resultados se recogen en un interesante artículo publicado por la revista Cell. Comparando la microbiota intestinal de los ratones B6 provenientes de Jacksons Laboratory y de Taconic Farms, encontraron un tipo específico de bacterias presentes en los últimos. El aspecto de estas bacterias es el de unos largos y delgados filamentos con segmentaciones regulares. Por eso se les conoce por sus siglas en inglés: SFB (Segmented Filamentous Bacteria) aunque desde hace tiempo se ha propuesto un nuevo género para denominarlas: Arthromitus, que precisamente significa filamento segmentado.

Comparación del epitelio intestinal de ratones B6 de Jacksons (Jax) y Taconic (Tac). En las fotos de arriba puede distintinguirse a las SFB unidas en el epitelio del ratón Tac. Las fotos de enmedio muestran con detalle a las SFB unidas a una célula del epitelio intestinal del ratón. Las fotos inferiores son un corte comparando el epitelio de un ratón de Jacksons y otro de Taconic con una SFB unida. Fuente: Cell

Los investigadores no se quedaron ahí. Han demostrado también que la inoculación de estas bacterias en ratones GF era suficiente para inducir la producción de células Th17 y que se activase un programa genético proinflamatorio. Ese resultado sugiere que las SFB actúan como un modulador de las diversas respuestas del sistema inmune.

Procesos biológicos específicamente inducidos por las SFB. Las columnas inferiores son procesos inmunológicos. Fuente: Cell

El último paso fue comprobar el papel de estas bacterias frente a la presencia de un patógeno intestinal. Se escogió a la bacteria patógena Citrobacter rodentium, pues es un buen modelo para estudiar las enfermedades causadas por gérmenes como Escherichia coli enteropatógena que puede hallarse contaminando algunos alimentos. Lo que se encontró es que los ratones que tenían SFB en sus intestinos prevenían la infiltración del patógeno en la pared del colon, además de presentar una inflamación más reducida. Es decir, las SFB incrementaban la protección de las mucosas frente a enteropatógenos.

Citrobacter rodentium adherido al epitelio intestinal

El Dr. Littman ve futuras aplicaciones prácticas a estos resultados. Vaticina que la secuenciación del genoma de estos microorganismos podría permitir la identificación de las proteínas o las moléculas responsables de estos efectos. Si se pudiese aislar esas moléculas se podría imitar la presencia de las SFB en el intestino y así fortalecer la resistencia frente a los patógenos. Además este resultado ha dado otra pista sobre otro tipo de patologías. En muchas enfermedades autoinmunes como la enfermedad de Crohn o la psoriasis, se ha observado un hiperactivación de las células TH17. Dicha hiperactivación causa una inflamación excesiva dañando los tejidos. Una hipótesis es que esa hiperactivación sea desencadenada por la presencia de algún patógeno específico en el intestino que pudiese contribuir al desencadenamiento del síndrome autoinmune.

Primer audio y Segundo audio en "el podcast del microbio".

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Pesadilla sanitaria

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La bacteria Staphylococcus aureus, una auténtica pesadilla sanitaria

Esta noticia si que da miedo. Se está celebrando el 47th annual meeting of the Infectious Diseases Society of America y allí la División de Enfermedades Infecciosas del hospital Henry Ford de Detroit ha presentado un estudio sobre una cepa de Staphylococcus aureus Resistente a Meticilina. A este tipo de cepas se las suele conocer por sus siglas en inglés: MRSA.

Las cepas MRSA son resistentes a los antibióticos más comunes de la farmacopea como la penicilina o sus derivados. Gran parte de las infecciones se dan en pacientes que han sido hospitalizados y operados, son las llamadas infecciones nosocomiales. Pero también se han descrito casos de infecciones en gente sana que han adquirido la bacteria del medio ambiente por causa de alguna herida. Estas bacterias causan infecciones en la piel, en sangre o en heridas. Debido a su resistencia a los antimicrobianos, las infecciones debidas a las MRSA suelen ser tratadas con vancomicina. Este antibiótico suele usarse como último recurso en el caso de una infección. Por eso una de las grandes preocupaciones de la sanidad pública es que aparezcan cepas que sean resistentes a los llamados antibióticos de último recurso.

Estructura de la vancomicina

En el trabajo liderado por la doctora Carol Moore, han comparado la mortalidad producida por infecciones nosocomiales entre cepas MRSA, y han encontrado una especialmente virulenta denominada USA 600, que además es resistente a vancomicina. Esta cepa causa que el 50% de los pacientes infectados mueran al cabo de 30 días. En comparación, otras cepas MRSA solo mostraban entre un 11% a un 30% de mortalidad.

Al parecer esta cepa contiene unas características únicas que explicarían la alta mortalidad, aunque tampoco pueden descartarse factores como la edad de los pacientes. Los ancianos suelen ser más susceptibles a estos microorganismos que los pacientes más jóvenes. En el estudio, la media de edad de los fallecidos por la cepa USA600 es de 64 años, mientras que la media de edad de los fallecidos a causa de las otras cepas MRSA es de 52 años. La doctora Moore avisa que el potencial de diseminación de esta cepa tan virulenta es preocupante por lo que es esencial que se dediquen los mayores esfuerzos a la caracterización de dicha bacteria y al desarrollo de medidas para combatirla. No debemos olvidar que gracias la facilidad para viajar de una parte a otra del globo este tipo de cepas resistentes a antibióticos pueden diseminarse muy rápidamente a cualquier parte del mundo.

Proporción de aislados de cepas MRSA en Europa durante el año 2007 según datos del Sistema Europeo de Vigilancia de las Resistencia a los Antimicrobianos (EARSS)

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