domingo, 26 de marzo de 2017

Estructuras ocultas en el ADN bacteriano

Reproducido de biotech-spain.com
El ADN contiene las instrucciones de la vida , que están codificadas en los genes. Dentro de todas las células, el ADN se organiza en unas estructuras conocidas como cromosomas. En las células animales y vegetales las terminaciones de los cromosomas se desdoblan, como las hebras de una cuerda o del cordón de un zapato , pero en las bacterias los cromo so mas son circulares. Tanto si son como hebras o circulares, estos largos cromosomas deben organizarse y empaquetarse dentro de la célula, de manera que los genes puedan activarse o desactivarse cuando sea necesario.
En un trabajo conjunto con científicos en España, Japón y Australia, investigadores liderados por Luis Serrano, profesor de investigación ICREA y jefe del grupo de investigación Diseño de Sistemas Biológicos en el Centro de Regulación Genómica, centraron su atención en la organización del ADN en un organismo con un genoma extremadamente reducido: el patógeno de la neumonía, Mycoplasma pneumoniae. Su cromosoma circular es cinco veces más pequeño que el de bacterias más grandes, como por ejemplo el de la Escherichiacoli .
Mediante una técnica denominada Hi -­ C*, que muestra las interacciones entre diferentes partes de l ADN, los investigadores crearon un ‘mapa’ tridimensional del cromosoma de Mycoplasma . A continuación , usaron microscopía de súper -­ resolución para demostrar que este mapa generado por ordenador coincidía con la organización real del cromosoma dentro de células bacterianas.
En particular, el equipo del CRG que contaba con la experiencia en Mycoplasma del grupo liderado por Luis Serrano y con la colaboración del también profesor de investigación ICREA Marc Marti -­ Renom en el CRG -­ CNAG, descubrieron que el cromosoma circular de Mycoplasma está organizado uniformemente de la misma forma en todas las células, con una región llamada Origen (donde comienza la copia del ADN) en uno de los extremos de la estructura y el Punto Medio del cromosoma ubicado en el extremo contrario. Esta estructura es similar a la observada en otras especies de bacterias más grandes.
Los científicos también usaron la técnica Hi -­ C para estudiar patrones más detallados de la organización dentro del genoma de Mycoplasma . En los últimos años, científicos de todo el mundo han investigado la organización de los cromosomas dentro de las células de especies que van desde grandes bacterias hasta humanos. La secuenciación de última generación ha permitido a los científicos ‘leer’ la secuencia de ADN de cualquier genoma, pero esto no muestra cómo la información genética se gestiona y organiza en el interior de una célula. Ahora existen nuevas herramientas que han permitido descubrir estructuras complejas de organización en los genomas de organismos más grandes , con algunas regiones de cromosomas agrupados para formar dominios que contienen genes que se activan y desactivan en conjunto.
Sin embargo, se creía que estos dominios no se encontrarían en Mycoplasma porque su genoma es muy pequeño y tan solo produce alrededor de 20 proteínas diferentes responsables de organizar el cromosoma, en comparación con los cientos de proteínas que producen otras especies bacterianas.
Curiosamente, el equipo del CRG desc ubrió que a pesar de que el diminuto cromosoma de Mycoplasma se organiza en diferentes dominios estructurales, cada uno contiene genes que también se activan y desactivan de manera coordinada.
Marie Trusssart, primera autora del estudio, comenta: “El estudio de una bacteria con un genoma tan reducido supuso un gran reto técnico, especialmente porque usábamos microscopía de súper -­ resolución, y nos llevó cinco años completar el proyecto. Sospechábamos que el genoma de Mycoplasma podía tener una organización general similar a otras bacterias, pero nos sorprendió muchísimo descubrir que también estaba organizado en dominios, que pueden considerarse unidades reguladoras de la organización de la cromatina , y que hubiéramos identificado una capa de la regulación génica hasta entonces desconocida ” . Y añade : “ Este estudio muestra que la organización y el control de los genes no se puede entender sólo mirando la secuencia lineal del ADN en el genoma. De hecho, para disponer de la foto completa de la regulación génica necesitamos echar un vistazo a la organización tridimensional de la cromatina, que también coordina la actividad de los genes.”
El descubrimiento sugiere que este nivel de organización y control genético es común a todos los organismos vivos, desde el más grande al más pequeño, y que se consigue con poco más de un puñado de proteínas de unión del ADN y las propiedades estructurales del propio ADN.
El equipo del CRG ha estado trabajando durante mucho tiempo para conseguir análisis cuantitativos detallados de Mycoplasma pneumoniae a todos los niveles: desde genéticos a metabólicos, incluidos los patrones de actividad génica y composición de proteínas, y más. Planean usar este descubrimiento para complementar la investigación centrada en controlar y manipular la actividad de los genes en bacterias modificadas genéticamente, lo que tiene muchas e importantes aplicaciones médicas e industriales.




domingo, 19 de marzo de 2017

Relaciones de parentesco: Virus, bacterias y células eucariotas

¿Qué fue antes el huevo o la gallina? ¡El huevo!
Los virus son los primeros seres vivos

La ciencia no considera a los virus como seres vivos. Personalmente creo que si lo son. Hace 4000 millones de años, en la sopa de moléculas orgánicas que había repartida por mares y lagos en la joven tierra, los primeros seres vivos debían ser algo parecidos a los virus: moléculas de ARN autorreplicantes, rodeados de una membrana de tipo proteico. Sus fuentes de energía y de alimento debían ser esas moléculas orgánicas que surgieron espontaneamente, según nos muestra Oparín en sus experimentos. Cuando apareció la primera bacteria, éstas debieron de acabar con ese buffet libre de moléculas orgánicas y a los virus no les quedó más remedio que volverse patógenos intracelulares. ¿Se descubrirá algún día un virus de vida libre en una cueva profunda sin presencia de células de verdad? estoy seguro de que si. Pero por ahora esta pregunta es simplemente una hipótesis.

Recientemente se ha descubierto de que los virus se pueden comunicar entre si. Todo indica que debemos de cambiar nuestra manera de pensar y admitir que los virus son seres vivos. Tienen un comportamiento sofisticado y han evolucionado a partir de un mismo ancestro común al igual que las células de animales y plantas.

De los virus primitivos surgen las primeras células bacterianas

 
 Tubos bacterianos descubiertos en Nuvvuagittuq. Fuente: Nature

Hace 3700 millones de años las bacterias ya construían ciudades en forma de tubos. Por ahora, en 2017, los humanos solo podemos soñar en vivir en ciudades tubulares, algo que ya hacían las bacterias en el principio de los tiempos.
Ciudad orbital tubular Elysium


Las bacterias son células con membrana lipídica, es decir, de grasa. Hay dos clases de bacterias, las más primitivas, llamadas Arqueobacterias, estas bacterias suelen ser anaerobias, viven sin oxígeno en charcas de aguas sulfurosas o en el fondo de lagos y mares. Son más grandes que el grupo más común para nosotros, las eubacterias, o bacterias verdaderas. Estas son las bacterias que suelen causar enfermedades en los humanos, por eso las conocemos más.
 Árbol filogenético de la vida. La primera célula aparecida hace 4000 millones de años da lugar a dos grupos de bacterias: las arqueobacterias, en rojo, y las eubacterias (líneas azules). Las arqueobacterias y las eubacterias mediante simbiosis se juntan para formar la célula eucariota (línea en morado), las células típicas de animales, plantas, hongos y protozoos

Las arqueobacterias tienen un citoesqueleto primitivo. Las eubacterias, el grupo de bacterias entre las que se encuentran a las bacterias que aprendieron a transformar el CO2 + H20 y convertirlo en azucar y O2. Al ser bacterias acostumbradas al oxígenos son bacterias más cercanas a nosotros. Hay algo curioso de las eubacterias: las bacterias que tienen el cromosoma más pequeño se dividen más rápidamente. Me explico. Si hay dos bacterias, llamémoslas A y B. A tiene el doble de genes que B. Si tiene el doble de genes podrá hacer muchas más cosas. El problema con A es que para dividirse tarda el doble de tiempo que B.
La bacteria que va a ser seleccionada es aquella que deja más descendencia. Por ese motivo las bacterias tienden a la simplicidad. Por ese motivo la mayoría de las bacterias son pequeñas, tan pequeñas que no hay espacio para tener un esqueleto. 

Si no tienen esqueleto ¿Cómo mantienen la forma las bacterias?

Las bacterias son como globos a presión. Para evitar estallar están recubiertos de una malla de peptidoglicano. Hay dos tipos de eubacterias, las Gram positivas y las Gram negativas. Las bacterias Gram positivas tienen una malla de peptidoglicano más grande y por eso mismo tienen mayor presión, unas 25 atmósferas, es decir, la misma presión que existe a 250 metros bajo el mar. Las bacterias Gram negativas, con una malla más finita, tienen alrededor de 5 atmósferas de presión.
La penicilina mata a las bacterias interfiriendo con la producción de una malla que impide que exploten, porque las bacterias están a presión. Cuando las bacterias crecen para después poder dividirse, la malla se afloja y ya no vuelve, por culpa de la penicilina, a tupirse. Cuando la malla ya no puede retener la presión interna de las bacterias, éstas explotan

Bacterias a presión, virus con forma de bomba neumática

Cuando las bacterias acabaron con la sopa biológica de moléculas orgánicas que servía de alimento a los virus primitivos, éstos empezaron a depredar a aquellas que les habían quitado su fuente de energía y recursos: las bacterias. Como las bacterias estaban a presión fueron seleccionados para convertirse en unas máquinas que inyectasen su ADN o ARN en el interior de las bacterias. Por ese motivo los virus de bacterias, los bacteriófagos, son parecidos a los mosquitos.

Una llave para entrar y otra para salir

Las células eucariotas, 100 veces más grandes que las bacterias, no están a presión. Se acuerdan que las arqueobacterias si tenían un esqueleto? pues bien, en un momento de la evolución las arqueobacterias que no sabían vivir con el 02 se alían con las eubacterias que si sabían vivir con el oxígeno, estas bacterias son las que van a originar el orgánulo celular de las mitocondrias. Las arqueobacterias, más grandes que las eubacterias, dotan al consorcio arqueo-eubacterias de una membrana flexible, sin presión interior. Para mantener la forma utilizan el citoesqueleto, lo mismo que una carpa de camping tiene varillas para mantenerla derecha.
 
 El autor del blog disfrazado de bacteria (aunque recuerda al muñeco de Michelín) con un modelo de bacteria (un globo de globoflexia) y detrás una carpa de camping como modelo de célula eucariota que no tiene presión y tiene citoesqueleto (las varillas de la carpa)

Como la célula eucariota no tiene presión, los virus que parasitan a este tipo de células tienen otra manera de entrar. Utilizan una llave que se va a unir a un receptor de la célula y de esa manera van a entrar provocando una invaginación dentro de la célula, un poco como cuando soplamos en una burbuja de jabón que se invagina para formar una burbuja más pequeña en su interior.

El virus de la gripe tiene dos llaves, una de entrada (la hemaglutinina) y otra de salida (la neuraminidasa. En su interior, dentro de una bicapa lipídica se encuentra su ARN.
 Pero mejor veamos un vídeo para entender todo el proceso:

Los virus de eucariotas son los que nos importan porque atacan a células como las humanas. A continuación os presento las fotografías de microscopía electrónica de virus humanos:

Los 10 virus humanos más letales

Influenza

La gripe estacionaria, una de las más comunes pues puede atacar a cualquier persona a cualquier edad. Hay tres tipos (A,B y C) y varios subtipos y se propaga mediante estornudos. Anualmente se calculan de 3 a 5 millones de casos alrededor del mundo de los cuales entre 250,000 y 500,000 resultan mortales. Curiosamente esta enfermedad es un factor económico decisivo pues una pandemia puede causar abstencionismo y baja en las tazas de productividad además de un gran gasto en la salud pública.

Rotavirus

Una de las enfermedades diarreicas más comunes entre poblaciones de escasos recursos y que cada año causa alrededor de 450,000 muertes de menores a 5 años por falta de acceso a vacunas. Se transmite a través de las heces y por falta de medidas higiénicas. En Ecuador 1 de cada 4 diarreas en niños está producida por rotavirus.

Fiebre Amarilla

Un virus endémico de África y América Latina transmitido por picadura de mosquitos. No hay tratamiento y su desarrollo suele suceder en dos fases, generalmente las personas se recuperan luego de 3 o 4 días pero aquello que entran en segunda fase pueden morir a los 10. La vacunación preventiva es la mejor medida contra la enfermedad. En 2013 se calculó que hubo entre 84,000 y 170,000 casos y de 29,000 a 60,000 muertes.

Sarampión

El sarampión es una enfermedad muy contagiosa, causada por un virus que provoca fiebre alta y puede dejar ciego o matar a quien la padece. En 2014 hubo 114,900 muertes relacionadas a este padecimiento. Se puede prevenir mediante vacunación temprana y afecta principalmente a niños pequeños.


Hantavirus

Se contrae por contacto con orina, saliva o excreciones de roedores infectados con él. No existe ningún tratamiento preventivo, sólo queda esperar la detección temprana de la enfermedad (que se manifiesta entre una y seis semanas después de la infección).

Hepatitis B

Una infección vírica que puede derivar en enfermedades crónicas como la cirrosis y el cáncer hepático. Se estima que cada año mueren 686,000 personas como consecuencia de las complicaciones derivadas de este padecimiento, contraído por el contacto con líquidos corporales de personas infectadas. Es prevenible a través de la vacuna.


Hepatitis C

Al igual que la enfermedad anterior, es una infección que ataca directamente al hígado. Se transmite a través de la sangre por mal manejo de equipo médico, falta de esterilización y transfusiones de sangre. Se calcula que hay de 130 a 150 millones de personas infectadas alrededor del mundo de las que 700,00 mueren cada año. Pese a que se dispone de tratamientos para controlar la enfermedad, no existe aún una vacuna eficaz.

Rabia

El mayor foco de transmisión son los perros (aunque varias especies pueden ser portadoras), por ello es fundamental vacunarlos así como recibir la vacuna en contra de esta enfermedad. Se recomienda acudir de inmediato al médico ante cualquier rasguño o mordida sufrido por animales que puedan ser portadores. Cada año 15 millones de personas reciben la vacuna tras ser mordidos o arañados y el 40% son menores de 15 años.


Dengue
Se conocen cuatro variantes de este virus que se transmite a través de la picadura de las hembras del mosquito Aedes aegypti. No existe vacuna contra este virus y sus síntomas suelen ser controlados con paracetamol. Aunque no están bien notificados, la OMS calcula 390 millones de casos de infección cada año.

Sida o VIH

El virus de inmunodeficiencia humana es una de las pandemias más recientes y ha cobrado la vida de millones de personas. Tan sólo en el 2015, la OMS calcula más de un millón de muertes asociadas a él. Se contagia a través de fluidos corporales con suficiente concentración del virus como semen, sangre, secreciones vaginales y leche materna.

El tamaño si importa

Cuando se habla de tamaño no hay que confundir longitud con volumen. Diferencias en longitud de 10 veces se convierten en volumen en diferencias de 1000 veces. Por ejemplo, un metro cúbico es mil veces el litro y un litro tienen mil centímetros cúbicos. La escala es mil veces. En cambio, en este ejemplo, si tenemos en cuenta las longitudes la escala es de 10: la longitud de 1 metro cúbico es de 10 veces 10 cm. Un litro es 10x10x10 cm.

 En general, en longitud, una bacteria es 10 veces más pequeña que una célula eucariota (como las de los humanos o las plantas) y un virus es 10 veces más pequeño que una bacteria.

Como podemos ver en el gráfico hay bastante variabilidad en los tamaños. No es lo mismo un virus grande como el del ébola que uno pequeño como el de la gripe, o el del catarro (rhinovirus).

Filtrar y eliminar 1000 veces un virus ¿Qué significa?

Los filtros de barro son una solución eficaz y barata para purificar agua. Estamos tratando de mejorarlos mediante una cocción reductora para obtener filtros negros los cuales mejoran la eliminación de virus. En concreto esta técnica reduce 1000 veces la concentración de virus en el agua
Para ayudar a visualizar lo que significa reducir mil veces la presencia de virus en el agua habría que coger un bote y meter 1 kg de quinua. Cada grano de representa un virus. Si filtramos y de 1 kg de quinua pasamos a un gramo, entonces hemos reducido 1000 veces el contenido de virus.

sábado, 18 de marzo de 2017

L-carnitina y bacterias

Una molécula que te ayuda a quemar grasas

 

La L-carnitina ayuda a las bacterias a soportar el estrés osmótico debido a bajas temperaturas o la salinidad. Cuando las bacterias mediante simbiosis crearon la primera célula eucariota, esta molécula dejó de tener importancia para controlar el estrés osmótico porque la bacteria que dió lugar a las mitocondrias ya no estaba en el exterior, ahora estaba dentro de la célula eucariota. La L-carnitina, al no tener presión natural para conferir protección frente al estrés osmótico, bajas temperaturas o salinidad fue seleccionada para un nuevo papel: proteína transportadora de ácidos grasos al interior de la mitocondria.

En la célula eucariota, entonces, la L-Carnitina es una molécula cuyo principal papel es acelerar el proceso de oxidación de ácidos grasos. La deficiencia de carnitina conduce a una disminución importante de la producción de energía y al aumento de masa del tejido adiposo.

Esta molécula ha sido elegida por la industria alimentaria como aditivo a las bebidas isotónicas. Si además de electrolitos nuestra bebida ayuda a "quemar grasas" gracias a la L-carnitina, entonces nuestro producto va a ser el éxito.


Las bacterias intestinales hacen que la carne roja aumente el riesgo de enfermedad cardiovascular

Recientemente se ha descubierto que el consumo de L-carnitina está relacionado con el riesgo cardiovascular. El responsable es un metabolito llamado gamma-butirobetaína que se genera en mayor medida después de ingerir L-carnitina.
Una nueva investigación ofrece detalles sobre cómo las bacterias del intestino transforman un nutriente que se encuentra en la carne roja en metabolitos que aumentan el riesgo de desarrollar enfermedades del corazón. Los hallazgos, que se publican en Cell Metabolism, podrían conducir a nuevas estrategias para salvaguardar la salud cardiovascular de las personas.

Una investigación anterior, dirigida por el doctor Stanley Hazen, del Instituto de Investigación Lerner y el Instituto Familiar Miller del Corazón y Vascular en la Clínica Cleveland, ambos en Estados Unidos, reveló una vía por la que la carne roja puede promover la aterosclerosis o el endurecimiento de las arterias. Las bacterias en el intestino convierten L-carnitina, un nutriente abundante en la carne roja, en un compuesto llamado trimetilamina, que a su vez cambia a un metabolito llamado N-óxido de trimetilamina (TMAO, por sus siglas en inglés), que promueve la aterosclerosis.

En este nuevo trabajo, Hazen y su equipo amplían su investigación anterior e identifican otro metabolito, llamado gamma-butirobetaína, generado en mayor medida por las bacterias del intestino por efecto de la ingesta de L-carnitina, y que también contribuye a la aterosclerosis.

Los investigadores encontraron que la gamma-butirobetaína se produce como un metabolito intermediario por los microbios en una tasa mil veces mayor que la formación de trimetilamina en el intestino, siendo el metabolito más abundante generado a partir de la ingesta de L-carnitina por microbios en los modelos de ratón examinados.

Por otra parte, gamma-butirobetaína puede convertirse en trimetilamina y TMAO. Sin embargo, curiosamente, las bacterias que producen gamma-butirobetaína a partir de L-carnitina son diferentes de las especies bacterianas que producen trimetilamina a partir de L-carnitina.

El descubrimiento de que el metabolismo de la L-carnitina implica dos vías microbianas del intestino diferentes, así como distintos tipos de bacterias, sugiere nuevos objetivos para la prevención de la aterosclerosis, por ejemplo mediante la inhibición de diversas enzimas bacterianas o cambiando la composición bacteriana del intestino con probióticos y otros tratamientos.

"Los hallazgos identifican las vías y los participantes implicados con mayor claridad y ayudan a señalar objetivos para las terapias para intervenciones de bloqueo o prevención del desarrollo de enfermedades del corazón", celebra Hazen. "Aunque sea en el futuro, los estudios actuales pueden ayudarnos a desarrollar una intervención que permita comernos un bistec con menos preocupación por el desarrollo de enfermedades del corazón", concluye.

Cell Metabolism (2013); doi: 10.1016/j.cmet.2012.12.011

sábado, 11 de marzo de 2017

Signifers, encargados marcar el territorio

Poner etiquetas es un forma muy efectiva de definir un territorio. Un territorio tiene dueño si tiene una etiqueta que lo define.
En una centuria, compuesta de 80 hombres organizados en 10 cohortes de 8 hombres cada uno, había además otros tres oficiales: el tessararius, encargado de fijar la contraseña diaria, el optio, que era el lugarteniente del centurión, y el centurión, el máximo responsable de una centuria. En la centuria había también un oficial llamado signifer, que era el que portaba el estandarte.

El centurión y su lugarteniente, el optio, mandaban sobre la tropa. Las funciones del tessararius y las del signifer eran las de delimitar qué era lo propio. El tessararius, al encargarse de darle a los 83 hombres una contraseña diaria, de alguna manera, determinaba, en la oscuridad de la noche, quien y quien no era enemigo. En batalla el signifer era responsable de mantener la integridad del frente. Si en un momento los enemigos lanzaban un ataque y a las tropas les entraba el pánico, el signifer, un hombre templado, evaluaba si era inteligente la retirada o no. Si consideraba que retirarse era un error, o si el centurión se lo ordenaba, el signifer clavaba el estandarte en la tierra y los hombres de la centuria tenían que quedarse a su lado cuidando su estandarte. Si una centuria perdía su estandarte se convertía en una centuria sin honor y eso tenía además implicaciones económica cara a la jubilación de los legionarios.
 
La pregunta que me ronda en la cabeza es ¿Habrá signifers y tessararius en el mundo microbiano? Desde luego, cuando en las colonias de hormigas no existe la figura de alguien que distinga lo propio de lo ajeno aparecen surgen los oportunistas. En este caso se trata de escarabajos que se mimetizan para entrar en los hormigueros y devorar hormigas.
Fuente

viernes, 10 de marzo de 2017

El cálculo diferencial bien explicado

Mi amiga Elena G. Ferreiro me explicó brevemente lo que era el cálculo diferencial una vez que estábamos tomando café juntos. En cinco minutos entendí algo que no habían logrado mis profesores de matemáticas durante todos los largos años de bachillerato. ¡Qué sensación tan grata cuando entiendes por fin!. Algo parecido sucedió cuando, con 11 años, mi hermana mayor, que estudiaba medicina, me explicó cómo funcionaba el ciclo menor de la sangre.
Me acuerdo bien de la frase que me dijo Elena. Sumar 2+2 no es lo más frecuente. Sumas algo que se acerca a la cifra 2 + algo que se acerca a la cifra dos. Como la medición nunca es exacta y como se dice en gallego "Alá no fondo hai sitio abondo" (En realidad esta frase es del fisico Richard Feynman "Hay mucho sitio al fondo") es por eso que tenemos que utilizar un cálculo en el que los números se aproximen a lo que realmente son.

jueves, 9 de marzo de 2017

Un antibiótico para gobernarlos a todos

Los refriados suelen ser víricos. Los antibióticos son completamente inservibles cuando tenemos una enfermedad producida por los virus. Los antibióticos deben ser recetado por el médico. No te automediques
Ya no existe un antibiótico que ataque a todas las bacterias

Hace años, cuando se descubrió la penicilina, este antibiótico betalactámico mataba a casi todas las bacterias. Poco a poco empezaron a aparecer bacterias resistentes a la penicilina. Hoy en día se utiliza para Streptococci, Sífilis... y poco más. Es necesario mucho trabajo en los laboratorios para conocer cual es el antibiótico que funciona para según que bacteria. Un médico cuando receta un antibiótico se basa en el trabajo que hacen los microbiólogos clínicos en los laboratorios. Por ese motivo hay que ir al médico y seguir sus instrucciones al pie de la letra. Si el médico dice que hay que tomar el antibiótico durante 8 días hay que tomarlo durante ese tiempo. No se puede interrumpir el tratamiento a los 3 días porque ya nos sentimos bien. Tampoco podemos automedicarnos, porque como veis en esta tabla hay que saber qué antibiótico tomar según la bacteria que tengamos.

 Los antibióticos en negrilla también son activos frente a Enterococcus faecalis. Para hacer la tabla más sencilla no se añadieron las bacterias patógenas atípicas. Los organismos productores de betalactamasas de espectro extendido son no susceptibles a la mayoría de antibióticos que tienen un anillo betalactámico; en este caso los carbapenémicos son los antibióticos de elección.
Las bacterias ESCAPPM son: Enterobacter spp., Serratia spp., Citrobacter freundii, Aeromonas spp., Proteus spp., Providencia spp. y Morganella morganii. Fuente.

domingo, 5 de marzo de 2017

El médico aborigen Pedro Leiva y la Quina

Esta entrada ha servido como trabajo previo para la elaboración de la entrada en Wikipedia sobre Pedro Leiva
Es difícil hacer una reseña sobre Pedro Leiva porque, aunque su nombre, su historia y su autoría aparecen en varios textos, ninguno de ellos fue escrito por él mismo. Se conoce su historia a través del jesuita Padre Juan López. Según el historiador Pío Jaramillo, en 1630, Pedro Leiva, cacique indígena de Malacatos, Loja, Ecuador, inició el tratamiento de las fiebres tercianas, también conocidas como paludismo (1), a los españoles, administrando a los enfermos una corteza en polvo que en lengua kichwa se conoce como "cara-chuccho" o corteza de los fríos que se obtenía del árbol para los fríos o también llamado "yara-chuccho". Este árbol será denominado más tarde árbol de la quina y su corteza cascarilla (2). En el libro de Pío Jaramillo se recoge que: "Tiempo después cayó gravemente enfermo con fiebre intermitente Don Juan López de Cañizares, Corregidor de Loja", y ante la ineficacia de los tratamientos de los médicos de entonces se recurrió a Pedro Leiva quien le administró los amargos polvos preparados a partir de una planta que solo él conocía, sanando el paciente en poco tiempo (1). En 1638 la esposa del Virrey del Perú, la Condesa doña Francisca Henríquez de Ribera. El padre jesuita Juan López le pidió a Pedro Leiva la corteza para curar a la Condesa: "Pedro Leiva dió al jesuita Juan López una cantidad de quina" (3) y éste a su vez al corregidor López de Cañizares, quien se apresuró a enviar a Lima la corteza de la quina. La Condesa tratada con los polvos se recobró y a partir de ese momento la quina se convirtió en el único remedio efectivo contra el paludismo, doscientos cincuenta años antes de que el microbiólogo Laverán descubra el parásito que causa la enfermedad (4).


1     Jaramillo, P. Historia de Loja y su provincia. Quito: Ed. Casa de la Cultura Ecuatoriana; 1955, pp. 188-199.

2     Naranjo, P. "Precursores de la medicina latinoamericana: Pedro Leiva". En: Vademecum, Quito: Life; 1978, pp. 111-113

3      Arcos, G. Evolución de la medicina en el Ecuador. 3a ed Quito: Ed. Casa de la Cultura Ecuatoriana; 1979, pp. 64-65. (Col. Estudios Científicos Ecuatorianos, No 2).

4     Fierro Benítez, R., Hermida Bustos, C., Granda, E., Jarrín Valdivieso, H., López Paredes, R. El Cóndor, la Serpiente y el Colibrì, la OPS/OMS y la salúd pública en el Ecuador del siglo XX. Capítulo 3 "El médico aborigen Pedro Leiva y la Quina" Autor Jorge Revelo Rosero, paginas 40-42. Eds Quito, 2002. Representación OPS/OMS-Ecuador.

miércoles, 1 de marzo de 2017

¿Hablas en virus?

 Los fagos pueden entender las señales químicas dejadas por sus antecesores para así decidir si matar o sólo infectar a sus víctimas
Fuente: Nature, Animated Healthcare Ltd./SPL
El descubrimiento en fagos que atacan a bacterias del género Bacillus, es un hito en la ciencia porque es la primera vez que se descubre un sistema de comunicación entre virus. Ahora se espera que sistemas similares se encuentren en otros virus, quizás con distintos lenguajes, quizás en virus responsables de enfermedades humanas. Si esto es así se podría utilizar ese conocimiento para desmantelar los ataques víricos a las células humanas. Y como todas las grandes historias ocurrió por casualidad. El equipo de Rotem Sorek, microbiólogo del Weizmann Institute of Science en Rehovot, Israel, publicó su descubrimiento en la revista Nature el 18 de enero de este año. El equipo de Sorek buscaba pruebas de como las bacterias Bacillus podía alertarse entre si de que estaban siendo infectadas por fagos. Ellos ya sabían que las bacterias pueden “hablar” químicamente entre si secretando varios compuestos químicos. Este fenómeno se llama “quorum sensing” que traducido al español sería como “percepción de quorum”, pero este nombre dice poco. Quorum sensing sería una pregunta tipo “¿Cuántos somos?” De esta manera las bacterias pueden tener una percepción de si son muchas o pocas para según que comportamientos sociales, como por ejemplo decidir si deben o no dividirse o cuando empezar una infección. Buscando ver cómo las bacterias se comunicaban entre si, se encontraron, con sorpresa, que los virus que invadían a las bacterias Bacillus, un tipo de fago llamado phi3T, producía un producto químico que influenciaba el comportamiento de otros virus phi3T.

Hasta ahora se sabía que los virus podían infectar de dos formas diferentes

Algunos fagos se pueden comportar, cuando infectan a una bacteria, de dos maneras distintas. Por un lado pueden infectar a la célula, empezar a dividirse y cuando la pobre bacteria esté ya en las últimas reventarla desde dentro y salir todos a buscar nuevas bacterias que infectar. La otra manera de comportarse es menos violenta y más sibilina. Cuando el fago introduce su ADN dentro de la bacteria, el ADN del fago en vez de empezar a copiarse a si mismo lo que hace es insertarse dentro del ADN de las bacterias. Esto lo hacen muchos virus, incluso virus que infectan a los humanos como el herpes simple, el que produce calenturones en los labios. El herpes simple también introduce su ADN en el ADN de nuestras neuronas. Cuando estamos estresados el virus salta del ADN de las neuronas se reproduce y se traslada a los labios, produciendo el calenturon, para así, por medio de comida compartida, o por medio de besos, trasladarse a otro hospedador, a otra persona, que esté menos estresada. El fago hace exactamente lo mismo, se introduce en la célula y su ADN se mete enmedio del ADN de la bacteria hasta que siente que la bacteria está en peligro. En ese momento sale del ADN de la bacteria y se pone a dividirse hasta que deja exhausta a la bacteria. En ese momento la revienta por dentro y salen cientos de copias a buscar nuevas bacterias en las que vivir.
Los dos comportamientos infecciosos de los bacteriófagos (fagos): ciclo lítico (pasos 1; 2; 3a y 4a) y ciclo lisogénico (pasos 2; 3b, 4b y 5).  En el paso 1 el fago se ancla a la pared de la célula bacteriana e inyecta su ADN en el interior de la bacteria. En el paso 2 el ADN del fago decide si entra en el ciclo lítico (el que revienta la célula bacteriana) o lisogénico. Es aquí donde la proteína arbitrium ejerce su actividad. Si no hay proteína arbitrium entonces el ADN del fago comienza a copiarse a si mismo y a producir proteínas necesarias para armar nuevos fagos. En el paso 3a la bacteria es reventada desde dentro por enzimas producidas por el fago y así, en el paso 4a, se liberan para poder infectar nuevas células. Los pasos 3b y 4b, son los pasos del ciclo lisogénico. En 3b vemos como el ADN del fago, en rojo, se introduce en el genoma de la bacteria. Se convierte en un fago durmiente, lo mismo que las células terroristas durmientes. A estos fagos se les llama profagos y se reproducen cada vez que el ADN de la bacteria se reproduce. Bajo ciertas condiciones de estrés, el ADN del profago se separa del ADN de la bacteria e inicia el ciclo lítico. (Copyright of E.V. Orlova) 
Los virus se preocupan por los virus que vienen detrás de ellos

El equipo primero añadió fagos phi3T a un frasco que contenía bacterias Bacillus subtilis, una bacteria que se utiliza mucho en los laboratorios, casi tan famosa como la Escherichia coli. El fago mataba a todas las bacterias. Ahora lo que hicieron fue filtrar el medio de cultivo eliminando bacterias y fagos, dejando sólo el medio de cultivo. Este medio lo utilizaron para crecer nuevas Bacillus subtilis. Cuando ya había una cantidad considerable de estas bacterias añadieron nuevos fagos phi3T. La sorpresa fue que los fagos en vez de infectar y matar a las bacterias lo que hicieron fue, infectarlas e introducir su ADN en el ADN de las bacterias. Conclusión: los virus que habían matado por primera vez a las bacterias habían dejado algo químico en el medio que cuando se usó por segunda vez les dijo a los nuevos fagos: mejor no matéis a las bacterias e introducir vuestro ADN en el suyo. El equipo de investigación, que no conocía aún este producto químico por lo que lo llamaron “arbitrium”, decisión en latín, y se pusieron a buscarlo.
El experimento realizado es elegante por lo sencillo. Paso 1: ponemos a crecer a Bacillus subtilis en un medio de cultivo fresco. 2: Cuando la bacteria está crecida en un número alto añadimos el fago phi3T que infecta a la bacteria. 3: el fago lisa (destruye) a casi todas las bacterias por lo que el medio de cultivo ahora se ve otra vez transparente. Los investigadores filtran para eliminar todas las bacterias y virus de ese medio usado que utilizan para volver a crecer Bacillus subtilis de nuevo (paso 4). Vuelve a añadir el fago phi3T, esperando ver como vuelve a destruir a las bacterias pero... ¡SORPRESA! paso 6, los fagos no lisan a las bacterias, se introducen dentro de ellas y se quedan temporalmente inactivos.
Después de dos años y medio de búsqueda, Sorek y el estudiante graduado Zohar Erez descubrieron que arbitrium era una proteína pequeña producida por el fago. Esta proteína se producía poco a poco después de la muerte de la bacteria. Cuando los niveles de arbitrium eran elevados porque había muchas bacterias muertas, los fagos paraban de matar las pocas bacterias que quedaban y su estrategia cambiaba, en vez de matarlas lo que hacía eran introducir su ADN en el ADN de las bacterias restantes para permanecer dentro de ellas como “virus durmientes”. Sorek, Erez y sus colegas identificaron otras dos proteínas producidas por phi3T que medían los niveles de arbitrium y de esa manera cambiaban la manera en la que el virus decidía que tipo de infección realizar. La lógica de este sistema de comunicación es el siguiente: cuando el fago se está quedando sin hospedador, lo que hace es limitar su capacidad de destrucción e introducirse en el ADN de la bacteria para permanecer quieto y callado hasta que la bacteria vuelva a crecer en grandes números.

 Cada familia de virus tiene su propio idioma

El equipo de Sorek ha visto que existe más de 100 sistemas basados en arbitrium en los genomas de otros virus de Bacillus. Esto quiere decir que los virus tienen distintos idiomas y que ellos sólo escuchan el idioma que les interesa.
Para los virus humanos se abre también una nueva línea de investigación. Por ejemplo, el HIV y los herpes también pueden causar los dos tipos de infecciones: la infección activa y la latente. Si se encuentra una molécula que haga que los virus se vuelvan latentes podría ser un buen medicamento.
"La vera ricchezza de un bacteriofago sono i fligli!"
Comunicarse entre ellos los vuelve todavía más poderosos

Si a un individuo le permitimos disfrutar de las ventajas de estar en un grupo entonces gana en poder Tengo en mente la frase de la mafia que dice "Si me pegas a mi, nosotros te pegamos". Este simple algoritmo hace que un individuo cualquiera, al estar dentro de un grupo se vuelva más poderoso que un individuo cualquiera.
De manera más cañí, en España algunas obras están vigiladas por gitanos. ¿Qué ventaja tiene que tu obra la vigilen gitanos? que si le pegas a uno le pegas a todos.
Dadas las similitudes que tienen los virus biológicos con los virus informáticos no dudo que en breve tendremos virus informáticos con comportamientos de grupo.

Pueden elegir, con conciencia, entre ser competitivos o ser agresivos

Tengo que reconocer mi ignorancia. Pensaba, y creo que equivocadamente, que la transmisión era lo más importante para un virus. Mi idea mental de un virus era el de una entidad biológica cuyo único fin era saltar de un hospedador a otro. Este modelo, en el que los fagos dejan un rastro químico que condiciona la estrategia del virus, amplía mi visión de los mismos. Un zasca en toda la boca.

Si hay muchos hospedadores (muchas bacterias a las que depredar) el virus tiene una estrategia competitiva, una estrategia que hace que la selección natural vaya seleccionando a aquellos virus que hagan más copias de si mismo en el menor tiempo. Sin embargo, cuando hay pocos hospedadores, la proteína arbitrium cambia la estrategia a cooperativa: el fago se integra en el ADN de la bacteria y forma parte de la misma. Sabemos que el ADN de los fagos es portador de genes de toxina antitoxina. Esto permite que las bacterias no puedan vivir sin esos genes del fago, y también, y esto es pura cooperación y simbiosis, este tipo de genes toxina antitoxina evita que otros virus entren en la bacteria. Esta ventaja es tan interesante que mucho de estos genes de fagos han acabado por ser parte de los cromosomas de las bacterias como por ejemplo el sistema mazEF, o el chpBIK, relBE etc.

Todo indica que debemos de cambiar nuestra manera de pensar y admitir que los virus son seres vivos. Tienen un comportamiento sofisticado y han evolucionado a partir de un mismo ancestro común al igual que las células de animales y plantas