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.

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