En el principio fue el verbo

Semana 7 ribozimas, virus, células

Cuando nos formulamos la pregunta ¿De dónde venimos? y empezamos a intentar responderla, nos damos cuenta de que tenemos que volver primero la vista a la filosofía o a la religión. Y allí, te encuentras con dos posturas enfrentadas, la de Platón enfrentada a la de Aristóteles, San Agustín enfrentado a Pelagio. Proviene la vida de un diseño inteligente o es producto de un azar que se selecciona en función de la capacidad de los seres vivos de hacer más copias de si mismo que sus vecinos. Escoger una de estas dos posturas es importante. Los filósofos y los santos intuían que para elevar la dignidad humana era importante conocer qué es lo que nos hace, a los humanos, diferentes de los demás animales. Nuestra conciencia requiere saberlo. Es difícil tener dignidad y amor propio cuando el relato de ti mismo es mecanicista, frío y azaroso. Como hijos también queremos creer que fuimos fruto del amor, deseados y que existe épica en nuestro nacimiento. ¿Y qué pasa si no es así? ¿Somos menos personas? ¿Tenemos menos dignidad y menos amor propio?

El relato científico sobre nosotros mismos es un camino en el que poco a poco vamos perdiendo centralidad, preponderancia y consciencia. Del hombre medieval, consciente de ser el centro de la creación, hemos pasado gracias a Copérnico, Darwin y Freud, a habitar en un planeta insignificante en el extrarradio de nuestra galaxia, a ser fruto del azar y de la competición feroz entre semejantes, a darnos cuenta de que lo que pensamos no es ni mucho menos lo que nos identifica. El relato científico sobre el ser humano hace difícil el que tengamos dignidad y amor propio, quizás por que en nuestra cultura las actividades humildes, sencillas, consistentes, impecables, sin pretensiones carecen del valor y grandeza que les atribuyen los orientales. Un famoso dicho zen, basado en las enseñanzas del maestro Pang, dice: "Antes de la iluminación, cortar leña y acarrear agua. Después de la iluminación, cortar leña y acarrear agua". Andrej Tarkovsky, en su película "Sacrificio", traslada esta sensibilidad oriental a nuestra cultura cristiana cuando el padre le enseña al hijo a "Plantar un árbol muerto y regarlo hasta que dé flores". Reflexionar de dónde venimos tiene como único fin observar ese árbol muerto y querer hacerlo florecer simplemente porque nuestro padre nos ha dicho que si lo plantamos, lo regamos todos los días... llegará a dar flores.

Ni demasiado lejos ni demasiado cerca del Sol y con protección anti radiación cósmica

Volvamos a nuestra historia. La vida aparece en un planeta cualquiera de una de los muchos sistemas solares de nuestra galaxia. Pero... no es un planeta cualquiera, es nuestro planeta ¿Qué lo hace único? bien, no está ni muy lejos ni muy cerca del Sol. Además, tiene un campo magnético que protege a la Tierra de la radiación cósmica. Esto es debido a que la Tierra tiene un núcleo de hierro y níquel en su interior capaz de rotar y crear este campo magnético terrestre que es el escudo que nos protege de la radiación solar. La rotación del núcleo de hierro y níquel provoca una fricción que mantiene el mar de magma, residual del periodo de cuando se formó el planeta, permite que la corteza terrestre flote. Los continentes derivan con el paso de las eras geológicas desde una Pangea ancestral al estado actual, recordándonos que incluso la geología evoluciona.

Los ladrillos de la vida aparecen espontáneamente en la Tierra

Hace 4600 millones de años se forma la Tierra. En un primer momento era una esfera incandescente que se fue enfriando lentamente. Cuando la temperatura fue tolerable para la vida, ésta apareció por azar. Lo hermoso es que apareció una única vez, y de esa molécula "viva" descendemos todos los seres vivos del planeta. Pero, vayamos por partes, como dijo Jack el Destripador. Los primeros estudios que se realizaron para determinar la hipótesis de que la vida se había originado por azar fueron llevados a cabo por Oparín. Según la teoría de la síntesis abiótica de Oparin-Haldane, la vida surgió poco a poco a partir de moléculas inorgánicas: primero, se formaron “unidades estructurales” como aminoácidos y luego se combinaron para dar paso a polímeros complejos. Con el experimento de Stanley Miller y Urey, realizado en 1953, se demostró por primera vez que las moléculas orgánicas necesarias para la vida podían formarse a partir de componentes inorgánicos. ¡Vamos a ver este experimento en detalle!: la propuesta era que si mezclábamos gases que se pensaba que estaban presentes en la atmósfera primitiva como son el metano (CH₄), amoníaco (NH₄), hidrógeno (H₂) y vapor de agua (H₂0) estos al reaccionar entre si podrían producir compuestos orgánicos. Se suponía que en aquel entonces la atmósfera terrestre carecía de oxígeno libre. Para ello, utilizó un dispositivo cerrado de vidrio con matraces y tubos, donde no pudiera entrar el oxígeno y esterilizó todo el material para eliminar toda forma de vida. En un matraz vertió una pequeña cantidad de agua, representando el océano primitivo. Otro matraz lo llenó con los gases metano, hidrógeno y amoniaco, para hacer las veces de la atmósfera primitiva. Por debajo un condensador permitiría enfriar y licuar las sustancias que se formaran en la atmósfera por las descargas eléctricas producidas por dos electrodos, que simularían los efectos de los rayos atmosféricos. Al cabo de una semana analizó el agua que tenía color marrón y encontró que se habían producido una serie de compuestos químicos que no estaban presentes originalmente, entre ellos, cuatro aminoácidos. 

Como siempre ocurre en la ciencia, estos experimentos se repitieron, se le cambiaron condiciones, se comprobó que efectivamente a partir de compuestos inorgánicos se podían generar moléculas orgánicas, esto es, que participan en procesos biológicos. Pero hay algo más, muchas de esas moléculas orgánicas que se generan al azar: azúcares, pequeños lípidos, aminoácidos y ácidos nucleicos, aparte de ser los ladrillos con los que se van a construir todos los seres vivos, son moléculas similares a las piezas de Lego, esto es, que se pueden machihembrar, que pueden unirse para formar polímeros.

Los "ladrillos" se pueden unir y formar un código

Estas moléculas, como por ejemplo los ácidos nucleicos, se pueden unir para formar polímeros. Al unirse lo van a hacer como piezas de Lego, de manera que habrá dos extremos ¿Esto es importante? sí, porque esto va a hacer que importe el orden en el que van las piezas. No es lo mismo 1926 que 1962 o que 9216.

Fig. 1. Una torre de piezas de Lego es como una cadena de ARN, tiene un principio, que en el caso del ARN le llamamos 5´y un final, 3´

PROBLEMA 1:  Imaginemos que en la sopa biológica de moléculas orgánicas surgidas al azar tenemos 4 nucleótidos: adenina, citosina, guanina y uracilo. Si estos nucleótidos se ensamblan y forman una cadena de 10 nucleótidos ¿Cuántas moléculas distintas podrían formar?

Solución: en la posición 1 podría haber cuatro posibilidades, en la posición 2 podrían haber 4 posibilidades, en la posición 3 podría haber 4 posibilidades... así hasta 10. Es decir, 4x4x4x4x4x4x4x4x4x4, o lo que es lo mismo 410 = 1.048.576

Una cantidad enorme ¿verdad? 

En un principio fue el verbo: los ribozimas

Los ácidos nucleicos se pueden enlazar formando cadenas. Esas cadenas son distintas entre si. Cada una de ellas tiene una secuencia diferente. Por ejemplo:

5´AUUGCAUUCC 3´

5´ AUUGCAUUCU 3´

5´AUUGCAUUUU 3´

5´AUUGCAUCCC 3´

Y así sucesivamente. Hasta ahí bien, pero además de tener un soporte de información como lo son las cadenas de ácidos nucleicos necesitamos que esa molécula sea capaz de hacer cosas. Cuando una molécula "hace cosas" la llamamos enzima. Una enzima es capaz de unirse a una molécula y transformarla. 

Existen moléculas de ARN capaces de actividad enzimática, los ribozimas. Moléculas de ARN con capacidad enzimática que con el paso del tiempo son incluso capaces de hacer copias de si mismas. Si existe replicación y descendencia y por mutación esta descendencia produce copias no exactamente iguales... ya tenemos las bases para que opere la selección natural. La selección natural no es otra cosa que la presión del ambiente que hace que algunas cadenas de ARN hagan más copias de si mismas que otras. 

Una de las presiones que tienen las moléculas autorreplicantes, esto es, que hacen copias de si mismas, es el espacio. El famoso "No hay cama pa´ tanta gente" que decía Celia Cruz. Si todos pudiésemos hacer copias de nosotros mismos en un espacio infinito, el espacio no sería un limitante. Al ser el espacio finito hay competición por el mismo. Y aquí nos viene a la cabeza la canción de Héctor Lavoe: "Quítate tu pa ponerme yo". 

Modeló al hombre a partir de arcilla 

Dice el Génesis: "Entonces Dios, el Señor, modeló al hombre de arcilla del suelo, sopló en su nariz aliento de vida y el hombre se convirtió en un ser viviente". En ese mundo que recién comenzaba, hace 4500 millones de años, esas moléculas replicantes necesitaban tener un espacio propio en el que hacer valer su valía. Hay una teoría que dice que a falta de células los primeros compartimentos que permitieron individualizarse a ese ARN autorreplicante eran los espacios que existen entre las láminas húmedas de los filosilicatos cuando se encuentran en el agua. Los filosilicatos son el mineral de muchas arcillas por lo que decir que la vida se origina en el barro no es algo descabellado. Los filosilicatos son láminas como si de un milhojas se tratase que pueden contener agua y ácidos nucleicos entre esas láminas. Esas estructuras podrían ser las primeras células. 

Fig. 2. Idealización de moléculas de ARN autorreplicantes, designadas como A y B. Los filosilicatos de las arcillas tienen entre capa y capa espacio para es estas moléculas se desarrollen y proliferen cuando el barro está hidratado. Serían las primeras protocélulas de la historia de la vida.

Lo que ocurriese dentro de esas células podría ser seleccionado y hacer que el contenido de una de esas células fuese desplazando el contenido de células vecinas. En ese escenario la selección natural podría funcionar. Más adelante las moléculas autorreplicantes aprendieron a producir lípidos (grasas) y esos lípidos fueron los precursores de las membranas celulares. Cuando moléculas autorreplicantes en el interior de membranas de lípidos fueron capaces de conseguir que todo el sistema se volviese una unidad autorreplicante, es decir, que todo ese sistema se dividiese para dar lugar a dos entidades es el momento en que aparece la vida celular tal y como la conocemos.

Las moléculas autorreplicantes necesitaron un compartimento para que lo que era de interés fuese algo individual que se pudiese seleccionar. La necesidad de un territorio parece un requisito para la vida. Lo mío en contraposición al todo indeterminado, "Quítate tu pa ponerme yo". Es la diferencia lo que estimula la competencia. 

Las moléculas autorreplicantes comenten errores cuando se copian. Son las mutaciones. A partir de una secuencia original, en la descendencia puede haber secuencias con más habilidad para dejar descendencia en determinado ambiente. De esa manera, a partir de una molécula original van apareciendo nuevas moléculas.

Fig. 3. Evolución de la palabra dos, desde el idioma indoeuropeo "dwoh" hasta todas las formas actuales en los distintos idiomas que proceden del indoeuropeo. Nuestro idioma está formado por una estructura fonética lineal, que tiene su translación a la escritura. A medida que un idioma, pongamos por ejemplo un idioma ancestral del que derivan casi todos los idiomas europeos, estoy hablando del protoindoeuropeo, va expandiéndose y colonizando nuevos territorios, en estos nuevos territorios, con nuevas condiciones, de manera natural, algunas formas de pronunciar las antiguas palabras van teniendo más éxito y acaban por pronunciarse (y por lo tanto, escribirse) de manera diferente. 

Esas nuevas moléculas que aparecen por mutación hace que la población de moléculas sea variada. Sobre esta variación es donde ejerce su poder de selección el ambiente. Lo que se conoce como selección natural. Aquellas que estén mejor preparadas para un ambiente determinado van a dejar más descendencia y con el tiempo se convertirán en nuevas especies. Vamos a ver si lo entendemos con un problema

PROBLEMA 2: Tengo dos ribozimas: A y B como los de la Fig. 2. El ribozima A tiene una secuencia con 10.000 nucleótidos que se autoreplica en dos secuencias y ello le toma 40 minutos. El ribozima B tiene 5000 nucleótidos. ¿Cuánto tiempo tarda B en dividirse?. ii) ¿Cuántas ribozimas dejará de descendencia A y cuántas la ribozima B tras 4 horas de crecimiento? Solución: i) 20 minutos ii) A 64 ribozimas tipo A y 4096 ribozimas tipo B

Por tanto, para que exista vida, la molécula tiene que tener varias propiedades: capacidad de retener información en una secuencia, esa secuencia debe de ser modular para que refleje en su estructura cambios (mutaciones), la molécula debe de ser autorreplicante, es decir, generar copias de si misma. 

Fig. 4. Estructura ARN con sus 4 nucleótidos constituyentes

PROBLEMA 3: El ARN se lee desde el extremo 5´al extremo 3´. ¿Podrías leer la secuencia del ARN de la figura 4? Muéstrala de la siguiente manera, por ejemplo: 5´UCCGA...3´

Solución: 5´ CACUUGAAUUUCACUAGAGGG  3´

Ribozimas: cuando el ARN se pliega, la información se convierte en máquina tridimensional

Cuando hablamos de azar y selección de formas diferentes como el inicio de la vida, este discurso nos puede parecer poco, pobre, deslucido. ¿Procedemos de un simple polímero que se copiaba a si mismo?. Si, lo reconozco. Parece poco. Esto es así porque somos buenos entendiendo la historia de una manera lineal. ¿Qué es una secuencia de ARN sino una secuencia lineal de nucleótidos? La historia, nuestra historia, la entendemos como algo lineal también. Es la manera en la que estamos acostumbrados a entender el tiempo. Las últimas investigaciones sobre cosmología nos hablan de que el tiempo se puede curvar, y de que podemos saltar de un momento a otro que, en nuestra percepción lineal está más atrás. Es un poco loco. La locura estriba en que estamos acostumbrados a pensar linealmente. Lo increíble con el ARN es que se puede plegar, y al plegarse la información pasa de un plano lineal a dos dimensiones. El mundo ya no es un discurso de información lineal. Ahora, las dos dimensiones nos expanden el discurso hacia unos significados para los que no estamos preparados: las secuencias complementarias que se pueden unir para formar dobles cadenas, las secuencias palindrómicas que pueden formar bucles. Es cuando la información juega consigo misma a recrearse en una imagen en espejo.

La palabra doppelganger es una palabra alemana compuesta de  'doppel' literalmente doble, y 'gänger', andante. El concepto de doppelganger fue creado por el escritor Jean Paul en 1796 para referirse directamente a 'el que camina al lado', es decir, todos los vivos tendríamos un reverso, un gemelo opuesto. Si somos buenos el gemelo será malo...

Un palíndromo (del griego πάλιν δρóμος, palin dromos, "volver a ir atrás" o también "correr hacia atrás"). Podrían considerarse como un tipo especial de secuencias que se pueden leer en ambos sentidos. Lo propio y característico de un palíndromo es que la secuencia es idéntica en una y otra cadena; ambas, al ser leídas en la misma dirección (de 5’ a 3’ en la secuencia que se lee de izquierda a derecha y de  5´ a 3´ en su secuencia complementaria, que se lee de derecha a izquierda). 

Fig. 5. Palíndromo de ADN: 5´ATGCGCAT 3´ y la hebra de abajo si se lee de 5´a 3´también se lee 5´ATGCGCAT 3´. Un palíndromo en castellano sería: "Anita, la gorda lagartona, no traga la droga latina"

Pero... definir así un palíndromo en genética es ignorar la evolución. Para hablar de palíndromos tenemos que pensar que la primera molécula de la vida es el ARN, que es el ARN la molécula que soporta el código genético. El ADN es solo la copia del ARN en un formato de doble cadena. Por tanto, primero hablaré de los palíndromos en la cadena simple del ARN. Si la secuencia lineal del ARN es información en un única dimensión, la dimensión lineal, cuando esta información se pliega genera dos dimensiones. Posteriormente estos bucles se pueden plegar en el espacio de tres dimensiones. Cuando la información se copia y se van adquiriendo nuevas mutaciones, digamos, el tiempo se refleja en esa unidad de información que es el ARN. En ese momento tenemos la cuarta dimensión.

Fig. 6. Para que exista un palíndromo primero tiene que haber la posibilidad de que la molécula se encuentre con su complementario para formar una doble hebra. La existencia de una secuencia complementaria es un dopperganger genético

Fig. 7. Si además, de la complementariedad existe un eje de simetría, en la imagen la línea azul de puntos, entonces podemos tener una imagen especular, una imagen en espejo.

La etimología de la palabra especular deriva de la raíz indoeuropea speck. Esta raíz está asociada a la visión: inspector, respe(c)to, aspecto, escéptico… La palabra especular proviene del latín “speculari” que quiere decir “mirar desde una atalaya”, por lo tanto, la palabra representa mirar a fondo algo, ver los secretos que pueda tener. Otros autores, creen que especular viene del latín “specularis” y se relaciona a un espejo. Sobre la raíz de “specio” (mirar), el latín formó dos vocablos diferentes con el sufijo –culum o con –cula. Uno es “speculum” que significa medio de contemplación y observación, espejo, el otro, femenino “specula” que significa observatorio, atalaya.

Por lo tanto, en una secuencia de ARN, por ejemplo 5´GACUCAGAGAAUCACAG 3´están inscritas dos propiedades, por un lado, como si de un dopplerganger se tratase, su complementario, por otro, la existencia de una simetría especular.

Los palíndromos se dan en polinucleótidos de una sola cadena como en el ARN (y también en el ADN como se verá más adelante) y, en estos casos, son de gran trascendencia para la estructura global de la molécula. Por ejemplo, en los ARNt.

Fig. 8. La secuencia palindrómica se encuentra en color rojo. El palíndromo puede, por hibridación entre sí mismo, formar un doble bucle de apareamiento.

Finalmente, estas estructuras en dos dimensiones se pliegan para formar una estructura en tres dimensiones. 

Video 1: RNA folding in action. Fuente NorthwesternU

Es en ese momento, cuando la estructura lineal alcanza a formar una estructura en tres dimensiones que podemos entender porque nosotros mismos nos movemos en un mundo en tres dimensiones. Mucho más familiar para nosotros mismos. Estamos a gusto con la dimensión unidimensional de las secuencias, con la dimensión tridimensional... nos movemos torpemente en las dos dimensiones y también en la cuarta dimensión que es el tiempo. La evolución no es otra cosa que el registro de aquellas mutaciones que han tenido un mayor éxito reproductivo. El tiempo va esculpiendo en esa unidimensión del relato en nucleótidos, una historia de éxito reproductivo. No está mal para un relato que empezó al azar en medio de una sopa biológica y en el interior de las capas de filosilicatos del barro.

El ARN plegado y tridimensional empezó a funcionar como una enzima. A las enzimas de ARN, que existen todavía hoy, les llamamos ribozimas. ¿Qué es lo que hace una enzima? básicamente acelerar una reacción química. Usemos una analogía. Si cuando eres pequeño intentas saltar en gimnasia dando una voltereta en un potro de gimnasia lo más normal es que te caigas, te lastimes. Si eres perseverante puedes llegar a hacerlo. Si cuentas con un buen monitor de gimnasia lo que haces es correr y saltar, el monitor te va a ayudar con un ligero movimiento que haga que tu cadera se impulse hacia arriba y de esa manera puede completar el movimiento y realizar el salto con éxito. Lo que hace el monitor, que es una analogía de una enzima, es unirse al movimiento del niño, cambiar la trayectoria y dejar que el niño aterrice. Es muy curioso cuando se ve a un monitor de gimnasia repetir una y otra vez lo mismo con toda una clase de niños. Eso es lo que hace una enzima, se une a un sustrato o a dos sustratos, los ayuda a que reaccionen químicamente y vuelve a su posición original para volver a repetir su acción. El truco de la enzima para acelerar la reacción química es que dispone correctamente a las sustratos de la reacción para que esta se produzca rápida y correctamente. Ordena espacialmente la reacción. ¿Cómo mejora la reacción? ¿Os acordáis del problema 2? si tenemos una molécula A que hace la reacción de copiarse a si misma en 40 min y la molécula B se copia a si misma en 20 minutos, el mundo será de las descendientes de la molécula B.

De esa manera, el azar representado en numerosas moléculas distintas, va ordenándose gracias a que solo las moléculas más competentes dejan más descendencia. La selección natural va eliminando poco a poco a aquellas incapaces de competir. Azar filtrado por selección natural es igual a evolución en el tiempo. La información lineal, el relato, va ganando una riqueza insospechada. 

El azar es un elemento importante en el origen de la vida. Y es importante porque es lo que permite que opere la selección. Por eso opera sobre mutaciones, sobre una descendencia diversa producto del sexo que no es otra cosa que una batidora de información genética. La selección opera sobre los individuos.

Lo impredecible es también la base del libre albedrío. El pensador judío cordobés Maimónides, razonó que el ser humano no puede ser predecible, que la justicia divina reside precisamente en la capacidad de elegir, y que esa elección recae exclusivamente en el individuo. 

De ahí a la conciencia y a la aparición de la fe. Phillip K. Dick en su novela "Sueñan los androides con ovejas eléctricas" que dio lugar a la película "Blade runner" narra como el androide Roy Batty perdona la vida a su perseguidor en el último momento, antes de morir, en un acto de piedad. Abre la mano en un espasmo del rigor mortis, un espasmo que libera una paloma, que previamente había atrapado, que vuela al cielo. Es una imagen de como el alma surge, incluso de un androide producto de la biotecnología. Ese alma que surge de un animal que tiene la fe de llegar a Dios.

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¿Código genético basado en ADN?

zoofarmacognocia

 

Esto Es Lo Que Hacen Los Chimpancés Cuando Sienten Dolor

El término "zoofarmacognosis" fue acuñado por el bioquímico Dr Eloy Rodriguez, un profesor de la Universidad de Cornell, y el antropólogo Richard Wrangham de Harvard. La zoofarmacognosis es una rama de la zoología. Es la ciencia que observa a los animales y cómo se auto-medican para mantener o recuperar la salud física o emocional.

La vaca es un anfibio

Anfibio significa: anfi, dos, bios vida. Dos estilos de vida

Podemos pensar que la vaca, como mamífero, es un animal aerobio. Tiene pulmones como nosotros, pero depende totalmente de las bacterias anaerobias para vivir, por lo que podemos decir que es un anfibio: se desenvuelve en un medio aerobio y en un anaerobio. Las vacas no comen hierba, la hierba la utilizan sus bacterias anaerobias, lo que la vaca utiliza es el ácido butírico que es un producto de deshecho de estas bacterias anaerobias

Pesadillas del agricultor. Fuente WATOP

El antibiograma como recurso para explicar la evolución

 El antibiograma es una técnica que nos permite conocer la sensibilidad de una bacteria a distintos antibióticos. Para ello utilizaremos la prueba de difusión en disco también conocida como método Kirby Bauer.

Fig. 1. Mediante el antibiograma determinamos la concentración mínima inhibitoria que es la mínima cantidad de antibiótico capaz de impedir el crecimiento de un microorganismo.

Fig. 2. Para ello hace falta establecer un control negativo (sin bacterias) y un control positivo (bacterias sin antibiótico).

Fig. 3. Para esta bacteria se han utilizado 6 discos de papel con distintos antibióticos. Las flechas A, B y C nos muestran colonias procedentes de mutantes de la cepa original que son capaces de crecer en concentraciones de antibiótico superiores al que tiene la cepa original

Fig. 4. En la placa A, una población clonal de una bacteria ha servido para sembrar toda la superficie de la placa, pero todavía no ha crecido. B la bacteria ha crecido por toda la placa excepto alrededor del disco de papel impregnado en 50 ug/ml de un antibiótico determinado. C el halo de inhibición muestra como el antibiótico difunde en un gradiente de mayor a menor y las bacterias no crecen hasta que la concentración baja a 20 ug/ml, a esta concentración esta bacteria es capaz de crecer. D a veces aparecen dentro del halo de inhibición bacterias que generan colonias mutantes que resisten concentraciones mayores de antibióticos. E si cogemos la bacteria mutante m1 y sembramos vemos que el halo de inhibición se hace más pequeño, es decir, que la bacterias procedentes de m1 resisten concentraciones más elevadas de antibiótico. Si aparece otra bacteria resistente, llamémosla m2. F si sembramos la placa con la bacteria m2 vemos como hemos seleccionado dos mutaciones que han hecho que la bacteria ahora sea resistente al antibiótico.

PREGUNTA 1: El mutante 1 de la Fig. 4 crece a una concentración de 30 ug/ml de ampicilina (Ap). a)¿A qué es debido? b) ¿30 ug/ml es la concentración mínimo inhibitoria para ese mutante?

Fig. 5. Tenemos una bacteria y la sembramos por estriado en la placa y le ponemos tres discos con tres tipos de antibióticos distintos. Vemos que esta bacteria tiene distintos halos de inhibición. B aparece una colonia mutante para el antibiótico fos (fosfomicina). Si sembramos la placa C con este mutante vemos que la bacteria seleccionada es sensible a Ctx y Cip pero es resistente a fos. Si aparece una colonia mutante en el halo de inhibición del antibiótico Cip y con esta colonia sembramos la placa D veremos que la bacteria mutante es resistente a fos y Cip. Si en D tenemos un mutante para el antibiótico Ctx y sembramos la placa E observamos que ahora esta bacteria es resistente a los tres antibióticos

PREGUNTA 2: En el siguiente diagrama tenemos en una bacteria sensible a los antibióticos fosfomicina, ciprofloxacina y ceftazidima. Si esa bacteria que crece en A la volvemos a crecer en B y observamos un mutante (marcado con una flecha) y ese mutante lo crecemos en C, aparece otro mutante (flecha). Si utilizamos ese mutante para crecerlo en D y ahí aparece otro mutante (flecha) y ese mutante lo utilizamos para crecerlo en E. Describe el porqué de la aparición de resistencia a los tres antibióticos.

PREGUNTA 3: Los antibióticos utilizados ¿A cuál de las tres grandes familias pertenecen?

¿Para qué vive un protozoo?

Entrada dedicada a Verónica Castro, autora de la pregunta

Hay preguntas tan buenas que suponen el 50% de la respuesta. ¿Para qué vive un protozoo? es una de ellas. La persona que la formuló lo hizo desde el desconocimiento de la biología, por eso es tan interesante. 

Protozoo agarrándose a la vida. Autor Esteban Fernández

Ver a un protozoo afanándose por vivir, agarrándose a la vida, desde una mirada sin prejuicio hace que te preguntes ¿Para qué vive? ¿Por qué se toma tantas molestias?. Hay en esta pregunta algo de humanocentrismo

El actor gallego Manuel Manquiña en el minuto 0.29 nos explica qué es el humanocentrismo. Fuente: Ilustres Ignorantes: La Prensa | #0

Y es precisamente ese humano centrismo lo que la hace interesante. Me explico. En este blog ya he explicado cómo los humanos somos protozoos venidos a más. Si nosotros somos capaces de definir para qué vive un protozoo y eliminamos esos motivos "protozoarios" de nuestras vidas podremos definir qué es lo que nos hace humanos.

Un ser vivo, desde un punto de vista biológico, no es más que un código que se replica. Al replicarse genera una descendencia numerosa. Esa descendencia no será toda igual. Algunos tendrán más éxito a la hora de reproducirse que otros. Con el tiempo dejarán más descendencia. Por lo tanto, aquellos códigos que optimicen su relación con el medio y ésto les permita dejar más descendencia, serán los que perduren en la línea de tiempo. El sexo es una actividad protozoaria, el amor no. El instinto de protección de los hijos es protozoario, biológico, el entenderlos como personas eso va más allá de los instintos.  

Gestación subrogada: ¿Parasitismo o simbiosis?

 

Este argumento se sostiene en el hecho de que las únicas células que tienen la posibilidad de perdurar en el tiempo son las células sexuales. Células, que son por cierto, unicelulares. La parte somática, es decir, no sexual, constituida por células clónicas del zigoto diploide, todas esas células están destinadas a formar un cadáver. Producimos gametos haploides (óvulos y espermatozoides) toda nuestra vida reproductiva adulta con la esperanza de que encuentren a su background genético, un espermatozoide para el óvulo o viceversa, y vuelta a empezar. El tiempo para las células sexuales es circular, para las células somáticas es lineal. Desde ese punto de vista, el humano es un portador de células sexuales hasta la siguiente generación. 

¿Podemos analizar la gestación subrogada desde un punto de vista biológico?

La gestación subrogada se suele contemplar desde dos puntos de vista: el ético y el liberal. 

Desde el punto de vista ético, la mayoría de las opiniones son contrarias a la gestación subrogada. Se considera un abuso contra la mujer porque los progenitores de intención se aprovechan de la condición de necesidad económica de las gestantes. Desde el punto de vista liberal, la mayoría son favorables: es un acuerdo libre y consensuado entre los futuros progenitores dispuestos a pagar por el alquiler de un vientre en el que se desarrolle su zigoto fecundado y la gestante.

Desde el punto de vista biológico caben dos opciones: el parasitismo y la simbiosis. Parasitismo porque hemos visto como uno de las características del parasitismo es el "quítate tu pa ponerme yo". No se compite, se accede al espacio, al territorio del otro para medrar y propagarse uno mismo. El otro, la simbiosis, hace hincapié en el hecho de que esa acción parasitaria tiene una contraprestación económica. ¿Qué es el dinero para esas gestantes? la posibilidad de poder vivir y poder mantener a sus hijos o a sus futuros hijos. 

Video de la cómica Victoria Martín sobre los vientres de alquiler

Si no hubiese dinero de por medio, la gestación subrogada podría ser de tipo altruista, como se da de hecho y está legislada en muchos países.

¿Los hijos? ¡Mis parásitos favoritos!

La estructura parasitaria es algo que todavía no tenemos en mente cuando nos enfrentamos a problemas biológicos. Una de las ideas que trato de inculcar en mis alumnos es que las células sexuales son las únicas células vivas de nuestro cuerpo porque son las únicas que se van a mantener en el tiempo. La parte somática de nuestro cuerpo, es decir, lo que somos nosotros, vivimos exclusivamente para mantener a nuestras células sexuales vivas hasta la siguiente generación. 

Las células sexuales, como protozoos parásitos que son, nos manipulan, hacen que con la pubertad se nos vuelva imperioso fijarnos en el otro sexo, que busquemos procrearnos. Como buenos zombis en manos de esos protozoos egoístas, ponemos todo de nuestra parte para que crezcan sanos, para que tengan la mejor formación. Procuramos, como buenos padres, lo mejor para nuestros hijos.

Todo ese esfuerzo por salir, gustar, ser atractivo, no es más que esa pulsión por buscarle a uno de tus protozoos sexuales el background genético que les permita crear un "carrier biológico" a tus células sexuales, lo que viene a ser sus hijos y tus nietos. Mientras están en esa tarea, los hijos son egoístas, todo les parece poco. Luego vendrá la toma de conciencia que llega cuando te conviertes a tu vez padre y comprendes todo lo que ellos han hecho por ti. Ser padre te vuelve más humano. La piedad filial surge cuando, de mayor, te das cuenta de que gran parte de tu vida has sido un parásito de tus padres. Es en ese momento que reparas en esas personas que te entendieron y te apoyaron, que te amaron más allá de la biología. 

Ligar, salir a buscar pareja, es el esfuerzo de ese protozoo por salir de un cuerpo que, genéticamente, sabe que tiene el tiempo contado. Para esa célula sexual, ese protozoo parásito, nada importa más que la transmisión. Por eso somos miles de millones. 

La explicación biológica es limitada y presenta problemas

Existen sesgos ideológicos en las teorías sobre la evolución del sexo. Esto es debido a que la sociobiología es una ciencia blanda. Las ciencias blandas pueden utilizar el método científico pero en algunos casos llegan a conclusiones teóricas únicamente a través de razonamientos, sin ser posible la experimentación. 

Y mejor que no haya experimentación. Al menos en humanos. Los médicos nazis llegaron a probar cuanto aguantaban los instintos maternales de enfermeras y matronas cuando les entregaban niños que, por medio de una intervención quirúrgica, no paraban de llorar. Con satisfacción sádica comprobaban que acababan matando a esos bebés. La explicación a este comportamiento es que el lloro del bebé activa nuestros centros de estrés para que calmar ese lloro se convierta en nuestra prioridad. Si no puedes calmarlo, el estrés que te produce es superior a tu sentido de protección de un bebé. 

Los mamíferos estamos programados instintivamente para proteger a los animales con cabeza y ojos grandes, por ese motivo se dan casos de leonas que amamantan temporalmente a los bebés de los animales que acaban de matar. Al final, cuando tienen hambre acaban matando también a esos bebés. 

El principal problema no de la ciencia sino del cientificismo es el reduccionismo. Llegar a creer que el ser humano es un protozoo. Explicarnos, desde ese cientificismo reduccionista como máquinas, como materia es empobrecernos. Hay una "explicación" biológica, y ojo, una explicación en el fondo no es ciencia. Esa "explicación" lo único que logra es minimizar la responsabilidad ética en nuestras acciones. Lo que nos hace humanos no es la biología. La biología es una base material, exclusivamente. Lo que nos define como humanos va mucho más allá.

Exponentes y logaritmos en microbiología

En diez años que van desde los 5 a los 15, estudiamos matemáticas una media de 5 horas a la semana. El curso suele tener 40 semanas. 5 x 40 x 10 = 2000 horas de aprendizaje. Mis alumnos de medicina saben a duras penas sumar, restar, multiplicar y dividir. ¿Reglas de tres? tengo grupos de alumnos que le han dedicado 25 minutos a resolver sin éxito una regla de tres. Digo 25 minutos por que de la desesperación he acabado yo resolviéndola. 

Los profesionales de la educación han llamado a esto: anumerismo.  Saber pocas matemáticas nos convierte en ciudadanos más manipulables. El desconocimiento de los números carece del reproche social que provocan otras ignorancias. Una buena parte de las confusiones provienen de nuestra dificultad para manejar cifras muy grandes. La dificultad para manejar el concepto de números exponenciales también es un obstáculo para entender cómo funcionan las vacunas.

Creo que los profesores de matemáticas cometen un error: avanzar, tratar de dar el temario sin darse cuenta que en la mayoría de los casos los alumnos no han llegado al mugido del conocimiento. ¿Se imaginan un curso en el que todo lo que se va a dar de matemáticas ese curso sea cálculo exponencial? solo exponentes y logaritmos. Si realmente aprendiesen de una vez por todas a manejar lo exponencial podríamos pasar a otras habilidades matemáticas. 

¿Para qué sirven LOS LOGARITMOS? ¿¡Por qué nos los explican en la escuela!?

Las bacterias crecen de manera exponencial, de una pasan a dos, de dos a cuatro, de cuatro a ocho y así sucesivamente.

Si una bacteria se divide 10 veces tendremos 2¹⁰ = 1024. Si nos dicen que tenemos 1024 bacterias y queremos saber cuantas veces se ha dividido a partir de una bacteria tendremos que utilizar el logaritmo en base 2:

Log 2 (1024) = 10

 ¿Cómo cambiar la base del logaritmo en la calculadora?

En la calculadora científica existen dos teclas para resolver logaritmos:
La tecla «log» que sirve para resolver logaritmos de base 10
La tecla «ln» que sirve para calcular los logaritmos neperianos (en base e)
Es decir, directamente con la calculadora, sólo se pueden resolver logaritmos en base 10 o logaritmos neperianos. No podemos cambiar la base del logaritmo en la calculadora.
Por eso, si necesitamos resolver un logaritmo de cualquier otra base, necesitamos aplicar la fórmula del cambio de base.
¿Y qué es la fórmula del cambio de base?
La fórmula del cambio de base nos permite calcular logaritmos de cualquier base con la calculadora. Es la siguiente:

Lo que viene a decir esta fórmula es que si tenemos el logaritmo en base «a» de un número N, podemos elegir otra base «b», que puedes ser la que queramos y dividir el logaritmo en esa base «b» del número entre el logaritmo en esa base del número «a» («a» es la base del logaritmo original).

Fórmula del cambio de base con logaritmos en base 10
Como podemos elegir la base «b» que queramos, vamos a jugar con eso a nuestro favor y vamos a elegir una base que nos convenga, como es la base 10, que es la que tenemos en la tecla «log» de la calculadora para resolver logaritmos.
Eligiendo la base 10, la fórmula del cambio de base queda mucho más simplificada:

Ahora, el logaritmo en base «a» de un número N es igual al logaritmo de N entre el logaritmo de «a» (ambos en base 10. Al estar en base 10, ya podemos resolverlos con la calculadora y la fórmula se convierte en una simple división.
Vamos a verlo con un ejemplo: Resolver el siguiente logaritmo:

Tenemos que resolver el logaritmo en base 7 de 100.
Aplicamos la fórmula del cambio de base y nos queda que ese logaritmo, «log N» es el logaritmo de 100 y «log a» es el logaritmo de 7, que es la base del logaritmo original.
Hallamos el valor de cada uno con la calculadora y realizamos la división, obteniendo el valor del logaritmo original:

¡Funciona!
Tienes que sólo tienes que dividir el logaritmo del número entre el logaritmo de la base del logaritmo original.
Existe una alternativa y es descargar Photomath en tu celular. Se escanea la fórmula y ¡Ya!

Fórmula del cambio de base con logaritmos neperianos

Como tenemos la tecla «ln», que también resuelve logaritmos, podemos utilizar la fórmula del cambio de base eligiendo la base e, es decir, los logaritmos neperianos, quedando de la siguiente forma:

El logaritmo en cualquier base de un número es el logaritmo neperiano del número entre el logaritmo neperiano de la base del logaritmo original.

Vamos a ver otro ejemplo resolviendo un logaritmo con la fórmula del cambio de base con logaritmos neperianos. Tenemos que resolver el logaritmo en base 5 de 123. El logaritmo en base 5 de 123 es igual al logaritmo neperiano de 123 entre el logaritmo neperiano de 5. Estos logaritmos neperianos ya los podemos resolver con la calculadora. Resultado 2.98.

Cromosomas circulares y lineales: lo eterno y lo finito

 Las procariotas como arqueobacterias y las eubacterias (Gram-positivas y Gram-negativas) tienen cromosomas circulares. Es una diferencia entre las procariotas y las eucariotas que tienen cromosomas lineales. 

Cromosoma circular bacteriano ordenado en dominios (bucles). Fotografía de microscopía electrónica. Fuente

Existía la creencia de que las bacterias tenían un solo cromosoma circular, aunque podían tener plásmidos, que vendrían a ser cromosomas circulares bastante más pequeños. Se decía que estos plásmidos no eran cromosomas porque eran prescindibles. Hoy sabemos que existen bacterias con muchos cromosomas. También hemos visto plásmidos que tienen genes esenciales para la bacteria. 

El genoma de Deinococcus radiodurans es inusual: está compuesto de dos cromosomas, de un megaplasmido y de un plasmido pequeño. Al tener múltiples copias de su genoma, D. radiodurans puede sobrevivir las altas dosis de la radiación al poder arreglar las roturas múltiples de la DNA inducidas por los altos niveles de radiación mediante copias intactas de su genoma. 

Agrobacterium tumefaciens son bacterias ubicuas, Gram-negativas, motiles, de tierra. Son capaces de transferir suj ADN a células de plantas. Su genoma circular es aproximadamente de 5.7 Megabases (Mb) y además de eso tiene un cromosoma linear y de dos plasmidos. Uno de los plasmidos, designado como el plasmid Ti, que induce la formación de tumor, es responsable de virulencia de Agrobacterium tumefaciens. ¿Un cromosoma lineal?

Sí, existen cromosomas lineales en bacterias

La mayoría de los cromosomas bacterianos muestran una geometría circular. Sin embargo, algunas especies de bacterias presentan cromosomas lineales: Inicialmente descubiertos en Borrelia burgdorferi, se han encontrado también en 14 especies adicionales del género Borrelia, cuatro especies del género Streptomyces, en Rhodococcus facians (revisado en Casjens, 1998; Cole y Saint-Girons, 1999), así como en tres especies del género Agrobacterium (Jumas-Bilak y col., 1998) y, probablemente, en algunas especies del género Azospirillum (Martin-Didonet y col., 2000).

La presencia de replicones lineales en tantos grupos filogenéticamente diversos sugiere que éstos se han generado varias veces de manera independiente. Sin embargo, esto no significa que estos grupos se hayan especializado solamente para la replicación de moléculas lineales. Por ejemplo, Borrelia burgdorferi, además de mantener un cromosoma y varios plásmidos lineales, también posee plásmidos circulares (Casjens y col., 2000). La coexistencia en la misma célula de replicones circulares y lineales se presenta también en Agrobacterium, Azospirillum y Streptomyces. Aún Escherichia coli, en donde el cromosoma y la virtual totalidad de sus plásmidos son circulares, puede mantener al profago N15, el cual es lineal (Rybchin y Svarchevsky, 1999).

Los cromosomas lineales y el tiempo finito

Uno de los problemas de los cromosomas lineales son cómo mantener intacta su longitud. Para eso se desarrollaron los telómeros y la telomerasa. Las células sexuales tienen telómeros y telomerasa que se encarga de que a pesar de sus continuas divisiones, el número de telómeros no disminuya. Las células somaticas carecen de telomerasa y el número de telómeros mide y regula el número de divisiones celulares. Los telómeros se acortan con cada división celular y el número de divisiones que la célula puede experimentar se correlaciona con la longitud de los telómeros. Este acortamiento pudiera eliminar genes indispensables para la vida o silenciar genes cercanos por el efecto de posición del telómero. Una longitud crítica pudiera ser la señal para la entrada en la senescencia celular.

El tiempo cíclico tiene, en esencia, la particularidad de no tener un principio y un final. El tiempo lineal, que es una creación de las sociedades agrícolas del neolítico, tiene la particularidad de "ir hacia delante" y nunca retornar.

Desde estas páginas, he intentado explicar varias veces que los humanos somos, desde un punto biológico, protozoos venidos a más. Este argumento se sostiene en el hecho de que las únicas células que tienen la posibilidad de perdurar en el tiempo son las células sexuales. Células, que son por cierto, unicelulares. La parte somática, es decir, no sexual, constituida por células clónicas del zigoto diploide, todas esas células están destinadas a formar un cadáver. Producimos gametos haploides (óvulos y espermatozoides) toda nuestra vida reproductiva adulta con la esperanza de que encuentren a su background genético, un espermatozoide para el óvulo o viceversa, y vuelta a empezar. El tiempo para las células sexuales es circular, para las células somáticas es lineal.

Mi hipótesis es que los cromosomas lineales aparecieron en las células eucariotas por que presentaban tres ventajas: 

1 Podían acumular más información genética

2 Podía haber múltiples cromosomas y al segregarse aumentar la variabilidad genética de las células sexuales

3 Los cromosomas lineales de las células somáticas que carezcan de telomerasa tienen un número finito de divisiones posibles. Es como un seguro de caducidad que protege al organismo de células cancerosas que por mutación empiecen a dividirse sin control