miércoles, 31 de agosto de 2011

J. C. Venter versus J. Verne: biodiversidad y diez mil leguas de viaje submarino.

J. Craig Venter, biólogo y hombre de negocios, fue el presidente fundador de Celera Genomics y se hizo famoso al desarrollar su propio Proyecto Genoma Humano al margen del consorcio público. Hace años creó el J. Craig Venter Institute, en el que, entre otros proyectos, está la Global Ocean Sampling Expedition.

Los microorganismos que conocemos sabemos que existen porque somos capaces de cultivarlos en el laboratorio y “verlos”. Sin embargo, estos microorganismos cultivables representan en realidad una pequeña fracción, una minoría, de los que realmente existen en la naturaleza. No tenemos ni idea de la inmensa mayoría de virus y bacterias que hay ahí fuera, sencillamente porque no sabemos cómo cultivarlos.

El objetivo de la Global Ocean Sampling Expedition es descubrir los secretos de los océanos, tomando muestras, y secuenciando y analizando el ADN de los microorganismos que viven en ellos.

  Ya ha habido dos expediciones científicas desde el 2003, que han dado la vuelta al mundo.

Ahora, investigadores del J. Craig Venter Institute han publicado en PLoS ONE un análisis metagenómico de las muestras obtenidas en esas expediciones oceánicas. Estos análisis consisten en la secuenciación de todos los genomas de todos los organismos presentes en la muestra y genera millones de datos que luego hay que saber analizar e interpretar!. Los análisis demuestran la existencia de nuevas secuencias de virus desconocidos y de otros organismos hasta ahora no caracterizados. Es un ejemplo de que cuando hablamos de biodiversidad, a lo que principalmente nos referimos es al mundo microbiano.

De momento se acepta que todos los seres vivos conocidos se incluyen en tres grandes grupos o dominios: Bacterias, Arqueas y Eucariotas. Aunque realmente estos investigadores lo que andaban buscando es la confirmación de que existe un cuarto dominio en el árbol de la vida, su contribución más importante es la metodología de análisis que han desarrollado, que sin duda servirá para seguir explorando ese inmenso universo microbiano todavía desconocido.

Stalking the fourth domain in metagenomic data: searching for, discovering, and interpreting novel, deep branches in marker gene phylogenetic trees. Wu D, et al. PLoS One. 2011 Mar 18;6(3):e18011.

martes, 23 de agosto de 2011

Contra el SIDA, dos mejor que uno: modifican una proteína y aumenta su actividad anti-VIH.


Ya se conocía la existencia de una pequeña proteína, denominada cyanovirina, capaz de neutralizar la entrada de algunos virus a las células. Esta proteína es producida por un microorganismo, las bacterias verde-azules o cianobacterias. Ahora, investigadores del California Institute of Technology han demostrado que mediante una sencilla técnica de ingeniería química pueden aumentar la actividad antiviral de esta proteína. Los resultados los han publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Mediante la unión de dos cyanovirinas han hecho a la molécula mucho más potente para neutralizar el virus del SIDA, VIH. Las dos moléculas unidas son unas 18 veces más efectivas en prevenir la infección que la molécula sencilla. Estos pares o dímeros de cyanovirinas fueron estables y capaces de neutralizar hasta 33 subtipos diferentes del VIH, y fueron incluso más potentes que los siete anticuerpos anti-VIH más empleados actualmente para la neutralización del virus.


La cyanovirina se une a ciertos carbohidratos o azúcares que se encuentran asociados a las proteínas de la envoltura del virus, en concreto a la proteína gp120 que emplea en VIH para introducirse en el interior de las células. Una vez unida, la cyanovirina bloquea o evita que el virus infecte la célula, por un mecanismo todavía no del todo conocido.

Los investigadores también probaron a unir más moléculas de cyanovirina, para comprobar si tres o incluso cuatro moléculas juntas eran más efectivas, pero comprobaron que los mejores resultados se obtenían con dos moléculas juntas.
La cyanovirina no solo es activa frente al VIH sino que también neutraliza a otros virus con envoltura como el de la gripe, hepatitis C, herpes o Ébola. Por ello, esta nueva estrategia se podría emplear como futura droga terapéutica contra varias infecciones virales. De hecho, otros grupos ya están investigando su uso potencial en forma de geles o supositorios. 

Designed oligomers of cyanovirin-N show enhanced HIV neutralization. Keeffe, J.R., et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2011 Jul 28.

martes, 16 de agosto de 2011

Super Salmonella: se originó en Egipto y ya se ha extendido por Europa y EE.UU.


Los sistemas de vigilancia epidemiológica de Francia, Reino Unido, Dinamarca y Estados Unidos han identificado la aparición de una cepa de Salmonella resistente a varios antibióticos y con un alto nivel de resistencia al antibiótico ciprofloxacina. La alarma surge porque la ciprofloxacina es el antibiótico empleado en las infecciones severas por Salmonella.


Esta cepa resistente a la ciprofloxacina se denomina
 Salmonella enterica Kentucky ST198.

Se han detectado cerca de 500 casos humanos ocurridos durante el período 2002-2008, según un estudio publicado en Journal of Infectious Diseases. Estos aislamientos proviene todos de un mismo origen, un mismo clon que probablemente se originó en Egipto a finales de los 90 y que se ha ido extendiendo por varios países. Parece ser que este clon se ha transmitido a través de las aves de corral.

Las infecciones por Salmonella son un problema de salud pública en todo el mundo. Solo en América del Norte se producen cada año alrededor de 1,7 millones de infecciones, con unos 2.800 muertos. En Europa se registraron más de 1,6 millones de casos entre 1999 y 2008.

En la mayoría de los casos las infecciones por Salmonella provocan sólo una gastroenteritis leve con dolor de estómago, fiebre y diarrea. Sin embargo, niños, personas mayores o quienes tienen sistemas inmunológicos débiles corren más riesgo de enfermar gravemente por la bacteria. Estas infecciones más graves son las que suelen tratarse con ciprofloxacina.

Como ocurre en otras bacterias, como Mycobacterium, la aparición de cepas multi-resistentes a los antibióticos demuestra que un control apropiado y una vigilancia continua son necesarios a nivel internacional para limitar su extensión. Además, vuelve a concienciarnos de la importancia del buen uso de los antibióticos.

International Spread of an Epidemic Population of Salmonella enterica Serotype Kentucky ST198 Resistant to Ciprofloxacin. Le Hello S, et al. J. Infect. Dis. 2011, 204 (5): 675-684.

martes, 9 de agosto de 2011

Una bacteria al más puro estilo del superagente 86: emplea “jeringuillas” para inyectar veneno a sus competidoras y produce al mismo tiempo el antídoto.


Las bacterias también se pelean por la comida. Competir por el alimento es una característica del mundo microbiano. En el cuerpo humano, por ejemplo, viven millones de bacterias distintas que deben luchar y competir entre ellas por obtener los nutrientes necesarios para su desarrollo. Como en otros ambientes, solo las más hábiles son capaces de sobrevivir.

Se ha publicado en Nature un trabajo en el que se describe cómo Pseudomonas aeruginosa es capaz de inhibir la proliferación de otras células rivales. Esta bacteria posee en su envoltura externa un complejo sistema de secreción (Sistema de Secreción de Tipo VI, T6SS) que actúa como una auténtica jeringuilla capaz de contactar con otras bacterias de alrededor e inyectarles unas toxinas denominadas Tse1 y Tse3.


Los  Sistemas de Secreción de Tipo VI bacterianos son similares a los que emplean los virus para inyectar su ADN a las bacterias (imagen izquierda). En las bacterias sirven para entrar en contacto con otras bacterias e inyectarles determinadas proteínas (imagen derecha).

Estas toxinas son enzimas líticas que degradan y deshacen el peptidoglicano. El peptidoglicano es un componente exclusivo y principal de la pared celular que envuelve a las bacterias. Forma una red compacta en el exterior de la membrana citoplasmática, a modo de “cáscara”, que mantiene la forma de la bacteria y previene su lisis. (De hecho, muchos antibióticos actúan sobre el peptidoglicano y por eso son capaces de matar las bacterias).

Lo curioso es que el peptidoglicano de Pseudomonas aeruginosa también es susceptible de ser atacado por estas toxinas Tse1 y Tse3 que ella misma produce. Para protegerse la bacteria sintetiza el “antídoto”: otras proteínas que la inmunizan del efecto tóxico, las denominadas Tsi1 y Tsi3, que interactúan específicamente con las toxinas y las inactivan. De esta forma, Pseudomonas aeruginosa inyecta a las bacterias vecinas competidoras unas enzimas que les rompen su pared celular y, al mismo tiempo, ella misma produce el “antídoto” para protegerse de esas toxinas. Como ves, un bicho muy listo.

En un ambiente como el cuerpo humano, Pseudomonas tiene que competir con otras bacterias para colonizar los tejidos del cuerpo. Un sistema tan “inteligente” como el que emplea Pseudomonas puede ser determinante para conseguir que progrese la infección. Pseudomonas aeruginosa es una bacteria Gram-negativa, patógeno oportunista de individuos inmunocomprometidos, capaz de causar infecciones pulmonares, urinarias, en heridas, … Puede ser resistente a muchos antibióticos y causa muchas infecciones hospitalarias y en pacientes con quemaduras graves. Entender las estrategias de este patógeno nos puede ayudar en el futuro a diseñar nuevas fórmulas para combatirlo.

Otro artículo relacionado con el tema:
What is type VI secretion doing in all those bugs?

miércoles, 3 de agosto de 2011

Un sueño hecho realidad: diagnosticar enfermedades infecciosas en mitad de la sabana africana por unos céntimos de Euro en unos pocos minutos.

Hoy en día son todavía millones las personas que mueren cada año por infecciones en nuestro planeta. Uno de los grandes retos actuales de la ciencia y la ingeniería es desarrollar tecnologías que permitan mejorar la salud de las personas en las regiones más pobres del planeta.

Expertos en bioingeniería de la Universidad de Columbia han desarrollado un revolucionario microchip, del tamaño de una tarjeta de crédito, capaz de detectar anticuerpos contra HIV y Treponema pallidum, y diagnosticar así el SIDA y la sífilis, respectivamente. Este chip tienen un rendimiento similar al de otras técnicas comerciales, pero su coste y sencillez es muy superior. La fabricación de cada chip puede ser inferior a 0,1 dólares y se pueden producir uno cada 40 segundos. Para detectar la señal se emplea un dispositivo muy simple cuyo coste no supera los 6 dólares y tan sencillo de usar como un teléfono móvil. La interpretación de los resultados, por tanto, es también muy sencilla.





El chip se basa en tecnología de microfluídos y nanopartículas y permite realizar complejos ensayos de laboratorio en un solo dispositivo. La detección se basa en un inmunoensayo similar a la técnica de ELISA, pero este chip permite realizar el ensayo en menos de 15 minutos, con un equipo mínimo y empleando solo un microlitro (0,001 mililitro!) de muestra de sangre del paciente, que puede obtenerse con un simple pinchazo en el dedo. Funciona perfectamente con sangre, plasma o suero. Por su facilidad de uso y su reducido coste puede ser empleado en las regiones más remotas del mundo, por personal no cualificado y sin recursos. No es necesario realizar el ensayo en un laboratorio, no necesita corriente eléctrica, es estable por mas de 6 meses a temperatura ambiente, es un sistema portátil que puede ser empleado en pruebas “de campo”, lo que permite el diagnóstico inmediato sin necesidad de que el paciente se traslada al hospital. Se ha ensayado ya con éxito, por ejemplo, en una campaña en Rwanda.

Este novedoso trabajo, publicado en Nature Medicine, supone un nuevo hito de la bioingeniería que posibilita realmente hacer accesibles a todas las personas el diagnostico de enfermedades infecciosas.

Si te ha gustado esta entrada, quizá te interese también esta otra sobre chips: Bye-bye PCR: el chip “prodigioso” que detecta bacterias en 30 minutos.

Este verano, ¿has intentado nadar en una piscina de mermelada?: algunas bacterias saben cómo hacerlo.

¿Te imaginas lo que debe ser nadar en una piscina viscosa de mermelada o caramelo líquido?. Así es como se "sienten" las bacterias cuando se mueven sobre las superficies líquidas. 

Algunas bacterias son capaces de agruparse formando biofilms o biopelículas en las que varios microorganismos se asocian sobre una superficie envueltos en una matriz normalmente de polisacáridos (azúcares), producidos por las mismas bacterias. Las bacterias deben poder moverse a través de esa superficie, para lo que emplean distintos tipos de apéndices. Un tipo concreto de movimiento ocurre como a trompicones, la bacteria parece que tiembla y a continuación de un salto más o menos brusco. Esto es posible por la acción de estructuras filamentosas, parecidas a pelos situados sobre la superficie de la bacteria, que se denominan pili de tipo IV
Investigadores del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de California han identificado la secuencia de movimientos de Pseudomonas aeruginosa, una bacteria patógena oportunista capaz de formar biofilms y responsable de infecciones mortales en pacientes con fibrosis quística (publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences). Empleando cámaras de filmación de alta velocidad y algoritmos matemáticos, han descubierto que la bacteria posee una sorprendente capacidad de movimiento sobre los biofilms. Las imágenes se interpretan como si la bacteria utilizara los pili de tipo IV como auténticos garfios de escalada que puede extender, anclar sobre la superficie, replegarlos y arrastrar la célula hacia delante. 



Además, la capacidad de dar la vuelta y cambiar de dirección es esencial para que la bacteria se adapte a las condiciones cambiantes del biofilm. Para ello, la bacteria realiza dos tipos de movimientos: uno lineal a velocidad constante que suele durar entre 0,3 y 10 segundos, seguido de un movimiento brusco de rotación mucho más rápido (20 veces) y que solo dura unos 100 milisegundos. Los investigadores encontraron que mediante este mecanismo Pseudomonas aeruginosa se puede mover de forma mucho más fácil a través de los polisacáridos que ella misma segrega durante la formación del biofilm.

martes, 2 de agosto de 2011

Más sobre el coli asesino

No puedo dejar de compartir esta propuesta que me envía un buen amigo mio, estáis todos invitados al estreno!:


El coli asesino que al final no estaba en el pepino: descubren por qué la cepa O104:H4 era tan virulenta.

Una simple bacteria, Escherichia coli O104:H4, y la incompetencia de algunos, ha causado una crisis millonaria en el sector de la horticultura española. Durante los meses de mayo y junio de 2011 ocurrió, principalmente en Alemania, un brote infeccioso mortal cuyo responsable fue la bacteria Escherichia coli. En concreto la cepa O104:H4 causó más de 800 casos (y cerca de 40 muertes) del Síndrome Urémico Hemolítico (una enfermedad que se caracteriza por insuficiencia renal, destrucción de glóbulos rojos, trombocitopenia y defectos de la coagulación), además de diarreas con sangre. Pero, ¿qué hace a esta cepa que sea especialmente tan virulenta y peligrosa?.



Microbiólogos alemanes ha publicado en The Lancet Infectious Diseases las características microbiológicas de Escherichia coli O104:H4. Para ello han analizado muestras de heces de 80 pacientes relacionados con dicho brote infeccioso, y mediante técnicas de amplificación génica y secuenciación han determinado el perfil de genes de virulencia y la susceptibilidad a los antibióticos de las cepas de E. coli aisladas.

Los resultados muestran que la cepa O104:H4 poseía una combinación de dos E. coli distintos:

Ø    un E. coli enterohemorrágico (EHEC), que produce la exotoxina Shiga (denominada así porque fue descrita por primera vez en la bacteria Shigella dysenteriae) y causa diarreas con sangre,

Ø    y otro E. coli enteroagregativo (EAEC), con capacidad de adherencia a las células epiteliales, juntándose así las peores características de dos patógenos diferentes.

Además, la cepa O104:H4 presentaba una importante resistencia a los antibióticos beta-lactámicos (como las penicilinas o las cefalosporinas) y una gran capacidad para adherirse a las células del organismo. De esta forma, coincidían en la misma cepa un cóctel de propiedades que la hacen especialmente peligrosa.

Los autores interpretan este resultado como que el aumento de la capacidad de adherencia al epitelio intestinal podría facilitar la absorción de la toxina Shiga que produce la bacteria, lo que podría explicar la mayor capacidad de esta cepa de producir el Síndrome Urémico Hemolítico. Este trabajo demuestra que la introducción en la población susceptible de determinadas cepas recombinantes más virulentas puede tener graves consecuencias en las personas infectadas.

A conclusiones similares han llegado otros investigadores mediante técnicas de secuenciación y comparación de genomas. El trabajo, publicado en The New England Journal of Medicine, incluye un muy interesante vídeo explicativo.