jueves, 28 de junio de 2012

Los retrovirus ya infectaron a los Neandertales


La mayoría de los retrovirus infectan células somáticas, pero en algunos casos muy raros pueden infectar también las células germinales o gametos. De esta forma pueden integrarse en el cigoto y quedar en el genoma del huésped. Se convierten así en retrovirus endógenos. Son, por tanto, secuencias de ADN de retrovirus presentes en el genoma de muchos vertebrados (incluidos los humanos). Son “reliquias” de antiguas infecciones virales que quedan “fosilizadas” en nuestro genoma. Se calcula que más del 8% de nuestro genoma está compuesto de este tipo de secuencias derivadas de retrovirus. Se transmiten de una generación a otra y persisten integrados en el genoma a lo largo de miles de años. Se cree que han jugado un papel muy importante en el proceso evolutivo humano.

 
Se calcula que los Neandertales y los humanos modernos llegamos a convivir durante más de 10.000 años en Europa y que hace unos 30.000 años desaparecieron definitivamente.

Los humanos modernos (Homo sapiens) compartimos un ancestro común con otros dos tipos de homínidos arcaicos, los Neandertales y los Denisovanos, de hace unos 800.000 años. La población que dio lugar a los homínidos modernos (o sea a nosotros los Homo sapiens) se separó de Neandertales y Denisovanos hace unos 400.000 años.  El año pasado se publicaron las secuencias de los genomas de estos dos homínidos arcaicos, a partir del ADN de sus fósiles.

Ahora un grupo de investigadores las han analizado para buscar secuencias de retrovirus endógenos.
Han identificado muchas secuencias de retrovirus en los genomas de ambos homínidos que también están presentes en los humanos modernos y que, por tanto, se formaron en el ancestro común a los tres linajes: Homo sapiens, Neandertales y Denisovanos. Sin embargo, encontraron 14 secuencias de retrovirus exclusivas de estos homínidos arcaicos, que no aparecen en los humanos modernos. Algunos de estos retrovirus aparecen en ambos, en Neandertales y Denisovanos, lo que es consistente con la hipótesis de que estos homínidos arcaicos compartieron un ancestro común mas reciente que el que compartían con el linaje de los humanos modernos. Además, la existencia de retrovirus endógenos que aparecen en Denisovanos y no en Neandertales, confirma también la hipótesis de que ambos linajes se separaron hace miles de años y permanecieron distintos. 


Aunque son necesarios análisis más precisos de los genomas de estos antepasados nuestros, esta investigación demuestra que los retrovirus infectaron las líneas germinales de estos homínidos ancestrales después incluso de haberse separado del linaje que dio lugar a los humanos modernos.  Estos estudios demuestran también que este tipo de análisis puede ayudar a discernir los procesos o etapas de nuestra propia evolución.

Neandertal and Denisovan retroviruses. Agoni, L., et al. Current Biology, Volume 22, Issue 11, R437-R438, 5 June 2012

sábado, 23 de junio de 2012

“Inteligencia emocional” microbiana: cómo las bacterias se adaptan al ambiente


Algunos definen la inteligencia emocional como la capacidad de controlar nuestras emociones para interactuar mejor con los demás y adaptarnos a todo tipo de situaciones. Las bacterias también son capaces de adaptarse a los cambios ambientales. Los microorganismos patógenos  se encuentran con distintos estímulos ambientales a lo largo de su vida. Por ejemplo, para muchos patógenos un cambio muy importante es la temperatura: no es lo mismo vivir en el exterior a una temperatura ambiente de 18ºC que dentro de un huésped a 37ºC, donde además la bacteria se encuentra con una multitud de factores en contra suya como el sistema inmune u otros sistemas de defensa. Por eso, las bacterias han desarrollado mecanismos para saber y enterarse dónde se encuentran y poder cambiar su comportamiento (la expresión de sus genes) y adaptarse según el ambiente: la temperatura, la acidez o el pH, los nutrientes disponibles, ....

Las bacterias regulan coordinadamente cambios o modificaciones de su envoltura celular, lo que les permiten sobrevivir en distintos ambientes y les proporcionan ventajas para adaptarse dentro el huésped. Se facilita así su capacidad de colonizar, de localizarse en determinados tejidos y de evitar el sistema inmune. Una molécula muy importante de la envoltura celular de las bacterias es el lipopolisacárido (LPS). Ahora un grupo de investigadores han publicado en PNAS un trabajo en el que demuestran cómo las bacterias son capaces de modificar y remodelar la estructura de esta molecular como estrategia para adaptarse a cambios ambientales. 


El lipopolisacárido (LPS) bacteriano o endotoxina es una molécula muy compleja que solo aparece en la naturaleza en la membrana externa de las bacterias Gram negativas. El LPS consta de varias partes: una cadena de azúcares (el antígeno O y el núcleo) y parte lipídica (el lípido A)
con ácidos grasos.

Los investigadores han trabajado con Francisella tularensis, una bacteria que se trasmite a los hombres normalmente por contacto con roedores y que produce la enfermedad infecciosa de la tularemia. Han demostrado cómo esta bacteria es capaz de regular modificaciones en el LPS por efecto de la temperatura. En concreto, la bacteria posee unos genes que según la temperatura modifican la composición de ácidos grasos del lípido A del LPS: a 18ºC un gen se encarga de incorpora ácidos grasos más cortos al LPS, mientras que a 37ºC otro gen distinto incorpora ácidos grasos más largos.  Estos cambios, aunque parecen muy pequeños, afectan muchísimo a la bacteria: aumentar la longitud de los ácidos grasos del lípido A a bajas temperaturas puede proteger a la bacteria de las condiciones externas, mientras que disminuir la longitud puede permitir a la bacteria evadir la detección por el sistema inmune del huésped. Estos pequeños cambios alteran las propiedades de su membrana como la permeabilidad, la susceptibilidad a sustancias bactericidas y a los antibióticos. Además, las bacterias mutantes en estos genes que controlan la estructura del LPS son menos virulentas en los experimentos con ratones.

Se trata por tanto de un sistema de control fino de la estructura de la envoltura celular según el ambiente: pequeños cambios en la longitud de los ácidos grasos del lípido A del LPS. Estas modificaciones afectan a la integridad de la membrana externa, a la susceptibilidad a sustancias antibacterianas como los antibióticos y al sistema inmune, y a la virulencia de la bacteria. Por tanto, modificar el LPS en respuesta a estímulos ambientales es un mecanismo de adaptarse al ambiente, como puede ser el interior del organismo que infectan. Un ejemplo de que también las bacterias tiene la capacidad de controlar sus “emociones” para interactuar mejor y adaptarse a todo tipo de situaciones: inteligencia emocional.

LPS remodeling is an evolved survival strategy for bacteria.Li,  Y., et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2012. 109(22):8716-21.




lunes, 11 de junio de 2012

Los microbios causan dos millones de casos de cáncer al año


Esta es la conclusión a la que ha llegado una revisión epidemiológica de los casos de cáncer en el año 2008, publicada recientemente en la revista The Lancet. Uno de los efectos de la infección por un microorganismo puede ser interferir con los procesos que controlan a la célula y, como consecuencia, originar o contribuir a la formación de un cáncer. 


Virus, bacterias y parásitos también pueden causar cáncer. 

De los cerca de 13 millones de cánceres que se diagnosticaron en el año 2008, el 16% (unos 2 millones) son atribuidos a infecciones microbianas, y aunque pueda parece mucho probablemente sea una estimación a la baja. La mayoría de los casos ocurre en los países en vías de desarrollo: un 23% en los países menos desarrollados respecto al 7% en los más desarrollados,  y varía desde un 3% en lugares como Australia y Nueva Zelanda hasta más de un 32% en países del África subsahariana. 

Entre los microorganismos capaces de causar cáncer la mayoría son virus como los de hepatitis B y C, el del papiloma humano, algunos herpes como el virus de Epstein-Barr y el herpes humano de tipo 8 (HHV-8), y el virus linfotrófico de tipo 1 (HTLV-1). Pero también hay bacterias como Helicobacter pylori, e incluso algunos gusanos parásitos como Opisthorchis viverrini, Clonorchis sinensis y Schistosoma haematobium.

La mayoría de estos casos de cáncer están relacionados con  Helicobacter pylori, los virus de la hepatitis B y C y el virus del papiloma humano, que en conjunto son responsables de 1,9 millones de casos de cáncer al año. En las mujeres, la mitad de los cánceres relacionados con infecciones son cáncer de cérvix de útero, mientras que en los hombres, el 80% de los cánceres relacionados con infecciones son de estómago o hígado. Cerca del 30% de los cánceres atribuidos a microorganismos ocurrieron en personas con menos de 50 años.

Tipos de cáncer asociados a agentes infecciosos:

Tipo de cáncer
Agente infeccioso
Estómago
Helicobacter pylori

Hígado
virus de la hepatitis B y C, Opisthorchis viverrini, Clonorchis sinensis

Cérvix de útero
virus del papiloma humano

Anogenital (pene, vulva, vagina, ano)

virus del papiloma humano
Nasofaríngeo
virus de Epstein-Barr

Orofaríngeo
virus del papiloma humano

Sarcoma de Kaposi
virus del herpes humano de tipo 8

Linfomas


Vejiga
Helicobacter pylori, virus de Epstein-Barr, virus de la hepatitis C, el virus linfotrófico de tipo 1 (HTLV-1)

Schistosoma haematobium

La aplicación de métodos de salud pública ya existentes para prevenir las infecciones, como la vacunación, la reducción del empleo de inyecciones y los tratamientos antimicrobianos podrían reducir sustancialmente la incidencia de este tipo de cánceres asociados a las infecciones microbianas.

Global burden of cancers attributable to infections in 2008: a review and synthetic analysis.  De Martel, C., et al. 2012. The Lancet Oncology, 13 (6): 607-615.

martes, 5 de junio de 2012

Bacteriófagos (virus que matan bacterias) en vez de antibióticos


Investigadores del Centro Nacional de Biotecnología acaban de publicar en la revista PNAS un interesante trabajo sobre la estructura de una proteína que emplea el bacteriófago T7 para anclarse a su huésped, la bacteria Escherichia coli.

La infección de los virus es muy específica. Cada tipo de virus infecta a un determinado tipo celular. Gran parte de esta especificidad depende de las primeras etapas de la infección: el reconocimiento y la unión a la célula huésped. Muchos bacteriófagos poseen unas fibras proteicas con las cuales se unen a la bacteria que van a infectar. En una primera fase esta unión inicial es reversible y sirve para el reconocimiento específico de la célula bacteriana. En el caso concreto del T7, las fibras de la cola del bacteriófago interaccionan con un componente de la envoltura de Escherichia coli, el lipopolisacárico (LPS) bacteriano. Posteriormente, la fijación se hace ya irreversible y el virus inyecta su ADN en el interior de la bacteria.


La mayoría de los bacteriófagos tiene una estructura típica de cabeza icosaédrica (donde se aloja su ADN), una cola helicoidal contráctil y fibras proteicas terminales. En la fotografía de microscopía electrónica se observa un bacteriófago T4 adherido a través de sus fibras al filamento de un flagelo bacteriano.

En este trabajo han empleado técnicas de cristalografía de rayos X de alta resolución para analizar con precisión la estructura de las fibras mediante las que el bacteriófago T7 se une a la bacteria. Así, han comprobado que estas fibras están formadas por tres unidades de una misma proteína, que tiene un área justo antes de la zona que se une a las bacterias que dota a estas fibras de flexibilidad. Una flexibilidad que parece ser importante a la hora de que el virus se ancle correctamente sobre la pared bacteriana.

Pero, ¿cuál es la transcendencia e importancia de este sofisticado trabajo?. El objetivo final es el de sustituir a los antibióticos por virus que matan a las bacterias. Como ya hemos comentado otras veces en microBIO, uno de los retos actuales de la microbiología es la lucha contra las bacterias resistentes a los antibióticos. El emplear bacteriófagos (virus que matan bacterias) como terapia antibacteriana es una idea muy vieja que ya se les ocurrió a los que descubrieron por primera vez este tipo de virus hace casi cien años! Sin embargo, como cada bacteriófago se adhiere de forma muy específica a una especie concreta de bacteria, en principio estos virus nunca podrían usarse de forma generalizada. Por ello, los investigadores trabajan sobre la idea de crear mediante mutaciones puntuales una gran variedad de bacteriófagos que puedan ser utilizados contra todo tipo de bacteria. El primer paso es estudiar el mecanismo exacto por el que los bacteriófagos se colocan sobre la bacteria y se anclan a su membrana justo antes de empezar la destrucción de la misma. Así, gracias a la alta resolución de los datos obtenidos, han podido localizar con precisión las zonas concretas a través de las cuales se produce la unión entre el bacteriófago y la bacteria.

Esta investigación es, por tanto, un paso más para poder diseñar y construir mutantes de bacteriófagos capaces de unirse muchas bacterias patógenas distintas para poder ensayar su empleo como una alternativa a los antibióticos.


En esta fotografía de microscopía electrónica se observan varios bacteriófagos T2 adheridos a la pared celular de Escherichia coli e inyectando su ADN.
Se puede observar el filamento de ADN del bacteriófago
dentro del citoplasma de la bacteria.

Este post se ha realizado con la colaboración de Alfonso Mora, divulgador científico del CNB.

Structure of the receptor-binding carboxy-terminal domain of bacteriophage T7 tail fibers. García-Doval C, et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2012, May 29.