miércoles, 26 de septiembre de 2012

Fumando espero al virus que yo quiero: por qué el humo del tabaco favorece la infección por rinovirus



Que fumar es malo para la salud es bastante obvio. El humo del tabaco contiene dióxido y monóxido de carbono, cianuro de hidrógeno, amoníaco, sustancias irritantes como ácidos orgánicos, fenoles, benzoquinona, vinilo, tolueno, aldehídos, alcoholes, nicotina, alquitrán… y así hasta más de 5.000 sustancias distintas, muchas de ellas tóxicas y venenosas. Pero además, el humo del tabaco puede agravar los síntomas de enfermedades respiratorios y favorecer las infecciones virales.

Un grupo de investigadores han estudiado cómo afecta el humo del tabaco a las células del epitelio respiratorio infectadas por rinovirus. La infección por rinovirus humanos además de causar el catarro común, puede favorecer la aparición de asma y de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Las células del epitelio respiratorio son la primeras en infectarse por este virus. El humo del tabaco agrava los síntomas del asma y es un factor de riesgo para desarrollar obstrucción pulmonar. El trabajo consiste en examinar si el extracto del humo del tabaco afecta a la respuesta de las células al virus, en concreto, si altera la expresión de los genes del epitelio pulmonar. 


Los rinovirus pertenecen al grupo de los Picornavirus, virus de la clase IV según la clasificación de Baltimore (Pico: virus sin envoltura muy pequeños de unos 20 nm; rna: con genoma RNA de una sola hebra). Fotografía: Iñigo Martíncorena, 1er Premio del Concurso de Fotografía Ciencia y Naturaleza, Facultad de Ciencias, Universidad de Navarra.

Para ello, se han analizado los efectos del humo del tabaco sobre la respuesta de las células epiteliales a la infección por rinovirus, mediante tecnología de microarrays, RT- PCR y análisis de proteínas. El objetivo era determinar si el extracto del humo del tabaco altera la expresión de los genes del epitelio a la respuesta de la infección por rinovirus.

Los resultados demuestran que las células epiteliales expuestas al humo de tabaco alteran la expresión de algunos de sus genes, en concreto aumentan la expresión de los genes relacionados con las vías redox, el metabolismo celular y del hierro. Además, en las células infectadas por el rinovirus, el humo del tabaco produce una disminución de la expresión de los genes que tienen que ver con las defensas antivirales, la inflamación y la inmunidad innata. La presencia de humo de tabaco reduce también la expresión de algunas otras proteínas celulares que puede aumentar la replicación del virus. El extracto del humo de tabaco, por tanto, altera la respuesta a la infección por virus de manera negativa. Esto podría explicar por qué los fumadores padecen enfermedades respiratorias  causadas por virus más severas que los no fumadores. 

Esta es la primera evidencia de que el extracto de humo de tabaco afecta y disminuye la expresión de un número importante de genes de las células del epitelio respiratorio, de genes que tiene que ver con las defensas antivirales y la inmunidad innata y antiviral. Aunque el estudio se ha hecho con células epiteliales cultivadas en el laboratorio (in vitro), los resultados pueden ser muy similares a lo que ocurriría en una persona expuesta al humo del tabaco. Así que si fumas, mejor para el rinovirus… y peor para tí. Ánimo!

Proud D, et al. (2012). Cigarette Smoke Modulates Expression of Human Rhinovirus-Induced Airway Epithelial Host Defense Genes. PLoS ONE, 7 (7) DOI: 10.1371/journal.pone.0040762

martes, 18 de septiembre de 2012

H5N1: bioterrorismo versus ciencia

El pasado mes de diciembre se enviaron a publicar a las revistas Nature y Science sendos artículos sobre la creación de cepas mutantes del virus de la gripe aviar H5N1 con capacidad para trasmitirse entre hurones por vía aérea. El H5N1 es muy virulento para las aves, se ha extendido prácticamente por todo el planeta y ha causado la muerte de cientos de millones de aves. En la última década, se han confirmado más de 600 casos ocasionales en humanos, con una mortalidad cercana al  40% (Casos humanos confirmados de H5N1, OMS). Todas las personas habían contraído el virus por manipular aves infectadas. Afortunadamente, este virus H5N1 no se trasmite por el aire entre personas, parece ser que es un tipo de virus virulento pero muy poco transmisible. Sin embargo, por ser tan virulento estas investigaciones podían ser potencialmente empleadas para desarrollar una nueva arma biológica. Por ello, el Comité Nacional de Bioseguridad de EE.UU. (NSABB, National Science Advisory Board for Biosecurity) recomendó modificar la redacción de ambos artículos antes de publicarlos. Tras un intenso debate en la comunidad científica, se publicaron en mayo en Nature y en junio en Science.



Sobre la virulencia del H5N1 hay ciertas dudas. Es verdad que de los 600 casos humanos la mortalidad fue muy alta (358 fallecidos desde 2003), pero el 99% de las personas que han sido expuestas masivamente al virus no han desarrollado la infección.  Si te interesa puedes escuchar “No es tan fiero como lo pintan” en el Podcast del microbio.

¿En qué consisten estos polémicos trabajos? Aunque el objetivo ha sido el mismo, entender los cambios moleculares necesarios para hacer que el virus H5N1 sea transmisible entre mamíferos por el aire, la metodología ha sido diferente.

En el primero publicado en Nature, los investigadores construyeron una quimera: un nuevo virus mezcla de siete genes del virus de la gripe humana H1N1 A/California/04/2009 y el gen de la hemaglutinina de un mutante del virus de la gripe aviar H5N1 A/Vietnam/1203/2004. Previamente habían construido varios mutantes del virus H5N1 con modificaciones en el gen de la hemaglutinina para mejorar su estabilidad, facilitar que se uniera a los receptores celulares humanos y se replicara mejor en células humanas. Por tanto, este nuevo virus recombinante llevaba todos los genes de un virus de la gripe humana H1N1 excepto el de la hemaglutinina, que provenía del virus H5N1 (la hemaglutinina es la proteína viral que reconoce el receptor celular y que sirve pare entrar dentro de las células). Para demostrar si este nuevo virus se transmitía por el aire, emplearon hurones.  Los hurones se emplean como modelo animal de experimentación porque son susceptibles a la infección con virus de la gripe humana y de aves, y desarrollan una gripe muy similar a la nuestra. Para ello, colocaron en jaulas próximas hurones sanos junto con hurones infectados con los nuevos virus. Al cabo de unos días pudieron confirmar la infección y la presencia de virus en los hurones sanos, demostrando que se había transmitido por el aire.  Los investigadores concluyen que solo cuatro modificaciones en la hemaglutinina H5 son suficientes para permitir la trasmisión a través del aire en hurones. 

En el trabajo publicado en Science, los investigadores en vez de construir un nuevo virus quimera por recombinación, han modificado genéticamente el virus H5N1 (en concreto la cepa A/Indonesia/5/2005 aislada de humanos) mediante técnicas de mutagénesis dirigida y posteriormente lo han sometido a varios pases secuenciales entre hurones. Tras los pases, el virus adquirió las mutaciones necesarios que le permitieron trasmitirse entre los hurones vía aérea. En este caso, los virus tenían cuatro mutaciones en el gen de la hemaglutinina y uno en el gen de la polimerasa 2, lo que demuestra que con solo cinco mutaciones el virus H5N1 se puede hacer transmisible. Además, este trabajo demuestra que puede obtenerse un nuevo virus de la gripe pandémico sin necesidad de recombinación entre virus, sino solamente por mecanismos de mutación.
En ambos trabajos, los nuevos virus a pesar de ser fácilmente transmisibles no eran virulentos para los animales, y ninguno de los hurones falleció. Los investigadores también demostraron que los mutantes eran sensibles al antigripal oseltamivir y que las vacunas actuales son útiles para su control, confirmando que las medidas de control actuales podrían servir contra estos nuevos virus transmisibles.

En el virus de la gripe hay que distinguir entre virulencia y transmisibilidad. Estos trabajos nos ayudan a conocer cómo el virus H5N1 puede adquirir la habilidad en condiciones naturales de transmitirse por el aire. Identificar los requerimientos mínimos para la trasmisión del virus entre mamíferos tiene un valor predictivo y diagnostico muy útil, lo que nos permite estar preparados para una posible pandemia de gripe aviar.

Herfst S, et al. (2012). Airborne transmission of influenza A/H5N1 virus between ferrets. Science, 336, 1534-1541 DOI: 10.1126/science.1213362  

Imai M, et al. (2012). Experimental adaptation of an influenza H5 HA confers respiratory droplet transmission to a reassortant H5 HA/H1N1 virus in ferrets. Nature (486), 420-428 DOI: 10.1038/nature10831

martes, 11 de septiembre de 2012

Cambio climático, avispas, levaduras y vino



¿Qué relación existe entre las levaduras, las avispas y el cambio climático?

Saccharomyces cerevisiae es uno de los microorganismos más apreciados por la civilización humana. Su capacidad de fermentar los azúcares a etanol -lo que nos permite la obtención de bebidas tan saludable como el vino y la cerveza o la fabricación del pan- ha sido aprovechada por el hombre desde tiempos históricos. Se han descubierto restos de ADN de Saccharomyces cerevisiae en jarras del antiguo Egipto y en vasijas chinas de hace más de 3.000 y 6.000 años a.C., respectivamente. Sin  embargo, sigue siendo objeto de debate cómo se originaron las levaduras y cómo han evolucionado.

Sabemos que las uvas pueden fermentar de manera natural gracias a las levaduras que tiene en su superficie, levaduras autóctonas no solo del género Saccharomyces sino también de otros géneros distintos. Sin embargo, las uvas antes de la maduración están prácticamente libres de levaduras. ¿Cómo “aparecen” las levaduras antes de la recolección? No está claro cómo Saccharomyces se extiende entre los distintos ambientes y cómo coloniza las uvas. Las levaduras no se trasmiten por el aire, necesitan de algún vector para moverse. Se han aislado levaduras de aves e insectos, por lo que se ha sugerido que las aves migratorias y los insectos como abejas y avispas podrían contribuir a la transmisión de las levaduras.


Las avispas contribuyen a la transmisión y conservación de
la población de levaduras, y ayudan a mantener su diversidad.

Un reciente trabajo publicado en PNAS estudia el papel de las avispas en la ecología y evolución de Saccharomyces cerevisiae. Los autores intentan responder a dos preguntas claves: ¿son las avispas un posible nicho ecológico donde la levadura puede completar su ciclo anual y transferirse a la descendencia?, y ¿pueden las avispas tener una microbiota concreta de levaduras que pueden transmitir por distintos ambientes?

Para ello, compararon las levaduras aisladas de uvas y de insectos de distintas zonas de Italia, a lo largo de todo el año, en primavera, verano y otoño. Del intestino de las avispas aislaron levaduras: la mayoría de los géneros Candida y Pichia, solo el 4% eran Saccharomyces. Comprobaron que el tipo de levadura cambiaba según la estación del año: no se aíslan las mismas levaduras en primavera que en otoño. Además, la población de levaduras de las avispas era diferente según la región geográfica y el clima. La población de levaduras de avispas, uvas y de fermentaciones de la misma zona es más parecida que las cepas aisladas de otros ambientes y localidades geográficas. Los resultados demuestran que las avispas pueden actuar como un reservorio natural y un vector de Saccharomyces cerevisiae, por lo que tienen el potencial de mantener y promover la biodiversidad de las levaduras e influir en su distribución geográfica.

También realizaron experimentos controlados para comprobar si las avispas pueden llevar levaduras en su interior durante el periodo de invierno y pasarlas a la descendencia en la siguiente primavera. Demuestran así que las avispas pueden pasar las levaduras a su descendencia y a los frutos, pueden mantener la población de levaduras de una estación a otra, contribuir a su transmisión, mantener su diversidad ecológica y conservar la población de levaduras.

Por todo ello, cualquier cambio ambiental que afecte a la biodiversidad de estos insectos puede tener graves consecuencias: supone un riesgo de reducir también la biodiversidad de levaduras, lo que puede afectar a la industria vinícola y a la calidad de los productos fermentados.

Si queremos seguir disfrutando de un buen vino, debemos cuidar también el medio ambiente. Imagínate la sucesión: el cambio climático afecta a las avispas, cambia y disminuye la diversidad de las levaduras,… y nos quedamos sin vino! Terrible! Otra razón más para cuidar el medio ambiente.

Stefanini I, et al. (2012). Role of social wasps in Saccharomyces cerevisiae ecology and evolution Proc Natl Acad Sci USA DOI: 10.1073/pnas.1208362109

martes, 4 de septiembre de 2012

El bacilo de Koch: un tipo serio


Seguro que has oído hablar de “el bacilo de Koch”. Aunque te suene a otra cosa, se refiere a  Mycobacterium tuberculosis, la bacteria con forma de bacilo que descubrió Robert Koch en 1882.
Las aportaciones de Koch a la medicina, la ciencia y la bacteriología en particular le hicieron merecedor del Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1905. Aunque comenzó su carrera profesional como médico rural, un microscopio que le regaló su mujer le hizo cambiar de rumbo y acabó dedicándose a la investigación. Ha pasado a la historia como uno de los padres de la microbiología. Te resumo aquí algunas de sus aportaciones más importantes.
 
Robert Koch (1843-1910)

Todavía en sus inicios, comienza estudiando la enfermedad del carbunco o ántrax, y descubre que las endosporas de la bacteria pueden también transmitir la enfermedad. Consigue así explicar por primera vez el ciclo biológico del ántrax.
En el Instituto Imperial de la Salud de Berlín, junto con su equipo de colaboradores, desarrolló las técnicas de cultivo bacteriano. Fue el primero en emplear el agar, en vez de gelatina, para solidificar los medios de cultivo, y en crecer las bacterias en unas cajitas de cristal que diseñó su colaborador Petri. Obtuvo así los primeros cultivos puros de bacterias. Describió por primera vez las técnicas de preparación y tinción de bacterias. Fue el primero en emplear el  microscopio de aceite de inmersión que acababa de desarrollar la empresa Zeiss. Aficionado a la fotografía, consiguió las primeras microfotografías de bacterias nunca publicadas hasta la fecha

Desarrolló métodos para evaluar la acción de agentes desinfectantes, demostró la superioridad del calor húmedo frente al seco para matar las bacterias, y la necesidad de alcanzar la temperatura en el centro del objeto a esterilizar, no en la superficie, para una correcta esterilización.

Pero lo que realmente le hizo famoso y popular a nivel mundial fue el descubrimiento de que una bacteria era el agente causante de la
tuberculosis, y la demostración de que era una enfermedad infecciosa (todavía hoy en día sigue habiendo varios millones de casos nuevos cada año!). Robert Koch fue el primero en aislar y cultivar el bacilo de la tuberculosis.

La metodología que empleó para demostrar que una bacteria concreta es el agente que causa una enfermedad determinada, la concretó en sus famosos postulados de Koch: 1) el microorganismo tiene que estar siempre presente en los animales que sufran la enfermedad y no en individuos sanos; 2) el microorganismo debe ser aislado y crecer en un cultivo puro; 3) cuando dicho cultivo se inocula a un animal sano, debe reproducirse en él los síntomas de la enfermedad; y 4) el microorganismo debe aislarse nuevamente de estos animales y mostrar las mismas propiedades que el microorganismo original. La aplicación de estos postulados permitió la demostración del origen infeccioso de muchas enfermedades, una etapa de la historia de la ciencia que se conoce como la Edad de Oro de la Microbiología.

Pero además, Koch y sus colaboradores descubrieron que una bacteria,
Vibrio cholerae, era la causante del cólera: fueron capaces de aislar la bacteria en cultivo puro y demostrar que el agua de bebida contaminada era la vía de transmisión del patógeno. Colaboraron en la implantación de sistemas de filtración del agua, lo que permitió el control de los brotes de cólera.

Durante la última etapa de su vida, se dedicó a estudiar otras enfermedades tropicales como la peste bubónica, la malaria, la peste del ganado, la fiebre tifoidea o la enfermedad del sueño. Realizó varios viajes a África y a la India, donde estudió los mecanismos de transmisión de estas enfermedades y colaboró en el desarrollo de medidas preventivas para evitar su propagación. Fue el primero, por ejemplo, en incorporar el concepto de portador sano (una persona sana que no manifiesta ninguna enfermedad pero que es portadora del microorganismo y puede contagiar a otros) en el mantenimiento de muchas enfermedades infecciosas, algo fundamental en salud pública.

Sin embargo, no todo fueron éxitos. Desarrolló la
tuberculina (un preparado a partir de cultivos del bacilo) que propuso como tratamiento para curar la tuberculosis. Aunque constituyó su gran fracaso (la tuberculina no cura la tuberculosis), sí que llegó a ser uno de los métodos más precisos para el diagnóstico clínico de la infección. A pesar de ello, las aportaciones de Robert Koch son una referencia fundamental para el desarrollo de la microbiología y el control de las enfermedades infecciosas.

Si te interesa “oir” algo más sobre Koch, sigue las historias en
El podcast del microbio.

Robert Koch, el médico de los microbios. J. J. Fernández Teijeiro. 2008. Ed Nivola. ISBN 978-84-96566-97-2