lunes, 28 de enero de 2013

Los más malos entre los malos: nivel 4 de bioseguridad

La inmensa mayoría de los microbios son “gente” muy buena: gracias a ellos es posible la vida en el planeta, son la base de la biotecnología, limpian nuestros desechos y  tienen funciones relevantes en la industria alimentaria (te recomiendo Una docena de razones por las que los microbios son importantes). 

Pero es verdad que los microbios también tiene su lado oscuro y algunos son malos pero que muy malos. Los agentes patógenos (que pueden ser bacterias, virus, hongos u otros parásitos) se clasifican en cuatro niveles de bioseguridad según los siguientes factores: la patogenicidad del microorganismo, el modo en el que se trasmite y el tipo de huésped que infecta, la disponibilidad de medidas preventivas efectivas (como vacunas), la disponibilidad de un tratamiento efectivo (antibióticos y otros quimioterápicos) y la resistencia a los mismos. 

Nivel 1 de bioseguridad (biosafety level 1, BSL 1) son microorganismos bien caracterizados que sabemos que no causan enfermedad en humanos ni en animales, y que no suponen riesgo (o es mínimo) de infección a nivel individual y comunitario, por ejemplo la bacteria ambiental Rhizobium. 

Nivel 2 de bioseguridad (biosafety level 2, BSL 2) son patógenos que pueden causar una enfermedad en humanos o animales pero que no son un riesgo serio para las personas ni para la comunidad, los animales domésticos o el medio ambiente. El riesgo individual es moderado y a nivel comunitario bajo. Si causan infección, existe un tratamiento efectivo, hay medidas preventivas y el riesgo de que la infección se extienda es limitado, por ejemplo la mayoría de las cepas de Salmonella typhimurium. 

Nivel de bioseguridad 3 (biosafety level 3, BSL 3) son patógenos que pueden causan una enfermedad seria en el hombre o en animales, pero que normalmente no se extiende de una persona infectada a otra. Además, existe un tratamiento efectivo y medidas preventivas. El riesgo individual de infección es alto, pero el de la comunidad bajo. Aquí se incluyen bacterias como Mycobacterium tuberculosis, Brucella y muchos virus. 

El nivel de máxima bioseguridad es el 4 (biosafety level 4, BSL 4) en el que se incluyen  patógenos que causan enfermedades serias en humanos o animales y que puede transmitirse fácilmente de un individuo a otro. Normalmente no hay tratamientos efectivos contra esta enfermedad, ni medidas preventivas. Suponen un alto riesgo, incluso mortal, a nivel individual y colectivo. Muchos causan brotes infecciosos en países tropicales en Asia,  Latinoamérica y África, son enfermedades infecciosas emergentes y muy graves. En este grupo se incluyen algunos de los virus más peligrosos como el de la viruela, los que producen fiebres hemorrágicas como los Filovirus Ébola y Marburg, y otros de los grupos Arenavirus, Bunyavirus y Paramyxovirus. 


Puedes ver más fotografías de este tipo de laboratorios en la web de la Red Europea de Laboratorios P4. Si te interesa más información te recomiendo que consultes la web de la American Biological Safety Association (ABSA). 

Ya te imaginas que trabajar con este tipo de microbios tan peligrosos requiere unos laboratorios y unas medidas de contención especiales. En Europa hay 9 laboratorios de alta bioseguridad reconocidos oficialmente y cuatro más en construcción, que trabajan de manera coordinada. Para luchar contra las enfermedades altamente infecciosas, controlar posible brotes y evitar epidemias, la rapidez para detectar el agente causantes es lo más importante. Un diagnóstico rápido y efectivo ante una infección de este tipo es crucial y, como los microbios no reconocen las fronteras que hacemos los hombres, la cooperación entre los laboratorios de alta seguridad es esencial. En un artículo publicado en la revista PLoS Pathogens se sugiere incluso la necesidad de un laboratorio de alta bioseguridad móvil que pudiera emplearse en condiciones de emergencia ante un brote infeccioso causado por este tipo de virus u otros patógenos desconocidos. Por eso, la coordinación de los laboratorios de alta seguridad biológica en Europa es una tarea prioritaria. 

¿Te interesa conocer un laboratorio BSL4 por dentro? (vídeo 56:48)



Nisii, C., et al. (2013). Biosafety Level-4 Laboratories in Europe: Opportunities for Public Health, Diagnostics, and Research PLoS Pathogens, 9 (1) DOI: 10.1371/journal.ppat.1003105

martes, 22 de enero de 2013

Chagas, una enfermedad tropical olvidada que también afecta a Europa

La enfermedad de Chagas está causada por el protozoo flagelado Trypanosoma cruzi y habitualmente se desarrolla en Latinoamérica, siendo Bolivia el país con mayor número de casos. La OMS la considera una enfermedad tropical olvidada (neglected tropical disease, NTD). Se calcula que en el mundo puede haber unos 10 millones de persona infectadas, de las cuales unas 50 mil mueren cada año. Normalmente, el parásito Trypanosoma cruzi se transmite al hombre través de un tipo de chinche (los triatóminos) que se alimenta de sangre y tiene la mala costumbre de defecar sobre la picadura que él mismo ha realizado para alimentarse. 


Los triatóminos (conocidos como chinches, vinchucas, chipos, pitos, barbeiros, entre otros según el país) son insectos hematófagos, es decir, chupadores de sangre, que viven entre las rendijas y agujeros de las viviendas o cabañas en las regiones de América del Sur y América Central. El insecto se infecta después de picar a un animal o persona que ya padece la enfermedad, y la infección se propaga a los seres humanos cuando un insecto infectado deposita sus heces en la piel mientras la persona duerme en la noche. El control del vector es la mejor manera de prevenir el Chagas en Latinoamérica.

El Chagas es una enfermedad curable, si se comienza el tratamiento cuanto antes. La OMS recomienda dos medicamentos: benznidazole o nifurtimox. Desgraciadamente no son medicamentos fáciles de encontrar en la farmacia de la esquina, y además los fabrican muy pocos laboratorios.

La enfermedad también puede transmitirse por vía congénita (de madre a hijo), por transfusiones de sangre y trasplantes. Por ello, la enfermedad puede encontrarse en otros países en los que no viva el insecto vector como EE.UU., Canadá, Japón, Australia y en Europa, principalmente asociada a la emigración y movimiento de poblaciones. España es el país que más emigrantes latinoamericanos recibe, después de EE.UU., y el país europeo con mayor número de casos de enfermedad de Chagas. Un grupo de microbiólogos del Hospital Universitario Ramón y Cajal ha estimado en varios miles el número de posibles infecciones por Trypanosoma cruzi en España, y sugieren que debería haber programas de detección de esta enfermedad para las mujeres gestantes que provengan de zonas donde el Chagas es endémico (la mayoría de los casos se da en mujeres embarazadas que pueden trasmitir la enfermedad a sus hijos). De esta forma, un tratamiento temprano de los recién nacidos infectados sería muy beneficioso y evitaría muchos sufrimientos.

La sugerencia es muy buena, pero me temo que con la situación económica actual las autoridades olvidarán este proyecto en un cajón acumulando polvo. Una pena: siete de cada diez muertes en los países en vías de desarrollo son debidas a enfermedades infecciosas causadas por microbios. La buena noticia es que dos terceras partes de esas muertes serían fácilmente evitables, … si quisiéramos!

La enfermedad de Chagas se llama así por el doctor brasileño Carlos Ribeiro Justiniano Chagas, que fue su descubridor en 1909. 

Navarro, M., et al. (2012). Chagas Disease in Spain: Need for Further Public Health Measures PLoS Neglected Tropical Diseases, 6 (12) DOI: 10.1371/journal.pntd.0001962

martes, 15 de enero de 2013

No todas las mycobacterias son patógenas, pero sí muy interesantes

La bacteria Mycobacterium es muy famosa porque incluye los agentes de la tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis) y de la lepra (Mycobacterium leprae), dos importantes patógenos. Quizá sean menos conocidas otras muchas mycobacterias que se aíslan del suelo, el agua o productos de animales y alimenticios, las denominas mycobacterias atípicas o ambientales. Normalmente no son patógenas, pero algunas de estas mycobacterias atípicas en determinadas condiciones pueden llegar producir enfermedad y comportarse como microorganismos oportunistas en algunos pacientes con trastornos inmunológicos. 


Robert Koch fue el primero en aislar y cultivar el bacilo de la tuberculosis y en demostrar que esta enfermedad estaba causada por una bacteria. En la fotografía: fagocitosis de bacilos de Mycobacterium tuberculosis.

Mycobacterium es una bacteria del grupo de los Gram positivos, pero tiene una pared celular muy peculiar. Por ejemplo, los ácidos micólicos son un tipo de ácidos grasos de cadena larga típicos de Mycobacterium que suelen estar unidos a molécula de azúcares formando unos glucolípidos que se denomina factores "cord". Estos factores "cord" son lípidos con una gran actividad biológica que están relacionados con algunos efectos patológicos de la tuberculosis. Por ejemplo, los factores “cord” de Mycobacterium tuberculosis inducen la producción de varios tipos de citoquinas, que modulan la actividad del sistema inmune del huésped (las citoquinas son proteínas que regulan funciones de las células que las producen, sirven para que las células se comuniquen entre sí).  

Los estudios sobre las propiedades biológicas de los factores “cord” de las mycobacterias atípicas son muy escasos. Por eso, un grupo de microbiólogos de las universidades de Murcia y Autónoma de Barcelona, ha estudiado la capacidad de inducir la producción de citoquinas de los factores “cord” de dos mycobacterias atípicas: Mycobacterium alvei y Mycobacterium brumae, aisladas de muestras de agua del rio Llobregat de Barcelona a principio de los años 90.  

Para ello, lo primero que han hecho es aislar los factores “cord” de esta dos mycobacterias atípicas y caracterizarlos mediante técnicas de NMR. Han comprobado que aunque su estructura química es muy similar entre sí y con el factor “cord” de Mycobacterium tuberculosis, existen algunas pequeñas modificaciones estructurales entre los tres compuestos. Luego, han estudiado la capacidad de estos factores “cord” de estimular la producción de citoquinas en dos modelos celulares in vitro distintos. Han empleado líneas celulares de macrófagos de ratón (RAW 264.7) y de monocitos humanos (THP-1). Los resultados demuestran que los patrones de inducción de citoquinas pro-inflamatorias por los factores “cord” de las mycobacterias atípicas son similares entre sí, pero tienen ciertas diferencias respecto al patrón de inducción del factor “cord” de Mycobacterium tuberculosis.

Estos resultados sugieren por tanto que pequeños cambios en la estructura de los ácidos micólicos de los factores “cord” afectan a sus actividades biológicas. Futuros análisis podrán clarificar si estos factores “cord” de las mycobacterias atípicas podrían ser empleados como estimuladores del sistema inmune o ayudantes, así como su papel biológico en relación con la inmunología de la tuberculosis. Así, quizá las mycobacterias “buenas” podrán ayudarnos a controlar la enfermedad de las mycobacterias “malas”. 

Esta entrada está basada en la sección Nuestra Ciencia de la Sociedad Española de Microbiología (SEM). 

Linares, C., et al. (2012). Cord factors from atypical mycobacteria (Mycobacterium alvei, Mycobacterium brumae) stimulate the secretion of some pro-inflammatory cytokines of relevance in tuberculosis Microbiology, 158 (Pt_11), 2878-2885 DOI: 10.1099/mic.0.060681-0

martes, 8 de enero de 2013

El bueno, el feo y el malo: nuevo método de combatir la malaria desde las tripas del mosquito

¿Recuerdas aquella película de Clint Eastwood, El bueno, el feo y el malo? Los protagonistas son tres cazadores de recompensas que buscan un tesoro que ninguno de ellos puede encontrar sin la ayuda de los otros dos. Así que los tres colaboran entre sí, al menos en apariencia. 

La malaria es una enfermedad infecciosa causada por el parásito Plasmodium falciparum (el malo de esta película). Afecta entre 300-500 millones de personas cada año, y mueren unos 1,2 millones de personas. Tres son las razones por las que la malaria sigue siendo un problema de salud pública a nivel mundial: la resistencia de los mosquitos que la transmiten a los insecticidas, la resistencia del parasito Plasmodium a las drogas anti-malaria y la falta de una vacuna eficaz contra la infección.

El ciclo biológico del parásito es muy complejo y parte de él se lleva a cabo dentro del mosquito Anopheles que actúa de vector (el feo de la película). En concreto, una de las fases de su ciclo ocurre en el interior del intestino del mosquito, donde el parásito de transforma en la forma infecciosa que infecta al hombre.


Al picar a una persona infectada, el mosquito puede ingerir del orden de 1.000 a 10.000 gametocitos que rápidamente se diferencian en gametos masculinos y femeninos que se unen para formar el cigoto, que se diferencia a su vez en oocinetos móviles. Lo oocinetos migran hasta llegar al epitelio de intestino del mosquito, lo atraviesan y se diferencian en oocitos. Estos maduran y  se transforman en esporozoitos que acaban en las glándulas salivares del mosquito. El ciclo de transmisión se completa cuando el mosquito infectado pica a su siguiente víctima y le infecta con los esporozoitos.

Un original trabajo publicado en PNAS propone luchar contar el parásito a través de las bacterias que conviven en el intestino de mosquito. Se trata de modificar genéticamente estas bacterias para que sinteticen y segreguen unas sustancias que inhiban al parásito cuando está dentro del intestino del mosquito. La bacteria que han empleado se denomina Pantoea agglomerans, (la buena de la película), y es una bacteria simbionte que vive de forma natural en el intestino de muchos tipos distintos de mosquitos, y que además no es patógena para el hombre.

Los primero que han hecho los investigadores ha sido aislar la bacteria del intestino de un mosquito Anopheles gambiae. A continuación, le han clonado o introducido los genes de moléculas anti-malaria, y han comprobado que la bacteria es capaz de secretar estos compuestos. Han construido varias bacterias recombinantes, cada una con un gen de una molécula anti-malaria distinta. Luego han ensayado la efectividad de estas bacterias recombinantes para interferir en el ciclo biológico del Plasmodium dentro del mosquito.
Para ello, primero han alimentado los mosquitos con las bacterias recombinantes y luego les han vuelto a alimentar con sangre infectada con el Plasmodium. Un tiempo después han analizado la cantidad de parásitos que quedaban dentro del mosquito.

Los resultados han sido muy interesantes y han demostrado que las bacterias recombinantes más efectivas contra el Plasmodium fueron aquellas que expresaban un pequeño péptido extraído del veneno de escorpión, que fueron capaces de reducir la población del parásito dentro del mosquito en un 98%.

Es la primera vez que se ensayan bacterias simbiontes recombinantes que expresan moléculas anti-malaria (las buenas), contra el parásito Plasmodium (el malo), que impiden la multiplicación dentro del intestino del mosquito (el feo). Este trabajo propone emplear estas bacterias para alimentar mosquitos en las zonas donde la malaria es endémica, como una nueva vía de controlar la infección. No sabemos si funcionará, pero la propuesta es tan original y entretenida como la película de Eastwood. 

Wang, S., et al. (2012). Fighting malaria with engineered symbiotic bacteria from vector mosquitoes Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (31), 12734-12739 DOI: 10.1073/pnas.1204158109

miércoles, 2 de enero de 2013

El árbol que plantó Carl R. Woese

En biología no hay dogmas. Carl R. Woese, con el descubrimiento de las arqueobacterias fue uno de los que desterró uno de los dogmas de la biología: la clasificación de los seres vivos en cinco grandes reinos - plantas, animales, hongos, protistas y monera (los procariotas) -. Si has estudiado (y disfrutado) Microbiología seguro que recuerdas aquella historia del árbol filogenético universal: el árbol formado por tres dominios de organismos, Bacteria, Archaea y Eukarya.



C. R. Woese, profesor de Microbiología y miembro del Institute for Genomic Biology de la Universidad de Illinois, fue el pionero en el uso de los genes del ARN ribosomal para estudiar la historia evolutiva de los seres vivos. Empleó estos genes en concreto porque están distribuidos en todos los organismos (todos los seres vivos tienen ribosomas),  en todos ellos tienen la misma función y su secuencia de nucleótidos cambia muy poco, está muy conservada, lo que proporciona una visión de la evolución que abarca a todos los seres vivos. Además, tienen un tamaño adecuado que permite en la práctica hacer estudios comparativos. 

Woese secuenció y comparó estos genes del ARN ribosomal de distintos seres vivos. Cuanto mayor es la variación en la secuencia de genes de dos organismos, mayor es su divergencia evolutiva. Esta divergencia se representa después en un árbol filogenético, que mide en definitiva diferencias evolutivas. Sus resultados permitieron proponer las tres líneas evolutivas, denominadas dominios: Bacteria y Archaea (que representan células procariotas, es decir sin núcleo), y Eukarya (células eucariotas, con núcleo). Este árbol filogenético reveló dos hechos evolutivos importantes: no todos los procariotas están estrechamente relacionados desde el punto de vista evolutivo, y el dominio Archaea presenta una relación más próxima al dominio Eukarya que al dominio Bacteria. Dicho de otra manera, hay una mayor distancia evolutiva entre un procariota del dominio Archaea y otro del dominio Bacteria (que a “simple vista” al microscopio pueden ser idénticos), que entre una mosca y un elefante! Y es que no podemos olvidar que durante unos 2.000 millones de años, los procariotas evolucionaron ellos solos en el planeta. 

Te recuerdo esta historia porque acabó el año 2012 y se llevó consigo a Carl R. Woese, que falleció a los 84 años de edad después de unas complicaciones de un cáncer de páncreas. No hay dogmas en biología. Lo apasionante de la investigación es que la ciencia siempre es provisional. Aunque ya hay propuestas de un cuarto dominio (ver esta entrada de microBIO), no cabe duda que C. R Woese revolucionó nuestra visión no solo de la microbiología sino de la biología en sí misma. En reconocimiento a sus logros, Woese recibió en 2003 el premio Crafoord de la Real Academia Sueca de las Ciencias, uno de los más altos reconocimientos en biología.

Carl R. Woese falleció el 30 de diciembre de 2012, descanse en paz.

En el siguiente enlace podrás ver un vídeo de la American Society for Microbiology (ASM) sobre el proceso de las investigaciones de C. Woese para clasificar los seres vivos: Solving the puzzle [18:30, ENG] 

Woese, C., & Fox, G. (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms Proceedings of the National Academy of Sciences, 74 (11), 5088-5090 DOI: 10.1073/pnas.74.11.5088 

Woese, C. (1990). Towards a Natural System of Organisms: Proposal for the Domains Archaea, Bacteria, and Eucarya Proceedings of the National Academy of Sciences, 87 (12), 4576-4579 DOI: 10.1073/pnas.87.12.4576