martes, 30 de abril de 2013

Una aguja en el pajar: cómo buscar una función en una librería metagenómica


No se si sabes que además de librerías con libros, los biólogos moleculares también son capaces de hacer librerías con genes. Podemos tener todos los genes de un ser vivo (en nuestro caso de un microorganismo) perfectamente guardaditos y clasificados en “estanterías” o clones individuales.

Las librerías metagenómicas son librerías de genes construidas con todo el ADN que se obtiene de una muestra ambiental. Su mayor ventaja es que permiten obtener una inmensa cantidad de información genética independientemente de nuestra capacidad de cultivar los microorganismos presentes en la muestra. La identificación de los genes se hace por secuenciación masiva y comparación con las bases de datos.


Buscar una gen concreto en un banco o librería de genes
puede ser tan difícil como encontrar una aguja en un pajar.

Estas librerías metagenómicas también se pueden analizar desde un punto de vista funcional, es decir, identificando la función de los genes, en vez de su secuencia de ADN. Esto se puede hacer analizando las nuevas funciones (nuevos fenotipos) que confieren las secuencias genómicas de la librería en otra bacteria huésped. Sin embargo, una limitación importante de esta estrategia es que la detección de la función depende de la eficacia de la expresión de los genes clonados en la bacteria huésped. Dicho de otro modo, si el gen no se expresa, no lo “vemos”. De hecho, se ha demostrado que la mayoría de los genes normalmente no se expresan en una bacteria huésped.

En un original trabajo publicado en Scientific Reports se describe un nuevo método para mejorar el análisis funcional de las librerías metagenómicas. Para ello, los autores han construido unos vectores y cepas bacterianas que combinan el empleo de E. coli como cepa huésped especializada para la transcripción de ADN metagenómico, con dos nuevos vectores de expresión que incorporan componentes genéticos virales. Uno de ellos se basa en la ARN-polimerasa del bacteriófago T7 que no reconoce la mayoría de las señales de terminación de la transcripción bacteriana. El otro sistema de expresión se basa en el empleo de la proteína N anti-terminación del bacteriófago lambda combinado con un sistema regulador bacteriano inducible. Un poco complejo, pero muy original.

El trabajo incluye también un "prueba de concepto" del nuevo sistema. Para ello, han construido una librería metagenómica extrayendo el ADN total de una muestra tomada de la costa de Punta San García (Cádiz) contaminada con petróleo por un vertido. El objetivo era encontrar genes relacionados con la resistencia al antibiótico beta-lactámico carbenicilina. De aproximadamente unos 54.000 clones que formaban la librería, sólo seis de ellos portaban genes que conferían resistencia a dicho antibiótico. La secuenciación de estos seis clones seleccionados demostró la existencia de genes que llevan la información para la síntesis de enzimas beta-lactamasas (que rompen el antibiótico) o bombas tipo efflux (que lo expulsan hacia el exterior), responsables ambos de la resistencia al antibiótico carbenicilina. Los resultados por tanto demuestran la validez del nuevo sistema de expresión.

Esta tecnología de metagenómica funcional es una herramienta muy poderosa que puede permitir descubrir nuevos productos naturales y enzimas de interés biotecnológico.

Terrón-González, L., et al. (2013). Heterologous viral expression systems in fosmid vectors increase the functional analysis potential of metagenomic libraries Scientific Reports, 3 DOI: 10.1038/srep01107

martes, 23 de abril de 2013

Nacer en una gota: el agua es vida!


En una carta fechada el 7 de septiembre de 1674, Anton van Leeuwenhoek, un comerciante de telas holandés, describió por primera vez unas minúsculas formas de vida al observar, a través de una simple lupa construida por él mismo, una gota de agua de un lago cercano a Delf. Sus descripciones sobre la maravillosa vida microscópica que se esconde en una gota de agua fueron recibidas con escepticismo por muchos científicos de la época, incluso de la prestigiosa Royal Society londinense.


Pulga de agua (3 mm). Esta hembra de la especie Daphnia pulex muestra la cámara incubadora repleta con varias decenas de huevos "de verano", característicos de las épocas en las que las condiciones ambientales son adecuadas para el desarrollo de sus poblaciones.

Sin escepticismo, pero con la misma emoción y sorpresa, casi 340 años después, Rubén Duro nos ofrece una exquisita selección de las mejores fotografías del mundo microscópico que se esconde en una simple gota de agua. Seres vivos diminutos que solos vemos gracias al microscopio, y que Rubén Duro tiene la maestría de enseñarnos. Miden no más de unos cientos de micras (una micra es la milésima parte de un milímetro). Diminutos pero de una gran importancia ecológica, reciclan la materia y la energía, y muchos son la base de las cadenas alimenticias de nuestro planeta. De nuevo nos recuerda que sin microorganismos no sería posible la vida en la Tierra.

El autor aprovecha las imágenes para, de forma muy didáctica y divulgativa, explicarnos las distintas estrategias de reproducción del mundo microscópico. Desde protozoos ciliados que se dividen por bipartición, hasta el desarrollo larvario de algunos mosquitos, pasando por los partos múltiples de la pulga de agua Daphnia, o la gemación del pólipo de agua dulce Hydra. De la mano del autor, nos asomamos a la lucha por la supervivencia, a la evolución en una gota de agua. Distintas formas de nacer, pero todas en el agua. Y entendemos un poco mejor por qué hace millones de años la vida surgió en una gota de agua, por qué el agua es vida.

La obra incluye excelentes fotografías de distintos seres vivos microscópicos, algunos en estado larvario: protozoo ciliados (Oxytricha), amebas (Arcella), rotíferos (Cephalodella, Ptygura, Rotaria), nematodos y anélidos (Chaetogaster) de tamaño microscópico, pólipos de agua dulce (Hydra), pulgas de agua (Simocephalus, Alona, Chydorus sphaericus, Daphnia pulex), copépodos (Cyclops, Harpacticoida), microcrustáceos (Artemia salina), ácaros acuáticos, pequeños mosquitos de los grupos de quironómidos y ceratopogónidos, insectos como los tricópteros, minúsculos caracoles de agua dulce, mosquitos del género Culex, simúlidos, colémbolos y piojos. Todo un universo de vida, biología hecha vida, naturaleza hecha arte.

Gracias a Rubén Duro, colega nuestro de la SEM, biólogo y divulgador científico, por las horas, muchas horas que ha pasado pegado al microscopio. Y gracias por compartir con nosotros este apasionante mundo. Enhorabuena!


Entrevista a Rubén Duro en "La aventura del saber" TVE2: "Viendo lo invisible", con espectaculares imágenes de vídeo del mundo microscópico. Muy recomendable!

Nacer en una gota. Ruben Duro. 2013. 3,14 Servicios Editoriales, S.L. D.L.: B.4177-2013

miércoles, 17 de abril de 2013

Una docena de razones por las que es tan difícil curar el SIDA


Desde que se descubrió el primer caso en 1981, ha habido unos 60 millones de personas infectadas de las cuales 25 millones han muerto por su causa. El SIDA sigue siendo una enfermedad incurable. Solo se conocen dos casos: el primero, el "paciente de Berlín", Timothy Brown, que supuestamente se curó tras recibir un trasplante de médula ósea de un donante genéticamente resistente al VIH; y el segundo el caso del bebe que acaba de ser noticia en EE.UU. Pero, ¿por qué es tan difícil curar el SIDA?

1. El SIDA está causado por un virus, el VIH. El SIDA es el final de la infección por el virus VIH. Los antibióticos no son efectivos contra los virus. Los antivirales son muchos más difíciles de obtener, entre otras cosas porque los virus son parásitos intracelulares, es decir, que se multiplican dentro de las células y esto hace que los antivirales tengan más efectos secundarios que los antibióticos.

2. La enorme variabilidad del VIH. El VIH es mucho más variable que el virus de la gripe, por ejemplo. Uno de los factores que más contribuye a ello es que su genoma es de tipo ARN y que su replicación depende de la enzima retrotranscriptasa. Esta enzima tiene una tasa de error (mutación) muy alta, comete muchos fallos al copiar el genoma y la reparación de esos errores es más difícil en el caso del ARN.

3. El VIH se multiplica a gran velocidad. El virus se multiplica tan rápidamente que podemos llegar a tener cientos de millones de partículas virales en un mililitro de cultivo. En un mismo paciente se pueden aislar estirpes de VIH genéticamente distintas a lo largo de su vida.

4. Existen varios tipos distintos de VIH. No existe un único tipo de VIH, hay varios VIH diferentes, genéticamente distintos y cuyo origen también es diferente. El VIH de tipo 1 (VIH-1) que a su vez se divide en cuatro grupos distintos (M, N, O y P), y el VIH de tipo 2 (VIH-2) con ocho grupos diferentes. El VIH-1 del grupo M es responsable del 97% de los casos de SIDA y está distribuido por todo el planeta. Además, dentro del grupo M se han descrito hasta nueve subtipos genéticos distintos, designados con las letras A, B, C, D, F, G, H, J y K. También se han aislado VIH híbridos o mezcla de estos subtipos, denominadas formas recombinantes. El VIH-2 es menos contagioso, produce una enfermedad menos agresiva, es endémico del África Occidental y es raro encontrarlo fuera de esta región.

5. El tratamiento antirretroviral puede fallar. Esta enorme variabilidad del VIH es la causa de que los tratamientos no sean muchas veces eficaces. Se conocen más de 60 mutaciones en el genoma del VIH que hace que éste sea resistente a más de 15 fármacos distintos y produzcan más de un 50% de los fallos terapéuticos. Para evitar estas resistencias, los tratamientos combinan tres fármacos, la denominada triple terapia, dos inhibidores de la retrotranscriptasa y un inhibidor de una proteasa del virus. Requiere además un seguimiento médico del enfermo.

 6. El tratamiento es caro e incómodo. La triple terapia debe mantenerse de por vida, suele requerir varias dosis diarias, tiene efectos secundarios importantes y es caro en muchos países. Todo esto dificulta que muchas personas puedan tener acceso y seguir dichos tratamientos.

7. No hay una vacuna efectiva. Esta variabilidad también hace que la obtención de una vacuna sea francamente difícil. La esperanza está puesta en las vacunas terapéuticas. Las vacunas clásicas son preventivas, es decir, impiden que se desarrolle el virus en personas no infectadas. Por ejemplo, la vacuna contra la polio evita que el virus de la polio se desarrolle y nos previene de la enfermedad. Pero con el VIH esto es muy difícil, por la gran variabilidad del virus. Por eso, en lo que se trabaja es en una vacuna terapéutica, es decir, una terapia que ayude a controlar la infección por el VIH en personas ya infectadas. Se trata de una vacuna que cure el VIH con un solo pinchazo en vez de la triple terapia. Las vacunas terapéuticas contra el VIH tienen el objetivo de reforzar la respuesta inmune del cuerpo contra el VIH con el fin de controlar mejor la infección. En la actualidad, no hay vacunas terapéuticas autorizadas pero sí varias pruebas en ensayos clínicos prometedores.

8. El VIH destruye nuestras defensas. Infecta un tipo de células sanguíneas, los denominados linfocitos T CD4, que son como el director de orquesta de nuestras defensas, de nuestro sistema inmune. Dentro del linfocito el virus se multiplica y la célula acaba muriendo. Al final, la población de estas células del sistema inmune disminuye tanto que es como si el enfermo se quedara sin defensas. Es entonces cuando otros microorganismos oportunistas (otros virus, bacterias u hongos) aprovechan la inmunodepresión y el enfermo padece infecciones mortales (tuberculosis, neumonías, infecciones por herpes, salmonelosis, candidiasis) o algunos cánceres raros tipo sarcomas o linfomas. En condiciones normales, el sistema inmune de una persona sana las mantendría a raya, pero la inmunodepresión que causa el VIH hace que sean mortales.

9. El VIH juega al escondite. El virus puede infectar también otras células en las que puede quedar latente durante mucho tiempo. El virus puede pasar desapercibido, escondido entre nuestras células, casi indetectable, esperando el momento para reactivarse.

10. El SIDA tiene una fase de latencia que puede durar años. Tras la infección, hay una primera fase aguda que puede durar semanas o meses y después una fase de latencia, sin grandes síntomas aparentes, en la que el enfermo puede no ser consciente de la infección. Pueden pasar muchos años sin que la persona tenga síntomas aparentes y mientras puede seguir infectando a otras personas.

11. La infección por HIV sigue siendo un estigma social. Todavía mucha gente sigue viendo a las personas VIH positivas como apestados y muchas personas no se hacen las pruebas diagnósticas por miedo o vergüenza.

12. Más del 90% de los casos de SIDA están en países en vías de desarrollo. Se calcula que solo en África puede haber 11 millones de niños huérfanos de padre y madre por el SIDA. Los tratamientos son muy caros para muchos de estos países. Además, la discriminación de la mujer en las sociedades de esos países dificulta su tratamiento y facilita la extensión de la enfermedad.


Aunque de momento no haya vacuna y los efectos secundarios de la terapia sean importantes, los tratamientos actuales antirretrovirales han conseguido hacer del SIDA una enfermedad crónica: se pueden estar muchos años con tratamiento con una calidad de vida aceptable y evitando que aparezcan los síntomas del SIDA. La combinación de prevención, diagnóstico y tratamiento reducirá significativamente la incidencia de esta enfermedad en el futuro.


Esta entrada fue publicada el 21 de marzo de 2013 en la web una docena de …

martes, 9 de abril de 2013

Somos biodegradables: qué les pasa a tus microbios cuando te mueres?


No nos gusta hablar de ese momento, pero también los microbios tienen su papel. La descomposición del cuerpo comienza sólo cuatro minutos después de la muerte, aunque los efectos no sean aparentes hasta varios días después. Este primer proceso se denomina autolisis: disminuye la concentración de oxigeno, aumenta la de CO2 en sangre, baja la temperatura, baja el pH (nos hacemos mas ácidos) y aumentan las sustancias de desecho tóxicas para las células. Además, se liberan enzimas que rompen las células y liberan gran cantidad de nutrientes, que sirven de alimento para los microbios y comienza la putrefacción, ... con perdón: la degradación de los tejidos por la acción de los microorganismos.


Encontrar una imagen para esta entrada no ha sido fácil. He preferido no caer en el morbo. 

En una primera etapa, actúan nuestros propios microbios, los que forman parte de nuestra microbiota, principalmente las bacterias gastrointestinales. Primero bacterias y levaduras como Staphylococcus, Candida, Bacillus, , ... que van consumiendo el oxígeno que queda en los tejidos y oxidan la materia orgánica. Luego, conforme se va acaba el oxígeno, proliferan las bacterias anaerobias facultativas como Streptococcus, coliformes y diphteroides, y anaerobios estrictos como Clostridium. Pero también actúan otras como Serratia, Klebsiella, Proteus, Salmonella, Cytophaga y muchas otras. En realidad son cientos las especies de bacterias que intervienen a lo largo de todo el proceso de descomposición. En todos estos procesos se producen gran cantidad de gases como metano, hidrógeno, ... y muchos ácidos grasos volátiles y otras sustancias que generan los olores desagradables de la putrefacción, como el ácido sulfhídrico o las aminas secundarias, como la cadavérina y la putrescina, que se generan al degradarse los aminoácidos. Posteriormente y dependiendo de factores ambientales, pueden actuar otro tipo de bacterias, hongos y protozoos del exterior, que completan la degradación de los compuestos orgánicos.

El tiempo que dura este proceso microbiológico depende mucho de la temperatura y la humedad, que pueden favorecer o entorpece el crecimiento de los microbios. Así, los cuerpos enterrados en un ataúd o sumergidos en agua pueden retardar el proceso, mientras que la presencia de heridas en el cadáver puede hacer que la degradación sea más rápida. Los enterramientos en zonas árticas o muy áridas también dificultan la putrefacción y favorecen los fenómenos de momificación. Otros factores que influyen puede ser la obesidad de la persona: en general, los que tenemos unos kilos de más somos más biodegradables, o lo que es lo mismo, se acelera nuestro proceso de descomposición microbiana (alguna ventaja tiene que tener estar un poco gordito, no?).

El estudio de los microbios que intervienen en estos procesos también tiene un papel importante en la investigación forense. Por ejemplo, el haber tomado antibióticos puede tener un cierto efecto de ralentización de la descomposición. Lo mismo que la intoxicación o el envenenamiento por metales pesados, cianuro o arsénico que pueden inhibir el crecimiento bacteriano. La heridas por arma blanca, balas o traumáticas pueden favorecer la contaminación y por tanto la descomposición microbiana. La presencia de determinados microbios pueden ayudar a estimar la hora o las causas de la muerte. Por ejemplo, la presencia de diatomeas o algas microscópicas puede ser indicativa de muerte por ahogamiento y algunos hongos filamentosos pueden ayudar a determinar la localización, la época del año o el tiempo transcurrido desde la defunción.

Respondiendo a la pregunta inicial, qué les pasa a tus microbios cuando te mueres?, sencillamente que te comen, somos biodegradables y nos reconvertimos en microbios! Buen provecho! 

Si te ha gustado esta entrada también la puedes "oír" en El Podcast del microbio.

Microbiología forense. Santos de la Sen, A., et al. Reduca (Biología). Serie Microbiología. 5(5): 24-45, 2012.

Beyond the grave: understanding human decomposition. Vass, A. A. Microbiology Today. 28(11): 190-192, 2001.