sábado, 31 de agosto de 2013

¿Por qué los microbios son importantes, o por qué estudiar microbiología?


Seguro que lo primero que te viene a la cabeza al pensar en microbios es que son unos bichos malos que producen enfermedades y que habría que acabar con todos ellos. También puedes pensar que hoy en día no son tan importantes, al fin y al cabo de lo que nos morimos es de cáncer, enfermedades neurodegenerativas o de un infarto, y eso no está producido por microbios. Pero si sigues leyendo seguro que cambias de idea y descubrirás que detrás de los microbios hay todo un mundo apasionante y que, aunque algunos son muy malos, la mayoría son unos buenos tipos de los que vale la pena ocuparse.

1. Nos han precedido y nos sobrevivirán
Se calcula que el Big-Bang sucedió hace unos 14.000 millones de años y que nuestro planeta se formó hace 4.500 millones. Las primeras formas de vida sobre la Tierra, los microbios, aparecieron hace unos 3.800 millones de años y han sido sus únicos pobladores del planeta durante más de 3.000 millones. Gracias a las cianobacterias apareció el oxigeno sobra la superficie terrestre, que tuvo una enorme influencia en el curso de la evolución y permitió el desarrollo de la vida sobre la Tierra. Sin oxigeno nosotros no estaríamos aquí.

2. Nos ayudan a entender cómo podría ser la vida en otros planetas
Conocer cómo algunas bacterias son capaces de multiplicarse en ambientes extremos nos puede dar una pista de cómo podría ser la vida en otros planetas. Algunos ejemplos sorprendentes: Picrophilus es un microorganismo acidófilo extremo capaz de creer a pH = 0 (no intentes meter el dedo en una solución con ese pH tan ácido que te quedarás sin él). La temperatura ideal para que Pyrodictium crezca feliz es 105ºC: agua hirviendo. Methanopyrus se ha aislado del entorno de chimeneas hidrotermales a más de 2.000 metros de profundidad y puede crecer a 110ºC. En realidad casi en cualquier sitio del planeta podemos encontrar algún microbio capaz de sobrevivir.


La bacteria Salmonella (en rojo) entrando al interior de una célula.

3. Sin bacterias no sería posible la vida en la Tierra
Los ecosistemas están influenciados y controlados por las actividades microbianas. Quizás hayas oído alguna vez que algunas plantas son capaces de utilizar el nitrógeno atmosférico, pero en realidad las plantas no fijan el nitrógeno, lo hacen unas bacterias asociadas con ellas, como Rhizobium en las leguminosas. Son las bacterias las que metabolizan los elementos clave y realizan los ciclos geoquímicos de los nutrientes: los ciclos del carbono, del nitrógeno, del fósforo, etc.

4. Sin levaduras no habría pan, pero lo que es peor, ¡ni vino ni cerveza!
Sin las levaduras nada sería igual. Los microorganismos tienen funciones relevantes en la industria alimentaria y en muchos casos los alimentos dependen de transformaciones microbianas: quesos, yogures, embutidos, … dependen de los microbios.

5. Son la base de la biotecnología, producen energía y limpian nuestros desechos
La modificación genética de los microorganismos y sus aplicaciones biotecnológicas nos permiten producir sustancias que de otro modo seriamos incapaces. Algunos productos de la microbiología industrial son los antibióticos, vitaminas y aminoácidos, hormonas, productos terapéuticos y medicamentos, enzimas para procesos industriales, vacunas, … Pero además, podemos emplear microbios como vectores para modificar genéticamente otros seres vivos. El gas natural (metano) es un resultado de la actividad microbiana. Los microorganismos fotosintéticos puede utilizar la energía luminosa para producir biomasa, y otros producen biocombustible (etanol) durante la fermentación microbiana. Algunos son capaces de degradar materiales tóxicos. La biorremediación microbiana consiste en emplear microorganismos para la eliminación y degradación de vertidos de petróleo, disolventes, pesticidas y otros productos tóxicos que algunos microbios se los pueden “comer”. Pseudomonas putida, por ejemplo, es una bacteria con un metabolismo muy complejo capaz de degradar los hidrocarburos (petróleo).

6. ¡Somos bacterias!
Casi dos kilos de tu propio peso son bacterias. En tu cuerpo tienes 10 veces más bacterias que células propias, más de 10.000 especies bacterianas distintas. La bacteria más abundante de todas en nuestro cuerpo es Streptococcus. La mayor diversidad de bacterias la tienes en el intestino y en la boca. Existe cada vez más evidencia de la relación entre tus bacterias y tu estado de salud, entre la microbiota y varias enfermedades. Tu salud depende de tus bacterias. Y también son parte esencial en la biología de muchos animales. Puedes pensar que los rumiantes, por ejemplo, comen hierba, pero en realidad de lo que se nutren es de los cientos de millones de microbios que viven en sus estómagos y que son los que realmente degradan la celulosa de la hierba. La panza de una vaca es un auténtico fermentador donde crecen los microbios.

7. Son la principal causa de muerte en muchos países
Siete de cada diez muertes en los países en vías de desarrollo son debidas a enfermedades infecciosas causadas por microbios. Dos de cada tres niños en el mundo mueren de enfermedades infecciosas. Los microbios que más matan son los que producen infecciones respiratorias (cerca de 3,5 millones) y diarreas (2,5 millones), seguido del VIH-SIDA (1,8 millones), tuberculosis (1,4 millones), malaria (1,2 millones) y sarampión (1 millón). El 70% de las muertes por infecciones ocurre en países en vías de desarrollo. La buena noticia es que dos terceras partes de esas muertes serían fácilmente evitables.

8. Muchas enfermedades infecciosas se están volviendo intratables
La resistencia a los antimicrobianos se ha convertido en un grave problema en el tratamiento de enfermedades infecciosas. Existe el riesgo de que muchas enfermedades infecciosas se vuelvan intratables y de retroceder a la humanidad a la época anterior al descubrimiento de los antibióticos. Cada año se producen unos 440.000 casos nuevos de tuberculosis multirresistente; un porcentaje elevado de las infecciones contraídas en los hospitales son causadas por bacterias muy resistentes a los antibióticos, como Staphylococcus aureus; la resistencia a los antipalúdicos es generalizada en la mayoría de los países donde el paludismo es endémico; las infecciones por gonorrea intratables aumentan cada año, … Son las enfermedades re-emergentes.

9. Nuevos virus de la gripe
En 1918 una epidemia de gripe causó más muertes en 25 semanas que el SIDA en 25 años. Mató a más personas en un año que la peste en la Edad Media en todo un siglo. Se calcula que entre 20 y 50 millones de personas murieron por la pandemia de gripe entre 1918 y 1919, muchas más muertes que en toda la Primera Guerra Mundial. Esta epidemia de gripe se diseminó más rápido que cualquier otra plaga. En solos tres meses se extendió por todo el planeta. Este virus de la gripe fue 25 veces más mortal que otros virus de la gripe anteriores.
En 1997, un nuevo virus de la gripe aviar el H5N1 causó una alerta mundial. Desde entonces ha habido cerca de 700 casos confirmados, de los cuales más de 350 han fallecido por causa de este virus. A principio de 2013 se ha notificado el aislamiento en humanos de otra nueva cepa de virus de la gripe, la H7N9. ¿Pueden estos nuevo virus de la gripe volver a causar una pandemia?

10. El virus VIH es la causa del SIDA
Desde que se descubrió en 1981, ha habido unos 60 millones de personas infectadas por el VIH, de las cuales 25 millones han muerto por su causa. Actualmente se calcula que hay unos 33 millones de personas que conviven con el virus y cerca de 2 millones de muertes al año por el VIH. Lo más dramático de esta enfermedad es que más del 90% de los casos de SIDA ocurren en países en vías de desarrollo, principalmente la zona del África subsahariana y Asia oriental. Se calcula que solo en África puede haber 11 millones de niños huérfanos de padre y madre por el SIDA. ¿Seremos capaces de acabar algún día con el SIDA?

11. Los microbios también causan cáncer
Unos dos millones de los casos de cáncer diagnosticados en el 2008 son atribuidos a virus y bacterias. Se calcula que el 15% de los cánceres está causado por un virus. La mayoría de estos casos de cáncer están relacionados con la bacteria Helicobacter pylori (cáncer de estómago), los virus de la hepatitis B y C (cáncer de hígado), el virus del papiloma humano (cáncer de cérvix de útero), o los oncovirus (leucemias).

En el siguiente enlace verás una presentación PREZI con imágenes que resumen lo que aquí acabamos de ver. La microbiología y los microbios son apasionantes! Que lo disfrutes

martes, 27 de agosto de 2013

La materia oscura del universo microbiano


En astrofísica se denomina materia oscura a la materia que no emite radiación electromagnética y no podemos detectarla, pero cuya existencia se puede deducir: está ahí fuera pero no la podemos detectar. Algo parecido ocurre con el mundo microbiano. Los microbios son las formas de vida más diversas y abundantes del planeta, y pueden ocupar cualquier nicho metabólico. Hasta hace unos pocos años solo conocíamos los microbios que podíamos cultivar y crecer en el laboratorio, y algunos incluso verlos al microscopio. Pero sabemos que existen muchos otros que no somos capaces de cultivarlos, que están ahí fuera pero no sabemos nada de ellos, o casi nada. La inmensa mayoría de los microbios que existen en la naturaleza no se han obtenido en cultivo puro en el laboratorio: son los microorganismos no cultivables. Las técnicas de amplificación, secuenciación y detección de genomas independientes del cultivo microbiano está poniendo de manifiesto la existencia de muchos de ellos: la materia oscura del universo microbiano.

Conforme vamos obteniendo mas datos, el número de especies de microorganismos va aumentado y ya se estima que puede haber millones de especies distintas. Se clasifican en al menos 60 líneas o grupos de descendencia (phyla o divisiones) en dos dominios: Bacteria y Archaea. La mitad de estas divisiones no tienen representantes cultivables. El 88% de todos los aislamientos microbianos que cultivamos en el laboratorio pertenecen solo a cuatro grupos: Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria y Bacteroidetes. La inmensa mayoría de la diversidad microbiana por tanto está sin explorar, sencillamente porque no podemos cultivarlos.

Se ha publicado en Nature un pionero estudio sobre la detección y análisis de secuencias de genomas de microbios no cultivables. Lo original de este trabajo ha sido la aplicación de una nueva tecnología que consiste en la amplificación y secuenciación del DNA de células individuales (single-cell genomics) obtenidas directamente de muestras ambientales y sin necesidad de cultivarlas.


Las muestras se han obtenido de nueve hábitats distintos: un lago en Canadá, una laguna en Grecia, las profundidades del océano Atlántico, la costa de Hawaii, una mina de oro abandonada en Dakota del Sur o sedimentos de un manantial de agua caliente en Nevada. A partir de estas muestras, se aislaron 9.600 células individuales de las que extrajeron su DNA, amplificaron el genoma y lo secuenciaron. Identificaron así 201 genomas distintos de 29 grupos no cultivables ni explorados nunca antes del árbol de la vida (21 de Bacteria y 8 de Archaea). El análisis de los datos ha permitido descubrir nuevos rasgos o características microbianas, nuevas capacidades metabólicas como nuevos factores de iniciación de la transcripción en Archaea o nuevos codones de terminación, y proponer dos nuevos superphyla en la clasificación de las bacterias. Además, se han encontrado en el genoma de algunas bacterias genes que normalmente se encuentran en algunos tipos de hongos mucosos, lo que sugiere que ha existido una transferencia lateral de genes entre eucariotas y Archaea, algo que hasta ahora no se conocía.

Y esto solo es un primer paso, el comienzo de lo que puede ser una nueva era de la microbiología: nos empezamos a asomar a la materia oscura del universo microbiano. Apasionante!

Otras entradas en microBIO que te pueden interesar:


Rinke, C. S., et al. (2013). Insights into the phylogeny and coding potential of microbial dark matter. Nature, 499 (7459), 431-437 DOI: 10.1038/nature12352.

martes, 20 de agosto de 2013

Los virus también van de vacaciones: dengue viaja de polizón en avión desde Bali a Australia


El dengue es una infección causada por un virus transmitida por mosquitos, que se presenta en las zonas tropicales y subtropicales del planeta. El vector principal del dengue es el mosquito Aedes aegypti y algunas veces también Aedes albopictus. El virus se transmite a los seres humanos por la picadura de mosquitos hembra infectadas. La enfermedad se propaga por la picadura del mosquito infectado que ha adquirido el virus al ingerir la sangre de una persona con dengue. El mosquito infectado transmite entonces la enfermedad al picar a otras personas, que a su vez caen enfermas, con lo que la cadena se perpetúa. El virus del dengue no se transmite de persona a persona, solo a través del mosquito. La infección causa síntomas gripales y en algunas ocasiones puede complicarse convirtiéndose en el llamado dengue grave o hemorrágico, que puede llegar a ser mortal. Se calcula que puede haber 100 millones de casos de dengue al año en el mundo.


El virus está dentro del mosquito que viaja de polizón 
en un avión trasmitiendo así la infección a otros países.

La zona norte de Australia es un territorio libre de dengue, en el que no ha habido casos de dengue desde 1950. Australia es además un país oficialmente declarado libre de malaria desde 1981. Aunque ambas enfermedades están causadas por microorganismos muy diferentes (el dengue por un virus y la malaria por el protozoo Plasmodium), tienen en común que las dos se transmiten por mosquitos (Aedes en el caso del dengue y Anopheles en el caso de la malaria).  Por eso, en Australia existe un intenso programa de búsqueda, captura y control de mosquitos. 

En julio de 2010 se detectó en el norte de Australia (en la ciudad de Darwin) un caso de dengue en un hombre de 34 años. No había viajado en los últimos meses al extranjero por lo que no se traba de un caso importado. Se pudo secuenciar el genoma completo del virus del dengue de este paciente y se comprobó que era 100% idéntico a una cepa del virus dengue aislada en Indonesia, en concreto en Bali, y diferente a otros virus dengue de otras zonas de Australia. El paciente australiano residía y trabajaba cerca del aeropuerto internacional de Darwin y de un aeropuerto militar. Ambos aeropuertos reciben vuelos desde Indonesia: en el mismo mes en el que se le diagnosticó el dengue al paciente hubo varios vuelos desde Bali, 14 vuelos a la semana.

Durante los meses posteriores, se colocaron trampas especiales para mosquitos en toda la zona que frecuentaba el paciente y no fue posible detectar ningún mosquito. En esa zona de Australia no se han detectado mosquitos tipo Aedes que transmiten el dengue. ¿Cómo pudo entonces infectarse de dengue?. Lo que los autores de este trabajo sugieren es que lo más probable el paciente se infectó por la picadura de un mosquito “extranjero” que vino en avión desde Bali con el virus del dengue en su interior (recuerda el dato de que el virus del australiano era 100% idéntico a uno aislado en Bali). La conclusión, por tanto, es que el paciente australiano se infectó por la picadura de un mosquito portador del virus dengue que viajo a Australia desde Bali, en vez de por la picadura de un mosquito australiano. Se trata de un caso de dengue adquirido en una región libre de vectores del virus, mosquitos Aedes.

En realidad, este caso no es tan sorprendente. Desde hace ya varios años se conoce lo que se denomina malaria de los aeropuertos: casos de malaria en zonas próximas a los aeropuertos de países donde la malaria no es endémica (no existe o es muy poco frecuente) y donde llegan vuelos desde países tropicales donde hay malaria. Son casos similares: mosquitos infectados que viajan de polizones en los aviones y que al llegar a su nuevo destino transmiten la enfermad. Por eso es frecuente que en algunos vuelos se desinfecte con insecticidas el avión antes de desembarcar.

Los virus y otros microbios también vuelan en avión,
esta vez escondidos dentro del mosquito polizón.

Whelan P, et al. (2012). Evidence in Australia for a Case of Airport Dengue. PLoS Negl Trop Dis, 6 (9) DOI: 10.1371/journal.pntd.0001619

miércoles, 7 de agosto de 2013

Amamantar al bebe ... y a sus microbios


Desde el mismo momento del nacimiento, comenzamos a reunir a nuestros propios microbios, que serán distintos de los de otras personas. Formarán lo que se denomina nuestra microbiota. Nuestro microbios gastrointestinales son muy diversos y tienen una enorme importancia para nuestra salud.



Se han hecho estudios con animales libres de gérmenes, que nacen en el laboratorio en condiciones higiénicas sin microbios y se mantienen en ambientes estériles, y se ha comprobado que padecen muchos problemas de salud. La naturaleza de la microbiota gastrointestinal que adquirimos los primeros meses de nuestra vida es fundamental para desarrollar de forma correcta nuestro sistema de defensa inmune, y puede influir directamente en enfermedades inflamatorias de las mucosas y problemas de autoinmunidad y alergias que pueden aparecer varios años después.

Se ha comprobado que la microbiota gastrointestinal de niños que nacen por cesárea es más parecida a los microbios de la piel, mientras que la de los niños que nacen de forma natural por vía vaginal es más parecida a los microbios de la vagina de la madre. En niños prematuros es más fácil sufrir una enterocolitis necrotizante, y el riesgo disminuye si se les alimenta con leche materna.

¿Cómo influye la alimentación del bebe en la composición de la microbiota gastrointestinal?, ¿hay diferencias si se les alimenta de forma natural con leche de la madre o con leche artificial con biberón?, ¿qué es mejor amamantar o biberón?. Para los microbios, y para la salud del bebé, sin duda es mejor la leche materna.

Experimentos de biología molecular con microarrays demuestran que las células epiteliales expresan de forma diferente hasta 146 genes según el bebe haya sido alimentado con leche materna o artificial. Además, la microbiota de los bebés alimentados con leche artificial es más rica en bacterias del grupo de los Firmicutes y menos en Bacteroidetes, mientras que la microbiota de los alimentados con leche materna es mucho más diversa. Por lo tanto, el tipo de alimentación del bebe influye en los microorganismos de su intestino.

Pero no solo eso, la leche materna también ayuda a alimentar a los propios microorganismos del bebe. Uno de los componentes más abundante en la leche materna son los oligosacáridos (moléculas compuestas por unos pocos azúcares), que los bebés no pueden digerirlos durante los primeros meses. ¿Para qué sirven entonces?. Estos oligosacáridos de la leche materna ayudan a que aumente la población de bifidobacterias en el intestino del bebe, siendo predominantes durante los cuatro primeros meses de vida. Además, estos oligosacáridos son más que alimento para los microbios. Hay datos que sugieren que los oligosacáridos actúan como antiadhesivos antimicrobianos que previenen que los microbios patógenos como Streptococcus pneumonia, E. coli o Listeria monocytogenes se unan a la superficie de la mucosa del intestino del bebe, y disminuyen así el riesgo de una infección.

La alimentación con leche materna protege de la aparición de diarreas y de enterocolitis en el recién nacido y se ha asociado a una reducción de riesgo de padecer inflamaciones intestinales, obesidad e incluso diabetes de tipo 2 en la edad adulta.

Conclusión: no hay nada como una madre! Es importante alimentar a los microbios del bebé tanto como darle de comer al propio bebé.

Infant Microbiome Project  es un proyecto de investigación que pretende estudiar el papel de los oligosacáridos de la leche materna en la microbiota gastrointestinal del bebé.

What comes first, the baby or her intestinal microbiota?. 2013. J. L. Fox. Microbe 7(6): 256-257.