domingo, 30 de marzo de 2014

Biología sintética: ¿para qué construir un cromosoma en el laboratorio?


(O como explicar la noticia a mi madre de 84 años)

Se ha hecho pública la noticia de que se ha construido el primer cromosoma sintético de un organismos eucariota. Están todos muy emocionados y dicen que esto es muy importante, pero mi madre no entiende nada.

¿Qué es un organismo eucariota?. Según cómo sea las células de un ser vivo, los podemos clasificar en dos tipos: los procariotas, que son células muy simples que carecen de núcleo y de orgánulos rodeados de membrana, al que pertenecen las bacterias; y los eucariotas o células con un núcleo bien diferenciado y mucho más complejas, al que pertenecen las algas, los hongos, las plantas y los animales. Tú mismo eres un eucariota formado por millones de células. Otro eucariota muy sencillo formado por una sola célula es la levadura del pan, que también se utiliza para fabricar el vino y la cerveza, y que se llama Saccharomyces cerevisiae. Estos experimentos del cromosoma sintético los han hecho con esta levadura.


Células de levadura Saccharomyces cerevisiae al micropscopio electrónico de barrido (SEM).

¿Qué es un cromosoma?. Todas las células tienen en su interior el ADN, que es la molécula donde está escondida en forma de un código “secreto” de letras la información genética que controla el funcionamiento de la célula. Es la información que se hereda y que transmitimos a nuestros descendientes. Esa información está repartida en trocitos de ADN que se denominan genes. En las células eucariotas, el ADN está en el núcleo. Esas moléculas de ADN son muy largas y son como una madeja o maraña de hilos que se enrollan y se organizan en lo que se denomina cromosoma. Cada ser vivo tiene un número determinado de cromosomas en sus células. Nuestras células, por ejemplo, tienen 23 cromosomas, y la levadura Saccharomyces cerevisiae tiene un total de 16 cromosomas.

¿Y en qué consiste el experimento que han hecho con la levadura?. Pues le han quitado uno de sus cromosomas y se lo han sustituido por otro nuevo, que han fabricado artificialmente en el laboratorio. En concreto, de los 16 cromosomas que tiene la levadura, le han cambiado el cromosoma nº 3. Esto parece muy fácil, pero han tardado más de siete años, han colaborado 16 laboratorios y más de 50 estudiantes.


Building the Ultimate Yeast Genome. E. Pennisi. Science 28 March 20141426-1429.
Ese cromosoma artificial, ¿es igualito al natural, al que ya tenía la levadura?. No, este nuevo cromosoma artificial que han fabricado en el laboratorio es más pequeñito: si el cromosoma natural tenía un total de 316.667 letras, el artificial tiene 272.871, cerca de 50.000 cambios!. Le han quitado algunos trocitos que no tienen interés o que pueden dar problemas (trozos sin información importante o que se pueden “mover” de un sitio a otro del cromosoma), y además le han añadido otros para que funcione mejor el cromosoma y para poderlo diferenciar fácilmente del natural.

¿Por qué tanta emoción, si parece tan sencillo?. Pues porque es la primera vez que se consigue en un organismo eucariota. Los investigadores no sabían si al cambiarle de cromosoma, la levadura iba a funcionar igual y parece que sí: la levadura con su nuevo cromosoma fabricado en el laboratorio crece igualito o muy parecido a la levadura normal. Es decir, que la levadura tolera bien ese cromosoma artificial. Algo parecido ya lo habían hecho hace años con una bacteria, con un procariota, pero es más fácil, solo tienen un cromosoma y mucho más pequeñito. Esta vez ha sido con un cromosoma mucho más grande y en una célula mucho más compleja, la levadura.

Y esto, ¿para qué sirve, hijo mío?. (Esta es la pregunta que siempre me hace mi madre!). Si conseguimos hacerlo con los 16 cromosomas, podemos reinventar o rediseñar una levadura para que produzca lo que nosotros queramos. Imagínate que hagamos una levadura “sintética” que produzca más y mejor cerveza, o medicamentos, biocombustibles, nuevos antibióticos, … las posibilidades son infinitas. En el futuro, podremos hacer una levadura “a la carta”. Además, podemos manipular completamente su genoma y nos puede ayudar a entender cómo funciona exactamente un genoma, cómo se controla una célula, algo que todavía hoy en día no somos capaces de entender.

Algunos periódicos dicen que esto es vida artificial, ¿es cierto?. Estamos todavía muy lejos de la vida artificial. Todavía no somos capaces de a partir de elementos sencillos (carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, …) sintetizar una célula completa. Lo que se ha hecho es sintetizar un cromosoma y metérselo a una célula ya existente. Esto no es crear vida artificial, aunque sea un gran avance.

¿Y ya está, el proyecto se acaba aquí?. No, el proyecto pretende crear un genoma completo sintético de la levadura. Se ha denominado proyecto Sc2.0,  Sc es por Saccharomyces cerevisiae y el 2.0 hace referencia a la versión 2 de un nuevo ser vivo. Esto que acaban de publicar ahora es solo el comienzo. De momento han conseguido sintetizar uno de los 16 cromosomas de la levadura. Otros cuatro están a punto de completarse, siete se han comenzado a diseñar y con los otros cuatro restantes todavía ni han comenzado. Es un proyecto muy ambicioso y apasionante en el que participan grupos de investigación de EE.UU., China, Reino Unido, Australia, Singapur, Francia y Alemania.

Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome. Annaluru, N., et al. Science. March 27, 2014

martes, 25 de marzo de 2014

Si no vacunas a tu hijo, se puede infectar de sarampión y rubéola


La mayoría de los casos de sarampión y rubéola en Europa son por no vacunarse

El sarampión y la rubéola son dos enfermedades infecciosas causadas por virus. Son enfermedades solo humanas  que no afectan a los animales y se trasmiten fácilmente por vía aérea.

El sarampión es una de las enfermedades infecciosas más contagiosa, más fáciles de transmitirse: antes de las vacunas prácticamente el 90% de los niños estaban infectados de sarampión. Sigue siendo una enfermedad muy frecuente en países en vías de desarrollo, y una de las principales causas de muerte en niños pequeños, a pesar de que existe una vacuna segura y eficaz. En niños pequeños la enfermedad se puede complicar, con neumonía y encefalitis, llegando a producir la muerte (0,2% de los casos). Se calcula que en 2012 murieron 122.000 personas, cerca de 330 por día, 14 por hora, la mayoría menores de cinco años. No existe ningún tratamiento antiviral específico contra este virus. La vacuna contra el sarampión, que se viene utilizando desde hace 50 años, es segura, eficaz y barata. Inmunizar a un niño contra el sarampión cuesta menos de un euro. La vacuna es un virus vivo y tiene una eficacia entre el 90-98%, se administra en dos dosis y la protección suele durar toda la vida.

La rubéola también se transmite por vía aérea. En niños suele ser un enfermedad leve, incluso en la mitad de los casos sin síntomas. Las complicaciones son más frecuentes en adultos, pero la consecuencia más grave de una infección por rubéola es el daño que puede causar al bebé en una mujer embarazada, desde defectos congénitos hasta aborto prematuro. Cuando el virus de la rubéola infecta a una mujer embarazada en las primeras etapas del embarazo, la probabilidad de que la mujer transmita el virus al feto es del 90%. Se calcula que cada año nacen en el mundo aproximadamente 110.000 niños con síndrome de rubéola congénita. Tampoco se dispone de un tratamiento específico para este virus. La vacuna contra la rubéola contiene una cepa de virus vivo atenuado que se ha utilizado durante más de 40 años. Una sola dosis de vacuna confiere una protección a largo plazo superior al 95%.


Por lo general, las vacunas contra el sarampión y la rubéola son parte de una vacuna combinada que protege contra cuatro enfermedades virales: parotiditis o paperas, sarampión, rubéola y varicela (MMRV, del inglés Mumps, Measles, Rubella and Varicela).

Uno de los objetivos de la OMS es erradicar estas dos enfermedades de los 53 países del área europea, con cerca de 900 millones de personas, donde, en principio, se emplean las vacunas contra el sarampión y la rubéola. Sin embargo, según un reciente estudio, durante el año 2012 y los primeros nueve meses del 2013, hubo 55.438 casos de sarampión y 66.856 de rubéola. La mayoría de los casos de sarampión ocurrieron en seis países, y el 74% en personas que no se habían vacunado, hubo un total de 7 fallecimientos. Los casos de rubéola ocurrieron casi exclusivamente en Polonia y el 85% en personas no vacunadas. En 2013, en Holanda hubo en brote de 1.226 casos de sarampión y 54 de rubéola, en una comunidad relacionada con los movimientos anti-vacunas. Estos datos demuestran que la mayoría de los casos de sarampión y rubéola en Europa son por no vacunarse.

Las vacunas no solo nos protegen a nosotros mismos sino que evitan que los virus se extienda entre la población, evitan por tanto las epidemias. Si tú no te vacunas, puedes poner en riesgo a los que están a tu alrededor, especialmente a los más débiles, los niños, los ancianos y los enfermos. Tu protección por tanto depende de otros. Con la vacunación se protege a la comunidad, cuanto mayor sea la proporción de personas vacunadas y protegidas contra una infección, menor será la probabilidad de contagio entre un individuo infectado y otro sano, menor será la posibilidad de una epidemia. Por tanto, del que tú te vacunes depende la salud de otros. Las vacunas funcionan!

Muscat, M., et al. (2014). The state of measles and rubella in the WHO European Region, 2013. Clin. Microbiol. Infect. doi: 10.1111/1469-0691.12584.

lunes, 10 de marzo de 2014

CSI: detectives microbianos


Seguir el rastro del virus para saber quién infecta a quién

Si sigues la serie de CSI habrás visto como Grisson y su equipo son capaces de dar con el malo de la película analizando “las epiteliales” que se deja en la escena del crimen. Mediante técnicas de secuenciación del DNA y análisis bioinformático, los investigadores son capaces de demostrar que una muestra biológica concreta es tuya. La probabilidad de acertar es tan alta, que estas pruebas ya son empleadas en los juicios y sirven para condenar (o absolver) al presunto criminal. Esto se hace con el DNA de las células de la piel, por ejemplo, pero ¿podemos seguir la pista de una infección, de un microbio, y demostrar dónde y por quién comenzó la infección?.



En febrero de 1998 se detectaron una serie de casos de infección por el virus de la hepatitis C entre pacientes que habían sufrido algunas pequeñas intervenciones quirúrgicas en Valencia (España). A partir de esos casos se realizó un estudio epidemiológico muy exhaustivo, se examinaron los expedientes de un total de 66.000 personas que habían tenido algún tipo de intervención en los hospitales donde se sospechaba que había ocurrido la infección. Se confirmó un brote de hepatitis C en cientos de pacientes. El único factor en común en todas las personas con hepatitis C fue un anestesista que les atendió en el quirófano y que, por lo visto, se inyectaba él mismo un poco de anestesiaba antes de la operación y luego con la misma aguja anestesiaba al paciente. El anestesista era portador del virus de la hepatitis C. En 2007, el juez encontró culpable a este médico de infectar intencionadamente al menos a 275 personas con el virus, cuatro de las cuales fallecieron por complicaciones debidas a esta infección. El anestesista fue condenado a 1.933 años de cárcel, aunque probablemente solo permanezca 20, según la legislación actual.

Para probar su inocencia, el anestesista afirmaba que en realidad él era quien había sido infectado por alguno de los pacientes y no al revés. ¿Se puede probar científicamente esta afirmación?, ¿podemos estar seguros de que el inicio de todas las infecciones fue el virus del anestesista o, como afirmaba él, él es uno más de la cadena de infectados?, ¿tenían los virus de todos los pacientes un origen común, y este era el anestesista?, ¿quién infectó a quién?, ¿quién fue el origen de todo, el culpable?.

El asunto no es fácil. El virus de la hepatitis C tiene una capacidad de variación enorme, puede mutar increíblemente rápido, evoluciona a una gran velocidad. Por eso, lo que no se espera es que las secuencias de los genomas de los virus de distintas personas coincidan exactamente. Dentro de un mismo paciente con hepatitis C, podemos encontrar distintas pequeñas variantes genéticas del virus en distintas zonas del cuerpo o a lo largo del tiempo de la infección. Por eso, encontrar una relación filogenética, una relación entre los virus, demostrar el orden de aparición temporal de distintos virus, demostrar si los virus de los paciente provenían del anestesista, no ha sido una tarea sencilla. No se trata por tanto de comparar simplemente las secuencias de los genomas para ver si son iguales, sino que hay que diseñar métodos para ver la relación “familiar” entre los virus.


(Bhattacharya, S. (2014). Science in court: Disease detectives. Nature, 506 (7489), 424-426)

Investigadores de la Universidad de Valencia han aportado evidencias científicas que demuestran que el origen estuvo en el anestesista. Mediante técnicas de filogenética forense (secuenciación del genoma y análisis bioinformático) han analizado cerca de 4.200 secuencias virales. Analizaron 11 muestras de virus de cada una de las 321 personas que se sospechaba que podían haber sido infectadas por el anestesista, y de 42 personas de la misma zona con hepatitis C pero sin relación alguna con el anestesista (estas muestras se emplearon como controles negativos). Todas se compararon con las secuencias del virus del anestesista. Así, trazaron cómo ha sido la evolución del virus y pudieron “dibujar” su árbol familiar, como un árbol genealógico familiar del virus. Este árbol filogenético ocupaba nada menos que 11 metros de papel impreso!

Analizando los datos, determinaron la probabilidad de que cada persona hubiera sido infectada por el anestesista frente a la probabilidad de que la fuente de infección no tuviera nada que ver con él. En la mayoría de los casos la probabilidad de que el anestesista fuera la fuente de infección fue mayor de 105, en algún caso llegaba a ser de 6,6 x 1095!. Como este virus evoluciona tan rápidamente, los investigadores fueron también capaces de estimar las fechas en las que pudieron ocurrir las infecciones, desde enero de 1987 a abril de 1998, lo que coincidía con los datos epidemiológicos.

Las probabilidades de que el origen de la infección fuera el anestesista eran altísimas y las fechas coincidían. Estos resultados ayudaron al juez a determinar una relación directa con el anestesista en 275 casos. Pero además, estos mismos análisis han permitido demostrar que otros 47 casos sospechosos al final no tenían nada que ver con el virus del anestesista, la fuente de infección en estos casos no fue el médico.

De todas formas, siempre hay que ser cautos, aunque con estas técnicas puedes descartar totalmente que dos muestras tengan relación y demostrar así que una persona NO es culpable, nunca puedes probar la culpabilidad al 100%. Los resultados de la filogenética forense no son siempre definitivos, pero en este caso aportaron pruebas irrefutables que confirmaban los datos epidemiológicos y ayudaron al juez a un veredicto justo y veraz.





Información adicional:
El virus de la hepatitis C pertenece a la familia de los Flavivirus, posee envoltura y un genoma tipo RNA de una sola hebra (sentido positivo) de unos 9,6 kb. El genoma codifica para una poliproteína de cerca de 3.000 aminoácidos, que se procesa y da lugar a tres proteínas estructurales y siete reguladores. La región genética E1-E2 es la más hipervariable. Se han descrito 11 genotipos diferentes del virus. Además, cada genotipo tiene diferentes subtipos. La distribución geográfica de estos genotipos y subtipos es variable. Existen unos 160 millones de personas en el mundo infectadas por el virus de la hepatitis C, cerca del 80% desarrollan una hepatitis crónica, que en muchos casos es asintomática.  El 20% pueden desarrollar complicaciones series como cirrosis y cáncer de hígado. El virus se trasmite principalmente por contacto sanguíneo. 

González-Candelas, F., et. (2013). Molecular evolution in court: analysis of a large hepatitis C virus outbreak from an evolving source BMC Biology, 11 (1) DOI: 10.1186/1741-7007-11-76 

Bhattacharya, S. (2014). Science in court: Disease detectives. Nature, 506 (7489), 424-426