martes, 29 de abril de 2014

PCR solar: con un poco de sol y un smartphone ya puedes hacer una PCR!


Hoy en día prácticamente todo el mundo tiene acceso a un teléfono móvil (cellular phone), incluso en los países en vías de desarrollo. Por eso, los ingenieros están desarrollando aplicaciones y modificaciones en los teléfonos móviles para transformarlos en poderosos sistemas para diagnosticar de forma muy sencilla enfermedades. Ya existen algunas aplicaciones que te permiten con un móvil cuantificar el pH, el colesterol o la vitamina D de una muestra de saliva o de sangre. Las posibilidades futuras son apasionantes.



Ahora, un grupo de ingenieros de la Universidad de Cornell en Nueva York, han combinado un smartphone con un sistema de calentamiento solar para realizar una reacción de PCR y analizar en DNA viral de un paciente.

La reacción de PCR consigue la amplificación de una secuencia concreta de DNA. Debido a su enorme sensibilidad, especificidad y capacidad de cuantificar, la PCR se emplea de forma rutinaria para diagnosticar gran cantidad de enfermedades. Un reacción típica de PCR consiste en la acción cíclica de la enzima DNA polimerasa. Normalmente, se combinan unos ciclos que van desde los 95ºC (desnaturalización del DNA) durante unos 30 segundos, seguido de 60ºC durante unos 45 segundos (dónde ocurre la unión específica de los cebadores con el DNA), y una etapa a 72ºC durante un minuto y medio (dónde se lleva a cabo la extensión o síntesis del DNA). Esta reacción se repite unas 30-40 veces de forma cíclica, con lo que se consigue amplificar un trocito de DNA millones de veces, para poder así luego detectarlo fácilmente.

Esta reacción de PCR se realiza en termocicladores, máquinas que son capaces de subir y bajar la temperatura en rangos que van desde los 4ºC hasta cerca de 100ºC, en intervalos de tiempo muy cortos y de forma cíclica. Para esto, se necesita energía, energía eléctrica. Esta es una de las causas por las que la tecnología PCR es difícil de realizar en zonas donde la infraestructura es limitada o no hay acceso fácil a la energía eléctrica.

Las baterías de un móvil no son muy potentes y no son capaces de llevar a cabo una reacción de PCR. Pero, el móvil sí que puede ayudarnos a monitorizar y controlar la reacción, y la energía solar (de fácil acceso, J está en todas partes) se puede emplear para llevar a cabo la amplificación del DNA.

Para ello, han diseñado un pequeño chip con microcanales donde se crean las condiciones de temperatura adecuadas para que ocurra la reacción de PCR. El chip está acoplado a una lente o lupa que concentra la luz solar y proporciona la energía necesaria. El teléfono móvil controla los parámetros y es capaz de leer la reacción final. Si ocurre la ampliación especifica, se genera una señal fluorescente que es recogida y procesada por el teléfono móvil.



Para comprobar que el sistema funciona, lo han ensayado primero con DNA de plásmidos y han sido capaces de detectar concentraciones de 10 copias/mL. Han comprobado también que, en días soleados de verano, la reacción tarda en llevarse a cabo unas 12 horas.  Sin embargo, reconocen que las nubes que pueden aparecer durante el día pueden afectar a la eficacia de la PCR. Una vez “puesta a punto”, ensayaron con éxito la técnica con muestras de biopsias de piel de personas con sarcoma de Kaposi, un tipo de cáncer muy frecuente en África y asociado a un virus herpes, el virus herpes humano de tipo 8. Ahora, los autores están buscando fondos para iniciar un ensayo clínico en África.

Es verdad que este sistema tiene el problema de que no puede ser empleado en zonas donde el sol no se deje ver mucho o en días nublados. No puedes decirle al paciente que espere al diagnóstico hasta que haga buen día, pero la propuesta de unir chips, móviles y energía solar es muy interesante. Es muy probable que en poco tiempo veamos en el mercado sistemas de diagnóstico muy sencillos y baratos, aunque sofisticados, que ayuden a controlar las enfermedades infecciosas allí dónde más se necesita: África

También te puede interesar esta otra entrada:

Bye-Bye PCR: el chip "prodigioso" que detecta bacterias en 30 minutos!

Jiang, L., Mancuso, M., Lu, Z., Akar, G., Cesarman, E., & Erickson, D. (2014). Solar thermal polymerase chain reaction for smartphone-assisted molecular diagnostics Scientific Reports, 4 DOI: 10.1038/srep04137 

Erickson, D., O'Dell, D., Jiang, L., Oncescu, V., Gumus, A., Lee, S., Mancuso, M., & Mehta, S. (2014). Smartphone technology can be transformative to the deployment of lab-on-chip diagnostics Lab on a Chip DOI: 10.1039/C4LC00142G

lunes, 21 de abril de 2014

Varicela, ¿hay que vacunarse?, ¿cuándo?


La varicela es una enfermedad infecciosa causado por el virus de la varicela-zóster, un tipo de herpes. Cuando te infectas por primera vez, la enfermedad se manifiesta como la varicela. Pero después el virus queda latente, escondido en tu organismo, y puede reactivarse muchos años más tarde y se manifiesta como el herpes zóster. La varicela y el zóster son por tanto el mismo virus, que produce dos manifestaciones clínicas distintas.

Es un enfermedad mundial que solo ocurre en el ser humano (no afecta a animales ni se transmite por insectos). El virus se transmite entre personas por vía respiratoria, es una de las infecciones más contagiosas, más fáciles de transmitir, no tanto como el sarampión, pero más que las paperas. Si convives en casa con una persona con varicela, tienes una probabilidad del 90% de que te contagies. Antes de las vacunas, prácticamente todas las personas adultas habían pasado la varicela.


La varicela en niños pequeños sanos suele ser una enfermedad benigna, leve que se cura sola.

La varicela es frecuente en niños pequeños. Haber pasado la varicela te inmuniza de por vida, ya no vuelves a pasarla (la próxima vez que se reactive se manifestará como herpes-zóster).  Como tantas cosas en la vida, solo se pasa un vez. Tiene un período de incubación de un par de semanas, y en niños sanos es una enfermedad leve y que se cura sola: aparecen los típicos granitos y sarpullido por la cabeza y el tronco sobre todo, malestar general y fiebre. La varicela en adultos puede llegar a ser más peligrosa. En algunos casos la infección por varicela se puede complicar: lo más frecuente son infecciones secundarias de la piel por bacterias como Staphylococcus o Streptococcus, pneumonía, y más raro aún meningitis o encefalitis (no llega a 2 casos por 10.000 enfermos). Lo más frecuente es que las complicaciones ocurran en personas mayores o en niños con problemas en su sistema inmune, inmunocomprometidos o infectados previamente por el VIH, por ejemplo.

En Europa entre los años 2000-07 hubo 5.435.223 casos de varicela. En España, los brotes de varicela suelen ocurrir durante cuatro semanas, a finales de primavera y principio de verano, se calculan alrededor de unos 300.000 casos al año. El 86% de los casos ocurren en niños menores de 15 años, sobre todo en niños entre 1 y 5 años. Se calculan unos 1.274 ingresos hospitalarios al año debido a complicaciones por la varicela y entre 4 y 14 fallecimientos anuales, la mayoría en mayores de 14 años.

La vacuna contra la varicela está formada por virus vivos atenuados. Son virus de la varicela derivados de una cepa que se aisló en Japón a principios de los años 1970 y que se ha ido debilitante (atenuando) a base de ir replicando decenas de veces el virus en distintos cultivos celulares. Así, se consigue que el virus acabe siendo incapaz de causar la infección, pero sí de activar nuestras defensas y actuar por tanto como vacuna. Como la varicela solo se pasa una vez, es una buena vacuna, segura y efectiva, con una eficacia superior al 90%.

No existe un consenso internacional sobre cuándo vacunar contra la varicela. De hecho, en Europa los criterios son diferentes en cada país. El CDC (Centers for Disease Control and Prevention), la AEP (Asociación Española de Pediatría), y el Comité Asesor de Vacunas recomiendan la vacuna de la varicela a todos los niños (sin contraindicaciones) entre los 12 y los 15 meses de edad y una segunda dosis de refuerzo entre los 4 y los 6 años. Se han descrito casos de brotes de varicela en grupos que habían recibido solo una primera dosis de vacuna, por eso, desde el año 2006 el CDC recomienda la segunda dosis. De esta forma se logra prevenir la enfermedad en más del 98% de los casos. También se recomienda la vacunación entre las edades de 10 y 14 años, en aquellas personas que no hayan pasado la enfermedad ni hayan sido vacunadas previamente.

Conclusiones:

1. Es necesario un calendario común y completo de vacunación en toda España. Los microbios no son nacionalistas, ni conocen fronteras, ni saben si están en Navarra, en Zaragoza o en Valencia. Es absurdo desde el punto de vista científico que existan diferencias de vacunación según la comunidad autónoma en la que vivas.

2. Este calendario debe ser elaborado por razones exclusivamente médico-sanitarias, nunca por razones políticas o económicas. Deben ser los expertos en vacunas, enfermedades infecciosas y epidemiología los que decidan qué vacuna y cuándo debe administrase, según criterios científicos, nunca políticos ni económicos. Es necesario un consenso para no marear a la población.

Las vacunas funcionan, salvan millones de vidas, pero en algunas personas las vacunas pueden tener contraindicaciones, por eso SIEMPRE hay que consultar con el pediatra, que será quién mejor conozca las precauciones que haya que tomar en cada caso concreto.




Te puede interesar escuchar esta entrevista sobre el tema de la varicela y la vacuna del programa La mecánica del caracol en EiTB.



Fuentes:

- Documento del Comité Asesor de Vacunas de la Asociación Española de Pediatría [link]

- Información sobre la varicela del CDC (Centers for Disease Control and Prevention) [link]

- Información sobre la varicela del ECDC (European Centre for Disease Prevention and Control) [link]

- Información sobre la varicela de la organización Vaccines.gov [link]


- Posicionamiento del Comité Asesor de Vacunas de la AEP sobre el calendario de vacunación común de mínimos para España [link]

- Información de la OMS [link] 

lunes, 14 de abril de 2014

Armagedon microbiano: los microbios pueden ser más peligrosos que un asteroide.


Hace aproximadamente unos 250 millones de años, al final del período denominado Pérmico, ocurrió una extinción masiva de los seres vivos terrestres. Ha sido la mayor extinción ocurrida en la Tierra. De proporciones catastróficas, desaparecieron cerca del 95% de las especies marinas y el 70% de los vertebrados terrestres. Algunos autores creen que quizás solo sobrevivió el 5% de las especies. La Tierra tardó millones de años en recuperarse. Una extinción que se conoce con el nombre de la Gran Extinción o Great Dying. (La extinción de los dinosaurios fue hace “poco”, hace “solo” unos 65 millones de años, al final del período Cretácico y el principio del Terciario).


Las causas de semejante hecatombe biológica aún se discuten: quizá una actividad volcánica extrema, el impacto de un asteroide de gran tamaño o la explosión de una supernova “cercana”, que crearon un cambio climático de consecuencias desastrosas. Cada vez hay más evidencias de que la extinción fue acompañada de un aumento global de la temperatura y de una acidificación de las aguas de los océanos. Se sabe también que hubo una fuerte actividad volcánica en Siberia, y que la extinción coincidió con “misteriosos” cambios bruscos, rápidos y severos en el ciclo del carbono en la Tierra. Sin embargo, ignoramos el origen y la causa de dichos cambios.

Según un reciente artículo publicado en la revista PNAS, los microbios podrían estar detrás de esta Gran Extinción. Los autores han combinado análisis en los cambios en el carbono, análisis filogenéticos de microorganismos y medidas de la concentración de níquel en los sedimentos en el sur de China. Parece ser que algunos microorganismos adquirieron una nueva capacidad de consumir algunos productos que antes no podían emplear como alimento, esto causó un aumentó desmesurado del número de dichos microbios, que además eran capaces de producir gas metano (CH4 ), lo que tuvo consecuencias catastróficas para el clima.

Según este artículo, ese cambio en el ciclo del carbono que ocurrió hace unos 250 millones de años, pudo ser debido a tres hechos que coincidieron en el tiempo. Por una parte, la acumulación en los sedimentos marinos de gran cantidad de materia orgánica. Además, la transferencia de material genético de bacterias que degradan la celulosa a un tipo de microbios capaces de producir metano, las arqueas metanogénicas. Esto les permitió emplear como alimento de forma muy eficaz esa materia orgánica de los fondos marinos y convertirla en metano. Pero para estos microbios el compuesto níquel es esencial y lo necesitan para su metabolismo. Todo esto fue posible gracias a un aumento de níquel en la superficie terrestre como consecuencia de una gran actividad volcánica. Así, se generó un auténtica explosión en el número de estos microbios productores de metano. El metano es uno de los gases invernadero y su aumento pudo generar un cambio climático, pudo desplazar al oxígeno y producir una acidificación de los océanos.


Las arqueas metanogénicas convierten el acetato en metano. Para ello necesitan unos genes concretos. Se cree que esta ruta metabólica fue adquirida por la arquea Methanosarcina por transferencia de un par de genes de alguna bacteria del grupo de los Clostridium. Al comparar los genomas de 50 microorganismos vivos, los autores han concluido que ese intercambio de genes debió de ocurrir hace unos 250 millones de años, el momento de la gran extinción masiva.

Los microbios ya habían tenido un efecto esencial sobre la vida en el planeta. Hace unos 2.400 millones de años un tipo de microbios, las cianobacterias, cambiaron totalmente la atmósfera terrestre, que pasó de ser anaerobia (de no tener oxígeno) a aerobia, con oxígeno: la gran oxidación. Las cianobacterias son microbios que producen oxígeno, llevan acabo una fotosíntesis como la de las plantas verdes actuales. Fueran estos microbios los que llenaron de oxígeno la superficie terrestre. Esto permitió la colonización de la superficie y en parte la evolución biológica sobre el planeta.

Todos esto demuestra sin duda que la Tierra es un sistema muy sensible a la actividad y a la evolución microbiana. La actividad microbiana ha cambiado la vida sobre la Tierra de forma drástica al menos en dos ocasionas, la gran oxigenación de las cianobacterias y la producción de metano de las arqueas metanogénicas. Quizá no hay que esperar al impacto de un meteorito, no podemos descartar que en el futuro los microbios sean los responsables de nuestra propia extinción!

Methanogenic burst in the end-Permian carbon cycle. Rothman, D.H., et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2014 Mar 31.