martes, 27 de enero de 2015

Retrovirus, virus “fosilizados” en nuestro genoma, que afectan al funcionamiento del cerebro


Retrovirus endógenos, que hace millones de años infectaron nuestros gametos, influyen en el desarrollo y función del cerebro

Hay muchos tipos de retrovirus diferentes. Los retrovirus pueden infectar a la mayoría de los vertebrados. Son virus que durante su ciclo de multiplicación dentro de la célula que infectan pueden integrar su genoma en el genoma de la célula para formar un provirus. En un determinado momento el provirus se “activa” y se producen nuevos virus. Un ejemplo sería el retrovirus VIH que infecta las células linfocitos CD4 humanas. El genoma del VIH puede quedar latente o “escondido” como provirus en el genoma del linfocito, hasta que se reactiva, se expresa, se vuelven a producir virus y la célula acaba muriendo. Lógicamente, el virus en forma de provirus en nuestros linfocitos no es algo que pase a nuestra descendencia, no lo heredan nuestros hijos.


Los retrovirus pueden insertar su genoma en las células que infectan, en forma de provirus

Pero es distinto si el retrovirus lo que infecta es una célula germinal, uno de nuestro gametos. En ese caso, el provirus puede llegar a heredarse como un gen celular más y acabar en el genoma de nuestros descendientes. Si el gameto lleva en su ADN el ADN del virus, después de la fecundación, todas las células del nuevo embrión llevarán en su genoma el provirus. Y eso es lo que ha ocurrido en repetidas ocasiones a lo largo de los últimos millones de años. Por eso, en nuestro genoma existen copias de retrovirus que han ido infectando los gametos y se han ido integrando como provirus en el genoma humano durante el curso de la evolución. Son los denominados retrovirus endógenos (o ERV, Endogenous RetroVirus): restos de retrovirus que han quedado “fosilizados” en nuestro genoma. Habitualmente son copias truncadas o defectuosas del genoma del retrovirus y ya no pueden volver a producir virus. Pero la cantidad de retrovirus endógenos que hemos ido acumulando durante la evolución humana es enorme: alrededor de un 8% del genoma humano son retrovirus endógenos, tenemos unas 450.000 copias! La gran cantidad de estos elementos en el genoma sugiere que juegan un papel muy importante en la regulación de los genes.  Los retrovirus endógenos pueden afectar a la expresión de otros genes y por eso tienen influencia en nuestro desarrollo: se cree que han tendido mucho que ver en nuestra evolución como humanos, afectan a la diferenciación celular durante nuestro desarrollo embrionario, y en algunos casos pueden estar relacionados con determinadas enfermedades genéticas, como algunos tipos de cáncer. Los retrovirus endógenos por tanto pueden tener un efecto tanto beneficioso como maligno, por eso existen sistemas que controlan su acción. Por ejemplo, algunas proteínas se encargan de “silenciar” o reprimir específicamente algunos retrovirus endógenos durante el desarrollo embrionario.


Los retrovirus endógenos (ERV) constituyen cerca del 8% de nuestro genoma

El cerebro de los mamíferos en un órgano extremadamente complejo que contiene miles de tipos de neuronas diferentes, cada una con una función concreta. Cómo se logra esta complejidad sigue siendo uno de los grandes retos de la ciencia actual. Hoy sabemos que existen modificaciones químicas en el ADN que sin alterar su secuencia afectan a su actividad y a la expresión de los genes, lo que se denomina epigenética. Las distintas neuronas tienen patrones diferentes de expresión de sus genes, debido a diferentes grados de metilación del ADN, a modificaciones de las histonas (proteínas unidas al ADN) o a pequeñas moléculas de ARN regulador que interfieren con el ADN (ARN de interferencia, con función reguladora y que no da lugar a proteínas).

El 45% del genoma son elementos repetitivos que no codifica proteínas pero que tienen una función reguladora

No sabemos cuál es el programa de expresión génica en las distintas poblaciones neuronales, pero se ha sugerido que el mal llamado “ADN basura” tiene mucha influencia. Este ADN está formado por secuencia que no codifican proteína y está repartido por todo el genoma como elementos repetitivos sin función aparente. Se calcula que alrededor del 45% de nuestro genoma está constituido por ADN repetitivo. Hoy sabemos que tan importante como las secuencias de ADN que codifican proteínas son esas otras secuencias que no llevan información para sintetizar proteínas pero sí para el control y la regulación de la expresión del resto del ADN. Este ADN “silencioso” puede actuar como elementos reguladores que influyen en la expresión de los genes y que pueden tener un papel esencial en la formación de redes genéticas en el cerebro. Los retrovirus endógenos son elementos repetitivos y son parte de ese ADN “silencioso” o “basura”.

Se ha publicado en la revista Cell Reports un trabajo en el que demuestran que una proteína concreta (denominada TRIM28) es la encargada de modificar o silenciar los retrovirus endógenos en células progenitores neuronales de ratón, lo que afecta al patrón de expresión de varios genes e influye en el desarrollo y función del cerebro. Los resultados demuestran que en las células progenitores neuronales (que darán lugar al cerebro) de embriones de ratones deficientes en la proteína TRIM28 había una gran expresión de algunos retrovirus endógenos concretos. Esa activación de los retrovirus endógenos se correlacionaba con un aumento en la expresión de otros genes cercanos y con la producción de moléculas de ARN no codificante y con función reguladora. Todos estos fenómenos solo ocurrían en las células del cerebro y no en otras como fibroblastos, células del hígado o sanguíneas. Este trabajo demuestra un sistema de regulación de las células progenitores del cerebro que depende de los retrovirus endógenos. Dicho de otro modo, demuestra que los retrovirus endógenos participan en el control de la red genética del cerebro, en definitiva en su desarrollo y función. Esto sugiere además que podría haber algún tipo de relación entre los retrovirus endógenos y algunos trastornos cerebrales.

Aunque todo este trabajo se ha hecho en ratones, en el futuro se podría estudiar el patrón de expresión de los retrovirus endógenos en cerebros de pacientes con trastornos neuronales y psiquiátricos severos y compararlo con personas sanas, para comprobar su posible papel en este tipo de enfermedades.

De todas formas, este trabajo siguiere un hecho fascinante: virus que infectaron los gametos de nuestros antepasados hace millones de años, cuyo DNA quedó “incrustado”  en nuestro genoma humano, quizá ahora son esenciales para el desarrollo de nuestro cerebro y nos permiten ser lo que somos.

También te puede interesar esta otra entrada de microBIO:

TRIM28 Represses Transcription of Endogenous Retroviruses in Neural Progenitor Cells. Fasching L, et al. Cell Rep. 2015. 10(1): 20-8.

martes, 13 de enero de 2015

¿Se puede dar clase vía Twitter?

#microMOOC una cita semanal con la microbiología

¡Estaba tan a gustito en clase y me acaba de despertar el compañero de al lado de un codazo! El profesor lleva cuarenta minutos habla que te habla. Una clase eteeeeeerna y aburrida. Tendré que preguntar luego de qué iba el tema, pero viendo las caras de mis compañeros creo que como mucho compartiremos juntos la duda.

Y es algunos nos encanta enrollarnos en clase y al final incluso ni nosotros mismos somos capaces de concretar cuatro ideas. Resumir la clase de hoy en 140 caracteres es todo un reto. Un tuit no da para mucho, la verdad, pero es todo un desafío para los que nos dedicamos a la docencia.

En el ciberespacio está todo: imágenes, vídeos, infográficos, webs, blogs, noticias, … Tanta info que la mayoría de las veces es difícil darle forma y seleccionar. Pero ahí fuera está todo, … o casi todo. No tienes que preocuparte por el copyright, tú solo lo coges de la red y lo devuelves a internet, donde puedes dar tu “clase” a miles de personas al mismo tiempo en todo el mundo.


Por eso, durante los últimos dos meses he hecho un experimento. A través de mi cuenta de twitter @microbioblog, cada domingo, a la misma hora, de 22:00 a 22:30 (hora peninsular), con la etiqueta #microMOOC, he tratado de impartir una clase de microbiología. Durante media hora, he “lanzado” aproximadamente un tuit por minuto. Ha sido una cita semanal con los microbios, los virus y las bacterias. Mucha información en media hora. No iba dirigido a especialistas, si no al público en general con ansias de saber un poco más de ciencia.

Luego, gracias a Storify, puedes ordenar todos los tuits para completar la historia completa, de forma que incluso los que no tienen cuenta de Twitter puedan seguir la “clase”. La experiencia ha sido espectacular y muy recomendable. Hacía tiempo que no me lo pasaba tan bien hablando de microbios en las redes. En un par de meses volveremos con #microMOOC para hablar de pandemias y virus!


En la primera clase sobre Biodiversidad escondida: un mundo invisible hablamos de las características fundamentales del mundo de los microorganismos, de los tres dominios Bacteria, Archaea y Eukarya y las diferencias entre procariota y eucariota, del origen de la vida y evolución microbiana y pusimos algunos ejemplos de cómo trabajar con los microorganismos en el laboratorio.

El siguiente domingo el tema fue La vida al filo de lo imposible: extremófilos. Vimos qué es un microorganismo extremófilo y qué tipos de extremófilos existen, algunas estrategias que han desarrollado los microorganismos extremófilos para poder vivir en esos ambientes y cómo se pueden emplear en biotecnología.


En El ciclo de la vida y los microbiospusimos ejemplos de la simbiosis Rhizobium-leguminosa y hablamos de las bacterias que intervienen en el ciclo del nitrógeno y en otros ciclos biogeoquímicos. También hubo tiempo para ver el papel de los microorganismos en la digestión de los rumiantes.

La cuarta semana nos centramos en Microbios y biotecnología: los microorganismos en procesos industriales y en biotecnología, energía microbiana, deterioro y biorremediación, para acabar con algunos ejemplos de ingeniería microbiana.


Ya en el ecuador del curso, hablamos de Nuestros microbios: la microbiotacaracterísticas y componentes de la microbiota humana, el origen y función de la microbiota y su efecto en nuestra salud.

Pero también ha habido tiempo para ver El lado oscuro de los microbios:
los postulados de Koch, enfermedades infecciosas, bacterias resistentes a los antibióticos, causas y mecanismos de resistencia a los antibióticos, incluso la relación entre cáncer y microorganismos.

Y acabamos el curso con El combate contra los patógenos hablando de antibióticos y quimioterápicos, mecanismos de acción de los antibióticos, de la importancia de las vacunas y de las consecuencias del uso de antimicrobianos fraudulentos.


Pero todavía tuvimos tiempo para dos clases más especiales: una sobre Preguntas y respuestas sobre el Ébolay otra más la mañana del 27 de diciembre sobre el gran Louis Pasteur por ser el día de su cumpleaños.

¿Se puede dar una clase vía Twitter? Sí, se puede!

Puedes ver todas las clases de #microMOOC en Storify. Esta experiencia ha sido complementaria al curso on line MOOC “Los microbios que te rodean”, recomendado por el Grupo de Docencia y Difusión de la Microbiología de la Sociedad Española de Microbiología (SEM), que se ha impartido desde el 24 de noviembre de 2014 hasta el 19 de enero de 2015 en la plataforma MiriadaX. GRACIAS a todos los que lo habéis seguido!


lunes, 5 de enero de 2015

Sin microbios: el caos total!

¿Es posible la vida en el planeta sin microbios?

Comienza el año 2015, ¿qué pasaría si de pronto desaparecieran todos los microorganismos procariotas de la Tierra? ¿Es posible un mundo “microbe-free”? ¿Cuánto tiempo tardaríamos en darnos cuenta de que no hay más microbios? ¿Podría ser viable la humanidad en un mundo sin microbios? Un artículo de la revista PLOS Biology discute sobre este tipo de cuestiones y sobre la afirmación tan popular entre nosotros los microbiólogos de que sin microbios no sería posible la vida en el planeta.

“La vida no sería posible en ausencia de microbios” Louis Pasteur (1822-1895)

¿Qué pasaría si en nuestro cuerpo no hubiera microbios? 


Una simplificación es pensar que como muchos microbios son patógenos, sin microbios no habría infecciones, no habría Ébola, VIH, malaria, … habría menos enfermedades y viviríamos más y mejor. Fue Pasteur el primero que predijo que la vida de los animales no sería posible sin microorganismos. Desde entonces ha habido distintos trabajos para crear animales libres de microbios, denominados “gnotobióticos”, para ver si eran viables y qué les pasaba. Y la verdad es que los resultados demuestran que los animales libres de microbios no lo pasan muy bien. Suelen tener su fisiología y su inmunidad alteradas, o lo que es lo mismo funcionan bastante mal: tiene la movilidad intestinal disminuída, lo que genera complicaciones intestinales que pueden llegar a ser letales; tienen los nódulos linfáticos más pequeños y el sistema inmune, las defensas, menos desarrolladas, por eso son mucho más susceptibles a las infecciones; además, los órganos internos como el corazón, los pulmones o el hígado suelen ser más pequeños. Incluso, los animales sin microbios podrían tener alterada su salud mental! Esto no se ha estudiado a fondo, pero hay ya muchos datos que relacionan los microbios intestinales con el desarrollo neurofisiológico, por lo que no es una hipótesis tan descabellada. Además, los microbios intestinales nos aportan vitaminas, otros metabolitos y factores de crecimiento esenciales para nuestra correcta nutrición y desarrollo. Aunque hoy en día la mayoría de estos nutrientes se podrían sintetizar químicamente y añadir como suplementos alimenticios. Sin microbios en nuestro interior estaríamos expuestos a los microorganismos patógenos y seríamos mucho más susceptibles a las enfermedades infecciosas. La esperanza de vida se reduciría dramáticamente y deberíamos vivir metidos en una burbuja. No sabemos a ciencia cierta cuáles serían las consecuencias fisiológicas y psicológicas para nosotros si viviéramos en condiciones gnotobíoticas, sin microbios, pero no cabe duda de que la vida sería muy diferente.

¿Qué pasaría si no hubiera microorganismos en la superficie terrestre, si se eliminasen las bacterias y arqueas de la Tierra? 

Sin la ayuda de la actividad humana, el primer efecto sería sobre los ciclos biogeoquímicos, en el reciclaje de los elementos. El ciclo del nitrógeno se colapsaría, los microorganismos intervienen en la  fijación del nitrógeno atmosférico (paso del N2 a amonio, NH3), la nitrificación (paso del amonio a nitrito y éste a nitrato) y la desnitrificación (los pasos inversos, de nitrato a nitrito y éste a N2). Las plantas no serían capaces de fijar el nitrógeno de forma natural, lo que afectaría a los cultivos. También influiría en el ciclo del carbono, ya que gran parte de la actividad fotosintética la realizan microorganismos. Además, las bacterias y arqueas tiene un papel esencial en la degradación de la materia orgánica en condiciones anaerobias, sin oxígeno. Se acumularían los residuos. Los rumiantes por ejemplo no podría llevar a cabo la degradación de la celulosa. En realidad podemos decir que las vacas no se nutren de la hierba que comen si no de la inmensa cantidad de microbios que tienen en su panza y que son los responsables de que degraden la celulosa. Sin microbios, los rumiantes desaparecerían. En definitiva, la mayoría de los ciclos biogeoquímicos del planeta se detendría, lo que haría necesaria una intervención humana. La mayoría de las especies de seres vivos se extinguiría y la población de las especies que sobrevivieran se vería muy disminuía. ¿Cuánto tiempo tardaría esto en ocurrir? Si desaparecieran los microbios de forma repentina, en unas pocas semanas ya seríamos consciente de lo que estaba ocurriendo.  En menos de un año, la cadena de alimentos estaría seriamente afectada, habría grandes hambrunas, aumentarían las enfermedades, un colapso social global, guerras y anarquía. En definitiva, la asfixia de los ciclos biogeoquímicos nos llevaría a un caos total.

Según los autores, sin microbios es probable que quizá sobrevivieran por un tiempo (décadas o incluso siglos) algunos animales y humanos, pero la supervivencia de todos los seres vivos estaría muy comprometida.

Conclusión: los microbios sostienen la vida sobre el planeta, pero algunas de sus funciones se podrían copiar. Sin microbios la vida sería posible al menos por un corto periodo de tiempo. Pero no sería lo mismo, todo sería muy diferente, habría un cambio drástico en la cantidad de seres vivos y en su calidad de vida. Mi sugerencia: mejor no hagamos la prueba: larga vida a los microbios!

PD: si dentro del concepto de microbio incluimos, según la teoría endosimbionte, a las mitocondrias y a los cloroplastos, el impacto de la desaparición de todos los microbios sería inmediato, la inmensa mayoría de los eucariotas morirían en pocos minutos.

Life in a world without microbes. Gilbert JA, Neufeld JD. PLoS Biol. 2014. 12(12):e1002020.