lunes, 21 de julio de 2014

El mejor amigo del hombre: perros, polvo, bacterias y alergias


El 92% de nuestro tiempo lo pasamos en el interior de los edificios: los microbios a los que estamos expuestos proceden en su inmensa mayoría de ambientes interiores.

Por mucho que te empeñes en limpiar, barrer y pasar el aspirador siempre hay polvo en una casa. Pero además, si tienes perro en casa la composición del polvo es diferente. Se ha demostrado que convivir con perros en casa cuando eres pequeño reduce el riesgo de desarrollar enfermedades alérgicas y esto está relacionado con el tipo de polvo que hay en casa y en concreto con la exposición a los microbios del polvo.


A pesar de la complejidad del microbioma gastrointestinal (el conjunto de microbios de tu intestino), se sabe que la presencia o ausencia de determinadas bacterias en el intestino puede afectar a las defensas, al sistema inmune. Por ejemplo, un aumento significativo de bacterias como Escherichia coli o Clostridium difficile en heces de bebés de solo tres semanas de edad está asociado con un mayor riesgo de desarrollar enfermedades alérgicas en la niñez. La administración de antibióticos en edades muy tempranas también se ha relacionado con una mayor incidencia de asma en la niñez. Por el contrario, la exposición a mascotas, particularmente a perros, se ha relacionado con un menor riesgo de desarrollar determinadas enfermedades. Existe por tanto una relación entre la exposición a determinados ambientes microbianos, la composición de la microbiota intestinal y la protección a algunas enfermedades alérgicas o respiratorias.

Ahora un grupo de investigadores han demostrado que la exposición al polvo de una casa con perro protege de algunas patologías relacionadas con determinadas alergias. Para ello, han tomado muestras del polvo de dos casas: una en la que vivía una familia con un perro y la otra sin perro. Han extraído el DNA total de las muestras y lo han amplificado mediante PCR para determinar las bacterias presentes. Lo primero que comprobaron es que el polvo de la casa con perro tenía una composición mucho mas diversa de microbios que el polvo de la casa sin perro: el número de grupos distintos de bacterias era mucho mayor, la diversidad microbiana era mayor. Si tienes perro en casa, también tienes más microbios (pero ojo!, esto quizá no sea malo, sigue leyendo).


Luego han estudiado cómo puede afectar al organismo la exposición a dicho polvo. De momento todos los análisis los han hecho en ratones. Han comprobado que la exposición al polvo de casa con perro altera la respuesta inmune de los animales, disminuyendo la respuesta de tipo Th2 y los niveles de IgE del suero, y modulando el número y la actividad de los linfocitos T.

A continuación, mediante microarrays han analizado la composición del microbioma intestinal de los ratoncitos expuestos a los distintos tipos de polvo. La composición de los microbios intestinales era diferente según el tipo de polvo al que habían sido expuestos: los animales expuesto al polvo de casa con perro tenían una microbiota intestinal enriquecida en bacterias de los grupos Clostridium y Bacillus, pero sobre todo Lactobacillus, en concreto Lactobacillus johnsonii. Además, han demostrado que la administración de esta bacteria concreta a los ratones les protege contra alergias y contra la infección con el virus respiratorio sincitial. Esta protección mediada por la bacteria Lactobacillus johnsonii está asociada con una reducción significativa de determinados tipos de linfocitos activados y de citoquinas.

"La exposición al polvo de casa favorece el aumento de la bacteria Lactobacillus en el intestino y mejora las defensas contra los alergógenos y las infecciones virales".

Nosotros estamos continuamente expuestos y en contacto con los microbios. En las últimas décadas ha aumentado dramáticamente el tiempo que pasamos en el interior de nuestra casa, en la oficina o dentro de un edificio. Algunos calculan que el 92% de nuestro tiempo lo pasamos en el interior de los edificios, por lo tanto los microbios a los que estamos expuestos proceden en su inmensa mayoría de ambientes interiores. Este trabajo demuestra que la exposición al polvo de una casa con perro protege contra alergias y afecta significativamente a la composición del microbioma intestinal. Además, identifica a Lactobacillus johnsonii como la bacteria intestinal responsable de influir en el sistema inmune de forma que se proteja frente a infecciones respiratorias. De momento todo esto se ha demostrado en ratones. Demuestra que la exposición a distintos ambientes afecta a la composición del microbiona intestinal, que está asociada a la respuesta inmune e influye en la protección frente a alergias e infecciones respiratorias. Y no cabe duda de que el perro sigue siendo el mejor amigo del hombre y de que un poco de polvo en casa es bueno para la salud!

House dust exposure mediates gut microbiome Lactobacillus enrichment and airway immune defense against allergens and virus infection. Fujimura KE, et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014. 111(2):805-10. doi:10.1073/pnas.1310750111.

martes, 24 de junio de 2014

Secuencian 3.615 genomas para saber cómo surgió la bacteria "come carne"


El mayor proyecto de secuenciación de genomas completos bacterianos

Sí, ya sé que el título es bastante sensacionalista, la bacteria “come carne”. Pero así es como se llamó al grupo A de Streptococcus pyogenes, una bacteria Gram positiva, que causa miles de infecciones invasivas muy graves. Esta bacteria produce fascitis necrotizante (gangrena estreptocócica), una infección aguda que se extiende por el tejido subcutáneo y produce una rápida destrucción y necrosis de los tejidos (por razones de buen gusto, no incluyo ninguna imagen de casos de fascitis necrotizante). La mortalidad puede llegar a casi el 50%, aunque depende de si el diagnóstico y el tratamiento antibiótico y/o quirúrgico son rápidos y adecuados. Se calcula que esta bacteria es responsable de más de 600 millones de infecciones en todo el mundo cada año y entre 10.000 y 15.000 casos muy graves sólo en EE.UU.

Después de varias décadas en las que disminuyó la incidencia de esta enfermedad, a finales de los 80 y principios de los 90, de forma sorprendente resurgieron en muchos países varios brotes de infecciones invasivas muy graves por el serotipo Emm proteína 1 (M1) de Streptococcus pyogenes grupo A. Algunas de estas infecciones fueron muy mediáticas porque afectaron incluso a personajes muy populares, como Jim Henson, el creador de los teleñecos, que murió por una infección por esta bacteria.


James Maury "Jim" Henson fue productor televisivo estadounidense, conocido por ser el creador de The Muppets, los teleñecos. Falleció el 16 de mayo de 1990 a los 53 años de edad, por una infección por Streptococcus pyogenes grupo A, unas 20 horas después de llegar por su propio pie a emergencias del hospital de Nueva York, sin ser consciente de lo grave que estaba.

Hasta ahora ha sido todo un misterio cómo surgió esta cepa concreta tan virulenta. Para descubrirlo, un grupo de investigadores han secuenciado un total de 3.615 genomas completos de aislamientos de la bacteria obtenidos desde 1920 hasta 2013 en ocho países distintos de Europa y América (Dinamarca, Alemania, Finlandia, Islandia, Noruega, Suecia, Estados Unidos y Canadá).

El objetivo de este trabajo, hasta el día de hoy el mayor proyecto de secuenciación de genomas completos bacterianos, es descubrir cómo han sido los eventos moleculares que han contribuido a la aparición, diseminación y diversificación genética de este clon tan virulento que ha llegado a causar infecciones humanas tan graves por todo el planeta.


Streptococcus pyogenes grupo A es una bacteria Gram positiva con forma de coco que crece en cadenas. Expresa en su pared celular el antígeno grupo A de la clasificación de Lancefield y produce hemólisis del tipo beta (grandes halos de hemólisis) cuando se cultiva en agar sangre. Se le conoce también por estreptococo beta-hemolítico del grupo A (o por sus siglas en inglés GAS, Group A Streptococcus). Es la causa más frecuente de faringitis bacteriana y de escarlatina, una complicación de la faringitis que se produce cuando la bacteria contiene un fago que estimula la producción de una toxina.

Además, Streptococcus pyogenes grupo A es un buen modelo para hacer este tipo de estudios porque produce muchas infecciones humanas, hay abundantes cepas recolectadas de los últimos 90 años y de dos continentes distintos, su genoma es relativamente pequeño (1,8 Mb) y fácil de secuenciar, y es un patógeno sólo humano, no de animales, el hombre es el único huésped.

Los datos sugieren que el actual clon epidémico surgió a partir de una bacteria precursora, paso a paso, adquiriendo de manera secuencial distintos elementos genéticos que la hicieron mucho más virulenta. Primero incorporó a su genoma un bacteriófago (un virus que infecta bacterias) con los genes del factor de virulencia de la DNAsa extracelular (SdaD2).  Posteriormente adquirió otro bacteriófago con los genes SpeA1, una variante de la exotoxina superantígeno A. Luego, este mismo gen evolucionó a una nueva variante, SpeA2, por un fenómeno de mutación puntual, antes de adquirir por transferencia genética horizontal una región grande de 36 Kb de DNA cromosomal que contiene los factores de virulencia de la glicohidrolasa y la streptolysina O.  La adquisición de este fragmento grande debió de ocurrir a principios de los 80 (probablemente en 1983) en una bacteria que ya contenía los genes SdaD2 y SpeA2. A partir de ahí, este clon se extendió rápidamente por todo el mundo, dando lugar a la cepa actual mucho más virulenta y que ha causado las epidemias explosivas durante los últimos 25 años.

Este trabajo, demuestra los eventos moleculares que han ocurrido paso a paso y que han hecho que de una única célula bacteriana acaben produciéndose millones de infecciones por todo el mundo.
La secuencia de eventos moleculares más probable, por tanto, ha debido ser:
- adquisición del gen SdaD2 (DNAsa extracelular) de un fago
- adquisición del gen SpeA1 (exotoxina del superantígeno A) de otro fago
- mutación puntual de SpeA1 para generar la variante SpeA2
- adquisición por transferencia horizontal de los genes glicohidrolasa y streptolisina O en un fragmento de 36 Kb

Este tipo de estudios son esenciales para mejorar las estrategias para reconocer y predecir la aparición de nuevas cepas virulentas y epidemias, ayudan a formular políticas de protección de salud pública y a desarrollar nuevas vacunas. En definitiva, en este caso se trata de “comerle el terreno” a este bicho tan desagradable.

Evolutionary pathway to increased virulence and epidemic group A Streptococcus disease derived from 3,615 genome sequences. 2014. Nasser, W., et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 111(17):E1768-76. doi: 10.1073/pnas.1403138111.

lunes, 16 de junio de 2014

Microbios en un tesoro del siglo XIV


Encuentran virus en heces fosilizadas de la Edad Media

En 1996, durante unas excavaciones arqueológicas en la ciudad belga de Namur, se encontró un barril sellado intacto de la Edad Media, siglo XIV, de hace más de 500 años!. El barril estaba enterrado debajo de una plaza a casi cuatro metros de profundidad, y ha estado protegido de la contaminación ambiental durante siglos. ¿Qué tesoros de valor incalculable contenía el barril?: coprolitos o lo que es lo mismo caca humana fosilizada (gr. kopros, excremento y lithos, piedra). Se trataba de un barril que se empleaba en aquella época como letrina, perfectamente cerrado y que había permitido la fosilización del material fecal.


De momento se desconoce el autor de semejante “tesoro”, que no ha sido todavía reclamado por ninguna autoridad o gobierno. El descubrimiento quizá no llegue a exponerse en ningún museo, pero un grupo de microbiólogos franceses (los microbiólogos somos gente muy seria) pensaron que el análisis de esos coprolitos podría dar información sobre los microbios intestinales y ambientales de la Edad Media. En concreto, han estudiado la diversidad de virus en la muestra fosilizada.

Para evitar posteriores contaminaciones, los investigadores cuidaron especialmente las condiciones de asepsia y sólo emplearon para sus análisis la parte más interna del coprolito. Han demostrado la presencia de virus de tres formas distintas, mediante microscopía electrónica, por secuenciación masiva del DNA o metagenómica y por amplificación de secuencias específica mediante PCR. Estas técnicas no requieren el cultivo de los virus, ni siquiera conocer de antemano la secuencia de su genoma y permiten identificar nuevos virus.

Han purificado las partículas virales, teñido y observado mediante un microscopio electrónico. Las imágenes obtenidas demostraron estructuras muy similares a virus (VLP, virus-like particles) de unos 100-250 nm, algunos rodeados de una estructura parecida a la envoltura y muchos de ellos muy similares a los bacteriófagos (virus que infectan bacterias) típicos con cabeza y cola del grupo de los Siphovirus.


Imágenes de microscopía electrónica de partículas virales aisladas del coprolito. En (B) una partícula similar a un virus de unos 100 nm, rodeada de una estructura similar a una envoltura viral. En (C) y (E) partículas con cabeza icosaédrica y cola filamentosa típica de los bacteriófagos del grupo de los Siphovirus, como el virus Lambda.

Además, han purificado el DNA de las muestras, han secuenciado, procesado y ensamblado las secuencias y comparado con las bases de datos. Más del 85% de las secuencias eran similares a virus DNA, la mayoría del tipo de los bacteriófagos de las familias Siphoviridae (59%), Myoviridae (9%) y Podoviridae (6%). Pero también encontraron secuencias similares a virus de eucariotas  (Poxvirus, Adenovirus, Mimivirus, Herpes, Baculovirus, ...) y algunos de arqueas.

La mayoría de las secuencias similares a bacteriófagos mostraron homología con fagos de Bacillus, pero se encontraron bacteriófagos que infectan a más de 37 géneros de bacterias diferentes: virus que infectan a enterobacterias, lactobacillus, lactococcus, bacterias del suelo y algunos de patógenos humanos, como Mycobacterium, Staphylococcus, Pseudomonas, Listeria, ...

Han demostrado además que algunos eran bacteriófagos lisogénicos, es decir, capaces de integrar su genoma en el de la bacteria huésped en forma de profagos. Muchos de los fagos lisogénicos llevan en su genoma secuencias del genoma de la bacteria. Por eso, también han amplificado mediante PCR secuencias concretas para confirmar algunos de estos datos de secuenciación. Buscaron mediante PCR secuencias de genes de virulencia bacteriana entre las secuencias de estos fagos. Encontraron genes de resistencia al antibiótico cloranfenicol y factores de virulencia. Esto confirma que los fagos son un reservorios o almacén de genes de resistencia a antibióticos. Confirma que la evolución y dispersión de estos genes de resistencia comenzó mucho antes del uso de los antibióticos: los antibióticos son sustancias naturales producidas por las bacterias y hongos principalmente del suelo y la evolución y diseminación de los genes de resistencia a los antibióticos comenzó mucho antes de su uso por el ser humano.

Al comparar los virus del coprolito fosilizado con los de muestras (heces) humanas modernas demostraron que el conjunto de virus del coprolito de la Edad Media es funcionalmente más diverso y más rico en genes de virulencia bacteriana que los actuales.

La cantidad de información que se puede sacar de un coprolito fosilizado!

Appelt, S., et al. (2014). Viruses in a 14th-Century Coprolite Applied and Environmental Microbiology, 80 (9), 2648-2655 DOI: 10.1128/AEM.03242-13

martes, 10 de junio de 2014

Los microbios de la tribu Hadza


Comparan la microbiota intestinal de los Hazda con la de un grupo de “urbanitas” italianos

Los Hazda son una tribu de cazadores-recolectores de Tanzania. Viven en el Parque Nacional del Serengueti y se calcula que están constituidos sólo por unos mil individuos. No cultivan la tierra, no crían ganado y viven sin reglas ni calendarios. Su forma de vida ancestral es similar a la de hace decenas de miles de años, antes incluso del uso de la agricultura por los seres humanos. Como ni cultivan plantas ni domestican animales, su dieta consiste sólo en alimentos silvestres, principalmente carne de animales silvestres, miel, tubérculos, frutas y baobabs.


Los Hadza.

La microbiota intestinal humana (ese conjunto de miles de microbios distintos que viven plácidamente en nuestro interior) está directamente relacionada con nuestra salud e influye en nuestra nutrición, metabolismo, en nuestras defensas (función inmunitaria) y en la resistencia a otros microbios  patógenos. Sabemos que la composición de la microbiota varía con la dieta, el estilo de vida y el ambiente externo. Por tanto, el estilo de vida puede influir en los microbios de nuestros intestinos.

Para explorar esta variación y entender cómo las bacterias han podido co-evolucionar con los humanos, un grupo de investigadores han estudiado  la diversidad microbiana en una comunidad de la tribu Hazda, y la han comparado con la microbiota de un grupo de italianos “urbanitas”, que como buenos mediterráneos se alimentan de productos de la agricultura y ganadería y alimentos procesados, como pizza y pasta, por ejemplo.

Para ello, han tomado muestras [de heces :-(] de 27 voluntarios de la tribu Hazda y de 16 italianos, todos ellos “guapos” y sanos. Han extraído el DNA de las muestras, han amplificado por PCR un fragmento de la región V4 del gen 16 sRNA (que sirve para identificar las bacterias) y lo han secuenciado. Los análisis y comparaciones de las secuencias han permitido concluir que los Hazda tiene una riqueza y biodiversidad microbiano mucho mayor que los italianos.

Algunas características son únicas de los Hazda, como por ejemplo, la ausencia prácticamente total de bifidobacterias, algo inesperado y que hasta ahora no se había visto en ningún estudio sobre la microbiota intestinal humana. Quizá esto puede estar relacionado con que los Hazda no están en contacto con animales de granja y domesticados.


Bifidobacterium es un género de bacterias Gram positivas, con frecuencia ramificadas. Son uno de los grupos de bacterias más frecuentes en el intestino, sobre todo en el colon.

Otra característica de los Hazda es el aumento o enriquecimiento en el intestino de bacterias de los grupos Prevotella, Treponema, Bacteroidetes y de un tipo peculiar de Clostridium y Ruminococcus, probablemente relacionado con su dieta rica en plantas fibrosas. También, se observó entre los Hazda una diferencia por sexos, las bacterias intestinales de las mujeres eran diferentes de las de los hombre. Quizá esto también pueda estar relacionado con una clara división de las tareas entre los sexos y con diferencias en la dieta (las mujeres comen más plantas y tubérculos, mientras que los hombres son más carnívoros y toman más miel).

Un dato también interesante de este estudio es que más del 33% de las secuencias de DNA obtenidas quedaron sin identificar, sin asignar a ningún género bacteriano, porque no se parecían a nada de lo que hay en las bases de datos. Todavía hay por tanto mucho trabajo por delante.

Este estudio demuestra que el estilo de vida moderno, industrializado, influye en nuestros microbios y coincide con una tendencia a reducir la diversidad microbiana. Quizá podemos sugerir que cuanto más “urbanitas” somos, menos diversa es nuestra microbiota intestinal.

Gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers. Schnorr, S. L., et al. Nat Commun. 2014. 5:3654. doi: 10.1038/ncomms4654.