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.

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.