miércoles, 19 de julio de 2017

Las diez historias astrobiológicas - CAPÍTULO III (Primera parte)

CAPÍTULO  III


Primera parte




El origen de Homo sapiens. Consciencia e Inteligencia



¿Cómo se desarrolló la consciencia de la especie humana?; la gente no se suele preguntar mucho “¿quiénes somos?”, pues la vida diaria nos preocupa en exceso. Para arriba, para abajo, a las clases de la facultad, a trabajar después de las clases, que estoy preocupado por un examen… Si nos hacemos esta pregunta y reflexionamos un poco, no tardaremos en llegar a deducir la famosa frase de Descartes, “Pienso, luego existo”, pero si aún profundizamos un poco más, podemos plantearnos una de las mayores preguntas sin respuesta de la historia humana: “¿Es factible encontrar otras formas de vida con consciencia e inteligencia?”
Desde luego, a día de hoy es una pregunta sin respuesta, decir qué es exactamente la inteligencia, aunque tengamos una cierta idea abstracta de ello. Es más, ni siquiera sabemos muy bien qué pasó en la evolución humana para desembocar en el fenómeno de la consciencia e inteligencia. Lo que sí sabemos es que la inteligencia en sí no es algo exclusivo de la especie humana y para ello no hay más que ver a nuestros parientes más cercanos, respaldado por la filogenética molecular mitocondrial: los chimpancés (Pan troglodytes), los cuales divergen en tan sólo un 0,7% en su acervo genético con nosotros. También otros animales como los delfines o las ballenas muestran también grandes dotes en el campo intelectual, pero ninguna al nivel de la especie humana. No obstante, haríamos bien en entender a estas otras formas de vida terrestres si queremos establecer un diálogo con formas de vida extraterrestres conscientes…
Los homínidos modernos, de los cuales todos nosotros descendemos, por el testimonio de los fósiles, evolucionaron a partir de otros primates anteriores en las llanuras del África central, al parecer de la rama del Australophitecus afarensis (con una altura media de no más de un metro y medio y unos 50 Kg de peso) y como mucho hace unos cuatro millones de años antes del presente.

El incremento del volumen cerebral gracias a los cambios en los hábitos de alimentación y el aumento de la destreza manual fueron cuestiones clave en nuestra evolución inicial; además los estudios genéticos actuales revelan algunos aspectos ocultos de la historia de la evolución humana temprana. Por ejemplo, los humanos y chimpancés presentan una baja divergencia del cromosoma X sexual, al parecer debido a que en la evolución inicial del linaje que conduciría a la especie humana parece que se dieron hibridaciones con los ancestros del linaje de los chimpancés.

Desde esa época hasta la actualidad, tras su divergencia con la rama que daría lugar a los chimpancés, han aparecido y se han extinguido muchas familias en esa rama del árbol genealógico: Homo habilis, Homo erectuso Homo neanderthalensis son algunos ejemplos; estos últimos compartieron hábitats con los primeros Homo sapiens que migraron de África a Europa y lo curioso es que tenían una capacidad cerebral algo mayor que la nuestra (unos 1425 cm3 por los 1350 cm3 de los humanos actuales de media), pero sólo la especie Homo sapiens, que apareció hace menos de 40000 años en África, y posteriormente se expandieron por todo el mundo, han llegado a sobrevivir hasta a la actualidad, lo cual nos plantea que la evolución de la inteligencia compleja no fue una presión evolutiva importante. Es más, el éxito de nuestros ancestros respecto de los neandertales probablemente fue el mayor aprovechamiento de la especie humana ante la falta de alimentos durante los períodos de escasez, a diferencia de los neandertales, que con sus grandes cuerpos y elevada masa corporal requerirían mayor cantidad de alimentos en una época de clima inestable y que tuvieron períodos de glaciación que mermaron mucho más a los neandertales, además de estar las poblaciones de neandertales muy diseminadas, lo que favoreció la endogamia y el consiguiente aumento de problemas genéticos en las poblaciones de estos individuos.

Pero, también el análisis genético de las poblaciones humanas actuales revela que la diversidad genética en conjunto es muy baja, debido a grandes catástrofes que produjeron fuertes disminuciones en los tamaños poblacionales de las poblaciones humanas (a esto se le conoce como cuellos de botella poblacional), provocando también que se aparearan individuos de familias cercanas, por lo que la diversidad genética disminuyó enormemente y se mantiene aún en la actualidad, a pesar de ser miles de millones de personas habitando este diminuto paraíso azul rebosante de vida.

Para mí todo esto es maravilloso: buena parte de la historia de nuestra evolución reciente contenida en el material genético presente en cada una de nuestras células: el ADN. Es más, realmente no existen (filogenéticamente hablando) las razas o etnias de personas (Imagen 1). Desde la gente del norte de Europa a las del Sur de América, pasando por Asia y Oceanía, todos nosotros somos como una gran familia que comprende a nuestra especie, la especie Homo sapiens, una especie que, a diferencia de otras, modifica su entorno para su subsistencia y aprovechamiento, creando para ello herramientas y usando los recursos de los que posean a su alcance, y creo que somos (pecando con algo de falta de humildad, pues somos capaces de lo peor) de lo mejor que ha ocurrido en la historia de la vida sobre la Tierra, pues hemos enviado sondas a reconocer otros mundos, explorado en persona un mundo ajeno (nuestro satélite natural, la Luna), los fondos oceánicos y las cumbres más elevadas del planeta Tierra, en parte mundos muy ajenos también a nosotros, y todo ello sin disponer de afiladas garras, fuertes colmillos o grandes patas como poseen otros animales para subsistir; básicamente dependemos de nuestro cerebro para sobrevivir. De él surgió la ciencia y la tecnología, la cultura, la religión y el ansia de conocer el mundo que nos rodea, en definitiva, de todo aquello que nos hace ser verdaderamente humanos.


miércoles, 31 de mayo de 2017

Las diez historias astrobiológicas - Capítulo II

CAPÍTULO  II


Breve guía de campo para buscar vida



¿Cómo será la vida extraterrestre en otros mundos?, ¿será sorprendentemente diferente a la que conocemos o bien será sorprendentemente similar? ¿Cómo puede haber sido la historia evolutiva de esas formas de vida? ¿Podríamos encontrar algún tipo de analogía con la historia evolutiva terrestre? Ya comentamos que sólo conocemos un único ejemplo de vida: la que hay en la Tierra y podemos utilizarla como “guía de campo” para entender como pueden ser las características básicas de otras formas de vida en otros mundos. Aunque primero tendríamos que saber exactamente qué es “algo vivo”, pues tenemos varios ejemplos de estructuras biológicas en la naturaleza que están en el limbo entre lo vivo y lo inerte. Por ejemplo, los virus son partículas orgánicas formadas por un ácido nucleico y proteínas que la envuelven (a veces poseen también membrana procedente de su anterior hospedador). Poseen un sistema almacenador de su información (ácidos nucleicos), pero no tienen actividad metabólica propia, pues requieren infectar a una célula huésped para, utilizando sus componentes, reproducir y encapsular la nueva progenie vírica. Otras excepciones, como los Priones (famosos por causar la enfermedad de las Vacas locas) o los parásitos intracelulares nos hacen plantearnos qué es la vida en sí. No obstante, toda ella se caracteriza por tener tres características básicas: una membrana que lo define del exterior, un metabolismo que le permite al ser vivo fabricar, a partir de los componentes que obtiene de su entorno, sus propias estructuras y, por último, poseen un mecanismo almacenador de la información del organismo, y que se transmite de generación a generación.



Sin embargo, sorprende que en un ser vivo, tan complicado que puede llegar a ser, la mayoría de los átomos que los forman sean relativamente simples desde el punto de vista de la química: Carbono, hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre fundamentalmente son los que participan en las estructuras y reacciones biológicas terrícolas. Lo interesante es que son átomos relativamente sencillos de “construir” por la naturaleza (en el interior de las estrellas, una vez que el Hidrógeno, el combustible estelar se ha convertido en Helio, básicamente la estrella se comprime y permite que sucedan en su interior nuevas reacciones que lo transforman en otros elementos) y cada uno con propiedades bien definidas por la tabla periódica, por lo que puede presuponerse que pueden ser una base prometedora para la vida.

Creo que se nos haría raro conocer en el futuro una forma de vida cuyo átomo estructural en vez de ser Carbono, sea, por ejemplo, el Telurio o el Praseodimio. Sin embargo, no tienen por qué ser sólo los átomos que constituyen a la vida terrestre. Por ejemplo, muchos astrobiólogos consideran que el Silicio puede ser un átomo que puede equipararse al Carbono como elemento estructural de la vida, puesto que sus propiedades son similares (si nos fijamos en la tabla periódica, vemos que el Carbono y el Silicio están dentro del mismo grupo); a fin de cuentas, nosotros usamos el Silicio para la fabricación de componentes electrónicos robóticos (y quizás en un futuro podamos construir antes una forma de vida robótica en vez de una celular), y aunque sus características lo hacen menos hábil para formar moléculas de diversa naturaleza a diferencia del Carbono, es factible dicha posibilidad (esta diversidad de moléculas que puede formar el Carbono se ve reflejado en la química orgánica, la cual estudia únicamente las moléculas con átomos de Carbono en su estructura y, como comprenderéis, los tipos de moléculas orgánicas que podemos imaginar son muchísimas).

En cuanto a moléculas simples inorgánicas, el agua constituye una de las claves para la vida terrestre, hasta tal punto que ésta puede llegar a no sobrevivir en ambientes donde no está accesible. Un buen ejemplo de ello es el desierto de Atacama, en Chile, donde algunas muestras de tierra de la superficie llegan a estar más estériles de microorganismos que las mesas de operación de los hospitales. El agua tiene una gran serie de propiedades que lo hacen muy útil biológicamente, aunque se han intentado buscar sustitutos potenciales al agua para otras hipotéticas formas de vida; quizás otras formas de vida en el universo bañen sus “células” con metano, etano o amoníaco.

Además, la vida requiere de fuentes energéticas adecuadas (ver imagen 1). La energía química y la electromagnética son la base de la vida terrícola, pero quizás otras formas de vida puedan aprovechar gradientes de temperatura o incluso la energía gravitatoria a través de mareas, quien sabe…


Imagen 1. Una fumarola hidrotermal,  lugar en el que la química da lugar a cosas interesantes ¿pudo ser un ambiente similar a éste hace más de 3800 millones de años precursor de las primeras formas de vida?

Lo que está claro es que estas hipotéticas formas de vida deben vivir en mundos donde su medio ambiente sea estable. Cambios radicales en las condiciones ambientales harían difícil la supervivencia en ese mundo de la vida que pudiera surgir. No hay más que ver los ejemplos de Venus y Marte para darnos cuenta de que la Tierra siempre ha sido, prácticamente desde que ésta apareció, acogedora con la vida, aunque sea microscópica, y que las cosas pueden torcerse en mundos prometedores para el desarrollo de la vida.

Si observamos atentamente, algo que hace la vida en su conjunto es alterar las condiciones físico-químicas de los ambientes donde viven, y el mejor ejemplo es observar al planeta Tierra. En el pasado capítulo comentamos que la atmósfera originaria era, por lo menos, bastante menos oxidante que en la actualidad. Hoy en día, el oxígeno es común en la atmósfera gracias a la actividad fotosintética; pero también hay gases como el metano, producto de la actividad de las arqueas metanógenas. Lo curioso para un observador externo es que aunque la proporción de metano respecto a oxígeno es muy baja, según las leyes de la termodinámica, no debería de haber ni rastro de metano (ya que el oxígeno oxida rápidamente al metano, convirtiéndolo en dióxido de carbono y agua). La única explicación es que se inyecta a la atmósfera ingentes cantidades de metano constantemente, y es la vida la culpable (bueno, en concreto, las arqueas metanógenas). Por ello está en fuerte desequilibrio termodinámico la atmósfera terrestre. Por lo tanto, un buen indicador planetario de presencia de vida en otros mundos sería analizar si su atmósfera está en fuerte desequilibrio termodinámico, y eso es lo que se está intentando hacer con la búsqueda de exoplanetas que alberguen condiciones propicias para la vida.

No obstante, puede ser que una atmósfera en equilibrio termodinámico pueda poseer vida, ya que la ausencia de evidencia no es la evidencia de la ausencia. El mejor ejemplo de ello es el planeta rojo, Marte. Termodinámicamente está en equilibrio termodinámico su atmósfera, pero eso no quiere decir que no pueda haber vida en algún rincón del planeta. Por los datos de las sondas Viking en la década de los 70´, la superficie de Marte parece completamente estéril (aunque aún hay discusiones al respecto de los resultados de la misión Viking). No obstante, los parajes subterráneos de Marte pueden ser un excelente hogar para la vida microbiana marciana, al igual que en parajes subterráneos terrestres en los que la vida prospera de manera prácticamente aislada e independiente de lo que sucede en el exterior. Puede ser que haya agua líquida en las profundidades de Marte; pueden estar protegidos por la radiación solar que fríe en cambio su superficie, y la variación térmica puede ser mucho menos acusada que en la superficie, todo ello condiciones propicias para posibles formas de vida. Es más, sobre algunos de estos parajes parece que se ha detectado ligeras trazas de metano que podrían llegar a ser de origen biológico, quizás los supervivientes de una época en la que Marte albergaba vida por doquier…

La vida en la Tierra prospera en los ambientes más extremos inimaginables, e incluso en condiciones ambientales que se pueden asemejar a otros mundos; como decía Carl Sagan, la búsqueda de vida más allá de la Tierra y la naturaleza de la vida terrestre son dos aspectos de una misma cuestión: la búsqueda de nuestra identidad. Quizás la vida sólo se desarrolla en condiciones muy muy concretas, o puede que sea un fenómeno común en el cosmos; en ambos casos la conclusión es puramente asombrosa. Lo que está claro es que para encontrar vida extraterrestre, hay que tener en cuenta el conjunto de los factores a analizar, puesto que la vida es una combinación de factores que en otros casos serían altamente improbables de que sucediesen.

Escrito por José Jordán Soria


jueves, 11 de mayo de 2017

Las diez historias astrobiológicas - CAPÍTULO I (Tercera parte)

CAPÍTULO  I



Tercera parte




El dogma central de la Biología


El dogma central de la biología (Imagen 1), con algunas excepciones, muestra que la información en el DNA se copia a RNA y éste contiene las instrucciones para la fabricación de las proteínas, los obreros celulares. Sin embargo, si pensamos, llegamos a una paradoja, y es que para copiar el DNA se requieren proteínas, pero la información de esas proteínas está en el DNA, entonces, ¿qué fue primero, el “huevo” o la “gallina”?



Imagen 1. Dogma central de la Biología

Bien, aunque hay varios modelos, los podemos clasificar en dos tipos: el modelo hereditario y el modelo metabólico (Imagen 2). El modelo hereditario se basa en el hecho de que algunos RNAs tienen la capacidad de realizar funciones propias de las proteínas; en el llamado “mundo del RNA”, la vida evolucionó a partir de RNA y combinaría las funciones, tanto del DNA como de las proteínas en la actualidad. El otro modelo, que personalmente es el que más me gusta, es “el mundo metabólico”, que indica que durante la evolución prebiótica, se generaron cadenas de reacciones catalizadas entre moléculas orgánicas y minerales que fueron aislados por una membrana del exterior. En este modelo, el propio entramado metabólico actúa como almacén de la información y como agente constructor, por lo que no se requiere ninguna molécula que guarde la información. Para entender esta idea pensemos en lo siguiente: usted va con una lista de la compra al supermercado y esa lista contiene la información de los alimentos a comprar; pero si usted sale con la compra del supermercado y tira la lista, la información usted no la pierde realmente, puesto que en los productos que ha comprado está la misma información que la que tenía en la lista.


Imagen 2. Modelo esquemático de los posibles primeros pasos de la evolución prebiótica en el camino a la vida. Fuente: desconocida. 

Posteriormente, la evolución del RNA y el DNA podría haber sido la consecuencia de la actividad vital de esos primeros entes vivos, ya que tener repartida las diferentes funciones, favorecería una mayor variación y adaptación. Quizás surgieron como almacenadores de energía, en un primer momento, o debido a infecciones víricas, quién sabe; lo que sí sabemos es que los nucleótidos juegan un papel fundamental como almacenadores (DNA) y transmisores de la información (RNA). Este papel se encuentra en la bioenergética celular (los nucleótidos trifosfato, fundamentalmente el ATP) y en la construcción de las proteínas (ya que la actividad de los ribosomas, que es dónde se construyen las proteínas marcadas por la lectura del RNA mensajero, reside en las cadenas de RNA que forman su estructura), elementos claves de la vida celular, por lo que todo esto no puede ser casual.

En la Tierra se dan las condiciones de temperatura, presión, etc. adecuadas para permitir la existencia del agua en sus tres estados; Es lo bastante grande como para mantener aún activo su interior geológico, impulsando los procesos que alimentan a géiseres y volcanes, además de mantener en su núcleo un campo magnético que nos protege de la fuerza brutal del Sol. La Tierra es la que en sí misma ha cobrado vida.



Escrito por José Jordán Soria

miércoles, 3 de mayo de 2017

El comienzo de la Era de la terapia fágica - La era de los enzibióticos (2)

Estamos de nuevo de vuelta con Sara Arroyo Moreno, tras su paso con la entrada de El comienzo de la Era de la terapia fágica - Freno a la Era post-antibióticos (1). Ahora viene con los enzibióticos. Pasen y lean!

La era de los enzibióticos


En esta línea de conseguir menos resistencias, lo más nuevo que se ha estado desarrollando ha sido emplear solamente las enzimas líticas de los bacteriófagos, en lugar del bacteriófago completo. Estas enzimas son proteínas que tienen estos virus que les permiten romper la pared celular de las bacterias y así salir de las mismas (una vez se han multiplicado), rompiéndolas. Se ha visto que estas enzimas se pueden aplicar directamente produciendo gran eficacia de lisis. Al aplicar solamente las proteínas purificadas se pueden evitar las resistencias que se producirían por parte de la bacteria para evitar la infección por fagos (modificación de receptores, inducción de infecciones abortivas...). Estas enzimas atacan a la molécula más conservada de la pared celular bacteriana, la colina. De tal forma que la producción de resistencias es prácticamente inverosímil, porque una mutación en esta molécula para conseguir resistir el efecto de estas proteínas no podría ser viable, por ser una molécula tan esencial. El problema de los antibióticos comunes es que no atacan a puntos tan esenciales para la bacteria, por lo que pueden modificarlos sin afectarse su viabilidad, lo cual genera gran cantidad de resistencias, las cuales son agravadas con el uso masificado.

Para entender las resistencias bacterianas tenemos que pensar un poco en términos de biología evolutiva. Los organismos en sus ciclos de replicación pueden producir errores, los cuales pueden producir mutaciones, es decir, cambios en sus genomas, que les aporten nuevas funciones que, a veces, pueden ser beneficiosas. Estos cambios se producen de forma totalmente aleatoria y en la mayoría de las ocasiones son perjudiciales para el organismo. Sin embargo, ante determinadas condiciones, como en el caso de las bacterias ante la presencia de antibióticos, si la diana a la que afecta un antibiótico es modificada y la bacteria sigue siendo viable (es decir, no es un cambio esencial), una bacteria resistente a ese antibiótico será la que prolifere (las bacterias sensibles morirán), actuando así la selección natural. Por ello, en el caso de emplear enzimas líticas, al tener una diana tan conservada, la mutación en la misma prácticamente no generaría ninguna bacteria viable, por ello este campo tiene gran potencial.

El uso de enzimas líticas de bacteriófagos como fármacos se denomina “enzibióticos”. Estas enzimas tienen que enfrentarse al reto de las bacterias Gram negativas, las cuales tienen una pared celular más externa adicional, lo cual puede suponer un impedimento para poder lisar las bacterias, sin embargo, mediante modificaciones físicas, químicas y biológicas de las enzimas líticas se ha conseguido que éstas puedan atravesar la membrana más externa y así poder lisar las bacterias. En este aspecto están trabajando varios grupos de investigación entre los que destacan el de Vicent Fischetii de la Universidad de Rockefeller o en el ámbito nacional, el grupo de investigación de Pedro García en el Centro de Investigaciones Biológicas (CSIC).

Varias empresas norteamericanas, entre las que destacan IntralityxContraFectya están trabajando en la comercialización de productos terapéuticos basados en bacteriófagos y en sus enzimas líticas. En EEUU también hay algunos centros que ofrecen terapia fágica personalizada para tratar algunas enfermedades bacterianas crónicas, como es el caso del Instituto Eliava, en Georgia.

Imagen 1. Resultado del tratamiento de una herida con un cóctel de bacteriófagos.


La unión hace la fuerza


Otra posible vía que puede tener el uso de bacteriófagos no es ya que actúen como un sustituto a los antibióticos, si no que actúen de forma conjunta a los mismos. De esta forma, al actuar de forma combinada, un antibiótico de amplio espectro convencional junto con una preparación de bacteriófagos se ha visto que se pueden eliminar muchas más bacterias que poniendo ambos tratamientos por separado, y también bastantes más que si se suman los efectos de los dos tratamientos por separado, es decir, esta combinación da lugar a una sinergia en el tratamiento anti-bacteriano, por lo que se podrían eliminar muchas más bacterias. También se ha visto que al combinar un antibiótico con un bacteriófago las bacterias desarrollan mucha menos resistencia a los antibióticos. Sin embargo, estos estudios aun solo se han llevado a cabo in vitro (en placas de cultivo en el laboratorio, en condiciones controladas), por lo que, aunque esta combinación parece muy prometedora, debemos ser prudentes aún.


Otras terapias fágicas



Los bacteriófagos pueden tener, además, un enorme potencial en otras aplicaciones terapéuticas. Pueden actuar como transportadores de moléculas terapéuticas; mediante ingeniería genética se pueden llevar a cabo modificaciones en estos virus para cambiar su afinidad, pudiendo hacer que, en lugar de matar bacterias, puedan matar células cancerosas. También pueden tener usos en vacunas, empleando fagos modificados que activen una respuesta inmune, permitiendo así que la vacuna sea más efectiva porque se favorecería la formación de anticuerpos protectores.

Escrito por Sara Arroyo Moreno, Grado en Biotecnología por la Universidad Politécnica de Madrid

Esperemos que os haya gustado. 

Y si queréis profundizar aún más sobre el tema. Nuestra compañera Sara Arroyo nos deja todos estos enlaces y artículos científicos: 


  • Apice, L.D., Costa, V., Sartorius, R., Trovato, M., Aprile, M., Berardinis, P. De, 2015. Stimulation of Innate and Adaptive Immunity by Using Filamentous Bacteriophage fd Targeted to DEC-205 2015. doi:10.1155/2015/585078
  • Bikard, D., Euler, C.W., Jiang, W., Nussenzweig, P.M., Goldberg, G.W., Duportet, X., Fischetti, V.A., Marraffini, L.A., 2014. Exploiting CRISPR-Cas nucleases to produce sequence-specific antimicrobials. Nat. Biotechnol. 1–6. doi:10.1038/nbt.3043
  • Bull, J.J., Gill, J.J., 2014. The habits of highly effective phages: Population dynamics as a framework for identifying therapeutic phages. Front. Microbiol. 5. doi:10.3389/fmicb.2014.00618. 
  • Citorik, R.J., Mimee, M., Lu, T.K., 2014. Sequence-specific antimicrobial susing efficiently delivered RNA-guided nucleases. Nat. Biotechnol. 1–7. doi:10.1038/nbt.3011
  • Cleary, J.M., Ray, D.S., 1980. Replication of theplasmid pBR322 under the control of a cloned replication origin from the single-stranded DNA phage M13. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 77, 4638–4642. doi:10.1073/pnas.77.8.4638
  • Dennehy, J.J., Abedon, S.T., Turner, P.E., 2007. Host density impacts relative fitness of bacteriophage Φ6 genotypes in structured habitats. Evolution (N. Y). 61, 2516–2527. doi:10.1111/j.1558-5646.2007.00205.x
  • Deporter, S.M., Mcnaughton, B.R., 2014. Engineered M13 Bacteriophage Nanocarriers for Intracellular Delivery of ExogenousProteins to Human ProstateCancerCells.
  • Díez-Martínez, R., De Paz, H., Bustamante, N., García, E., Menéndez, M., García, P., 2013. Improving the lethal effect of Cpl-7, a pneumococcal phage lysozyme with broad bactericidal activity, byinvertingthe net charge of itscellwall-binding module. Antimicrob. AgentsChemother. 57, 5355–5365. doi:10.1128/AAC.01372-13
  • Gerstmans, H., Rodriguez-Rubio, L., Lavigne, R., Briers, Y., 2016. From endolysins to Artilysin(R)s: novel enzyme-based approaches to killdrug-resistant bacteria. Biochem. Soc. Trans. 44, 123–128. doi:10.1042/BST20150192
  • Messing, J., 2016. Phage M13 for the treatment of Alzheimer and Parkinson disease. Gene 583, 85–89. doi:10.1016/j.gene.2016.02.005
  • Smith, G.P., 1985. Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigen son the virion surface. Science 228, 1315–1317. doi:10.1126/science.4001944
  • Torres-Barceló, C., Arias-Sánchez, F.I., Vasse, M., Ramsayer, J., Kaltz, O., Hochberg, M.E., 2014. A window of opportunity to control the bacterial pathogen Pseudomonas aeruginosa Combining antibiotics and phages. PLoSOne 9. doi:10.1371/journal.pone.0106628
  • Winter, G., Griffiths, A.D., Hawkins, R.E., Hoogenboom, H.R., 1994. Making antibodies by phage display technology. Annu. Rev. Immunol. 12, 433–55. doi:10.1146/annurev.iy.12.040194.002245

¡NOTICIA! Colaboradora en MasScience


Mis queridos lectores, 

Hace unas semanas fui invitada a formar parte del blog MasScience como colaboradora. Acepté y hoy comparto la noticia de que oficialmente formo parte de un gran equipo como es MasScience. MasScience consiste en una plataforma dónde  investigadores, estudiantes y profesionales buscan divulgar la ciencia; cuentan con el apoyo y respaldo de diversas Asociaciones e Instituciones a nivel Nacional e Internacional. En mi primera entrada "Los virus y su incesante capacidad de cambioos invito a conocernos un poquito más y a leer mi actual y futuras entradas pero, también la del resto de colaboradores que, junto conmigo intentamos impulsar la ciencia de la manera más familiar y sencilla posible.  




jueves, 27 de abril de 2017

Las diez historias astrobiológicas - CAPÍTULO I (Segunda parte)

CAPÍTULO  I


Segunda parte




Reconstruyendo el origen de la vida

Básicamente la hipótesis de Opariny Haldane indicaban que, en la Tierra primitiva, la atmósfera era fuertemente reductora, rica en metano, amoniaco e hidrógeno. En esa época, la luz solar, altamente energética (ya que no existía la capa de ozono), y la energía de las descargas eléctricas propiciarían la recombinación de esas moléculas, formándose compuestos orgánicos que se irían acumulando en los mares y océanos de la primitiva Tierra hasta que surgió un conjunto que podía alimentarse de las otras moléculas del entorno, dando comienzo a la transición hacia la evolución biológica.

Lo interesante de la hipótesis es que es la primera en la cual aparece el concepto de evolución química para expresar esa serie de cambios que, de manera natural, condujeron de las moléculas orgánicas simples hasta formar estructuras autónomas, es decir, que se daría en una serie de gradaciones, y no “de golpe” los primeros entes vivos; otro punto de vista interesante es que las condiciones ambientales que impone la hipótesis no son sólo aplicables a la Tierra, sino podrían ser aplicables a otros mundos con composición similar. Los gases y las fuentes energéticas que se requieren son comunes en otros rincones del universo, por lo que debemos pensar que no hubo ninguna condición especial que hiciera a la Tierra única para albergar vida.
La hipótesis de Oparin y Haldane sería puesta a prueba en los años 50 por Stanley Miller, estudiante en la Universidad de Chicago.

En 1828, Friedrich Wöhlerya demostró que era posible sintetizar urea a partir de compuestos inorgánicos, pero los experimentos de Miller, tutelado por Harold Urey (premio nobel) en 1953 fueron los primeros en demostrar que la síntesis de productos orgánicos en condiciones reductoras (como las que posiblemente reinaban en la Tierra primitiva) era posible. En un matraz colocó metano, amoniaco, hidrógeno y agua que puso a hervir; En el "circuito atmosférico primitivo" se generaron descargas eléctricas, simulando los rayos; los compuestos que se formaron se depositaron en el fondo del matraz, donde se recogían las muestras de las moléculas formadas (Imagen 1).


Imagen 1: El experimento de Miller y Urey.

El análisis reveló la presencia de compuestos orgánicos diversos, fundamentalmente aminoácidos, los bloques constitutivos de la vida terrestre. Algunos absolutamente familiares para los biólogos como, la Glicina, la Alanina o el Ácido aspártico. También se pueden obtener otros tipos de moléculas orgánicas variando las condiciones experimentales; por ejemplo, el bioquímico catalán Joan Oró demostró que cinco moléculas de HCN (ácido cianhídrico) podía generar adenina, una de las cuatro “letras” presentes en los ácidos nucleicos.

En el experimento original de Miller, la única preocupación fue la obtención de compuestos orgánicos, pero, para avanzar en la complejidad de estos estudios se requieren recipientes adecuados, dónde interaccionen las moléculas, que reflejen más fielmente las condiciones naturales.

En la reconstrucción del fenómeno del origen de la vida, también nos puede ayudar, el estudiar la biología terrestre mediante los estudios filogenéticos de moléculas altamente conservadas en los seres vivos. La vida terrestre desciende toda ella de un único antepasado común universal (conocido como LUCA) y aunque, la vida terrestre ha cambiado mucho desde sus inicios, la maquinaria biológica es algo así como una ciudad, todas las evolutivas tienen que funcionar acopladas a la historia previa de los organismos. Desde una posición externa, podríamos pensar en que sería mejor rediseñar todo el entramado celular para mejorar al organismo en vez de “ir poniendo parches”, sin embargo, los seres vivos tienen una historia evolutiva que les condiciona, puesto que el conjunto ha de funcionar y aunque “mejoremos” algún componente, no podemos partir de cero cada vez. Toda esa contingencia histórica ha definido que toda la vida terrestre que conocemos utilice, por ejemplo, a los ácidos nucleicos como transmisor de la información hereditaria, que se posea un metabolismo central comunes o que haya una bioenergética común. 

Escrito por José Jordán Soria

lunes, 24 de abril de 2017

El comienzo de la Era de la terapia fágica - Freno a la Era post-antibióticos (1)

Posible alternativa a los antibióticos


¡Hola a todos! Hoy tengo el placer de presentaros a una colaboradora llamada Sara Arroyo Moreno, graduada en Biotecnología por la Universidad Politécnica de Madrid y actualmente cursando el Máster en Virología de la Universidad Complutense de Madrid. Actualmente se encuentra trabajando con biología evolutiva de bacteriófagos y con una plaza para desarrollar su tesis doctoral sobre terapia fágica en Irlanda. Viene a hablarnos sobre terapia fágica y lo hará en dos entradas consecutivas. Esperemos que os guste. 
Podéis leer un poco más sobre Antibióticos, antibióticos y más antibióticos (y con ello las RESISTENCIAS). 


------------


La denominada Terapia Fágica puede ser una alternativa bastante prometedora a los antibióticos, pudiendo aportar importantes ventajas y beneficios. Para entender qué es realmente este tipo de terapia y por qué es tan importante, veamos primero una breve introducción histórica.


Un poco de historia 

s.XIX - La prehistoria de la terapia fágica
Todo comienza con el naturalista inglés Ernest Hanbury Hankin fue en 1892 a la India para trabajar como químico forense, centrándose fundamentalmente en los brotes de cólera. Durante su trabajo observó como animales y personas que se bañaban en el agua de unos ríos tenían los efectos del cólera minimizados. En ese momento él creyó que se trataba de algún agente químico lo que reducía el crecimiento de la bacteria Vibrio colerae


s.XX - El descubrimiento de los bacteriófagos y su acción antibacteriana. 
Más adelante, se determinó que este efecto antibacteriano era debido a la presencia de unos virus específicos para bacterias, denominados bacteriófagos, que significa literalmente “comedores de bacterias”. Estos bacteriófagos tienen la capacidad de romper y, por tanto , de matar bacterias. Estos fueron descubiertos de forma independiente por dos bacteriólogos diferentes, que además trabajaban en distintas partes del mundo: Frederick William Twort (inglés) y Felix D’Herelle (franco-canadiense). 

s.XX - La Era antibiótica en el s.XX. Al descubrirse estos virus que afectan sólo a bacterias y que, además, son específicos para las bacterias a las que infectan (un bacteriófago no puede infectar a todo tipo de bacterias), empezaron a emplearse como terapia antibacteriana, naciendo así la terapia fágica. Era muy frecuente el uso de mezclas de bacteriófagos para desinfectar heridas durante la primera guerra mundial, sin embargo, en la década de 1940, con el descubrimiento de los antibióticos la terapia basada en bacteriófagos, quedó totalmente aparcada en el mundo occidental. Sólo unos pocos laboratorios en Europa del Este mantuvieron la investigación sobre terapia fágica, comenzándose así la denominada Era antibiótica.


Antibióticos en la actualidad y posición de los bacteriófagos

Durante las últimas décadas el uso generalizado e inadecuado de antibióticos ha producido que se generen cada vez más resistencias a los mismos, lo cual está generando una situación de alarma para la salud pública. En 2014 la OMS publicó su primer informe acerca de las resistencias a antibióticos. «En ausencia de medidas urgentes y coordinadas por parte de muchos interesados directos, el mundo está abocado a una era postantibiótica en la que infecciones comunes y lesiones menores que han sido tratables durante decenios volverán a ser potencialmente mortales», dijo el Dr. Keiji Fukuda, Subdirector General de la OMS para Seguridad Sanitaria.

El 27 de febrero de este mismo año 2017, la OMS ha publicado una lista de las bacterias que requieren urgentemente la búsqueda de nuevos antibióticos debido a sus resistencias, y en esta lista se encuentran bacterias que están en las 12 familias que son más peligrosas para la salud humana. Sirva como ejemplo, la muerte el pasado año en Estados Unidos de una mujer que presentaba una infección por una bacteria que se había hecho resistente a todos los antibióticos conocidos.

Por tanto, en vista a las últimas noticias que se tienen, hay que proporcionar lo antes posible una solución a este enorme problema. Y es muy dudoso que esta solución venga de manos del descubrimiento de nuevos antibióticos de origen microbiano. Se necesita una alternativa, y se necesita ya. Esto está haciendo que la atención vuelva a recaer en utilizar bacteriófagos.


Si empleamos bacteriófagos como agentes terapéuticos, ¿qué ventajas creéis que pueden aportar respecto a los antibióticos?

Para empezar, los bacteriófagos, son entes biológicos que se pueden amplificar, es decir, rompen y matan bacterias como mecanismo replicativo, por lo que,a priori, serían necesarias muchas menos dosis que las que requeriría un antibiótico. Otro aspecto importante es que son específicos para una bacteria en concreto, por lo que no afectarían a nuestra flora bacteriana como hacen los antibióticos de amplio espectro. De esta forma, los bacteriófagos solo atacan de forma específica a la bacteria que nos está produciendo infección, no teniendo efectos secundarios propios de antibióticos como es, por ejemplo, la diarrea.

Los bacteriófagos, de forma natural, ya están presentes en nuestro microbioma de forma muy abundante. Tienen un papel muy importante a la hora de regular nuestras poblaciones bacterianas comensales, para que siempre haya un equilibrio. El hecho de que nuestro organismo ya tenga de por sí un gran contacto con estas entidades biológicas (hay mucha controversia sí los virus son o no seres vivos, cosa en la que yo no voy a entrar en este artículo) hace que sean muy poco inmunogénicos, es decir, el hecho de introducirlos externamente para combatir infecciones nunca va a suponer que se produzca una respuesta inmune exagerada que sea perjudicial para nosotros. Además, tienen tanta afinidad de unión por la bacteria a la que van a infectar que ni siquiera un anticuerpo neutralizante podría separarlo de ella.

A la hora de llevar a cabo un diseño racional de una terapia basada en virus “comedores de bacterias”, tenemos que saber, por tanto, a qué bacteria en concreto nos estamos enfrentando. Lo mejor en la mayor parte de las ocasiones es emplear un cóctel de bacteriófagos (siempre de tipo lítico, es decir, que siempre se repliquen y salgan de la bacteria, que nunca integren su genoma en el de la misma), para conseguir una mayor efectividad. 


¿Resistencias a bacteriófagos?

Las resistencias a bacteriófagos por parte de bacterias pueden aparecer por diversos mecanismos, tales como que la bacteria modifique su proteína de superficie que permite al bacteriófago reconocerla o mecanismos que pueden provocar la degradación del genoma viral una vez que éste ha sido insertado. Empleando diferentes bacteriófagos para una misma bacteria se reducen las probabilidades de resistencia (porque sería muy raro que la bacteria desarrollara resistencia frente a todos los bacteriófagos diferentes que se le apliquen). De todas formas, la resistencia que puedan desarrollar las bacterias a estos virus es bastante inferior a la que ya desarrollan de por sí a antibióticos, como se ha visto en algunos estudios.

Con ganas esperamos que os quedéis viendo la segunda parte dónde hablaremos de los enzibióticos. 


Escrito por Sara Arroyo Moreno, Grado en Biotecnología por la Universidad Politécnica de Madrid.