Acabado el programa COMBACT que desde 2007 a 2010 financió la Comunidad de Madrid, el foro “Esos pequeños bichitos”, como las otras actividades científicas y de difusión del programa, ha llegado a su fin. Durante esos cuatro años, además de realizar los trabajos de investigación en los diferentes laboratorios integrantes del programa, hemos participado en diversas actividades de difusión en la Comunidad de Madrid. Cinco investigadores del programa han impartido un total de 49 conferencias “COMBACT extension” sobre 7 temas científicos en 43 centros de enseñanza de la Comunidad. También COMBACT estuvo presente en actividades para acercar al público la trayectoria vocacional y profesional de los investigadores como la Noche de los Investigadores 2010, Madrid es Ciencia 2008 y en “De profesión investigador” en 2007.

Sin duda, la actividad que más ha podido acercar al público los temas que investigamos y su relevancia social ha sido a mi entender este foro que ahora se despide. Con 113 artículos y casi 500 comentarios (contando solo los razonables) ha sido visitado casi medio millón de veces durante los tres años y medio en los que ha estado activo.

Cabe pues agradecer a los seguidores que han mostrado su interés en lo publicado, a los colaboradores que de vez en cuando han contribuído con un artículo, a la Fundación Jorge Juan que financió alguna de las actividades y a la Comunidad de Madrid: Gracias y espero que en el futuro nos veamos de nuevo en algún punto del universo virtual.

El puente sobre el río Kwai. Para algunos no importa tanto si lo que hacemos es lo que más nos beneficia, lo que más importa es hacerlo lo mejor que podemos.

Aquí está la conexión al “PUNTO DEL UNIVERSO VIRTUAL” que desde el 9 de agosto de 2011 nos permite seguir viéndonos.

La aparición en Alemania de un brote infeccioso de tipo alimentario causado por una estirpe patógena de la bacteria Escherichia coli me ha mantenido durante prácticamente toda una semana del 27 de mayo al 3 de junio en constante comunicación con diversos medios de opinión. En este artículo presento, con pequeñas modifcaciones dictadas por el curso  más reciente de las noticias, dos de los análisis escritos para el diario EL PAÍS (publicados el martes 31 de mayo y el viernes 3 de junio)  y  añado unos comentarios sobre algunos aspectos todavía enigmáticos que esperan la publicación de nuevos datos para recibir una explicación.

El señor Patata como “Darth Tater”. Cuando una pacífica estirpe comensal de E.coli se pasa al lado oscuro se convierte en una malévola bacteria que produce síndrome hemolítico urémico, a veces fatal, y que puede transmitirse por  diversos alimentos contaminados, ya sean estos carnes mal procesadas o incluso hortlizas y vegetales frescos.

A diferencia de O104 (letra “o” ciento cuatro), la mayoría de E. coli son bacterias pacíficas, junto con muchas de otras variedades pueblan el intestino. Pueden hasta ser beneficiosas y casi nunca son perjudiciales. Viven de manera armónica sin que las de una clase desplacen a las de otra e incluso aportan algunas vitaminas. Son un freno protector frente a otras bacterias con las que nuestro cuerpo no se lleva tan bien, y que si proliferasen producirían trastornos y enfermedades, desde la diarrea leve hasta enfermedades graves como el síndrome hemolítico urémico.

Pero algunas E. coli pueden ser atraídas por el lado oscuro y adquirir genes que dirigen la producción de compuesots tóxicos, similares a la toxina que produce Shigella, otra bacteria que es una prima maligna de E. coli. Este tipo de bacterias se adhiere a las células de la mucosa intestinal y las trastorna. El intestino reacciona con una diarrea que intenta eliminar a las invasoras. Si lo logra el problema no pasa de una molesta y fuerte diarrea. Pero en unos pocos casos, y generalmente dependiendo del estado de salud de la persona, esto no es así y la bacteria maligna prolifera.

La toxina que produce se ceba sobre los capilares sanguíneos más pequeños, como los que componen el mecanismo por donde el riñón purifica la sangre. Su destrucción impide al organismo eliminar los compuestos nocivos del metabolismo y el fallo renal conduce a un envenenamiento que deja lesiones permanentes y es a veces mortal.

Pensaríamos que como hay antibióticos potentes la curación debería ser fácil, pero no es así. Eliminar cualquier E. coli es difícil porque está protegida por una cubierta de tres capas (otras bacterias, como las de la neumonía sólo tienen dos). Además las malévolas estirpes O se han molestado en tener genes de resistencia a varios antibióticos, y poseen incluso complejos mecanismos para aumentar la producción de toxina cuando se las pretende eliminar. Es decir que el antibiótico, lejos de curar, puede incluso agravar el problema.

¿Cómo puede llegar E. coli del intestino a alimentos como las verduras? En 2006 se produjo un brote letal de la estirpe O157H7, casi hermana de la O104 en los EE UU, venía en bolsas de espinacas lavadas tres veces. Para sorpresa de los científicos, los mecanismos que la bacteria usa para adherirse al intestino también sirven para fijarla a las hojas. Las estirpes patógenas habitan a veces el intestino de animales de granja. Puede ahí empezar la contaminación, o venir más tarde en la cadena de consumo. Precisarlo necesita pruebas que no son complejas y en unos días pueden decir dónde se ha contaminado un alimento siempre que se haya identificado el alimento contaminado y la bacteria que lo contamina.

No hay que alarmarse, pueden tomarse precauciones como cocinar bien las verduras, pelar cuidadosamente o desinfectar lo que se tome crudo. Así el pequeño número de bacterias que ingeriríamos no será perjudicial. Y sería también importante reforzar la investigación para estudiar E. coli, porque algunas bacterias están siempre dispuestas a pasarse al lado oscuro y demostrarnos que no tenemos antibióticos para eliminarlas.

Partida de nacimiento de E. coli mutante

La probabilidad de que la misma mutación de una bacteria ocurra de forma independiente a la vez en cientos de enfermos roza las características del milagro. O sea que no puede ser que todos los enfermos hayan sido infectados por la bacteria no mutada y que la mutación haya ocurrido en su organismo tras la infección. Tiene que haberse producido antes de que el alimento haya sido contaminado, la bacteria mutante debería haber crecido en un animal (o persona) a quien posiblemente no ha matado, y de su contenido intestinal haber pasado al alimento (sea el que fuese) que ahora ha consumido la población de Hamburgo.

¿Cómo se puede averiguar? Si deja de haber casos nuevos es que el alimento contaminado ya se ha agotado y las nuevas partidas ya no se están contaminando, por lo que en principio sería tranquilizador y sólo quedaría indagar qué cosas hicieron igual todos los enfermos para poder deducir de forma plausible de dónde vino la contaminación y tomar medidas para que no se repita.

Un escenario más grave es que sigan aumentando los nuevos casos de intoxicación. Indicaría que el foco primario de infección sigue produciendo bacterias mutadas y dispersándolas al ambiente en donde se genera la contaminación. El proceso de búsqueda de la fuente de contaminación puede ser el mismo que en el caso anterior, pero ahora es urgente localizarlo porque de otra manera seguirá cayendo enfermo quien ingiera la sustancia contaminada, que según se va vendiendo se estaría remplazando por nuevos lotes igualmente peligrosos. Lo único positivo en este caso es que cuando se identifique el foco de infección posiblemente se pueda estudiar el proceso que genera la propagación de la bacteria mutada.

¿Cómo podremos saber qué le ha ocurrido a la bacteria E. coli para convertirse en más peligrosa? Conocida la secuencia completa del genoma de la variante mutada, lo que hoy en día se hace con rapidez utilizando las nuevas técnicas de secuenciación masiva, disponibles en los laboratorios mejor equipados, ya es sencillo averiguar de qué progenitores proceden el conjunto de genes que la han convertido en una bacteria tan maligna. Reúne una virulenta toxina, la shigatoxina 2 codificada por el gen vtx2a, con una variada colección de genes que la hacen resistente a diferentes antibióticos. Posiblemente los cambios se encuentren en una estructura de ADN de las varias especializadas en movilizar la información genética de una a otra bacteria. Con estos resultados seguramente se podrá, además de identificar a los progenitores, sacar conclusiones de índole práctico para minimizar en el futuro, si es posible, la probabilidad de que nuevamente ocurra de manera accidental un suceso con consecuencias tan dañinas.

ENIGMAS:

Fué el Centro Europeo para el Control y la Prevención de Enfermedades quien, el 27 de mayo y avalado por dos científicos alemanes, una sueca, uno del Reino Unido y la oficina en Copenhague de la Organización Mundial de la Salud informó públicamente haber detectado en dos muestras de pepinos de procedencia española la presencia de E. coli de tipo STEC, que puede producir esta enfermedad. El origen de esa contaminación, que por supuesto no debería estar presente, permanece sin aclararse.

Unos días más tarde, el 31 de mayo se difundió que estos aislados STEC no se correspondían con los causantes de la enfermedad en el brote infeccioso del norte de Alemania, y el 2 de junio se divulgó que la colaboración entre un grupo alemán y un laboratorio chino había obtenido la secuencia completa del genoma de la bacteria causante de la infección. Las autoridades sanitarias alemanas han pasado a considerar otras fuentes, un restaurante, una fiesta,  y más recientemente a una plantación de soja, como origen del foco infeccioso. El foco real permanece hoy por hoy sin identificar.

Eliminar la infección en los enfermos sigue siendo difícil, se ha publicado que la bacteria parece ser sensible a antibióticos del tipo carbapenem, que son de los llamados betalactámicos. Si bien el genoma secuenciado contiene información para codificar betalactamasa, una enzima que, en cantidad suficiente puede inactivar algunos betalactámicos como la penicilina, los  antibióticos de tipo carbapenem son mas refractarios a ella. Sin embargo existen otras bacterias que son resistentes a carbapenem debido a una betalactamasa especial, la metalo-beta-lactamase 1 (NDM-1).

El tratamiento de la enfermedad es asimismo complicado, los antibióticos son en este caso un arma de doble filo, ya que los betalactámicos, al afectar la integridad de la pared celular pueden hacer estallar la bacteria, y facilitar la liberación de la toxina Vtx2 que pasa a la sangre. Antibióticos como las quinolonas, que bloquean la replicación, pueden inducir mecanismos que provocan una producción mayor de toxina. La destrucción de los capilares por la infección podría frenarse con un nuevo tratamiento experimental que en principio se dirigía a curar la hemoglobinuria nocturna paroxísmica, una rara enfermedad de tipo inmune. Da la casualidad de que este tratamiento, un anticuerpo monoclonal llamado eculizumab, bloquea la activación de la proteína C5 del complemento, uno de los pasos de la respuesta inmune que la infección por STEC dispara. La activación de C5 provoca la destrucción celular, por lo que desde 2010 el eculizumab se ha utilizado para combatir los efectos del síndrome hemolítico urémico sobre los capilares renales.

¿Por qué esta estirpe parece permanecer en el intestino durante más tiempo? La secuencia del genoma indica que no tiene el gen que codifica intimina, una de las proteínas con las que E. coli se pega a la célula intestinal. Esto plantea un interrogante más.

EN OTROS FOROS:

Una explicación de los serotipos O de E. coli en el foro “Curiosidades de la Microbiología“.

AMARGA REFLEXIÓN:

¡35 años trabajando en E. coli y solo les interesa cuando no se venden pepinos!

La presentación del libro, cuyos otros autores son Marta García-Ovalle y Javier Medina, se realizará a la una del mismo día, en la carpa del Círculo de Lectores del recinto ferial. Intervendrán Maite García, profesora de la Escuela Nacional de Sanidad, José Antonio López, director del Departamento de Cultura Científica del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa”, CSIC y Miguel Vicente del Centro Nacional de Biotecnología, CSIC. Os invitamos a que nos acompañes en ambas actividades. Asimismo con la adquisición de un ejemplar de la obra podrás asistir a una demostración sencilla en la que tú mismo obtendrás tu propio ADN para llevártelo a casa.

La demostración correrá a cargo de Manuel Pazos y Marcin Krupka, del Centro Nacional de Biotecnología, CSIC, quienes ya son conocidos por los seguidores de este foro por sus artículos.

autor: Miguel Vicente

Comparadas con las que habitan el intestino de los jóvenes, entre las bacterias del intestino de las personas de mas edad hay menos frecuencia de las que mejor reaccionan frente al estrés. Este es uno de los datos obtenidos al identificar el microbioma de 22 personas de cuatro países europeos. Los investigadores proponen que esto se corresponde con el deterioro de nuestras defensas que acompaña a la edad, así nos convertimos en un lugar menos hostil para las bacterias intestinales que se especializan además en utilizar algunos carbohidratos que con el paso del tiempo nosotros vamos asimilando peor.

Imagen de una batalla: Salmonella contra el resto de las bacterias. En los dos tercios a la derecha de la imagen las Salmonella, coloreadas en rojo intentan proliferar en el interior del intestino compitiendo con el resto de bacterias intestinales, que aparecen como puntos verdes de menor tamaño. Si lo consiguen les será más fácil infectar la pared intestinal, en azul. Las que lo logren  pueden morir, pero provocan una inflamación que facilita el desarrollo de las demás, que al hacerlo provocan una diarrea. Fuente: Wolf-Dietrich Hardt.

Los resultados del estudio indican que la mayoría de los microorganismos del intestino son bacterias, acompañadas por un pequeño número de microbios eucarióticos, arqueas y algunos virus. Lo que más sorprende es que agrupando los datos que ahora se han obtenido con los que ya existían, de otros 39 individuos, y clasificándolos por grupos, resulta que en el conjunto hay tres grupos predominantes que los investigadores denominan enterotipos, y cada uno tiene una composición relativa diferente de géneros de bacterias. En cada enterotipo predomina además un grupo de bacterias: Bacteroides, Prevotella o Ruminococcus. En distintas personas se alberga un diferente enterotipo, sin que la presencia de uno u otro de ellos tenga relación alguna con el país donde la persona reside. Si se llegase a comprobar que el enterotipo se adapta a lo largo del tiempo a cada persona y que sufre pocas variaciones, podría ser considerado en el futuro como una de las características del individuo, una huella identificativa, aunque no con la precisión que se encuentra por ejemplo en los grupos sanguíneos, sino más bien como definición de un estado de equilibrio entre la población de las bacterias del intestino con el cuerpo.

Los enterotipos definen una población bacteriana cuya composición relativa parece estar bien equilibrada, pero que no está absolutamente definida y puede además cambiar según las circunstancias por las que pasa el individuo en donde  se encuentra. Por eso a la hora de las comparaciones, el estudio no ha considerado los datos pertenecientes a bebés, en los que la composición de las bacterias intestinales aún está adaptándose y sufre muchas fluctuaciones. Otro de los casos ha sido el de una persona en la que en su enterotipo había quedado registrado un episodio de crecimiento de bacteriófagos que atacó a su población bacteriana, con toda probabilidad un suceso transitorio y reciente.

Analizando, no la abundancia de especies bacterianas, sino la presencia de genes relacionados con determinadas funciones se han deducido conclusiones como que comparando dos de los enterotipos la eficacia en la producción de algunas vitaminas es diferente en cada uno de ellos. También se observa una relación entre la abundancia en el enterotipo de bacterias dotadas de genes que controlan cómo obtienen la energía de los alimentos y la propensión a la obesidad de la persona que lo alberga.

Por ahora estos estudios se han limitado a recopilar datos obtenidos de la información genética, el ADN, del contenido intestinal e identificar a continuación en el ordenador la posible función de los genes de los que procede y el tipo de bacterias en cuyos genomas posiblemente se alberga. Pero todo esto no es más que el principio de investigaciones que en el futuro nos van a desvelar cómo se establece el equilibrio entre todas las bacterias que viven en nuestro intestino y cómo a su vez se mantienen en buena armonía con el cuerpo. Ya nos están indicando datos como el que las bacterias que funcionalmente pueden reportarnos más beneficios no tienen por qué ser las más abundantes. Tampoco predominan numéricamente las que, adheridas a la mucosa, tardan más tiempo en eliminarse con el tránsito intestinal, y que sin embargo parecen las protagonistas de la propagación de la resistencia a los antibióticos. El detalle de todo ello, y su aplicación práctica, nos sorprenderá cuando en el futuro la potencia de los modernos métodos de secuenciación del ADN, aún no utilizados por estos investigadores, se generalice.

REFERENCE:

Arumugam, M. et al. Nature Advance online publication doi:10.1038/nature09944 (2011)

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La leche materna no sólo alimenta al bebé

Parte de este artículo se ha publicado en el diario EL PAÍS, sección “Futuro” el 27 de abril de 2011.

Miguel Vicente: Edad y flora intestinal

Acompañando a:

Alicia Rivera: Las bacterias del sistema digestivo, nueva huella biológica humana

¿Quieres producir tu propio ejército de zombis? Hasta hace poco era algo complicado, ya que los zombis se supone que son muertos a los que un brujo hace volver a la vida para que obedezcan sus siniestros propósitos. Para colmo los zombis que se precian de serlo solo se alimentan de carne humana. En fin, un engorroso asunto eso de producir zombis, solo al alcance de los consumados maestros del vudú y de la santería. Por eso probablemente no habrás visto nuca en tu vida un zombi auténtico. Como nos ocurre a todos, nos hemos de conformar con las imágenes que de ellos muestran las películas de terror. Pero esto ha dejado de ser así, ahora puedes producir tus zombis de forma mas sencilla y asequible. ¿De veras? Pues sí, siempre y cuando te conformes con que tus zombis sean hormigas.

No es preciso tampoco que pases por el trago de estudiar una larga carrera de aprendiz de brujo, basta con que sepas cómo propagar un hongo llamado Ophiocordyceps unilateralis parecido al que en el centeno forma los llamados “cuernos” que es el cornezuelo o Claviceps purpurea. Estos hongos pertenecen a la familia de los Clavicipitaceae y aquí es donde empieza la magia, son productores de micotoxinas, alcaloides derivados del ácido lisérgico, que perturban la mente. Así en la Edad Media eran frecuentes las intoxicaciones por consumo de cereales infectados con cornezuelo que desembocaban en graves y dolorosas dolencias que producían intenso picor, el fuego de San Antonio, con lesiones deformantes y muchas veces fatales.

Secuelas del ergotismo o fuego de San Antonio. Detalle del cuadro de Pieter Brueghel el Viejo “El combate entre don carnaval y doña cuaresma” datado en 1559  y conservado en el  Museo de Historia del Arte de Viena.

Los O. unilateralis en vez de saprofitar los cereales se ceban sobre un determinado tipo de hormigas carpinteras de las selvas brasileñas a las que trastornan la mente impulsándolas a vagabundear fuera de su nido en los troncos hasta que acaban por morir mordiendo con sus mandíbulas la hoja de un arbusto. Nadie se apiada de los pobres zombis, y menos las hormigas, cuando detectan que una de sus compañeras está infectada por el hongo, no paran hasta que consiguen expulsarla de su compañía, y en el pecado llevan la penitencia, ya que así el hongo consigue llegar al ambiente en donde mejor se reproduce. Porque el mordisco postrero del zombi no ocurre en cualquier lugar, sino que frecuentemente la hormiga se aferra a una vena de la parte de debajo de una hoja que está a dos palmos del suelo en donde la humedad es más del noventa por ciento y la temperatura entre veinte y treinta grados. Ese parece ser el sitio perfecto para que el hongo produzca esporas que le servirán para propagarse. Como las zonas altas de los árboles no ofrecen la humedad ni la temperatura adecuada, el hongo obliga a la hormiga a trasladarse a zonas más bajas en donde las condiciones son mejores. Las esporas son el vehículo para volver a infectar a otras hormigas y de esta forma empezar de nuevo el ciclo, asegurando así la perpetuación de la especie.

También O. unilateralis es tan macabro como los brujos fabricantes de zombis a la hora de producir las esporas, tras la muerte de su porteadora el hongo produce hifas que salen de la cabeza de la hormiga y crecen hasta hacerse el doble de largo que el cadáver. A la vez que remodela el cadáver reforzando las zonas débiles de la cutícula, el hongo se va desarrollando y como un auténtico necrófilo realiza entonces su reproducción sexual produciendo una especie de bola repleta de esporas. La cosa no acaba ahí, pues al acabar de formar las esporas éstas se esparcen por debajo de la hoja que hace las veces de tumba creando un campo de exterminio en el que las hormigas que pasan quedan infectadas.

El cadáver de una hormiga zombi. O. unilateralis que ha crecido y esporulado sobre una hormiga a la que ha matado pocas semanas antes. La “P” apunta a las estructuras por donde se liberan las esporas.  Imagen: The American Naturalist/ University of Chicago Press.

Las hormigas zombi y sus hongos alucinógenos han sido hace poco noticia porque se ha descubierto que los O. unilateralis son en realidad un conjunto de especies distintas, cada una especializada en zombificar a su vez a una diferente especie de hormiga. Queda todavía por aclarar cómo los alcaloides del hongo modifican la mente de cada hormiga. Algunos equivalentes como el LSD, no tan tóxicos como los del cornezuelo, pero sí muy poderosos, se sabe que han producido curiosos efectos en la especie humana, incluso puede haber inspirando canciones. ¿O es que alguien que esté sereno vería que el cielo en el que Lucy, la niña de la guardería de su hijo, está con sus diamantes es de mermelada?.

Portada del disco Sargent Peppers. Publicado en 1967 por The Beatles, entre otras canciones incluye “Lucy in the Sky with Diamonds“, un título sugerente y  de interpretación discutida.

Solo para quienes deseen ver cómo los hongos Cordyceps llevan a cabo su macabra tarea incluimos el siguiente vídeo de la serie Planet Earth. ADVERTENCIA: El contenido puede herir la sensibilidad de algunos espectadores.

Pinche aquí para ver el vídeo

* Manuel Pazos realiza su tesis doctoral en el Centro Nacional de Biotecnología

El viernes 4 de febrero de 2011 el programa “Futuro Abierto” de RNE, dirigido por Tato Puerto, con Carmen Gomar en la redacción, nos reunió a cuatro científicos para hablar de lo que los periodistas insiten en seguir llamando “vida artificial”. Los tertulianos fueron Jesús del Mazo, del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC, César Nombela de la Facultad de Farmacia de la Univeridad Complutense, Luis Serrano del Centro de Regulación Genómica de Barcelona y Miguel Vicente del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC.

En la conversación se trataron diversos aspectos relacionados con la síntesis del genoma de una bacteria y su introducción en otra, lo que se suele llamar “experimento de Venter” que ya se ha descrito en este foro. Entre ellos se dedicó bastante tiempo a debatir sobre las implicaciones éticas del trabajo.

El programa completo se puede encontrar en la página de “Futuro Abierto” emitido el domingo 13 de febrero.

Futuro abierto – Vida artificial, ¿realidad o ficción? – 13/02/11