‘Genomas’

Conoce a tu enemigo

Conoce a tu enemigo y conócete a ti mismo; en cien batallas, nunca saldrás derrotado (Sun Tzu, El Arte de la Guerra).

Entre enero de 2020 y abril de 2021 se han depositado en la base de datos GISAID más de un millón de secuencias de SARS-CoV-2, el coronavirus responsable de la pandemia de COVID-19. A éstas hay que añadir otras ≈260 000 en Genbank. Aunque la mitad de las secuencias de GISAID son de Reino Unido y Estados Unidos, en total son 172 países los que han aportado secuencias. Esto supone un esfuerzo global sin precedentes, sobre todo teniendo en cuenta que no existe ningún proyecto ni directriz global, sino que se trata de cientos de iniciativas independientes de gobiernos y grupos de investigación de todo el mundo en un movimiento de base (bottom-up) en toda regla. En España hay grupos que han secuenciado por su cuenta y con recursos propios, pero además el Instituto de Salud Carlos III ha financiado un proyecto de alcance nacional, SeqCOVID, que ha producido excelentes resultados, y más recientemente el Ministerio de Sanidad y las Comunidades Autónomas están desarrollando un plan para integrar la secuenciación genómica en la vigilancia epidemiológica del SARS-CoV-2. (más…)

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Dividirse adecuadamente para multiplicarse bien

Con seguridad las publicaciones de Craig Venter no pasan desapercibidas, si no por su resultado si por su objetivo, reformular el genoma de un microbio, ya de por sí reducido, para convertirlo en lo mínimo capaz de mantenerse vivo. Lleva ya un par de décadas en el empeño y podemos decir que sin haberlo logrado por completo sí que se va acercando. Cada vez los genomas que consigue excluyen genes que no parecen imprescindibles para que la célula sobreviva en el laboratorio en donde es mantenida con un mimo exquisito.

Comprobación de que hay al menos siete genes que son necesarios y suficientes para devolver la capacidad de dividirse a un Mycoplasma que como resultado de una deleción solo se podía multiplicar por fragmentación. La población de la estirpe delecionada, imagen en la fila del centro, al no dividirse regularmente, tiene una gran variación en el tamaño y en la forma de sus individuos. La integración de esos siete genes, a la estirpe que aparece en la fila de abajo, restituye el tamaño y la forma de la estirpe inicial normal, en la fila de arriba. La imagen muestra las poblaciones de cada estirpe observada mediante una celda de cultivo que permite el crecimiento continuo y su visualización al microscopio, un desarrollo técnico que ha facilitado mucho la realización del trabajo.

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Indominus bacteria

En 1993, en Parque Jurásico, el Sr. ADN explicaba al mundo cómo reconstruir un dinosaurio utilizando ADN conservado en ámbar y ADN de rana para “rellenar los huecos”. En 2015, en Jurassic World, InGen utilizaba ADN de diferentes especies, seleccionadas para aportar características concretas y crear un híbrido de diseño: el Indominus rex, algo así como un dino-Frankenstein transgénico. Aunque parezca fantasía, algo parecido ocurre en el mundo microbiano, aunque de manera natural, y no tan espectacular: la transferencia génica horizontal, es la transferencia de fragmentos de ADN desde una célula (o sus restos) a otra que no es su descendiente, y que incluso puede ser de otra especie, pero lo incorpora a su propio genoma y se convierte en un híbrido, que, ahora sí, transmite el genoma híbrido a su descendencia.

Indominus rex, un dinosaurio híbrido diseñado y construido por InGen, es portador de genes de diferentes especies (Jurassic World).

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Microbiomas extraordinarios

Recientemente se han publicado un par de trabajos (de Goffau et al., Rehbinder et al.) que muestran que durante una gestación normal la placenta humana no contiene microbioma…¿…? A primera vista, resulta un poco extraño ver semejantes obviedades en revistas de alto nivel, al fin y al cabo eso es lo que todos sabíamos o creíamos saber: en condiciones normales la placenta y el líquido amniótico crean un entorno microbiológicamente estéril que protege al embrión en desarrollo, y sólo después del nacimiento (o durante el parto) el bebé entra en contacto con los microorganismos. Sin embargo durante los últimos años diversos grupos, utilizando métodos de secuenciación masiva, han descrito microbiomas en la placenta, en el líquido amniótico, e incluso microbiomas intestinales fetales.

Lógicamente esto ha generado bastante controversia (Segata, Wylliard). Derribar dogmas está muy bien y es muy sano, sin embargo, como decía Carl Sagan (aunque el argumento se remonta a Hume) “Afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias”. Decir que existe una microbiota en la placenta gestante sana (sin infección) y que la colonización microbiana empieza en el útero materno no es trivial, es una afirmación extraordinaria, algo que supuestamente habría pasado inadvertido a generaciones de microbiólogos.

Fuente: Serie Cosmos, episodio “Enciclopedia Galáctica”. Aunque es frecuente traducir “evidences” como evidencias, lo correcto sería «Afirmaciones extraordinarias requieren siempre pruebas extraordinarias» (https://www.fundeu.es/recomendacion/evidencia-prueba).
Fuente de la imagen: akifrases.com

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Los mapas del cólera

La utilización de mapas como herramientas en epidemiología empezó en el siglo XIX con la llegada a Europa de la segunda pandemia de cólera. Aunque las causas de la enfermedad aún no se conocían, y se creía que la enfermedad la producían “miasmas” que se transmitían por el aire, los mapas publicados en 1831 y 1832 (como el que se muestra en la figura, o los que se muestran en (Koch, 2014)) indicaban que la epidemia no surgía aleatoriamente en uno u otro lugar, sino que progresaba siguiendo rutas precisas que coincidían con campañas militares o rutas comerciales, es decir que se transmitía de un lugar a otro siguiendo los movimientos de grupos de viajeros. En 1854 John Snow, que no creía en los “miasmas”, representaba los casos de cólera que se estaban produciendo en ese momento sobre un plano de Londres y conseguía identificar un foco local de la epidemia (comentado por Miguel aquí). Desde entonces la elaboración de mapas epidemiológicos se ha ido enriqueciendo con la recogida sistemática de datos, la informatización, y la utilización de Sistemas de Información Geográfica. La incorporación de información sobre serotipos ó genotipos añadió una nueva capa de complejidad, y permitió trazar las rutas seguidas por diferentes clones de un mismo patógeno. Ya en este siglo, la secuenciación de genomas completos abre el campo de la filogeografía genómica, que aporta un aumento importante a la resolución de los mapas en lo que se refiere a la información genética.

 

Mapa de las dos primeras pandemias de cólera por el cartógrafo añemán Carl Ferdinand Weiland, litografía coloreada a mano y publicada en hoja suelta. Los colores indican los años en los que se detecta el cólera en cada país. CHOLERA-KARTE oder Uebersicht der progressive Verbreitung der Cholera seit ihrer Erscheinung im Jahr 1817 über ASIEN, EUROPA under AFRICA. Weimar: Verlag des Geographischen Instituts, 1832. Obtenida de https://bostonraremaps.com/inventory/rare-cholera-map-weiland/

 

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LTEE: un experimento brillante

Hace casi 30 años Richard Lenski empezó un experimento que aún no ha terminado. El experimento de evolución a largo plazo (LTEE, por sus siglas en inglés) con la bacteria Escherichia coli. Se trata de un experimento simple, pero brillante, que aprovecha el potencial de los cultivos microbiológicos (poblaciones muy grandes, tiempos de generación muy cortos) para observar la evolución en acción, casi en directo.

 

 

Richard Lenski mostrando parte del “registro fósil” del LTEE.

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Microbionautas

La misión Mars500 fue un simulacro de viaje tripulado de ida y vuelta a Marte. El viaje tenía tres partes, 250 días de ida, 30 días de permanencia en Marte, y 240 días de vuelta. La instalación estaba ubicada en Moscú y la misión organizada por el Instituto para el Estudio de Problemas Biomédicos de la Academia Rusa de Ciencias con la participación de diversas agencias y empresas privadas, incluyendo la Agencia Espacial Europea. Desde el 3 de junio de 2010 hasta el 5 de noviembre de 2011 la tripulación, compuesta por seis hombres, permaneció confinada en un espacio que simulaba el interior de una nave espacial y una pequeña área de superficie marciana. Durante 520 días los seis hombres siguieron la misma rutina que llevarían los tripulantes de la nave durante el viaje, incluyendo maniobras de navegación, diversos experimentos científicos, controles médicos, actividades domésticas, ejercicio físico y ocio, e incluso un “descenso” a Marte. Una de las tareas que llevaron a cabo fue la recogida de muestras de aire y de diversas superficies para estudiar el microbioma ambiental de la nave y su evolución en el tiempo… ¿y por qué preocuparse por los microbios cuando estás volando a Marte?…puede preguntarse cualquier joven aspirante a astronauta (o martenauta en este caso).

 

La tripulación de Mars500

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Si quieres mejorar una levadura, acelera la evolución

Como suele decirse, primero se hace en procariotas y después en eucariotas. En el año 2014 se consiguió hacer un cromosoma artificial de levadura. Fue un proyecto que involucró desde estudiantes de grado a laboratorios punteros en Biología Molecular. La Facultad de Medicina de la Universidad John Hopkins organizó un cursillo llamado “Build-A-Genome” en el que los estudiantes fueron creando y uniendo secuencias cortas de 70 nucleótidos para formar bloques de 750 pares de bases que luego fueron unidos por investigadores de otros laboratorios para ser ensamblados en grandes pedazos que una vez introducidos en una levadura, fueron ensamblados en un único cromosoma.

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No me toques las narices: la síntesis de los cromosomas de la levadura

Ya es posible sustituir los cromosomas naturales de la levadura por copias sintéticas producidas en un laboratorio, y esas copias pueden ser diferentes a las naturales sin que la levadura resultante se entere. Pero no todas las diferencias son iguales, como diría Orwell, unas son más iguales que otras: cambiar de sitio algunas regiones específicas del cromosoma no da igual. La levadura a la que se le reforma la cocina, los genes que codifican los ARNs ribosomales (los genes rDNA), no recompone de forma correcta la disposición en el espacio de sus cromosomas.

Estructura tridimensional de los cromosomas de la estirpe parental (en el centro) y de dos estirpes de levaduras en las que en su cromosoma III se alteró la posición de los genes rDNA (a ambos lados). Fuente: Referencia

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El microbioma sano

El microbioma está de moda. Durante los últimos años la investigación acerca del microbioma, y sobre todo del microbioma humano y la enfermedad, se ha convertido en tema estrella, con multitud de proyectos financiados, artículos publicados e incluso ha aparecido ya alguna revista especializada. Y por supuesto hay también gurús del microbioma, dietas para restablecer el microbioma, etc.

 

El microbioma humano definido según su composición, su función, su ecología o su dinámica. De Lloyd-Price et al., 2016. Reproducido con licencia Creative Commons (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

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