Alemania y el brote de E.coli (STEC O104:H4)

Durante este mes de Mayo, una cepa de Escherichia coli enterohemorrágica productora de toxina Shiga (STEC) infectó a más de 2.400 personas en 13 países de Europa, ocasionando la muerte a 23 de ellas, tal como se indica en el mapa de la figura. Los expertos en salud publica aún están tratando de precisar el origen de la cepa bacteriana y porque causa tales síntomas.

Mapa de incidencia de E. coli (STEC O104:H4) en Europa.

Es necesario señalar que los hospitales alemanes registraron los primeros casos el 1 de Mayo, información suministrada por el Instituto Robert Koch (RKI), que funciona como  la  agencia  federal  alemana para la vigilancia de enfermedades. Sin embargo, no fue sino hasta el 22 de Mayo que el primer informe de un número inusual de infecciones por  E. coli enterohemorrágica (EHEC)  en  Alemania se registró en el Centro Europeo para la Prevención y el Control de Enfermedades en Estocolmo, Suecia. El tiempo transcurrido ha sido inusualmente largo, ya que por lo general deberían transcurrir alrededor de 14 días para detectar un  brote de estas características.

Varios factores han actuado de manera conjunta para generar este retraso. En primer lugar, las infecciones por EHEC no son comunes en adultos, lo que afectó el diagnóstico temprano por parte de los médicos confundiéndose inicialmente con una infección por Salmonella o una debido a un virus.  Adicionalmente, esta cepa se comporta de manera diferente a las típicas cepas de EHEC, especialmente cuando se cultiva para su diagnóstico, lo que dificultó el trabajo de identificación. Y finalmente, en el marco del sistema de salud alemán, las autoridades locales informan semanalmente las infecciones a las entidades nacionales, lo que a su vez contribuyó a dilatar el tiempo de reporte ante el RKI. De esta manera, no fue sino hasta el 25 de Mayo que se identificó a la cepa O104:H4 productora de toxina Shiga de E. coli como la responsable del brote (STEC O104:H4). Se señaló por parte del CDC que el Síndrome Urémico Hemolítico (HUS) producido por esta cepa es muy similar al producido por E. coli (EHEC O157:H7).

La cepa en mención produce y secreta proteínas que contribuyen a su adherencia tanto a los alimentos como al intestino humano, lo que contribuye a su patogenicidad. Esto podría explicar por qué los síntomas parecen más graves que en los anteriores brotes de E. coli, incluyendo la diarrea sanguinolenta y, en casi un tercio de los pacientes el HUS. Los primeros síntomas del HUS incluyen: disminución de la frecuencia o volumen de la micción, sensación de mucho cansancio y pérdida del color rosado en las mejillas y en el interior de los párpados inferiores; estas señales suelen comenzar 5-7 días después del inicio de la diarrea. El HUS puede causar insuficiencia renal, complicaciones neurológicas y la muerte. De hecho, en Alemania se han atendido mas de 200 personas con Eculizumab (Anticuerpo monoclonal contra la proteína del complemento C5) para frenar este síndrome, cifra que antes del brote se reducía a 3 pacientes.

Flemming Scheutz, jefe del centro colaborador, en Copenhague, de la organización mundial de la salud para el estudio y detección de Escherichia y Klebsiella opina que el brote pudo haber sido identificado de manera temprana si se hubieran utilizado técnicas moleculares como la PCR, que toma horas, en lugar de los días que demora el cultivar y evaluar la bacteria a partir de las muestras de los pacientes. En Alemania, las pruebas de PCR son de uso rutinario para el ganado y algunos alimentos, y los hospitales disponen de la infraestructura necesaria;  lamentable y paradójicamente la prueba no se aplica regularmente para las personas. El problema estriba en que este tipo de pruebas no son financiados por el sistema de salud alemana para analizar cuadros diarreicos, a pesar de que representa un costo similar al de una prueba basada en cultivo.

Detección de E. coli (EHEC O157:H7) mediante técnicas de cultivo

El hecho de presentar un reporte temprano en un brote de estas características resulta fundamental.  Por ejemplo, el CDC ubicado en Atlanta (USA), introdujo una plataforma de vigilancia temprana llamada PulseNet después de un brote de otra cepa de E.coli, el serotipo O157:H7, sucedido en 1993. Este sistema permite comparar rápidamente los patrones generados por electroforesis en campo pulsado (PFGE) entre las bacterias sospechosas de ocasionar toxiinfecciones alimentarias contra una base de datos validada donde se encuentran los patrones generados por cepas patógenas conocidas. Los resultados se envían a una base de datos nacional, que permite el seguimiento en tiempo real de un brote. Desde su implementación PulseNet le ha permitido al CDC hacer un reconocimiento de un mayor número de brotes y una detección temprana de problemas en la producción de alimentos. Europa no tiene un sistema de seguimiento similar en tiempo real, aunque el Centro Europeo para la Prevención y Control de Enfermedades reporta que el actual sistema europeo de vigilancia ha funcionado razonablemente bien durante este brote. 

Por otra parte, PulseNet podría haber pasado por alto la poco frecuente  O104:H4,  porque no hay una lista definitiva de las cepas de E. coli que representan una amenaza para la salud humana, lo cual requiere de un esfuerzo mayor que el realizado hasta ahora. "Necesitamos caracterizar un buen grupo de genes, especialmente aquellos con potencial uso como marcadores moleculares (que señalen la cepa o sus toxinas), que puedan ser utilizados para identificar las bacterias que son peligrosas" señala el director del Instituto de Patógenos Emergentes en USA.  Parece unánime el hecho de que comparar el genoma de la cepa O104:H4 con el de otras cepas revelará similitudes y diferencias que serán muy útiles en el diagnóstico de futuros brotes.

Frente al que se ha convertido en uno de los mas graves brotes de E. coli en el mundo,  médicos y científicos alemanes afirman que el sistema de gestión de la salud en el país ha fallado garrafalmente a la hora de manejar adecuadamente esta crisis. Solicitan reformas a fin de que estos brotes puedan ser reportados en menor tiempo y se use la tecnología mas apropiada para conseguir identificar su fuente y de esta manera, controlar mas rápidamente las emergencias de salud así generadas.


References:

Turner M. 2011. Microbe outbreak panics Europe. Nature doi:10.1038/474137a News.

Turner M. 2011. German E. coli outbreak leads to drug trial. Nature. doi:10.1038/news.2011.332 News.

Link relacionado:

http://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2011/06/pepinos-heces-y-escherichia-coli.html

Alcoholes de 4 y 5 carbonos: Biocombustibles alternativos.

En el sector de los biocombustibles se consideran diferentes generaciones, que se distinguen unas de otras por la materia prima utilizada y la tecnología de proceso. Los biocombustibles de primera generación utilizan materias primas de uso alimentario y tecnologías de proceso como la fermentación (para el etanol) y la transesterificación (para el biodiésel). Los de segunda generación se obtienen a partir de materias primas que no tienen usos alimentarios y semillas oleaginosas no comestibles por las vías convencionales antes mencionadas. Los biocombustibles de tercera generación no utilizan suelos fértiles para su producción, recurren a sistemas de cultivos en bioreactores (fotobioreactores) y pueden incorporan técnicas de biología molecular en su proceso productivo.  En la actualidad los trabajos de investgación estan centrados en generar desarrollos tecnológicos en los biocombustibles de tercera generación.

En el mundo de los biocombustibles con base en alcoholes, reina a placer el etanol (alcohol de 2 átomos de carbono); sin embargo, no es la molécula con el mejor potencial como combustible. Alcoholes de cadena más larga poseen mejores características combustibles, de hecho moléculas como el pentanol o el butanol son más parecidas a los componentes de la gasolina, que el etanol. Como ejemplo cabe mencionar que el butanol funciona bastante bien en los motores de combustión sin necesidad de realizar grandes modificaciones. El principal problema que tiene es su alta viscosidad, unas diez veces mayor que la gasolina.

Teniendo en cuenta lo anterior, hoy les traigo dos muestras de los esfuerzos de la Universidad de California en el campo de los biocombustibles con base alcohólica, utilizando ingeniería metabólica en microorganismos:

El primer caso, publicado en Nature Chemical Biology (1), es el estudio realizado en los Departamentos de  Química y Biología Molecular y Celular, que se centraron en el desarrollo de una cepa de Escherichia coli productora de butanol. 

De manera natural, este alcohol es producido por Clostridium acetobutylicum, una bacteria Gram positiva endosporulada anaeróbica. Pero esta bacteria no tiene las características de un microorganismo de uso biotecnológico ya que las condiciones de manejo, cultivo y producción son muy especiales y además en su proceso fermentativo se produce acetona e hidrógeno lo que hace una mezcla peligrosa. La estrategia a seguir fue tomar los genes de las cinco enzimas responsables de la ruta de producción de butanol en C. acetobutylicum y clonarlos e introducirlos en E. coli. Pero al hacerlo se encontró que no producía tanto butanol como se esperaba. Las reacciones de la ruta son reversibles y las enzimas incorporadas en E. coli estaban realizando tambien la conversión del butanol en sus precursores metabólicos. De manera que decidieron rediseñar la ruta reemplazando 2 de las 5 enzimas por enzimas análogas obtenidas de otros dos microorganismos, de manera tal que no permitan que la ruta de biosíntesis tome la dirección contraria, destruyendo parte del butanol producido. Ahora la ruta funciona sólo en una dirección y el rendimiento de producción de butanol es óptimo.

El segundo caso consiste en el trabajo llevado a cabo en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, publicado en Nature Biotechnology (2), y cuyo enfoque fue el uso de las proteínas como materia prima para generar biocombustibles, ya que generalmente se usan carbohidratos o grasas.

Las proteínas, en cambio, no han sido utilizados para sintetizar biocombustibles debido a las dificultades en la desaminación de los  hidrolizados de proteínas. El grupo de investigación modificó genéticamente una cepa de Escherichia coli para conseguir que desaminara eficientemente estos hidrolizados de proteínas, transformándolos en alcoholes de 4 y 5 carbonos. Esto se consiguió mediante la introducción de los genes necesarios para que se lleven a cabo tres ciclos de transaminación y desaminación; genes que proceden de otras especies bacterianas. Con esta modificación se consigue una producción de alcoholes de alrededor de un sorprendente 56% de la producción teórica. Tambien evaluaron el uso potencial de biomasa procedente de bacterias, de levaduras y microalgas como materia prima (fuente proteica) observando producciones de 4.035 mg/l de alcoholes a partir de biomasa que contiene alrededor de 22 g/l de aminoácidos libres. El crecimiento de microalgas con altos contenidos proteicos tendría interés en un futuro como insumo para la obtención de biocombustibles.

References:
(1) Bond-Watts BB, Bellerose RJ, Chang MC. 2011. Enzyme mechanism as a kinetic control element for designing synthetic biofuel pathways. Nat Chem Biol. Feb 27. PMID: 21358636

(2) Huo YX, Cho KM, Rivera JG, Monte E, Shen CR, Yan Y, Liao JC. 2011.

Conversion of proteins into biofuels by engineering nitrogen flux. Nat Biotechnol. Mar 6. PMID: 21378968

Sintetiza tu propia bactera

La iniciativa buscar complementar el esfuerzo de acercar el mundo de la microbiología a la comunidad estudiantil en secundaria y a la comunidad en general.

Se trata de un un juego interactivo que conecta el foro "Esos pequeños bichitos" con el libro “Ni contigo ni sin ti: guía para entender los microbios”. La búsqueda se inspira en la construcción de una bacteria sintética, hecho publicado el año pasado por el equipo liderado por Craig Venter. El equipo de Venter sintetizó el ADN que forma el genoma de una bacteria y lo introdujo en el citoplasma de otra. 

En consecuencia se propone al usuario ensamblar una bacteria de forma virtual. Para lograr esta tarea el usuario debe responder las preguntas que plantean diez enigmas. Con cada solución se obtiene una pieza de las diez que se necesitan para el ensamblaje. La pregunta de cada enigma puede responderse consultando un artículo del mencionado foro. Con cada solución se accede a una página que proporciona una pieza más de esa bacteria “virtual”. Cada solución lleva al enlace de una nueva página que proporcionará la pista para resolver el siguiente enigma utilizando un nuevo artículo del foro. 

Una vez se completa la "bacteria sintética virtual", se alcanza el nivel para responder a dos claves adicionales que permiten al usuario obtener un diploma de Biotecnólogo Honorario. Para esto último parece ser necesario disponer del libro mencionado anteriormente. Incluso a los residentes en España se les remite el diploma firmado por el Centro Nacional de Biotecnología.

Se agradece este tipo de esfuerzos que buscan que la Microbiología sea mas accesible a la población juvenil. La iniciativa es liderada por Miguel Vicente, profesor de Investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro Nacional de Biotecnología. Tambien participan Marta García-Ovalle y Javier Medina, profesor de educación secundaria y experto en la integración de tecnologías de la información y la comunicación en la educación.

Fuente: 

http://www.cnb.csic.es/~entendermicrobios/index.php

Evidencia fósil de vida extraterrestre?

Recientemente en el Journal of Cosmology, Richard Hoover investigador del Centro Espacial Marshall de la NASA, ha publicado los resultados de un estudio llevado a cabo sobre los restos de un tipo muy poco frecuente de meteoritos, recolectados en zonas como la Antártida, Siberia y Alaska. En esencia, Hoover descubrió unas estructuras fosilizadas similares a bacterias (específicamente cianobacterias) en el interior de meteoritos condritos carbonáceos del tipo CI1.

Microfósil de un filamento de crecimiento polarizado, sinuoso, con un extremo helicoidal que contiene un apéndice cónico (<1.3 μm) y un heterociste terminal,  características muy similares a las de la cianobacteria  Cylindrospermopsis sp.

En nuestro sistema solar, los meteoritos condritos carbonáceos son considerados de los más antiguos, además de caracterizarse por tener cantidades considerables de agua, un porcentaje significativo de carbono y algo de oxígeno, lo cual los hacen buenos candidatos para transportar moléculas orgánicas más complejas que podrían haber llegado a la Tierra hace miles de millones de años. Los del tipo CI1 son muy escasos y se caracterizan porque cerca del 20% de las moléculas minerales que los conforman se encuentran hidratadas, de manera similar a las arcillas. 

En este tipo de meteoritos, usando técnicas de cromatografía (HPLC) se han encontrado trazas de aminoácidos como la alanina, glicina, etc. Cuando analizaron estas biomoléculas por espectrometría de masas, determinaron que las abundancias isotópicas del carbono, especialmente de carbono-13 son diferentes a los encontrados en muestras terrestres, lo que indica que estas biomoléculas son propias del meteorito y no son producto de una contaminación con biomoléculas de la Tierra. Las características que presentan estos meteoritos permiten la existencia de moléculas biológicas complejas como los ácidos nucleicos, clave para que haya vida.


Para determinar si los meteoritos portaban fósiles de formas de vida extraterrestre, se procedió a tomar muestras del interior de las rocas, manteniéndolas confinadas en cámaras especiales y usando equipos esterilizados a fin de evitar cualquier tipo de contaminación. Las muestras fueron analizadas mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo, observándose microestructuras filamentosas integradas a la superficie de las pequeñas partículas del meteorito.


El tamaño y las características morfológcas (tricomas) de estos filamentos son similares al de las cianobacterias. Por ejemplo, hay filamentos con las dimensiones de la cianobacteria filamentosa Spirulina subtilissima (diámetro del filamento de 0.6 a 0.9μm) y S. laxissimai (diámetro del filamento de 0.7 a 0.8μm). Aunque también se podrían parecer a los filamentos de bacterias fototróficas anoxigénicas como las bacterias verdes no del azufre (Chloroflexi). Pero lo mas interesante es que adicionalemnte Hoover encontró fósiles que evidencian estructuras celulares especializadas que las cianobacterias usan para su reproducción (baeocitos, acinetos y hormogonios), para fijar Nitrógeno (heterocistes basales o apicales) y para su movilidad (fimbrias).


Al respecto de su publicación Hoover señala: "En muchos casos los microfósiles son reconocibles y pueden ser relacionados con especies genéricas ya conocidas, pero algunos son verdaderamente extraños y no se parecen a nada que pueda identificar. Interpreto que es un indicio de que la vida está distribuida más allá de los límites que impone el planeta Tierra. Este es un campo de estudio apenas explorado porque, francamente, muchos grandes científicos dirían que es imposible".  Lo que sin duda resulta curioso que un hallazgo de esta magnitud e impacto, halla sido publicado en una revista como el Journal of Cosmology, en lugar de haber recurrido a revistas de la talla de Science, Nature o incluso PNAS, como lo ha hecho la doctora Pizzarello en descubrimientos no tan relevantes en el mismo tipo de meteoritos.


Dada la controvertida naturaleza del descubrimiento, el doctor Rudy Schild, del Centro Astrofísico Harvard-Smithsonian y editor del Journal of Cosmology, ha invitado a 100 expertos y a más de 5.000 científicos para que revisen el artículo y ofrezcan sus análisis críticos.

Izquierda: Filamento que evidencia glóbulos ricos en Azufre (S) y una terminación redondeada (R) que es similar en tamaño, morfología y composición interna a la bacteria terrestre Titanospirillum velox.

Referencias:
(1)  Pizzarello S, Williams LB, Lehman J, Holland GP, Yarger JL. 2011. Abundant ammonia in primitive asteroids and the case for a possible exobiology. Proc Natl Acad Sci U S A.  Feb 28. [Epub ahead of print]. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21368183
(2) Richard B. Hoover. Fossils of Cyanobacteria in CI1 Carbonaceous Meteorites. Journal of Cosmology, 2011, Vol 13. http://journalofcosmology.com/Life100.html

Proyecto: "Microbioma Tierra"

El desarrollo de la biotecnología, sus aplicaciones y la industria asociada a ellas depende en gran medida del conocimiento derivado del estudio del mundo de los microorganismos. Sin embargo, es bien sabido que las estrategias clásicas de cultivo en medios sintéticos o semisintéticos no consiguen mas que una pobre aporximación a la diversidad biológica de los microorganismos. Esto se ve corroborado en resultados tan contundentes como el hecho de que un simple gramo de suelo pueda contener entre 2000 y 8’300.000 diferentes genomas, donde únicamente alrededor del 1% de estos son accesibles con técnicas dependientes de cultivo (1). Es claro entonces que existe una gran cantidad de información con un potencial de aplicaciones biotecnológicas, que hacen parte de la porción no cultivable de microorganismos. 

En este contexto, la metagenómica es un campo nuevo de investigación que se ha desarrollado en la última década, con el objeto de entender la diversidad de diferentes nichos ecológicos conformados por microorganismos cultivables y no cultivables. La metagenómica supone la extracción, clonación, secuenciación y análisis del genoma de una comunidad microbiana, lo cual permite el estudio de una gran variedad de sus genes y sus rutas degradativas o biosintéticas. El potencial es enorme, ya que se estima que hay más células microbianas en la Tierra, que estrellas en el universo conocido.

El año pasado en el workshop "Terabase Metagenomics" celebrado en Utah (USA), y que reunía a investigadores en ecología microbiana, bioinformática y estadística, se puso sobre la mesa el reto de como como usar la actual tecnología de secuenciación masiva para explorar las comunidades microbianas de la Biosfera, teniendo como objetivo último dar respuesta a las preguntas fundamentales de la ecología microbiana. La idea propuesta generó lo que hoy conocemos como Proyecto Microbioma de la Tierra o EMP (por Earth Microbiome Project).

El mencionado proyecto es similar al Proyecto Microbioma Humano, pero es inmensamente más grande y ambicioso pues pretende caracterizar tanto a nivel taxonómico como funcional la biodiversidad microbiana de muestras tomadas a lo largo y ancho de este planeta. Inicialmente se piensa partir del análisis de unas pocas muestras: unas 200.000 más o menos. Se extraerá el DNA para producir un Atlas Global Metagenómico en el que se piensa que se llegará a reconstruir unos 500.000 genomas microbianos y determinar un primer inventario de la diversidad de las familias de proteínas codificadas por dichos genomas. En una segunda fase se piensa alcanzar los 5 millones de genomas.

El origen de las muestras puede ser cualquier lugar concebible: desde diversos tipos de suelo, salinas, hasta nieve. El EMP propone una lista de recomendaciones, objetivos preferentes y una estrategia para que la toma, análisis y almacenamiento de muestras por parte de los diferentes grupos participantes sea lo más homogénea posible. 

En resumen, el Proyecto Microbioma de la Tierra será un esfuerzo multidisciplinar que involucrará a ecólogos, genetistas, microbiólogos, físicos, geólogos, informáticos, matemáticos, químicos, ... Y se espera que, al igual que el proyecto del genoma humano ha revolucionado la medicina, este proyecto acabe revolucionando nuestro conocimiento de la biosfera.

Referencias:
(1) Roesch LFW, Fulthorpe R. R., Riva, A., Casella, G., Hadwin, K. M., Kent, A. D., Daroub, S. H., Camargo, F. A. O., Farmerie W. G., Triplett, E. W. 2007. Pyrosequencing enumerates and contrasts soil microbial diversity. The ISME Journal. 1: 283-290.
(2) Gilbert JA, Meyer F, Jansson J, Gordon J, Pace N, Tiedje J, Ley R, Fierer N, Field D, Kyrpides N, Glöckner FO, Klenk HP, Wommack KE, Glass E, Docherty K, Gallery R, Stevens R, Knight R. 2010. The Earth Microbiome Project: Meeting report of the "1 EMP meeting on sample selection and acquisition" at Argonne National Laboratory October 6 2010. Stand Genomic Sci. 3(3): 249-253
(3) Gilbert JA, Meyer F, Antonopoulos D, Balaji P, Brown CT, Brown CT, Desai N, Eisen JA, Evers D, Field D, Feng W, Huson D, Jansson J, Knight R, Knight J, Kolker E, Konstantindis K, Kostka J, Kyrpides N, Mackelprang R, McHardy A, Quince C, Raes J, Sczyrba A, Shade A, Stevens R. 2010. Meeting report: the terabase metagenomics workshop and the vision of an Earth microbiome project. Stand Genomic Sci. 3(3):243-248.

Las bacterias y google

Google en su página de inicio (parte inferior izquierda) tiene la opción de cambiar la apariencia, por lo menos en cuanto a la imagen de fondo de dicha página. Desde hace unas semanas, una de las imágenes destacadas tiene que ver con la Microbiología. Y es que el doctor Edward Johnson junto con su doctorando de la Eastern Virginia Medical School, se dieron a la tarea de recrear el logo de google en una placa Petri, con el siguiente resultado:

En su elaboración utilizaron la cepa BL21 lysS de Escherichia coli, de la cual se dispusieron cuatro tubos con medio de cultivo para la bacteria. Después añadieron colorante a cada uno de los tubos. La bacteria creció en dichos medios coloreados. Después, utilizando una punta estéril dispusieron las bacterias en una placa Petri formando las letras del logotipo de Google. Tras una incubación overnight el colorante permaneció con las bacterias y formaron el logotipo. Para su fortuna, todo salió bien a la primera... aquí pueden ver el video: 

Vertido en el Golfo de México: "biorremediación intrínseca"

El desastre ocasionado por la petrolera British Petroleum (BP) en el Golfo de México podría estar siendo combatido silenciosamente por microorganismos psicrófilos degradadores de hidrocarburos.

Los efectos biológicos del derrame de petróleo en el Golfo de México, son inciertos debido a la magnitud y profundidad del vertido. Sin embargo, hace unas semanas, Washington publicó su informe sobre las consecuencias del vertido y se organizó una enorme controversia. En él se decía que cerca del 75% del crudo estaba desapareciendo de las aguas. Pero aquello no parecía posible. Ahora, con los nuevos datos aportados por el equipo de trabajo liderado por Terry Hazen todo encaja. 

El grupo del Dr Hazen, científico del laboratorio Lawrence de la Universidad de Berkeley y experto en ecología microbiana, recogió más de 200 muestras de las profundidades de 17 lugares, todos ellos afectados por el vertido, entre el 25 de mayo y el 2 de junio, es decir, poco más de un mes después de que se produjera el accidente. 

Al analizar las muestras encontraron muchos más microorganismos de los que esperaban, principalmente gamma-proteobacterias psicrófilas filogenéticamente relacionadas con bacterias degradadoras de hidrocarburos ya conocidas. Adicionalmente hallaron y caracterizaron una nueva especie bacteriana, que fue la mas frecuente en las muestras, la cual fue clasificada dentro de la familia de las Oceanospirillales, y es muy similar a otras bacterias de ese grupo que habitan en las aguas antárticas, en condiciones especiales. En el caso del nuevo microorganismo, su hábitat son las aguas profundas a unos cinco grados de temperatura y bajo elevadas presiones (barófilos). 

Todo parece indicar que la abundancia de estas gamma-proteobacterias en las aguas afectadas por el vertido constituye una de las principales razones por las cuales el crudo ha disminuido rápidamente en la profundidad de las aguas del golfo. Se observó que el nuevo grupo bacteriano biodegrada hidrocarburos a un ritmo superior al de las bacterias conocidas hasta ahora y usadas para tal fin. Lo mejor de todo es que llevan a cabo el proceso de degradación sin afectar el nivel de oxígeno en el agua. Se propone que las frecuentes fugas de petróleo que se producen de forma natural en el fondo marino del golfo parecen haber provocado la adaptación de esta comunidad de microorganismos que hacen mucho más rápido «ese trabajito». La rápida desaparición del crudo, se ve explicada tambien porla propia composición de los hidrocarburos del subsuelo del golfo, ya que contienen un mayor número de componentes volátiles. Lo anterior explicaría los polémicos datos que maneja el Gobierno de Obama.

"Esta investigación demuestra que las poblaciones microbianas psicrófilas y los microorganismos relacionados con ellas, juegan un rol importante en las consecuencias medioambientales de las manchas de petróleo submarinas en el Golfo de México”,  Recalcó el Dr. Hazen. Estos resultados constituyen un buen ejemplo de lo que se denomina como biorremediación intrínseca, es decir, el  propio entorno se encarga de mitigar o resolver el problema de contaminación generado.

Más información

abstract paper

Referencia:

Hazen TC et al. 2010. Deep-Sea Oil Plume Enriches Indigenous Oil-Degrading Bacteria. Science. Aug 24.Epub ahead of print.

Conozcamos nuestra historia

Segunda entrega: 18 años no son poco

Como hemos visto, el ICFES finalmente avaló el proyecto de crear el primer programa a 10 semestres ofrecido por la Universidad de Pamplona, con base en una propuesta enmarcada en el estudio y aplicación de los microorganismos en el sector productivo, especialmente el alimentario. Este logro, fue el resultado del trabajo y dedicación de un grupo de profesores vinculados al departamento de Biología-Química de la entonces Facultad de Ciencias Básicas y de las directivas de la época, quienes estructuraron la idea entendiendo el compromiso y las implicaciones futuras que se derivarían de esta naciente propuesta, especialmente si consideramos que para ese entonces la Universidad de Pamplona se constituía en la segunda institución del país en ofrecer un programa de pregrado en Microbiología, después de Los Andes. 

Debido a que, rápidamente, el programa se constituyó en uno de las más importantes que ofrecía la institución, surgió la necesidad de crear la sección de Microbiología adscrita al Departamento de Biología-Química. Los inicios no fueron fáciles, con múltiples inconvenientes que fueron superados progresivamente por el personal que laboró en la ejecución de dicha propuesta. El Programa de Microbiología, en Octubre 21 de 1993, año y medio después de su puesta en marcha, realiza la primera propuesta de autoevaluación, con miras a su propio fortalecimiento. Posteriormente en 1996, se realiza el primer análisis DOFA que consideraba una cantidad significativa de aspectos pertinentes all programa. Durante esos 5 años, el programa fue creciendo en todos sentidos, se vinculó la primer docente propia del programa procedente de la Universidad de los Andes, la profesora Claudia Clavijo. Posteriormente se vincularon las docentes Fanny Herrera y Angela Wilches, procedentes de la misma institución. Igualmente se contó con la participación de docentes de origen Cubano y Venezolano para la orientación de algunas asignaturas específicas; así como el uso de espacios tanto en “La Casona” como en el entonces “CETA”, hoy parte del actual campus universitario, donde se construyó el primer laboratorio específico de Microbiología, en el cual se llegó a prestar servicios a la comunidad. En esa misma época se construyó el bloque L (actual Francisco José de Caldas) que fue sede de varios laboratorios propios y de apoyo para el programa. En esta dinámica de transformación, el 19 de Diciembre de 1996 se graduó la primera promoción de profesionales formados en la Universidad de Pamplona. 

Con el paso del tiempo, el programa fue renovándose con el fin de estar acorde a los retos que el contexto le exigía, a nivel académico y profesional. En 1997 se creó el Departamento de Microbiología, adscrito entonces a la Facultad de Ciencias Naturales y Tecnológicas, donde permanecería por 5 años.  En Abril del año 2000, se actualizó el programa ante el ICFES para darle continuidad al ofrecimiento del mismo. Ese mismo año se convocó a la comunidad académica del programa para llevar a cabo la primera reflexión sobre el plan de estudios, surgiendo una propuesta que incorporó algunos campos de formación que permitieron fortalecerlo.  En Agosto del año 2001, la administración asume el compromiso institucional de trabajar en el proceso de mejoramiento continuo y de acreditación de los programas presentando un plan de trabajo, que se inició con la conformación de los Comités de Acreditación por programa, siguiendo unas políticas enmarcadas dentro del gran reto de la acreditación institucional. Durante el primer semestre del año 2003, el Departamento de Microbiología pasó a ser parte de la joven Facultad de Salud, y como si de una transición se tratase, en el segundo semestre del mismo año, el Departamento de Microbiología retornó a la recién creada Facultad de Ciencias Básicas, desde donde se administra hasta el día de hoy. 

Gracias al compromiso con la calidad académica  y desarrollo del programa, en Febrero de 2004 el MEN otorga mediante resolución 540 el Registro Calificado, lo cual nos posicionó como uno de los programas bandera de la institución. Dadas las nuevas perspectivas gubernamentales, en Agosto del año 2005, por recomendación del CONACES el nombre del programa se vio sometido a un cambio, consistente en el retiro del énfasis, desde entonces el programa pasó a denominarse: Microbiología. Esta modificación se llevó a cabo de manera paralela, con una revisión y reforma del plan de estudios (Actual pensum 2006). Posteriormente por resolución 4608 del 2005 el MEN reitera el otorgamiento del Registro Calificado por un tiempo de 7 años, a partir de la fecha de registro en el SNIES (28 Noviembre de 2005). El compromiso institucional y del personal adscrito al programa han conseguido que esa propuesta inicial gestada en la década de los ochenta, denominada Microbiología, además de llegar a ser el programa profesional más antiguo de la Universidad de Pamplona, se haya consolidado como uno de los mejores programas a nivel institucional. 

Debido a la proyección del programa, la administración de la institución respaldó el hecho de que el programa se sometiera al proceso de autoevaluación con miras a conseguir la acreditación de alta calidad. En esta ruta, la Universidad de Pamplona recibió a inicios del año 2007 la visita de pares académicos asignados por el CNA (Consejo Nacional de Acreditación), quienes verificaron las condiciones en las que se oferta el programa y su coherencia con lo consignado en el documento de autoevaluación. Finalmente, como fruto de todo este proceso el MEN, mediante resolución número 4055 del 19 de julio de 2007, otorgó al programa de Microbiología, la Acreditación de Alta Calidad por un periodo de 4 años. Se trató de un reconocimiento obtenido como consecuencia del trabajo en equipo de Docentes, Estudiantes, Egresados y Administrativos que hacen parte de nuestro programa, y fruto de la madurez, nivel académico, potencial de la planta profesoral y el gran impacto de nuestros egresados sobre el entorno regional y nacional. Este logro nos convirtió en el segundo programa de Microbiología a nivel nacional y el primero ofertado por una universidad pública en alcanzar este reconocimiento. La obtención de esta distinción por parte del CNA implica una gran responsabilidad para el departamento y la institución, un compromiso de todos con el mejoramiento continuo del programa.

Nuevo mecanismo de resistencia a antibióticos

Los microorganismos son seres muy versátiles, que durante su larga estancia en el planeta han demostrado una sobrada capacidad de adaptación y respuesta a las cambiantes condiciones de su entorno.  A principios del siglo pasado las enfermedades causadas por bacterias constituían una de las principales causas de muerte, enfermedades como la neumonía y la tuberculosis diezmaban la población; sin embargo, gracias al descubrimiento de sustancias antibióticas el hombre ha podido hacerles frente.

Actualmente, el abuso de antibióticos tanto en medicina, como en la agricultura, la ganadería, la cría de aves, etc., puede llegar a poner en riesgo la salud mundial. La aplicación exagerada e indiscriminada de sustancias antibióticas, no hace otra cosa que acelerar el desarrollo de mecanismos de resistencia tanto como su propagación entre especies. En este sentido, hoy ha causado revuelo mundial un reporte publicado en la web del journal The Lancet Infectious Diseases (http://www.thelancet.com/journals/laninf/onlinefirst).

El turismo sanitario es una actividad cada vez más frecuente en diversos países occidentales; en el caso del Reino Unido, las personas se desplazan a países como India o Pakistán para recibir tratamientos estéticos o médicos más baratos. En este trasegar, algunos pacientes han adquirido cepas de enterobacterias que poseen el gen ndm1 (Nueva Delhi metalo-beta-lactamasa 1) el cual proporciona resistencia al grupo de antibióticos conocido como “carbapenems”, un potente grupo de betalactámicos de amplio espectro que se reservan para las urgencias e infecciones multirresistentes. De hecho, el primer caso de infección por una enterobacteria productora de NDM-1 (enzima que codifica el mencionado gen) fue identificado por primera vez el año pasado en un paciente sueco que había sido hospitalizado en India.

En la publicación en mención, los investigadores reportan haber identificado 44 aislados en Chennai (ciudad del sur de la India), 26 en Haryana (al norte de la India), 73 en otros sitios de India y Pakistán y 37 en el Reino Unido. En una editorial del mismo journal, se revela que enterobacterias con el gen ndm1 han sido aisladas en Estados Unidos, Holanda, Australia y Canadá, en pacientes que habían ido a tratarse a India. Datos que demuestran una propagación en progreso, debido al turismo sanitario. De momento, las especies mayoritariamente implicadas son Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae. El problema radica en que se trata de cepas que demostraron ser altamente resistentes a todos los antibióticos, excepto a dos: tigeciclina y colistina; y uno de ellos no es muy eficaz. Un porcentaje significativo de los aislados adquirieron esta capacidad de resistencia debido a la incorporación de un plásmido con el mencionado gen, lo cual no es nada bueno ya que habla de la capacidad de transmitir esta información a otras cepas.

Estructura típica de un carbapenem

Se estima que no habrá nuevos antibióticos disponibles en diez años. “Estamos raspando la olla” comentaba preocupado el Dr Livermore, uno de los co-autores. Si se permite que infecciones como estas se salgan de control, la salud pública mundial podría verse en serios problemas; por ello es necesario un programa global de vigilancia a casos como los reportados.

Información adicional:
abstract paper

Referencia:
Kumarasamy KK et al. 2010. Emergence of a new antibiotic resistance mechanism in India, Pakistan, and the UK: a molecular, biological, and epidemiological study.
The Lancet Infectious Diseases, Early Online Publication, 11 August 2010
doi:10.1016/S1473-3099(10)70143-2

Prometedora vacuna de siRNA contra el Ébola

El virus del Ébola pertenece a la familia de los Filoviridae (filovirus), y comprende cinco especies distintas: Zaire, Sudán, Côte d'Ivoire, Bundibugyo y Reston. De las anteriores, las especies Zaire, Sudán y Bundibugyo se han asociado con brotes de fiebre hemorrágica cuya tasa de letalidad llega a ser muy alta (25 - 90%). Esta terrible enfermedad fue descrita por primera vez en 1976 en una misión al río Ébola en Zaire (actualmente, República del Congo) y se transmite por contacto directo con sangre, secreciones u otros líquidos corporales u órganos de personas infectadas. Causa, tal vez, una de las peores muertes posibles a casua de una infección, el sangrado llega  a ser generalizado. No se dispone todavía de ningún tratamiento ni vacuna específicos para la fiebre hemorrágica del Ebola.

Sin embargo,  Geisbert et al. han reportado un pormetedor tratamiento, mediante una estrategia que puede hacerse extensiva a otras enfermedades virales. ¿De que se trata?.  El grupo ha utlizado los "si RNA" (pequeño ARN interferente), que son pequeñas hebras de ARN (21-23 nucleótidos) que por complementariedad de bases puede resultar ser complementario al ARN mensajero de algún gen vital para el agente infeccioso, de modo que este "si RNA" se une al ARN mensajero, formando una hebra bicatenaria de ARN, evitando de esta forma que el gen sea traducido a proteína.

En esencia, Geisbert diseñó una combinación de siRNAs para atacar el ARNm de las siguientes proteínas virales: la proteína L de la ARN polimerasa del virus del Ébola y las proteína virales 24 y 35; luego la puso dentro de una cápsula formada por partículas lipídicas (SNALPs) para que pudieran ser administradas a los infectados y puedan ser asimiladas por las células para liberar su contenido dentro de ellas y empiecen a realizar su función de silenciar la expresión de la ARN polimerasa del virus y otras proteínas importantes en la diseminación del virus y el desarrollo de la fiebre hemorrágica.

Se hicieron los experimentos en  macacos, con resultados muy prometedores que muestran las potencialidades del uso de los siRNA para el tratamiento de una gran variedad de virus que son de preocupación para la salud pública (dengue, hepatitis, Herpes, etc.); además, nos dan una nueva forma de administrar los agentes terapéuticos vía bolsas lipídicas que pueden difundir fácilmente por la membrana celular. Ahora vendrán los primeros ensayos clínicos en pacientes humanos infectados con el Ébola.

Referencia:
Geisbert, T, et al. (2010). Postexposure protection of non-human primates against a lethal Ebola virus challenge with RNA interference: a proof-of-concept study The Lancet, 375 (9729), 1896-1905 : 10.1016/S0140-6736(10)60357-1

Unos divertidos vídeos

He querido compartitr, un par de links a dos divertidas (por no decir hilarantes) historietas que nos muestran algunos aspectos de nuestras amigas las bacterias.

http://www.youtube.com/watch?v=qWXxyYslKHY

http://www.youtube.com/watch?v=5Xi2Nc1UicQ

Para finalizar, un vídeo hecho en Catalunya, usando la banda sonora de la sirenita para ironizar sobre la situación de los recien graduados y su decisión de hacer una tesis doctoral... ahí los dejo
   

Las bacterias y el parto natural

¿Cuál crees es el primer regalo que te da tu madre cuando llegas al mundo? Pues lo cierto es que se trata de las bacterias de su vagina. Si nacimos mediante un parto normal, todos habremos pasado por la vagina de nuestras madres, la cual está habitada por una gran cantidad de microorganismos denominado “microbiota”. El número es inmensamente grande, supera en un orden de magnitud (10 veces) al número total de células que tenemos al nacer. Así que nuestro cuerpo quedará embebido con estos microorganismos.

Para los adultos, la microbiota de la vagina de la mujer no es un problema; sin embargo, para un recién nacido, es un evento clave en su desarrollo. Estos microorganismos pueden ser una amenaza para la salud del niño y, además, podrían provocar ciertas respuestas fisiológicas no deseadas. Pero también, pueden ser claves en el desarrollo de la inmunidad contra las bacterias con las cuales vamos a lidiar toda nuestra vida. Pero, ¿que pasa en el caso que el niño nace por cesárea? La Dra. María Dominguez-Bello, de la Universidad de Puerto Rico, ha identificado y caracterizado a nuestros primeros colonizadores.

Para esto, Dominguez-Bello et al. analizaron la microbiota de diez madres con sus respectivos bebés, de los cuales, seis nacieron mediante cesárea. Tomaron muestras de piel, boca y vagina de las madres una hora antes de dar a luz; y muestras de la piel, boca y nariz de los bebés cinco minutos después de haber nacido, luego amplificaron mediante una PCR la región 16S del ARN ribosomal y lo secuenciaron. Cuando analizaron la microbiota de la madre, observaron que había una gran diferencia entre los microorganismos que habitaban la boca, piel y vagina. “Hay más semejanza en la microbiota de la boca de dos mujeres que viven en dos lugares diferentes de la tierra que entre la microbiota de la boca y la vagina de una misma persona”. En cambio, los bebés presentaban la misma microbiota en todas las muestras tomadas.

Lo más interesante fue que la microbiota presente en el cuerpo de los bebés correspondía exactamente a la microbiota de la madre, según la ruta por donde habían nacido. Los que nacieron mediante un parto natural tenían una microbiota similar a la de la vagina de la madre (principalmente, Lactobacillus que ayuda en la digestión de la leche). Los bebés que nacieron mediante cesárea fueron colonizados principalmente por bacterias frecuentes de la piel, como Staphylococcus. Sin embargo, esta bacteria no necesariamente puede venir de la piel de la madre ya que es muy común en los hospitales. Además, los bebés que nacieron por cesárea no presentaron exactamente la misma microbiota que la piel de la madre, así que esta microbiota pudo haber sido adquirida directamente del ambiente del hospital.

Estas diferencias pueden afectar en diferente medida a los bebés. Si bien Staphylococcus es benigno, puede llegar a causar graves casos de neumonía. Además existe una cepa muy peligrosa llamada Staphylococcus resistente a meticilina (MRSA). Entre el 64 y 82% de bebés que nacen mediante cesárea contraen esta bacteria. Algo que no ha contemplado el estudio de Dominguez-Bello es como esta conformada la microbiota intestinal de los recién nacidos en comparación al de la madre. También se han encontrado evidencias que los niños que nacen mediante cesárea tienen son más propensos a las alergias. De manera que se recomienda a todas las futuras mamás que tomen el parto natural como primera opción.

Referencia:
Dominguez-Bello, M., Costello, E., Contreras, M., Magris, M., Hidalgo, G., Fierer, N., & Knight, R. (2010). Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1002601107

Algunos hongos

Los hongos, a pesar de los dolores de cabeza que nos puedan causar, son hasta bonitos...

Para ver la galería completa:
http://englishrussia.com/index.php/2008/09/23/slime-molds/

Foldit, plegando proteinas mediante un juego online

Hace un par de años salió a la luz el primer juego bioinformático llamado Foldit. Este juego consiste en plegar proteínas, mover las estructuras alfa hélice, beta plegadas, residuos polares, apolares, hidrofílicos e hidrofóbicos, de tal manera que la proteína adquiera su configuración terciaria óptima, termodinámicamente estable. Foldit, más que un juego, es un programa bioinformático de visualización y modificación de estructuras proteicas. Hay muchos programas para ver y visualizar proteínas (Cn3D, Swiss PDB Viewer, etc…), sin embargo, Foldit te da puntaje por correctos plegamientos que te permiten subir en el ranking, además puedes formar grupos y redes con otros jugadores, que en su mayoría, son biólogos de todas partes del mundo.

Y por si fuera poco, con jugar Foldit no solo te estás entreteniendo y aprendiendo a usar una importante herramienta bioinformática, sino, estás colaborando con la comunidad científica mundial. ¿Como? Cada día se secuencian muchas proteínas en el mundo, sin embargo, no de todas se ha podido determinar su estructura 3D (terciaria), debido a su dificultad para ser cristalizadas, el cual es un requisito indispensable para determinar su configuración mediante la difracción de rayos X. Las secuencias aminoacídicas que conforman una proteína son plegadas de acuerdo a proteínas similares, según su relaciones filogenéticas y dominios conservados. Mediante Foldit, tu podrás plegar una proteína hasta encontrar una forma termodinámicamente estable, te darán más puntos cuanto más estable sea; y recuerda que no sólo eres tú, son miles de personas que juegan Foldit, así que una misma proteína será plegada de miles de formas diferentes, tal vez una de ellas sea la correcta. Este trabajo antes se hacía de manera individual, un biólogo molecular se pasaba años tratando de determinar la estructura tridimensional de su proteína estudiada, ahora, este proceso es mucho más rápido.

Y de seguro el objetivo principal de Foldit se ha cumplido, o se está cumpliendo, ya que esta semana fue aceptado el primer artículo científico de Foldit en Nature, el cual se encuentra en el siguiente enlace:

http://www.nature.com/nature/journal/v466/n7307/abs/nature09304.html

Hot, Deep, and Alone

Una de las preguntas más frecuentes que se hacen los científicos cuando se plantean la posibilidad de encontrar vida en otros planetas es si algún organismo es capaz de vivir de forma independiente, sin necesidad de recibir la luz del sol o de alimentarse de otros seres vivos. La duda ha quedado siempre sin respuesta. El descubrimiento en una mina de oro, a casi tres kilómetros de profundidad, de una nueva bacteria ha conseguido abrir una nueva puerta hacia la investigación en astrobiología.

El hallazgo supone la primera prueba de un ecosistema formado por una única especie biológica. La bacteria encontrada en una nueva galería de la mina de oro de Mponeng, cercana a Johanesburgo (Sudáfrica), en condiciones anoxigénicas y de total oscuridad, a más de 60 grados centígrados de temperatura, vive de forma totalmente aislada de otras formas de vida. Se trata de una bacteria mótil, endoesporulante y que consigue sobrevivir en un hábitat semejante gracias a la energía que extrae, no del Sol, sino del hidrógeno y del sulfato producidos por la descomposición radiactiva del uranio presente en la mina. Además, como vive aislada de otras formas de vida, obtiene sus moléculas orgánicas de la humedad presente en la tierra, del carbono inorgánico de las rocas y del nitrógeno que proviene del amonio que rodea los minerales. Además, el agua en la que vive no ha visto la luz del día en más de 3 millones de años, lo cual indica lo antigua que es esta especie.

El nombre propuesto para esta nueva bacteria es Desulforudis audaxviator. Este nombre procede de la literatura de ciencia ficción del maestro Julio Verne. En un momento de su Viaje al centro de la Tierra, el protagonista, el profesor Lidenbrock, descifra un mensaje que dice en latín: "desciende, 'Audax viator', y alcanza el centro de la Tierra".

Casi todos los organismos viven en comunidades, con diferentes papeles dentro de cada ecosistema, pero Desulforudis audaxviator es el único miembro de este ecosistema, algo inédito en el mundo microscópico. Este descubrimiento ha sido reportado en Science (Vol. 322, pp. 275 – 278) y plantea que en el largo trayecto evolutivo hasta las profundidades de la Tierra, esta bacteria ha conseguido hacerse a un arsenal de genes que le permiten hacer cosas muy poco frecuentes en otras formas de vida. El análisis de su genoma demuestra que Desulforudis audaxviator posee genes que presentan una elevada homología con genes de otros organismos, como las arqueas, hecho que permite suponer que el proceso de transferencia horizontal ha debido jugar un papel importante en la configuración actual de su genoma. Gracias a estos genes, ha podido enfrentar una serie de condiciones adversas mediante diferentes estrategias, tales como: la obtención de nitrógeno directamente del nitrógeno elemental del medio ambiente, el uso exclusivo de materia inorgánica, o el hecho de convertirse en una espora cuando hay periodos pobres en nutrientes o protegerse a sí mismo del ataque de los virus. Tiene además los genes que producen todos los aminoácidos que necesita.

Los científicos creen que Desulforudis audaxviator representa al tipo de organismo que podría sobrevivir bajo la superficie de Marte o en una de las lunas de Saturno, Enceladus.