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‘Top models’ de la ciencia: descubre a los seres vivos más utilizados en el laboratorio

Por Mar Gulis (CSIC)

Entre probetas, microscopios o tubos de ensayo, camuflados o a la vista, podrías encontrarlos en cualquier parte de un laboratorio. Hablamos de una bacteria del intestino humano, de la mosca de la fruta y del ratón; tres especies en principio poco llamativas, o incluso molestas. Sin embargo, la ciencia utiliza estos ‘bichitos’ como modelos de los seres vivos desde hace años. Gracias a ellos, se han hecho importantes descubrimientos sobre los mecanismos de la vida o diseñado tratamientos contra el cáncer. Te invitamos a conocer desde tu casa a estos ‘top model’ de la investigación, que forman parte de la exposición virtual del CSIC Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio.

1. La bacteria que se volvió famosa por cambiar la biología

Aunque a simple vista sea inapreciable, la bacteria Escherichia coli es la más conocida en los laboratorios. Inicialmente se llamó Bacterium coli por ser la bacteria común del colón. Comenzó a estudiarse por las infecciones que causaba, pero a mediados del siglo XX se convirtió en modelo biológico gracias a su estructura sencilla, rápido crecimiento y los medios empleados para su cultivo, que aumentaron las posibilidades experimentales. Su utilización permitió hallar algunos de los principios básicos de la vida, pero E. coli alcanzó el estrellato con el descubrimiento de la técnica de ‘corta y pega’ del ADN, en la cual se usan enzimas para quitar e insertar segmentos de código genético y que supuso el inicio de la ingeniería genética. Hoy en día se emplea en la selección de genes concretos, estudiados posteriormente en otros organismos más complejos.

Micrografía electrónica de Escherichia coli a 10.000 aumentos.

Esta bacteria sabe mucho de los seres humanos. El genoma de E. coli, compuesto por cerca de 4.300 genes, contiene una séptima parte de nuestros genes. Además, habita en el intestino humano, donde forma parte junto a cientos de especies de la mibrobiota intestinal –también conocida como flora intestinal–, que cumple un papel fundamental en la digestión y en la defensa frente a patógenos.

E. coli es un instrumento más del laboratorio. El interés de su investigación reside todavía en las infecciones, ya que cada vez existe una mayor resistencia a los antibióticos, pero también en los mecanismos que se ponen en marcha al dividirse la célula, y cuyo mejor conocimiento permitiría diseñar, con ayuda de técnicas genómicas, fármacos con menor resistencia.

2. ¿Cómo conseguir la apariencia de una mosca?

Imagina lo molesto que resulta el zumbido de una mosca al merodear por nuestras cabezas. A partir de ahora puede que cambies de opinión cuando descubras que las moscas del vinagre o de la fruta (Drosophila melanogaster) son usadas como modelo en biología animal. Es habitual verlas en cualquier lugar, pero son más abundantes en terrenos agrícolas, cuando hace buen tiempo y, desde hace más de un siglo (esta especie se estudió por primera vez en 1901), también en los laboratorios. Saber de la mosca significa saber del ser humano porque ha sido clave en investigaciones sobre enfermedades neurodegenerativas, tumores y metástasis.

Visión dorsal y lateral de un macho y una hembra de Drosophila melanogaster. / Benjamin Prud’homme. Institut de Biologie du Développement de Marseille-Luminy. Parc Scientifique de Luminy.

Uno de los objetivos de su estudio es conocer cómo este pequeño insecto consigue su apariencia. La secuenciación de los genomas ha permitido determinar que la mayoría de genes de la mosca de la fruta son homólogos a los humanos. Por tanto, investigando los genes de esta mosca, que es un modelo de experimentación mucho más simple, se puede tener una idea de la acción de los genes en los humanos.

Sin duda su filón para la genética es más que evidente, y no solo porque el genoma de la mosca del vinagre alberga alrededor de 13.600 genes, un tercio de los que contiene el genoma humano. Además, a partir de cruces entre más de 100 tipos de moscas, el investigador Thomas H. Morgan (1866-1945) estableció que los caracteres se encuentran en los cromosomas y se heredan de generación en generación. Con ello dio lugar a la teoría cromosómica de la herencia, que le hizo merecedor del Nobel de Medicina en 1933.

3. ¡Roedores en el laboratorio!

Llaman la atención por su par de dientes incisivos y por su minúsculo tamaño. Los encontrarás en bosques, en tu ciudad y, cómo no, en un laboratorio. Así son los ratones, o Mus musculus si atendemos a su nombre científico. Utilizados como objeto de experimentación, desde hace más de un siglo son piezas clave en el estudio de la diabetes, el cáncer o los trastornos neurológicos; incluso los misterios del cerebro se exploran antes en los ratones que en el ser humano. Entre la comunidad científica hay quien los llama ‘seres humanos de bolsillo’.

En el año 2002 se dio a conocer la secuencia de su genoma, la primera de un mamífero: con cerca de 30.000 genes, aproximadamente los mismos que nuestra especie, el 99% de estos tiene su homólogo humano. Además, en ellos se reproducen enfermedades humanas como la obesidad o el párkinson, se realizan pruebas de toxicidad y se ensayan terapias futuras con células madre o nuevos materiales. Estos experimentos se han podido llevar a cabo a partir de ratones transgénicos y knock outs, es decir, aquellos producidos con un gen inactivado en todas sus células. En todos los casos, se han utilizado solo ratones machos para evitar que las hormonas sexuales afecten a los resultados.

Foto publicitaria del Jackson Laboratory. De izquierda a derecha, George Woolley, Liane Brauch, C.C. Little, desconocido y W.L. Russell. Década de 1940. / Cortesía del Jackson Laboratory.

Cuando las voces en contra de la experimentación animal comenzaron a alzarse, la defensa de los ratones no formó parte de las primeras reivindicaciones. La regulación llegó al mundo de los roedores con normativas y protocolos a nivel europeo. En ellas se establece que se debe reemplazar al ratón por otro sistema cuando sea posible y reducir el número de individuos en la investigación, para evitar así el sufrimiento animal.

E. coli, la mosca del vinagre y el ratón son solo algunos de las especies más comunes utilizadas como modelo. La muestra Seres modélicos. Entre la naturaleza y el laboratorio, cuyos contenidos puedes consultar online y descargar en alta calidad desde casa, se ocupa también de organismos como la levadura de la cerveza, un gusano minúsculo del suelo, una hierba normal y corriente y un pez de acuario. Elaborada originalmente por la Delegación del CSIC en Cataluña y ampliada en el marco del proyecto de divulgación Ciudad Ciencia, la exposición se complementa con entrevistas a especialistas en cada uno de estos seres modelo.

‘Plásticos’, los nuevos antibióticos

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Por Gema de la Asunción (CSIC)*

Seguro que conoces a alguien que ha tomado un antibiótico “por si acaso”, o “porque ayuda a las defensas” o porque, en todo caso, “daño no nos va hacer”. Por ejemplo, entre los años 60 y 80 los médicos recetaban mucho las tetraciclinas para tratar catarros y anginas. Entonces no se sabía que este fármaco tiene ‘apego’ por los dientes y se deposita en ellos durante su actividad metabólica, así que cuando se administra a un niño menor de 12 años, afecta al desarrollo de sus huesos y puede teñir su dentadura de color amarillo para el resto de su vida.

 La tetraciclina fue a menudo recetada como antibiótico entre los años 60 y 80 / Rillke / Wikipedia

La tetraciclina fue a menudo recetada como antibiótico entre los años 60 y 80 / Rillke / Wikipedia

Lo de los dientes no deja de ser más un problema estético… Pero lo que verdaderamente preocupa a los científicos es el incremento alarmante de las resistencias provocadas por la administración excesiva e irresponsable de estas medicinas. El microorganismo se hace resistente al antibiótico y este deja de funcionar. Si el descubrimiento de la penicilina inauguró “la era de los antibióticos” e incrementó la esperanza de vida de forma exponencial, el problema de las resistencias provoca cada año 25.000 muertes en Europa.

Por ello se buscan nuevas formas de combatir infecciones más allá de los antibióticos tradicionales, cuya desventaja consiste en que, al atacar solo mediante la vía metabólica, los microbios logran desarrollar un mecanismo de resistencia en una o dos décadas.

Uno de estos nuevos métodos es el uso de polímeros con actividad antimicrobiana. Estos compuestos químicos están formados por la unión repetida de unidades llamadas ‘monómeros’ que forman largas cadenas. Basándose en esta tecnología, investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP) del CSIC han desarrollado una nueva familia de polímeros con actividad antimicrobiana. ¿En qué se diferencian de un antibiótico tradicional?

 La bacteria Escherichia Coli, causante de diarreas y dolores estomacales, podría ser combatida con estos nuevos antibióticos / Wikipedia

La bacteria Escherichia Coli, causante de diarreas y dolores estomacales, podría ser combatida con estos nuevos antibióticos / Wikipedia

“Como tienen carga positiva, los nuevos polímeros solubles en agua atraen mediante interacciones electrostáticas a las bacterias cuya membrana celular está cargada negativamente. Al producirse esta interacción, la membrana se destruye y provoca la muerte del hongo o bacteria”, explica Marta Fernández-García, investigadora del ICTP responsable del trabajo. Al morir, el microorganismo no puede mutar y, por tanto, hacerse resistente.

El estudio también confirma que estos materiales, que se obtienen de manera sencilla mediante un método de polimerización convencional, son eficaces a baja concentración contra los patógenos, pero resultan inocuos frente a los glóbulos rojos. Esta es una novedad importante porque aunque en investigaciones previas se habían conseguido moléculas efectivas, se daba la paradoja de que cuanto más activo era el sistema, mayor toxicidad generaba en el organismo.

Las aplicaciones de estos compuestos son prometedoras en la búsqueda de nuevos fármacos con los que tratar enfermedades causadas por Escherichia Coli o Staphylococcus Aureus, resistentes a los ‘últimos cartuchos’ de antibióticos convencionales, pero también podrían usarse en otros campos como la preservación de alimentos y su envasado, pinturas y recubrimientos o industria textil.

 

* Gema de la Asunción trabaja en la Unidad de Cultura Científica del Centro de Química Orgánica “Lora-Tamayo” (CENQUIOR) del CSIC.

Te presentamos a Conan, la bacteria invencible

Por Mar Gulis

No se conoce ningún otro ser vivo capaz de resistir semejante cantidad de radiación gamma. Deinococcus radiodurans, también conocida como Conan, puede soportar dosis hasta 1.500 veces mayores que las que causarían la muerte humana.

Conan

Conan está en el Libro Guinness de los Récords por su increíble resistencia / Wikipedia.

Esta bacteria fue descubierta en 1956 por Arthur W. Anderson, de la Estación Experimental Agrícola de Oregón (EEUU). El científico estaba experimentando diferentes medios para esterilizar la comida en latas de conserva. Después de irradiar carne de cerdo y buey con dosis que se consideraban suficientes para su esterilización, vio que algunas latas mostraban signos de putrefacción. En ellas detectó la presencia de un microorganismo que se negaba a morir a pesar de tanta hostilidad. Estupefacto, Anderson lo aisló para su estudio. Desde entonces esta bacteria tiene un hueco en el Libro Guinness de los Récords por considerarse la más resistente del mundo.

La comunidad científica aún investiga los mecanismos que permiten a Conan mantenerse con vida en condiciones tan adversas. Al parecer, Deinococcus radiodurans sufre, y mucho, con la radiación. Tras ser expuesta a los rayos gamma, su cromosoma queda roto en más de 500 fragmentos, pero luego la bacteria es capaz de recomponerlos gracias a que posee entre 4 y 10 copias de su material genético. Esto significa que la probabilidad de encontrar un trozo no dañado para reconstruir las cadenas rotas es mucho mayor que la de la mayoría de las bacterias, que solamente dispone de un par de copias.

Este alucinante organismo puede también soportar temperaturas extremas, sequías severas, falta de nutrientes… Deinococcus radiodurans es un buen ejemplo de ser extremófilo. Este término engloba a aquellos organismos que son capaces de vivir en unas condiciones ambientales realmente hostiles. Pero no hay que ir muy lejos para encontrarlos. Tu nevera o tu microondas probablemente alberguen estos seres…

 

Si quieres más ciencia para llevar sobre Conan y otros extremófilos, consulta La vida al límite (CSIC-Catarata), un libro del biólogo Carlos Pedrós.