Entradas etiquetadas como ‘Biología’

Bebés con microbios, bebés sanos

Por Miguel Gueimonde (CSIC) *Miguel-Gueimonde

El tracto gastrointestinal humano es el hogar de una comunidad con 100 billones de miembros pertenecientes a cientos de especies de microorganismos diferentes, la llamada microbiota intestinal. Esta gran comunidad, que va cambiando con la edad, no solo reside en nuestro interior, sino que coopera e interacciona con nosotros ejerciendo un papel crítico en nuestro estado de salud y bienestar desde el mismo momento de nacer. El bebé, relativamente poco expuesto al mundo microbiano hasta ese instante, se ve inmerso en un rápido e intenso proceso de colonización microbiana. Este periodo neonatal temprano es el más importante para el desarrollo de la microbiota intestinal, que, a su vez, resulta esencial para la maduración del sistema inmune así como para un desarrollo correcto de la fisiología del individuo.

Recién nacido/Wikimedia commons

Wikimedia commons

En una situación óptima, el bebé comenzará la vida mediante un parto vaginal tras una gestación a término, recibirá leche materna y pasará sus primeros días de vida en el ambiente familiar. Sin embargo, hay situaciones en las que estos factores no se dan y el proceso de establecimiento de la microbiota se ve alterado, por lo que esos niños sufrirán un mayor riesgo de padecer diferentes patologías, como alergias u obesidad.

Un grupo de niños especialmente sensibles son los recién nacidos prematuros: nacen antes de tiempo, con inmadurez intestinal e inmune; frecuentemente reciben alimentación artificial, medicamentos y antibióticos; y pasan sus primeras semanas de vida en el ambiente hospitalario. Numerosas investigaciones prueban que todos esos factores, juntos o por separado, afectan a la microbiota.

Imagen de microbiota de adjulto / IPLA. CSIC

Imagen de microbiota de adulto / IPLA

Hasta hace poco tiempo, la mayor parte de los estudios sobre la composición y función de la microbiota se centraban en individuos adultos. Con el reciente desarrollo y aplicación de las técnicas de secuenciación masiva de ADN se ha conseguido identificar diferencias en el proceso de colonización bacteriana de los niños prematuros en comparación con los recién nacidos a término, de niños nacidos mediante parto vaginal frente a los de cesárea o de niños alimentados con fórmulas infantiles comparados con los que reciben leche materna. Actualmente varias investigaciones profundizan en la identificación de los factores responsables de esas diferencias.

Además, en los últimos años nuestro conocimiento sobre la composición y funciones de la microbiota intestinal se está incrementando a gran velocidad, de forma que podemos intervenir sobre ella con el objetivo de favorecer su correcto desarrollo y/o modularla con fines terapéuticos. Una de las líneas de trabajo en este sentido se basa en identificar las alteraciones específicas presentes en la microbiota de niños prematuros y seleccionar cepas probióticas potencialmente capaces de corregir dichas alteraciones. ¿Y cómo se hace esta investigación? En nuestro grupo usamos modelos de cultivos fecales de heces de prematuros sobre los que ensayamos diferentes cepas, estudiando su efecto sobre la microbiota intestinal. Esto nos permite seleccionar aquellas cepas que inducen cambios en la microbiota del prematuro y contribuyen a que se parezca más a la de niños sanos a término. Esas cepas se pueden aplicar, por ejemplo, en la elaboración de leches de fórmula para restaurar la microbiota de niños prematuros.

Parece pues que la ciencia está contribuyendo a dar un nuevo significado al concepto de ‘cultivar nuestra vida interior’.

* Miguel Gueimonde es investigador y dirige el Departamento de Microbiología y Bioquímica del Instituto de Productos Lácteos de Asturias (IPLA), del CSIC.

¿Qué tienen en común el pepino de mar y el armadillo?

 

Mario HoyosPor Mario Hoyos*

Si en alguna ocasión habéis buceado en el mar, probablemente hayáis visto unos seres rechonchos y alargados conocidos como pepinos de mar. Este pequeño animal marino, que en algunas regiones se considera una delicia gastronómica con propiedades medicinales, tiene una piel suave y flexible capaz de endurecerse en cuestión de segundos, convirtiendo su dermis en una armadura.

Ejemplar de pepino de mar

Pepino de mar de la costa mediterránea / Daniel S. Wikipedia

El pepino de mar cuando se siente amenazado sufre una reacción enzimática, haciendo que las proteínas de las fibras de su piel se unan formando una estructura rígida. Otra reacción enzimática rompe esos enlaces haciendo que la piel se vuelva blanda de nuevo. Investigadores de la Universidad Case Western Reserve en Ohio (EEUU) se inspiraron en este animal para desarrollar en 2008 nanocompuestos poliméricos con nanofibras de celulosa con esas mismas propiedades. Una de las aplicaciones donde se han conseguido mayores avances ha sido en el área de la salud, más concretamente en el campo de implantes cerebrales inteligentes útiles en pacientes con párkinson o lesiones medulares.

Armadillo

Armadillo de tres bandas del Museo de Historia Natural de Londres / J. Cummings. Wikipedia

Otra aplicación interesante se puede encontrar en la industria textil, ya que se pueden crear telas capaces de pasar de un estado ‘normal’ a armadura en cuestión de segundos. Los mercados están exigiendo soluciones para personas que necesitan protección contra posibles impactos y ahí es donde nace la chaqueta armadillo. Inspirada en este mamífero en riesgo de extinción reconocible por su caparazón y que fue la imagen del último mundial de fútbol, esta nueva tecnología está pensada para militares, motociclistas, deportistas profesionales o para la protección de aparatos electrónicos.

Esto que parece ciencia ficción no es otra cosa que lo que en ciencia se conoce como biomimética, disciplina orientada al desarrollo de materiales y soluciones inspirándose en la naturaleza.

Otro ejemplo lo aporta un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Zurich (ETH, por sus siglas en alemán), que en 2013 desarrolló materiales inteligentes que se deforman de manera controlada en respuesta a estímulos externos. Para conseguirlo, se ayudaron de las piñas (conos de las coníferas), muy sensibles a la humedad y la temperatura. Las piñas repliegan sus escamas leñosas sobre ellas mismas en respuesta a la humedad y se abren de nuevo cuando se secan. Este comportamiento responde a la presencia en las escamas de dos capas firmemente conectadas. Entre las aplicaciones de los materiales desarrollados por el ETH se encuentran piezas cerámicas que se pueden ‘auto-conformar’ o implantes médicos biodegradables de precisión que se activan solo cuando están en la parte del cuerpo adecuada.

 

*Mario Hoyos es investigador Marie Curie en el grupo HEMPOL del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC.

Esta es la historia de Henrietta Lacks y sus células inmortales

Por Karel H.M. van Wely*

En algún momento en los próximos días, un estudiante de tesis, un investigador o un técnico de laboratorio se pondrá guantes aislantes y sacará un tubo marcado con la abreviatura ‘HeLa’ de un tanque de nitrógeno líquido. Tras limpiar el tubo con alcohol, para evitar contaminaciones, aspirará el contenido con una pipeta y lo introducirá en un frasco con un medio nutritivo estéril que contiene azúcares, aminoácidos y vitaminas. Este frasco se depositará en un incubador a la temperatura del cuerpo humano, 37 grados. Al día siguiente, la persona observará el frasco bajo un microscopio y comprobará que se ha cubierto con una fina capa de células. No es ciencia ficción, sino un trabajo tan cotidiano en biología celular que los científicos lo realizan casi sin pensar. Sin embargo, es muy probable que las células que crecen en el frasco tengan una edad muy superior a la de la persona que trabaja con ellas.

Henrietta Lacks y el doctor...

Henrietta Lacks y el doctor George Otto Grey / Wikipedia

La historia de las células HeLa se remonta a principios de los años 50, cuando el doctor estadounidense George Otto Grey logró cultivar un tumor extirpado de la joven Henrietta Lacks poco antes de su muerte. El tumor no sólo se ha mantenido durante todo este tiempo, sino que sigue creciendo fuera del cuerpo de la donante. Aunque haya pasado más de medio siglo, las células derivadas del tumor siguen replicándose con la misma velocidad. A lo largo de los años, estas células –designadas con el código HeLa– han sido repartidas por laboratorios de todo el mundo, y todavía hoy dan lugar a importantes descubrimientos biológicos. ¡Si fuera posible juntar todos estos lotes de células HeLa, pesarían decenas de toneladas!

El doctor Grey encontró las condiciones perfectas para que el tumor creciera en el laboratorio, utilizando la ya mencionada mezcla de azúcares, aminoácidos y vitaminas. Sin embargo, este científico no supo manejar el aspecto humano de su hallazgo y Henrietta Lacks murió a consecuencia del cáncer poco después de la cirugía, sin saber qué pasó con el tumor extirpado y sin dar el consentimiento para su uso. Por supuesto, la señora Lacks se merece un sitio especial en la historia de la biología. La conclusión de esta historia es que las células humanas pueden ser inmortales, aunque el cuerpo tenga una vida limitada.

Pero el logro técnico de mantener y propagar células humanas fuera del cuerpo ha creado un problema logístico en el laboratorio. Como las células siguen expandiéndose, tarde o temprano ocupan todo el espacio del frasco. Poco a poco dejan de crecer en una capa fina y empiezan a formar grumos que complican su observación con el microscopio. La solución más habitual consiste en despegar las células y trasladar parte del cultivo a otro frasco, donde el crecimiento empieza de nuevo. Todavía hoy ‘pasar células’ es una actividad periódica que los biólogos realizan para disponer de un material satisfactorio.

Muestra de células HeLa teñidas / Wikipedia

Muestra de células HeLa teñidas / Wikipedia

Después del primer logro con las células HeLa, otras células de diferentes orígenes han sido cultivadas. En un laboratorio moderno es posible encontrar células de ratón, cobaya, perro e incluso de animales tan exóticos como el corzo indio. Debido a esa variedad, discriminar entre un tipo y otro –con el microscopio– es complicado. Una vez aisladas y creciendo en un frasco, todas las células de mamíferos se parecen en mayor o menor grado. Marcar el frasco con el nombre HeLa es una necesidad para evitar equivocaciones. Antes de que la biología celular experimentase una proliferación explosiva en los años 80, los científicos se preocupaban poco por elegir un nombre adecuado, y cada uno aplicaba sus propios criterios de clasificación. Ya hemos conocido a las células HeLa, cuya designación proviene directamente de la donante. Una práctica habitual era, y todavía es, utilizar el nombre del órgano o de las muestra de origen, y así podemos encontrar células ‘CaCo’ (carcinoma de colon) o ‘NRK’ (normal rat kidney). Otras veces el nombre no da pistas sobre su origen, y el usuario tendrá que buscar las características de estas células en la bibliografía científica antes de avanzar con su investigación. Un nombre críptico como ‘4T1’ (derivado de un tumor de mama aislado de ratón) no dice mucho. Dado que el nombre de un cultivo a veces no explica su origen, los investigadores frecuentemente prefieren usar un tipo de células caracterizadas ya en detalle.

A lo largo del tiempo, las células HeLa han servido para explicar fenómenos como la replicación de los cromosomas, las infecciones virales y los efectos dañinos de la luz ultravioleta. Hoy estas células siguen siendo una fuente de información y su legado se perpetúa en laboratorios de todo el mundo. Aunque murió hace más de medio siglo, Henrietta Lacks será la persona más anciana del mundo en unos treinta años. El tiempo lo dirá…


Karel H.M. van Wely es investigador en el Centro Nacional de Biotecnología del CSIC y autor del libro Las células madre (CSIC-Catarata).

Ni monógamas ni pasivas: falsos mitos sobre el reino animal

Por Mar Gulis

A pesar de lo que nos muestran algunos documentales y lo que dictan ciertos prejuicios morales, la ‘fidelidad’ no es lo habitual entre las hembras del reino animal. Más bien lo contrario: lejos de observar lánguidamente mientras los ‘chicos’ se pelean por su cariño para luego entregarse al vencedor, ellas son promiscuas de manera activa, buscan y eligen distintos machos para asegurarse una buena descendencia, y toman la iniciativa en el ciclo reproductor.

Dos charranes árticos, Sterna paradisaea./Wikipedia

Dos charranes árticos, Sterna paradisaea. / Wikipedia

Hablar de esta realidad en ciencia nos ha costado veinte siglos, y no precisamente por falta de medios técnicos, sino por los sesgos culturales arraigados que condicionan la forma de observar del propio investigador. Como explica Daniel Oro, científico del CSIC experto en ecología animal, la promiscuidad fue descrita ya en la Grecia clásica, pero los tapujos morales que se construyeron en Occidente, sobre todo desde la Edad Media, crearon una sociedad que prefería dejar de lado las investigaciones sobre la sexualidad de los animales. Además, “la promiscuidad, si existía, era propia de los machos, mientras que se asumía que las hembras tenían un papel pasivo en estos comportamientos, más bien anómalos y aberrantes”. No fue hasta finales de los años 80 cuando un artículo científico, usando las clásicas observaciones de campo en un pequeño pájaro forestal, demostró que las hembras intentan reproducirse con machos que son mejores que sus parejas. “Luego la biología molecular nos permitió entrar en el mundo hasta entonces oculto de la lucha por el control de la fecundidad”.

Machos y hembras, cada sexo por su lado, buscan la mejor pareja para procrear. Si después encuentran un candidato mejor, que a su vez ya está emparejado, intentarán seducirlo para obtener mejores genes para su descendencia. Siempre hay espacio para el ‘engaño’, y las estrategias son de lo más variadas, empezando por la ‘ceba prenupcial’. En gaviotas, por ejemplo, el macho sale al mar a pescar y vuelve a la colonia para darle de comer a la hembra. Lleva la comida en el buche, así que puede regular la cantidad que entrega. La hembra lo quiere todo, pero el macho no se lo dará, porque eso le supondría salir inmediatamente al mar a por más comida, lo que significa no solo dejar a la hembra sola en la colonia, rodeada por otros machos, sino renunciar a dedicar tiempo a otras hembras vecinas que puedan ser cortejadas. No tienen tanta suerte los charranes machos, otra especie de ave marina que lleva el pez entero en el pico. Los charranes están obligados a darle la pieza completa a su prometida y volver a por más comida, porque en este caso, sin alimento no hay sexo.

Una vez resuelto el cortejo y finalizada la cópula, la lucha continúa. Y aquí hay estrategias para todos los gustos: las hembras de muchas especies tienen la posibilidad de elegir y de controlar la prole con la expulsión de esperma de determinados machos, quedándose con el que les interesa. A su vez, la parte masculina también tiene sus tácticas: la vigilancia (llamada mate guarding) es todo un clásico para que la hembra no vuelva a aparearse con otros. Pero las hay más drásticas. Algunas serpientes tienen en su fluido seminal sustancias antiafrodisíacas que retrasan el siguiente celo de las hembras. Existen especies de insectos cuyo esperma esteriliza a la hembra de por vida; la mosca doméstica es un ejemplo. Después de la cópula, la hembra pondrá los huevos del primer macho pero queda esterilizada para reproducirse con cualquier otro para el resto de su vida.

Lo de tener descendencia da para mucho, hasta para los que viven a tope. La literatura científica recoge el comportamiento de algunos marsupiales insectívoros cuyos machos mueren tras la primera reproducción, porque son tan promiscuos, que el despliegue energético necesario es de tal calibre que llega a matarlos. Lo llaman el suicidio reproductor.

Después de tanto esfuerzo empleado, el siguiente capítulo es la crianza. Pero esto lo contaremos en otro post, porque solo de escribir todas las aventuras por las que pasan ellos y ellas antes de que lleguen ‘los bebés’, yo ya estoy agotada.

 

¿Ha perdido la ciencia la batalla contra los piojos?

Foto de piojo

Imagen microscópica de un ejemplar de piojo. / Alejandro del Mazo Vivar (FOTCIENCIA7)

Por Mar Gulis

Durante siglos, las únicas armas con las que hemos contado para protegernos de los piojos han sido bastante rudimentarias: lavarnos la cabeza, echarnos vinagre, cortarnos el pelo, despiojarnos unos a otros, etc. Hoy en día, además, tenemos a nuestra disposición un sinfín de fármacos y tratamientos insecticidas producidos en los laboratorios. Sin embargo, las tasas de infección siguen siendo elevadas -no es raro encontrar colegios en los que más del 20% de los niños sufren a estos molestos parásitos- y el método doméstico de buscar y quitar liendres y piojos de la cabeza de la persona infectada sigue siendo fundamental para eliminarlos.

¿Han perdido la ciencia y la tecnología la batalla contra los piojos? Digamos que, cuando menos, han sido incapaces de ganarla. La razón es que, con el tiempo, los piojos desarrollan resistencias a los insecticidas haciendo que la fórmula del champú o loción que unos años atrás resultaba infalible apenas surta efecto esta temporada.

En su libro Parasitismo (CSIC-Catarata), el biólogo Juan José Soler explica que el problema no son los productos en cuestión sino el uso poco continuado y desincronizado que hacemos de ellos. Pensemos en una persona que está siguiendo un tratamiento antipiojos. ¿Qué pasa si lo interrumpe antes de finalizarlo? Lo más probable es que en su cabeza todavía queden algunos molestos inquilinos, precisamente los más resistentes. En lugar de morir por el efecto de las siguientes dosis, esos piojos seguirán reproduciéndose, por lo que la población entera de piojos de su cabeza se habrá hecho mucho más fuerte. Si la persona retomara el tratamiento, éste sería ya inútil o solo daría resultado incrementando las dosis y la frecuencia iniciales.

Convencer a una persona de que siga el tratamiento hasta al final no es lo más complicado porque, como es obvio, nadie quiere pasarse el día rascándose la cabeza. Lo que resulta verdaderamente difícil y costoso es poner de acuerdo, por ejemplo, a todos los alumnos de un colegio y a sus familiares para que sigan el tratamiento al mismo tiempo. Esta sería la única forma de evitar que aparezcan mutantes resistentes porque, siguiendo con el ejemplo del colegio, cuando unos niños siguen el tratamiento y otros no, los piojos parcialmente resistentes saltan de la cabeza de los primeros a la de los segundos, donde logran sobrevivir y reproducirse… Para después volver a colonizar las cabezas de quienes sí siguieron el tratamiento.

Por suerte, los piojos son molestos pero, en general, no representan un riesgo grave para la salud. Las consecuencias de que la ciencia no gane esta batalla no parecen especialmente preocupantes… El verdadero riesgo es que, del mismo modo que los piojos se hacen más resistentes a los insecticidas, otro tipo de parásitos más dañinos, como algunas bacterias que nos causan infecciones, se hacen resistentes a los antibióticos. Investigadores de todo el mundo trabajan en la búsqueda de una nueva generación de estos medicamentos, pero mientras sus esfuerzos no produzcan el resultado esperado no queda más remedio que hacer un uso responsable de ellos.

¿Por qué los insectos constituyen casi el 90% de las especies conocidas?

Por Mar Gulis

Con un millón de especies descritas, los insectos representan cerca del 90% de las especies animales actualmente conocidas, y eso sin contar que la mayoría de ellos están aún por descubrirse -muchos científicos creen que podría haber más de 10 millones de especies-.

Además de ser el grupo animal con mayor diversidad, los insectos también son el grupo que ha alcanzado un mayor éxito expansivo. Por eso, ocupan toda clase de hábitats… desde tórridos desiertos a gélidos ambientes como la Antártida, desde las cumbres de las montañas más altas a las simas más profundas de la Tierra.

¿Qué es lo que ha hecho que estos animales alcancen este tremendo éxito en la historia evolutiva de nuestro planeta? El investigador del CSIC Xabier Bellés apunta una característica común que comparten el 90% de las especies conocidas de insectos: la metamorfosis.

Cabeza de larva

Cabeza de una larva en el último estadio larval, de una especie indeterminada de insecto. Las antenas simulan ojos y la zona clipeal una nariz dándole el curioso aspecto de un rostro vagamente familiar. / José Luis Nieves Aldrey (FOTCIENCIA)

En concreto, ente el 45% y el 60% de las especies de insectos realizan la denominada metamorfosis ‘holometábola’, que es el tipo más completo y complejo de metamorfosis, y también el que nos suelen contar en el colegio. Los ejemplares de estas especies experimentan una transformación radical de forma y estructura: primero crecen progresivamente a través de mudas hasta convertirse en larvas y luego se encierran en una crisálida o capullo (fase pupal) para transformarse en adultos con alas voladoras y genitales completos. A este grupo pertenecen los coleópteros, los himenópteros, los lepidópteros y los dípteros, o en ejemplos que nos resultan más familiares: escarabajos, abejas, mariposas, moscas

En su libro La metamorfosis de los insectos (CSIC-Catarata) Bellés explica que este tipo de metamorfosis tan completa permite que ejemplares de una misma especie y de diferente edad puedan convivir sin competir por los recursos, lo que constituye una innovación clave para que los insectos hayan podido llegar tan lejos. ¿Renovarse o morir?

¿Sabías que el sexo nos protege de los parásitos?

Por Mar Gulis

Pulgas, ladillas y cosas peores… Hoy sabemos que la actividad sexual practicada en malas condiciones de higiene entraña el riesgo de contraer molestos inquilinos. Sin embargo, la historia de la vida en la Tierra viene a decirnos que el sexo ha sido y es un importante arma en la lucha contra los parásitos.

Uña de garrapata

Uña de garrapata / Carolina Bolívar Medina (FOTCIENCIA)

El parasitismo es un modo de vida mucho más extendido en la naturaleza de lo que se tiende a pensar. El 60% de las especies conocidas son parásitos y prácticamente ningún ser vivo se libra de sufrirlos, porque incluso la mayoría de los organismos que consideramos parásitos son explotados por otros. La garrapata que le chupa la sangre a nuestro perro, por ejemplo, sirve de alimento a pequeños ácaros, de los que a su vez se aprovechan hongos y bacterias…

En su libro Parasitismo (CSIC-Catarata), el biólogo Juan José Soler explica que las especies hospedadoras y sus molestos huéspedes llevan librando, generación tras generación, una intensa batalla que ha influido de manera decisiva en su evolución. Las adaptaciones de los hospedadores para defenderse de los parásitos han sido ‘contestadas’ por estos últimos con nuevas adaptaciones que a su vez han obligado a sus anfitriones a adaptarse… Y así, en una especie de carrera enloquecida, los hospedadores han tenido que seguir corriendo para que los parásitos no les saquen demasiada ventaja. El fenómeno es conocido como el de la Reina Roja, por la explicación que este personaje de Alicia en el país de las maravillas da a la protagonista del relato tras una extenuante carrera: “En este lugar hace falta correr todo cuanto una pueda para permanecer en el mismo sitio”.

La principal dificultad de los hospedadores es que su ritmo de reproducción suele ser menor que el de los parásitos –por cada generación de seres humanos pueden vivir entre 70 y 270 generaciones de pulgas–. Esto significa que una mutación que ofrezca ventajas adaptativas a una pulga, puede generalizarse a toda la especie a un ritmo mucho mayor que en los humanos.

"En este lugar hay que correr todo lo que puedas para mantenerse en el mismo sitio"

“En este lugar hay que correr todo lo que puedas para mantenerse en el mismo sitio”.

Según la hipótesis de la Reina Roja, es el sexo lo que hace a los hospedadores no perder la carrera. Desde este punto de vista la razón por la que todos los animales y la mayoría de las plantas se reproducen sexualmente en lugar de clonarse –algo que energéticamente resulta mucho más ‘barato’– es que el sexo favorece la variabilidad genética de las poblaciones. Gracias a esa variabilidad, las especies contarían con un amplio repertorio de respuestas inmunitarias para hacer frente a las amenazas parasitarias. Pensemos, por ejemplo, en una nueva cepa bacteriana virulenta. Si en una población unos pocos individuos tuvieran una variante genética que les permitiera sobrevivir a ella, se evitaría la extinción porque los descendientes de estos individuos serían resistentes a la infección.

Si, además de reproducirse sexualmente, los individuos de una especie se sintieran atraídos por los que tienen las mejores defensas, el efecto antiparasitario del sexo aumentaría. Los estudios realizados en aves como el pavo real o las golondrinas han demostrado que los parásitos influyen en su comportamiento sexual: las hembras prefieren a los machos con las colas más grandes y llamativas porque dichos caracteres indican que esos individuos sufren un bajo grado de parasitismo.

Vamos, que a las múltiples bondades conocidas del sexo tenemos que añadir una más: su potente efecto desparasitador.