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Entradas etiquetadas como ‘microorganismos’

Virus y bacterias para estudiar en directo la evolución

Por Ester Lázaro (CSIC)*

Todos sabemos que en nuestra vida cotidiana hay actos que son perjudiciales para nuestra salud, como tomar el sol sin protector solar, hacerse radiografías innecesarias o ingerir alimentos con ciertos aditivos. Esto es así por la capacidad que la radiación y algunas sustancias químicas tienen para alterar nuestro ADN, la molécula que porta las instrucciones para que nuestras células y nuestro cuerpo sean como son y puedan realizar todas las actividades necesarias para mantenerse vivos.

Los cambios en el ADN se denominan mutaciones y pueden, desde no tener efecto, hasta ser responsables de la aparición de muchos tipos de cáncer. Sin embargo, a pesar de su mala fama, las mutaciones son absolutamente necesarias para que los seres vivos puedan adaptarse a los cambios que continuamente ocurren en el ambiente. Vivimos en un entorno tan dinámico que, sin esta capacidad, la vida se habría extinguido al poco tiempo de iniciar su andadura por nuestro planeta. En lugar de eso, se ha diversificado en un grado tal que cuesta creer que toda la vida tenga el mismo origen.

Virus infectando bacteria

La ilustración muestra un conjunto de bacterias que están siendo infectadas por sus virus característicos, los bacteriófagos. Los experimentos detallados en este artículo se llevan a cabo utilizando un bacteriófago que infecta la bacteria Escherichia coli./ María Lamprecht Grandío

Gran parte de las mutaciones ocurren de forma espontánea, debido a los errores que se producen cada vez que la molécula de ADN es copiada, algo que tiene que suceder siempre antes de que cualquier célula se divida. Las mutaciones son responsables de que los individuos que componen las poblaciones no sean iguales, sino que posean diferencias que les dotan de diferente éxito reproductivo. De este modo, y gracias a la selección natural –de la que ya nos hablaba Darwin hace más de un siglo–, los individuos más aptos acabarán siendo más frecuentes, hasta que lleguen a ser mayoritarios en la población. A lo largo de la historia, esta acción combinada de las mutaciones y la selección natural es lo que ha conducido a la evolución y diversificación de la vida a partir de un ancestro común que vivió hace 3.800 o 4.000 millones de años.

La gran capacidad evolutiva de los microrganismos

Estudiar la evolución no es tarea fácil. No solo por los largos tiempos que normalmente son necesarios para observar sus resultados; también porque su causa primera –la generación de mutaciones– ocurre por azar y porque el efecto de estas depende del ambiente. Para reducir el desconocimiento que todavía existe sobre los principios que gobiernan la evolución sería deseable poder realizar experimentos en el laboratorio que nos permitieran aplicar el método científico.

Las poblaciones experimentales tendrían que satisfacer dos requisitos: evolucionar rápido y ser fáciles de manipular y de analizar, algo que donde mejor se cumple es en los microorganismos. De hecho, la rapidez evolutiva de los virus y las bacterias puede ser observada en el día a día. La contrariedad de que podamos coger la gripe más de una vez, las resistencias de las bacterias a los antibióticos y de los virus a los antivirales, la aparición de nuevas cepas de virus… Todo eso no es más que el resultado de la gran capacidad evolutiva de los microorganismos, que les permite adaptarse en un tiempo récord a casi cualquier circunstancia que pueda limitar su crecimiento.

Pero, ¿por qué los microorganismos evolucionan tan rápido? La respuesta está en la gran velocidad a la que se reproducen y en que durante la copia de su material genético se producen muchas más mutaciones que en otros tipos de organismos más complejos. La consecuencia es que tanto los virus como las bacterias son capaces de generar en poco tiempo poblaciones de gran tamaño y con una elevada diversidad, en las cuales pueden existir mutantes que son beneficiosos en determinadas condiciones ambientales, las mismas bajo las cuales se verán favorecidos por la selección natural.

Entender la evolución para entender el origen de la vida

Los experimentos que realizamos en el laboratorio de Evolución Molecular del Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) consisten en propagar poblaciones virales en ciertas condiciones que imponemos y controlamos. Con el paso del tiempo, los procesos de mutación y selección permiten que se genere una población evolucionada, que se podrá analizar y comparar con la ancestral. De este modo, podremos no solo encontrar la respuesta adaptativa frente a una condición ambiental concreta, sino también extraer conclusiones generales sobre el proceso evolutivo.

Las preguntas a las que intentamos dar respuesta son del tipo: ¿cómo pueden responder los virus al aumento de la temperatura ambiental? ¿Existe un límite en la producción de mutaciones que sea incompatible con la supervivencia? ¿Qué relaciones hay entre el tamaño poblacional y la adaptación? ¿Cómo interaccionan las mutaciones? Buscamos entender la evolución de la vida actual, pero también aproximarnos a cómo pudo ser la evolución de las moléculas de replicadores primitivos que precedieron a la vida celular, algo para lo que las poblaciones virales también constituyen un modelo excelente. Pero eso ya es otra historia que nos lleva hacia el pasado de la vida, en lugar de hacia su futuro… Algo fascinante que trataremos en otra entrega de este blog.

* Ester Lázaro es investigadora en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), donde dirige el grupo de evolución experimental con virus y microorgamismos.

‘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.

El Mar Muerto ¡está muy vivo!

Por Mar Gulis

Como en el Mar Muerto no hay peces ni animales grandes, antiguamente se pensaba que no albergaba ningún tipo de vida. De hecho, contiene tal cantidad de sal que prácticamente ninguno de los seres que habitan en otros mares y océanos pueden sobrevivir en sus aguas.

En algunas zonas, el Mar Muerto llega a alcanzar niveles de salinidad casi diez veces superiores a los del Mediterráneo. Esto ocurre porque la ‘cubeta’ en la que se encuentra está 200 metros por debajo del nivel del Mediterráneo. Cuando el agua del río Jordán desemboca en él no puede salir por ningún sitio: solo puede evaporarse y a medida que esto ocurre las sales se van concentrando.

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Cuando el nivel del Mar Muerto baja se forman depósitos de sal como este / Wikipedia

Sin embargo, el Mar Muerto está lleno de vida. A simple vista, en las zonas menos saladas pueden observarse pequeños invertebrados como la Artemia salina, pero si recurrimos a otras formas de análisis descubriremos que está ‘abarrotado’ de microorganismos de los tres grandes dominios de la vida: bacterias, arqueas y eucariotas (los seres humanos, los animales y las plantas formamos pequeñísimas ‘ramas’ de este último). En un mililitro de agua del Mar Muerto puede haber 10 millones de bacterias y arqueas y diez veces más de virus. Hay tantos, que el agua puede llegar a adquirir los colores marrones o rojos de sus pigmentos.

Pequeñas piedras de sal / Wikipedia

La salinidad del Mar Muerto es tan elevada que se forman pequeñas piedras de sal / Wikipedia

Los microorganismos del Mar Muerto son halófilos, lo que significa que están adaptados a vivir en un ambiente con altas concentraciones de sal. Para entender cómo lo logran podemos imaginar que cualquier membrana celular (sea de un halófilo o de un no halófilo) se comporta de forma similar al Gore-Tex. Este material es muy popular en el calzado y la ropa de montaña porque sus diminutos poros, al ser mucho más pequeños que las gotas de agua, no dejan pasar el agua líquida. En cambio, sí permiten el paso de las moléculas de vapor de agua, que no están agrupadas en gotas. Como resultado, el Gore-Tex es resistente a la lluvia pero facilita la transpiración. Es decir, se trata de una membrana ‘semipermeable’; exactamente igual que las membranas celulares.

Eso sí, en el caso de las células, el agua puede atravesar la membrana pero la mayoría de sustancias disueltas en ella, no. Si la concentración de solutos, por ejemplo de sal, es la misma en el interior y en el exterior, no hay ningún problema. Las moléculas de agua irán entrando y saliendo en la misma proporción. Pero si la concentración de sal en el exterior es mayor que en el interior, las moléculas de agua tenderán a salir de la célula hasta que las concentraciones de sal se igualen en los dos lados de la membrana. Como resultado de este fenómeno, conocido como ósmosis, la célula se secará y morirá.

Para seguir activa, la célula tiene que evitar perder agua. La solución a la que recurren los halófilos consiste en acumular una sustancia soluble en agua (iones de potasio, glicina-betaina, dimetilsufoniporpionato, etc.) en el interior de la célula, en cantidades similares a las que hay en el exterior, pero que permite el funcionamiento normal del metabolismo.

Halobacteria / Wikipedia

Halobacterium / Wikipedia

Los halófilos fueron los primeros extremófilos (microorganismos que viven en condiciones extremas) en ser aislados y estudiados porque estropeaban las conservas en salazón. Sin embargo, hoy siguen resultando enormemente interesantes para la ciencia. Sirva de ejemplo el caso de Halobacterium, una arquea que puede encontrarse en el Mar Muerto y que, a fuerza de hacer frente a los estragos que produce la sal, ha aprendido a recomponer su ADN incluso cuando queda totalmente fragmentado. Esta particularidad ha despertado el interés de la misma NASA, que busca en los mecanismos de supervivencia de este microorganismo las claves para proteger a los astronautas de uno de los mayores peligros que podrían enfrentar en una misión a Marte: la radiación espacial.

El Mar Muerto está lleno de vida, sí, y además podría ayudarnos a llevar la vida humana a otros planetas.

 

Si quieres más ciencia para llevar sobre la vida en el Mar Muerto, organismos resistentes a la sal y extremófilos, consulta La vida al límite (CSIC-Catarata), de Carlos Pedrós.