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miércoles, 28 de abril de 2010

Que no te vacile el bacilo



ACTUALIZACION. Según la EFSA, y la JAMA, el zumo de arándanos no previene ni parece servir para tratar las infecciones urinarias.


En el blog no aparece publicidad ya que es un blog docente, pero creo que merece la pena hacer una excepción con este video.



La cistitis provocada por la infección de Escherichia coli es mucho más frecuente en mujeres que en hombres, sobre todo debido a razones anatómicas. Si la bacteria intestinal consigue llegar a la vejiga urinaria, puede colonizarla y desencadenar una respuesta inflamatoria. Los síntomas que causa son entre otros: molestias, hinchazón y poliuria. El tratamiento consiste en la administración de antibióticos. El mayor riesgo de este tipo de infecciones es que alcance los riñones.

Se ha comprobado que el tomar zumo de frutas acidifica la orina y alivia los síntomas. En cuanto al extracto de arándanos que se anuncia en el video, esa fruta contiene antocianinos, manosa y taninos que inhiben a E. coli, por lo que puede prevenir la colonización o puede ayudar a su eliminación durante el tratamiento con antibióticos.




ResearchBlogging.org
Bailey, D., Dalton, C., Joseph Daugherty, F., & Tempesta, M. (2007). Can a concentrated cranberry extract prevent recurrent urinary tract infections in women? A pilot study Phytomedicine, 14 (4), 237-241 DOI: 10.1016/j.phymed.2007.01.004

viernes, 23 de abril de 2010

Extrayendo electrones "verdes" con nanotecnología




Estructura celular del alga eucariota Chlamydomonas reinhardii. La mayor parte de su ciclo de vida es en fase haploide. Contiene un gran cloroplasto y posee dos flagelos. Es uno de los microorganismos más usados en biotecnología por el hecho de que es posible manipular genéticamente tanto sus cromosomas nucleares como los cromosomas del cloroplasto y de las mitocondrias. (Fuente: Metamicrobe )

Durante la fotosíntesis, la energía de la luz absorbida por los centros de reacción fotosintéticos es aprovechada para romper la molécula de agua (H2O) y generar así oxígeno (O2), protones (H+), un gradiente de pH a través de la membrana fotosintética, y electrones de alta energía (e-). La energía acumulada en el gradiente de pH y en los electrones es aprovechada por la célula para reducir el carbono inorgánico (CO2) y así producir azúcares y polisacáridos como el almidón. Esos polisacáridos pueden ser recolectados y ser la fuente de numerosas fuentes de bioenergía como por ejemplo: lípidos, alcoholes, hidrógeno. Sin embargo sólo una pequeña fracción de la energía solar que es absorbida durante la fotosíntesis (un 27 %) puede ser convertida en polisacáridos. La transformación posterior de estos en productos que puedan ser explotados comercialmente hace que la cantidad de energía realmente aprovechada sea tan sólo un 6 %.




Diseño experimental. En la figura de la izquierda se representa una célula de Chlamydomonas reinhardii con el nanoelectrodo insertado en su cloroplasto. A la derecha se muestran los dos posibles escenarios donde el nanoelectrodo captura a los electrones de alta energía producidos por la fotosíntesis. (Fuente: Ryu et al. )




Científicos de la Universidad de Stanford han conseguido manipular el proceso de fotosíntesis en algas unicelulares del género Chlamydomonas reinhardii, con el objetivo de generar bioelectricidad mediante la extracción de los electrones directamente del transporte de electrones fotosintético (en inglés PET) antes de que estos sean usados para fijar el CO2 convirtiéndolo en azúcares y polisacáridos. De esa forma esperan aprovechar sustancialmente la energía del proceso fotosintético. Sus resultados han sido publicados en la revista Nano Letters.


En primer lugar han utilizando un sistema de canal de microfluidos donde las células del alga son inmovilizadas en una micro-trampa mediante un flujo capilar. Una vez inmovilizadas se les inserta un nanoelectrodo de oro conectado a un sistema de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). La inserción del nanoelectrodo en el cloroplasto permite la extracción directa de los electrones de la fotosíntesis mientras el alga esté viva.




Inmovilización de Chlamydomonas reinhardii en una microtrampa. Arriba se representa el sistema experimental con los tres componentes principales: el nanoelectrodo acoplado a un Microscopio de fuerza atómica (Nano-EC/AFM electrode), el capilar y la microtrampa donde es atrapada la célula y un microscopio confocal que permite la visualización de la célula y la punta del nanoelectrodo (fotografía pequeña). La microfotografía inferior izquierda muestran varias células redondas atrapadas en las microtrampas (estructura triangular) de diversos capilares listas para ser usadas. En la microfotografía inferior derecha se muestra a una célula con el nanoelectrodo insertado (Fuente: Modificado a partir de Ryu et al. )



Cada célula puede llegar a producir un picoamperio (10-12 A) cuando se alcanzan intensidades de luz de 100 mmol fotones s-2 m-1. Es una cantidad de electricidad tan pequeña que hacen falta un billón de células (1012) fotosintetizando durante una hora para generar una cantidad de energía semejante a la almacenada en una pila pequeña de 1’5 V. Este procedimiento consigue captar un 20% de la energía que se consigue captar mediante la fotosíntesis y dentro del campo de los biocombustibles, puede ser el primer paso hacia la generación de bioelectricidad en un proceso con una alta eficiencia y sin que se produzca CO2. Los autores reconocen que el desarrollo de esta tecnología necesitará el desarrollo e investigación en diversos campos, como por ejemplo el desarrollo de especímenes biológicos más resistentes al procedimiento (el alga sólo sobrevive una hora), diseñar nuevos electrodos que permitan una mejor captura de los electrones y sobre todo, escalarlo para que pueda ser económicamente rentable. Está claro que aún queda mucho por hacer.




La gráfica de la izquierda muestra la corriente electrica producida tras iluminar a una célula de Chlamydomonas. La figura de la derecha muestra la relación lineal entre la intensidad de la corriente eléctrica y la intensidad de la luz en el rango de 4−108 μmol foton m−2 s−1. (Fuente: Modificado a partir de Ryu et al. )



Esta entrada participa en el 6º Carnaval de la Física



ResearchBlogging.org

Ryu, W., Bai, S., Park, J., Huang, Z., Moseley, J., Fabian, T., Fasching, R., Grossman, A., & Prinz, F. (2010). Direct Extraction of Photosynthetic Electrons from Single Algal Cells by Nanoprobing System Nano Letters, 10 (4), 1137-1143 DOI: 10.1021/nl903141j

martes, 20 de abril de 2010

El verdadero Diseño Inteligente explicado en un cómic



En el blog "Twisted Bacteria" de César Sánchez he encontrado esta maravillosa tira cómica que en mi opinión, es una de los mejores argumentos a favor de la teoría evolutiva y de lo que significa realmente "Diseño Inteligente". Espero que mi traducción le haga justicia pero por si acaso aquí está el link a la entrada original.







Esta tira cómica de Garry Trudeau fue publicada en el año 2006. Un doctor ofrece a su paciente que sufre tuberculosis dos opciones en su tratamiento con antibióticos. La elección es debida a las creencias religiosas del paciente. Esperemos que el paciente eliga sabiamente, por su propio interés y por el reto de la gente que de otra manera podría ser infectada por la bacteria de la tuberculosis.








Curiosamente, el dibujante Garry Trudeau es el bisnieto del Dr. Edward Trudeau, que en 1884 fundó el Sanatorio Adirondack Cottagge para el tratamiento de la tuberculosis pulmonar, en el lago Saranac, Estado de Nueva York. En aquella época se sabía que los pacientes de tuberculosis se recuperaban realizando "curas de desacanso" en ambientes con aire fresco de montaña y una buena alimentación. Con el tiempo el sanatorio cambió de nombre y fue reorganizado como un centro de investigación biomédica. Hoy se le conoce como el Instituto Trudeau y se dedica a la investigación del sistema inmune y en modos de prevenir enfermedades como la tuberculosis, la gripe, las enfermedades tropicales o el cáncer.




Origen de las imágenes:

- Tira cómica de Garry Trudeau: Author: Garry Trudeau (Doonesbury.com). GoComics.
- Sello: United States Postal Service. Sello diseñado por Howard E. Paine y dibujado por Mark Summers, basado en una footgrafía del Dr. Trudeau suministrada por la American Lung Association. (
The Stamp Collecting Round-up). Para más información consultar EurekAlert.

sábado, 17 de abril de 2010

Negra Vida. Un análogo terrestre de la posible vida en Titán

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El lago Pitch. Los puntos negros muestran los lugares de muestreo. A la derecha se ve una burbuja en la superficie de asfalto. La barra de escala representa 5 cm (fuente: Schulze-Makuch et al.)


El lago Pitch está situado en la isla caribeña de Trinidad y Tobago. No es precisamente un destino turístico paradisíaco a menos que trabajes para una compañía petrolífera. Es un lago natural de asfalto caliente con una superficie de 40 hectáreas y que supongo debe de oler a carretera recién asfaltada. De hecho, una gran parte del PIB de Trinidad y Tobago viene de la venta de asfalto.

El terreno circundante al lago está lleno de petróleo caliente. Este va filtrándose hacia la superficie y en el proceso los hidrocarburos se van mezclando con el fango mientras que los componentes más volátiles se evaporan. Lo que queda es una emulsión de asfalto con agua a una temperatura que oscila entre 32 y 56º C y que puede ser aprovechada industrialmente. Pero desde hace tiempo los científicos han observado con interés este lugar. En primer lugar por sus potencialidades como fuente de microorganismos biorremediadores para ser usados en derrames de petróleo. En segundo lugar, porque el lago Pitch es un hábitat saturado de hidrocarburos líquidos, algo muy parecido a lo que podríamos encontrar en Titán, una de las lunas de Saturno.


Los lagos de hidrocarburos de Titán (fuente: wikipedia)


Así que un grupo de científicos ha tomado muestras de dicho lago y tras analizarlas han encontrado microorganismos. En cierto sentido eso ya no sorprende. En el blog hemos comentado otros ecosistemas extremos en los que parecía imposible la vida. Pero estos nuevos microorganismos presentan una propiedad que aunque se había visto antes, no por ello deja de sorprender. Parecen capaces de generar su propia agua al producir sus reacciones metabólicas.

Una de las más importantes limitaciones para la vida es la disponibilidad de agua. Más de dos terceras partes de la composición de un ser vivo es agua. Sin líquido elemento no se podrían llevar a cabo las reacciones bioquímicas, ni disolver o suspender las moléculas. Pero la disponibilidad de agua no sólo depende del contenido de agua del ambiente, sino también de la concentración de solutos que hay en dicha agua. Si hay muchos, "secuestran" las moléculas de agua e impiden que los seres vivos puedan usarla. Por eso la sal es un buen conservante.

El parámetro físico que mide la disponibilidad de agua se denomina actividad del agua (aw) y es la razón entre la presión de vapor de aire en equilibrio con una solución y la presión de vapor a la misma temperatura del agua pura. Sus valores oscilan entre 0 y 1. Cuanto más alto el valor, más disponibilidad de agua. Para hacernos una idea, la sangre tiene una actividad de 0,995, el agua de mar de 0,998, el jamón serrano de 0,85, el bacalao salado de 0,75 y un caramelo de 0,7. La actividad de agua de algunas de las zonas del lago Pitch oscila entre 0,49 y 0,65. El límite anteriormente registrado estaba en 0,61.

Los investigadores han encontrado densidades celulares de hasta 107 células por gramo en algunas de las muestras. El análisis genético y bioquímico muestra que la microbiota está compuesta de bacterias y arqueas capaces de degradar anaeróbicamente los hidrocarburos, utilizar iones metálicos para procesos respiratorios y utilización de rutas metabólicas basadas en la química de un sólo átomo de carbono (rutas C1). La mayor parte del metabolismo de los seres vivos se basa en rutas C2.


Comparación de la biodiversidad de las microbiotas de diferentes lugares donde abundan los hidrocarburos. Las barras indican la presencia de una determinada especie. La intensidad del color da idea de su abundancia. Las muestras recogidas en el lago Pitch están en el interior del recuadro grisaceo de la izquierda. La principal diferencia es la gran abundancia de especies pertenecientes a los Thermoplasmatales (fuente: Schulze-Makuch et al.)



Dentro del Dominio Archaea han encontrado nuevos miembros del grupo de las Arqueas Anaerobias Oxidadoras del Metano (ANME), metanógenos y respiradores del metal del orden Thermoplasmatales. En el Dominio Bacteria se han encontrado a representantes de los quimiolitotrofos reductores del sulfato del orden Thiotrichales y representantes de los Campylobacteriales, así como bacterias conocidas por su capacidad degradadora de hidrocarburos de los órdenes Pseudomonadales, Oceanoespirillales y Bhurkolderiales. La microbiota encontrada presenta algunos parecidos con los de otras microbiotas caracterizadas en lugares como fuentes volcánicas o yacimientos mineros, pero también presenta características exclusivas.




Microfotografía electrónica de una arquea del género Thermoplasma. Este tipo de microorganismo no tiene pared celular y por eso tiene esa forma irregular (fuente: MicrobeWiki)


Las condiciones del algo Pitch pueden ser un análogo de los lagos de hidrocarburos que se descubrieron en Titán. El hecho de que haya lluvia de metano en esa luna abre la posibilidad de que exista un ciclo del metano similar a nuestro ciclo del agua. Quién sabe, a lo mejor la próxima misión planeada para el 2030 nos puede dar sorpresas.



ResearchBlogging.org
Grant, W. (2004). Life at low water activity Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 359 (1448), 1249-1267 DOI: 10.1098/rstb.2004.1502
Kreuzer-Martin, H. (2005). Oxygen isotopes indicate most intracellular water in log-phase Escherichia coli is derived from metabolism Proceedings of the National Academy of Sciences, 102 (48), 17337-17341 DOI: 10.1073/pnas.0506531102
Dirk Schulze-Makuch, Shirin Haque, Marina Resendes de Sousa Antonio, Denzil Ali, Riad Hosein, Young C. Song, Jinshu Yang, Elena Zaikova, Denise M. Beckles, Edward Guinan, Harry J. Lehto, & Steven J. Hallam (2010). Microbial Life in a Liquid Asphalt Desert arXiv arXiv: 1004.2047v1

lunes, 12 de abril de 2010

La evolución de un patógeno

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Microfotografía del patógeno Clostridium difficile (fuente: Microbiology Bytes)


Ya hemos hablado en otra ocasión de Clostridium difficile, una bacteria patógena Gram-positiva anaerobia y formadora de esporas. Esta bacteria puede adquirirse por alimentos contaminados o encontrarse en nuestros intestinos como un residente más, aunque afortunadamente en bajos números gracias al efecto competitivo de las diversas especies que conforman nuestra microbiota intestinal, con lo cual no causa problemas.

Pero hay ocasiones en que C. difficile se convierte en un grave problema. Por ejemplo, si tras el uso de una terapia antibiótica se alteran las poblaciones de la microbiota intestinal. Esto puede permitir que C. difficile pueda colonizar el tracto intestinal provocando un cuadro de diarrea severa debido a las toxinas que produce. Como las esporas de la bacteria resisten el tratamiento con antibióticos, es muy difícil de tratar dicha infección.

C. difficile fue reconocido oficialmente como un patógeno en los años 80. Desde entonces se han ido caracterizando genéticamente a distintas cepas, sobre todo mediante la técnica del ribotipado. Es decir, el análisis de los genes que codifican para los distintos RNA ribosomales para establecer las diversas relaciones evolutivas entre distintos brotes epidémicos. De esa forma se estableció la existencia de cuatro clados o linajes principales, entre ellos uno hipervirulento.

En el año 2003 hubo un brote en Canadá producido por una cepa hipervirulenta que presentaba un ribotipo denominado 027. Hasta ese momento esa cepa era bastante rara, pero desde entonces se ha ido extendiendo por todo el mundo y ahora es la responsable del 50% de los casos caracterizados en los hospitales de Norteamérica y del Reino Unido. La epidemiología de C. difficile está evolucionando muy rápidamente y aun no se conoce el porqué.

Un reciente artículo de un grupo investigador del Welcome Trust Sanger Institute describe la completa caracterización del genoma de treinta aislados de C. difficile. Ocho aislados representando a los cuatro clados principales para estudiar la macroevolución de la especie y ventiún aislados del clado hipervirulento para estudiar la microevolución. Y lo que se ha encontrado es que el genoma de C. difficile ha tomado forma debido a eventos de transferencia genética horizontal y recombinación a gran escala que han afectado a lo que podríamos llamar el núcleo central de genes de esta bacteria (en inglés Core genes). Estos eventos evolutivos han tenido lugar tanto a escalas de tiempo cortas como largas.


Árboles filogenéticos de C. difficile basados en la secuenciación de los genomas completos de los diferentes aislados. Las flechas y los círculos vacíos indican inserciones y deleciones genéticas. Las islas genómicas que presentan resistencias a antibióticos están marcadas con asteriscos. El árbol A representa la filogenia de los clados principales. Los cuatro clados determinados anteriormente por la técnica del ribotipado ahora son cinco. Las cepas hipervirulentas del ripotipo 027 están dentro de la rama anaranjada. El árbol B representa la filogenia dentro de la rama 027 lo que nos da idea de la microevolución de dicho grupo. Los nombres de las cepas están coloreados para indicar su lugar de origen (azul-Estados Unidos, rojo-Gran Bretaña, verde – Francia). Fuente: He et al. 2010.



El análisis filogenético ha demostrado que C. difficile es una especie con una gran diversidad genética y cuyos linajes han evolucionado entre los últimos 1'1 - 85 millones de años. Pero la patogenicidad se encuentra en unos determinados linajes y que dicha propiedad ha surgido independientemente en cada uno de ellos.

Los resultados sugieren que la presión selectiva ha dado forma al núcleo central genómico de C. difficile, y que los efectos ambientales y genéticos son los responsables de su reciente expansión como un patógeno. El estudio también abre nuevas vías para el desarrollo de herramientas epidemiológicas para estudiar las rutas de transmisión de esta bacteria y para el diseño de terapias más efectivas.



ResearchBlogging.org
He, M., Sebaihia, M., Lawley, T., Stabler, R., Dawson, L., Martin, M., Holt, K., Seth-Smith, H., Quail, M., Rance, R., Brooks, K., Churcher, C., Harris, D., Bentley, S., Burrows, C., Clark, L., Corton, C., Murray, V., Rose, G., Thurston, S., van Tonder, A., Walker, D., Wren, B., Dougan, G., & Parkhill, J. (2010). Evolutionary dynamics of Clostridium difficile over short and long time scales Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0914322107


viernes, 9 de abril de 2010

Animales anaerobios


Spinoloricus, una nueva especie animal que vive en completa anaerobiosis. El especimen está teñido con rosa bengala y la barra de escala es de 50 micras (fuente Danovaro et al.)


Por primera vez se han encontrado animales pluricelulares con metabolismo anaeróbico estricto. Y además ha sido aquí al lado, en el fondo del Mediterráneo.

La característica principal de los seres vivos anaeróbicos es que no requieren oxígeno para su metabolismo. Esto es algo bastante común en el mundo microbiano sin importar que sean seres procariotas o eucariotas. Hay algunos que son anaerobios obligados como los miembros del género Clostridium. Otros, como nuestra vieja amiga Escherichia coli o la levadura Sacharomyces cereviseae, son anaerobios facultativos. Es decir, si hay oxígeno lo aprovechan, y si no lo hay, pues no pasa nada pues se ponen a fermentar.


Microfotografía electrónica de Spinoloricus en el que puede observarse su caparazón segmentado (fuente Danovaro et al.)


Pero el grupo liderado por Roberto Danovaro de la Universidad Politécnica de Marche han encontrado en una zona al sur de Grecia, tres especies de Loriciferos que realizan todo su ciclo biológico sin necesidad de oxígeno. Estos animales de tamaño inferior al milímetro, son habitantes comunes de los sedimentos marinos. Su nombre es debido a que tienen un exoesqueleto que actua como una coraza (lorica en latín). Los investigadores han observado que en sus células no hay mitocondrias, los orgánulos celulares encargados de usar el oxígeno. En su lugar, han encontrado hidrogenosomas, un tipo de orgánulo descrito en protozoos y hongos. También han encontrado unos orgánulos que podrían ser un posible endosimbionte procariota. El hallazgo ha sido publicado en la revista BMC Biology.



Síntesis del ATP en el interior de un hidrogenosoma (fuente)



Microfotografía electrónica del interior de una célula de Spinoloricus en el se observan orgánulos que podrína ser Hidrogenosomas (H) y un posible endosimbionte (P) de función desconocida. La barra es de 0,2 micras (fuente Danovaro et al.)


El hallazgo tiene bastante interés evolutivo. El hábitat de estos animales microscópicos es muy parecido al que había en los océanos de hace 600 millones de años, cuando los niveles de oxígeno del planeta aún no eran tan elevados debido a la acción de la cianobacterias. Es decir, justo antes de la llamada Explosión Cámbrica, cuando aparecieron los principales grupos de seres vivos pluricelulares. Como hay especies de Loficíferos aerobias la siguiente pregunta a responder es si estos animales tuvieron mitocondrias y las han perdido durante su evolución o si por el contrario, existieron como animales anaerobios que posteriormente se adapataron a las condiciones aeróbicas.

Está claro que los fondos marinos aún tienen que depararnos muchas sorpresas



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Danovaro, R., Dell'Anno, A., Pusceddu, A., Gambi, C., Heiner, I., & Kristensen, R. (2010). The first metazoa living in permanently anoxic conditions BMC Biology, 8 (1) DOI: 10.1186/1741-7007-8-30