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jueves, 22 de septiembre de 2011

Buscando a la Muerte Negra



                                 Yo soy la muerte cierta a todas las criaturas
                                 que son y serán en el mundo durante
                                 Demando y digo: Oh hombre ¿Por qué curas
                                 de vida tan breve en punto pasante?


El texto pertenece a la “Danza de la Muerte”, un texto anónimo del siglo XV basado en las representaciones macabras del XIV. La ilustración es un dibujo de 1493 realizado por Michael Wolgemut. Fuente: Wikipedia.


En el año 1347 llegó a Europa occidental la peste. No era la primera vez que esta enfermedad llegaba a Europa. La que está considerada como la primera pandemia de peste, la peste de Justiniano, afectó al Imperio Romano Oriental entre los años 541 y 542, aunque perduró hasta el 750. Pero esta segunda pandemia fue muchísimo más devastadora. Cuatro años después la población europea había pasado de 75 a 50 millones. Es decir, la Muerte Negra había acabado con un tercio de la población. Europa no fue el único territorio afectado. Se estima que China perdió la mitad de su población, mientras que en África del Norte, con una menor densidad de población, afectó tan solo a un octavo. El último brote de esta pandemia en Europa ocurrió en el año 1720 en la ciudad de Marsella. La tercera pandemia de peste comenzó en China a comienzos del XIX y aún permanece con nosotros. Es la responsable de los últimos brotes que aparecen de vez en cuando en las noticias.


Difusión de la Peste negra. En verde, las áreas de menor incidencia, en rojo las de mayor. Fuente: Wikipedia.


La peste es causada por la bacteria Yersinia pestis, y se han asociado tres biovariedades a las tres pandemias. Así, la peste de Justiniano fue causada por la biovar Antiqua, la Muerte Negra por la biovar Medievalis y la tercera pandemia por la biovar Orientalis. Estas biovariedades todavía están presentes en reservorios animales como ratas y marmotas. La biovar Antiqua se encuentra en África y Asia Central, la biovar Medievalis en Asia Central y la biovar Orientalis está muy diseminado por todo el globo.

La Muerte Negra fue tan terrible y virulenta que muchos han pensado que quizás el patógeno causante fue otro distinto a Yersinia pestis. Trabajos anteriores habían encontrado DNA de la bacteria Yersinia pestis en restos humanos de víctimas de la peste, pero también se encontraron que las secuencias de las bacterias medievales mostraban un filogenia única distinta de las biovariedades actuales.


Excavación mostrando los esqueletos de los que se tomaron las muestras. A la derecha, detalle de los dientes uno de los cráneos. Fuente: Schuenemann et al.


Con esa idea en la cabeza un grupo de investigadores de diversos países han realizado un estudio paleopatológico para caracterizar al responsable de la terrible enfermedad. Para ello han muestreado 109 muestras (huesos y dientes) provenientes de esqueletos de víctimas de la peste enterradas en una fosa común en Londres utilizada entre 1348-1350. Como control negativo han usado restos humanos de una época anterior a la llegada de la peste. Gracias a las nuevas tecnologías de amplificación y secuenciación del DNA han conseguido reconstruir 10 genomas mitocondriales humanos (16 kb cada uno) y un plásmido de virulencia pPCP1 de 9.6 kb que sólo se encuentra en Yersinia pestis. El plásmido pPCP1 codifica para un factor de virulencia, la proteasa Pla un activador de plaminógeno, esencial para la patología pneumónica. También han detectado otras secuencias pertenecientes a otros plásmidos de virulencia específicos de dicha bacteria. La reconstrucción de los genomas mitocondriales humanos era una forma de control interno para excluir contaminación exógena pues estos presentaban un determinado patrón de degradación característico del DNA antiguo. De esa forma se han asegurado de que el plásmido y los genes amplificados eran de origen medieval, y no de origen moderno.


Secuencias encontradas en la Y. pestis medieval. PCR cuantitativo del locus cafM1 (codifica para una chaperona) del plásmido de virulencia pMT1. (B) Secuencia cromosómica del gen s19 que muestra dos sustituciones sinónimas en el gen de la Helicasa II (C) Alineamiento consenso de los genes del plásmido pPCP1 medieval comparado con las 14 variantes modernas. Los genes son rop, proteína reguladora de la replicación del plásmido, pim, proteína de inmunidad de la pesticina; pst, pesticina, una bacteriocina; pla, gen del activador del plasminógeno. (D) Alineamiento de la secuencia consenso del pPCP1 de la Y. pestis medieval en uno de los puntos en que es distinta a las 14 variantes modernas. Fuente: Schuenemann et al.


La investigación genética de los microbios patógenos de tiempos pasados puede rendir una gran cantidad de datos que permitan dilucidar como coevolucionan la patogenicidad y la resistencia o susceptibilidad de los hospedadores. Esos datos pueden servir como modelo para estudiar y predecir el comportamiento de nuevos patógenos emergentes.


Esta entrada participa en el Biocarnaval de Verano que se celebra en ¡Jindetrés, sal!.

Agradecimientos a Victor Jimenez por avisarme de la publicación de este artículo.

ResearchBlogging.org
Schuenemann, V., Bos, K., DeWitte, S., Schmedes, S., Jamieson, J., Mittnik, A., Forrest, S., Coombes, B., Wood, J., Earn, D., White, W., Krause, J., & Poinar, H. (2011). PNAS Plus: From the Cover: Targeted enrichment of ancient pathogens yielding the pPCP1 plasmid of Yersinia pestis from victims of the Black Death Proceedings of the National Academy of Sciences, 108 (38) DOI: 10.1073/pnas.1105107108

domingo, 18 de septiembre de 2011

El caso de la bacteria-Jekyll y Mr. Hide

Fuente de la imagen: Allposters .


Uno de los más típicos argumentos del cine de terror es el del científico, bien porque está loco o por accidente, coge a un animal doméstico y lo transforma en un mutante sanguinario devora humanos. Bueno, pues algo parecido puede leerse en un reciente artículo publicado en la revista mBio, pero los científicos que lo han hecho no tienen nada de locos, sino todo lo contrario.

La cepa K-12 de Escherichia coli es una bacteria muy utilizada en los laboratorios. Puede afirmarse que este comensal intestinal aislado hace unos 100 años está domesticado y ya no puede sobrevivir en su hábitat original. Si se le reintroduce en el intestino humano se queda fuera de las células incapaz de hacer ningún daño. Parece difícil pensar que es la misma especie biológica en la que se encuentran la tristemente famosa E. coli enteroinvasiva que tantas muertes causó recientemente. Generalmente, esas diferencias de comportamiento se explican por grandes cambios genéticos por transferencia horizontal. Así en el caso de las EHEC suelen verse implicados fenómenos de lisogenia.

Pero el grupo del Instituto de Medicina Molecular de Nueva Delhi liderado por la doctora Sudeshna Kar ha encontrado que basta realizar un pequeño cambio genético para que la cepa K-12 se convierta en un parásito intracelular con una gran capacidad invasiva. Se trata de cambiar un par de aminoácidos en una proteína parecida a histonas llamada HU (Histone-Like HU proteins). En concreto el glutámico de la posición 38 por una lisina, y la valina de la posición 42 por una leucina.


A la izquierda una célula intestinal invadida por la cepa mutante SK3842 (cuerpos oscuros redondos). A la derecha una célula con bacterias de la cepa parental en el exterior. Fuente de la imagen: Koli et al. No, no es una broma. El primer autor del artículo se llama Preeti Koli.


La HU es una proteína que, como las histonas de los eucariotas, se une al DNA y modula su arquitectura macromolecular mediante el control de su superenrrollamiento. En el año 2005 Kar y sus colaboradores consiguieron este mutante para estudiar el efecto del cambio de superenrrolllamiento en la expresión de los genes bacterianos. Lo que encontraron es que la proteína HU mutante se disponía formando octámeros en lugar de dímeros, y que esos octámeros superenrrollaban al DNA de mannera positiva (lo normal es que el superenrrollamiento sea negativo). Eso causaba una mayor compactación cromosómica. Pero además vieron que en el mutante se afectaba tanto su perfil de transcripción genética, su fisiología en incluso la morfología celular. Los mutantes se habían transformado en cocos.

(A) Estructura tridimensional de un dímero de la proteína HU unida al ADN visto de frente y perfil. (B) Superenrrollamiento del DNA (espiral gris) alrededor de las moléculas de HU (cilindros rojos). Fuente de la imagen: Anne Grove.


Una de las cosas que más les llamó la atención es que la expresión de genes de virulencia crípticos se veía activada. Se les ocurrió entonces comparar el comportamiento del mutante con su cepa parental cuando ambas eran crecidas en presencia de células intestinales. Y ahí es donde se encontraron con la sorpresa. En una situación similar a la del Dr Jekyll y Mr Hide, la inocua cepa parental se había transformado en una bacteria parásita. El mutante era capaz de penetrar en las células, de liberarse del fagosoma, de reproducirse intracelularmente y de desactivar la apoptosis de la célula hospedadora para así permitir a la bacterias tiempo para infectar nuevas células de las capas internas intestinales. Este trabajo indica que E. coli podría cambiar su estilo de vida dependiendo de su relación con las células hospedadoras simplemente mediante una reprogramación de su transcripción celular y sin que se necesiten grandes cambios genéticos.


Imágenes de fluorescencia que muestran los cambios del citoesqueleto en células infectadas por la cepa mutante SK3842 (i) Tiempo 0 minutos, (ii) Tiempo 5 minutos (iv y v) Tiempo 30 minutos. En los cuadros pequeños puede observarse la reorganización del citoesqueleto alrededor de las células bacterianas invasoras. Fuente de la imagen: Koli et al..




Esta entrada participa en el Biocarnaval de Verano que se celebra en ¡Jindetrés, sal! y en el VII carnaval de la Química que se celebra en FeelSynapsis.


La misma historia en el blog "Microbichitos" de Miguel Vicente, y en "Small Things Considered de Moselio Schaechter.

ResearchBlogging.org
Koli P, Sudan S, Fitzgerald D, Adhya S, & Kar S (2011). Conversion of Commensal Escherichia coli K-12 to an Invasive Form via Expression of a Mutant Histone-Like Protein. mBio, 2 (5) PMID: 21896677

miércoles, 14 de septiembre de 2011

Premios Bitácoras 2011

Como nunca viene mal algo de publicidad he presentado este blog a los premios Bitácoras 2011 en la categoría de Blogs de Ciencia. A a todos aquellos lectores que me voten, muchas gracias por adelantado. El voto lo podéis realizar pulsando el botón que tenéis a vuestra derecha. También he presentado al premio al mejor podcast a "El podcast del microbio". Así que si creéis que se lo merece, pasaros por allí para votar (aquí solo se puede votar por "Curiosidades") Fuente de la imagen: PHDCOMICS