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martes, 30 de octubre de 2012

De astronautas y microbios



En un futuro puede que exista una tripulación de incompetentes inútiles como los de la nave espacial "Prometheus", pero por ahora los ingenieros y los científicos se están devanando los sesos para evitar que los astronautas que vayan a realizar largos viajes espaciales sucumban ante un peligro muy real, aunque parezca muy pequeño: los microbios.

No es la primera vez que comento en el blog los problemas que suponen las infecciones para los astronautas. La situación es algo parecida a la que sufrían los marineros en los tiempos en que se realizaban largas travesías a vela. No sólo hay que llevar provisiones y agua para varios meses, sino que además hay que estar preparados para las tormentas o para cualquier imprevisto. Uno de los mayores temores era la aparición de una enfermedad lejos de cualquier puerto que podría acabar con todos los miembros de una tripulación.

Una situación similar puede darse en un viaje espacial a Marte. La microgravedad, el estrés y la exposición a la radiación causan alteraciones en el sistema inmunológico lo que provoca que los astronautas sean más susceptibles a las infecciones o a la reactivación de patógenos latentes como el herpes virus. Pero las condiciones que hay en el espacio también afectan a los patógenos, cambiando su virulencia, su cinética de crecimiento, su resistencia al ataque de macrófagos o de sustancias antibióticas y su capacidad de formación de biofilms, lo que supone un riesgo añadido a la salud de los astronautas.

Si añadimos a eso el hecho de que las interacciones entre microbios y astronautas se dan en un lugar pequeño, en el que la microgravedad facilita la formación y persistencia de aerosoles con partículas que pueden contener microbios, por ejemplo las gotitas de un estornudo permanecen flotando horas o días en lugar de caer al suelo, enseguida queda claro que las oportunidades para una contaminación masiva del medio ambiente de una nave espacial son muy elevadas, y ese riesgo sanitario puede poner en peligro cualquier misión espacial de larga duración.

Fuente: Futurity.org


Por si fuera poco, las limitaciones energéticas de una nave espacial impiden que la filtración del aire sea todo lo eficiente que debería ser si se quisiera eliminar a los patógenos aerosolizados utilizando filtros HEPA. Peor aún, dichos procesos de filtración espacial no pueden eliminar vapores producidos por productos desinfectantes de uso rutinario en condiciones terrestres.

El profesor Leonard Mermel, experto en enfermedades infecciosas de la Universidad de Brown, ha trabajado en este tema con la NASA y ha encontrado que en las 106 misiones de la lanzadera espacial se contabilizaron 29 casos de infecciones entre los 742 tripulantes que participaron en dichas misiones. El porcentaje es un 4% y parece pequeño, pero imaginemos que tuviera lugar una infección grave en la misión que se está planeando para enviar seres humanos a Marte. Esta misión durará un par de años y un caso así podría significar la interrupción de la misma, o lo que es peor, la muerte de uno o varios miembros de la tripulación. Mermel, está intentando desarrollar una serie de ideas y protocolos de actuación dirigidos a preparar a los astronautas para prevenir dichas infecciones y mantener a los microbios a raya. Sus conclusiones y recomendaciones han sido publicadas en la revista Clinical Infectious Diseases.

Una de las medidas será vacunar a los astronautas frente a diversos patógenos como la gripe, el meningococo y el neumococo. También se analizará si están afectados por alguna enfermedad latente como la tuberculosis. Además se les proporcionará comida esterilizada por irradiación, pañuelos desinfectantes, mascarillas quirúrgicas, respiradores, una gran variedad de antibióticos y kits de diagnóstico para identificar microorganismos patógenos. Por si no bastara, los astronautas serán examinados antes del vuelo para ver si son portadores asintomáticos de diversos patógenos como ciertas cepas de Staphyloccocus aureus resistentes a los antibióticos. Incluso sus heces serán examinadas para comprobar que no presentan patógenos como Salmonella.

Pero no sólo se está trabajando en el factor humano. Los ingenieros también tienen mucho que decir. Una de las líneas en la que se está trabajando es en la de diseñar un sistema de filtros HEPA que pueda funcionar en las condiciones limitantes de energía presentes en la nave espacial. Otra es en el diseño de los aseos, que deben de tener su propia presión atmosférica negativa para evitar que los microorganismos escapen. El reciclaje y suministro de agua libre de patógenos es otra de las principales preocupaciones. También se ha prestado atención al desarrollo de productos higiénicos para asear las manos que no requieran agua y en el desarrollo de superficies que eviten la formación de biofilms bacterianos. Incluso se incluyen medidas drásticas como la incorporación de una zona de cuarentena donde puedan aislarse a los astronautas enfermos y así evitar el contagio al resto de la tripulación.

sVariables que influyen en el riesgo de infecciones y su transmisión durante un viaje espacial. Fuente: Clinical Infectious Diseases


Pero además de los astronautas, habrá otros pasajeros en el viaje: las bacterias simbiontes. Al parecer, comer comida esterilizada durante dos años no es algo muy saludable para nuestra microbiota intestinal. La ingesta de microbios probióticos estimula al sistema inmune y como se ha indicado al principio, eso es algo muy deseable en estas condiciones. Así que se está trabajando en la manera de llevar “suplementos probióticos” para añadir a la dieta espacial. Incluso también se ha considerado que se lleven cepas de Staphylococcus epidermidis pues este simbionte de nuestra piel evita que sea colonizada por microorganismos patógenos. Ciertamente, los desafíos para la exploración espacial son grandes, pero esperemos que puedan ser solventados.

Esta entrada participa en el XXXV Carnaval de la Física alojado en Noticias del Cosmos, en el XVIII carnaval de la Química alojado en XdCiencia, en el XVII carnaval de la Biología alojado en Pero esa es otra historia... y en el II carnaval de la nutrición alojado en Alimmenta.



ResearchBlogging.org

Mermel LA (2012). Infection Prevention and Control During Prolonged Human Space Travel. Clinical infectious diseases : an official publication of the Infectious Diseases Society of America PMID: 23051761


viernes, 26 de octubre de 2012

El Podcast del Microbio se presenta nuevamente a los European Podcast Awards



Una vez más "El Podcast del Microbio" se presenta los Premios Europeos para Podcast en la sección "non profit"

Si crees que se lo merece, no dudes en votarme. Puedes hacerlo aquí, o en el enlace que he puesto en el propio podcast (*). ¡Muchas Gracias

(*)Importante: El sistema de votación solo funciona con Chrome o con Explorer. No funciona si se utiliza Firefox.



miércoles, 17 de octubre de 2012

De tejones y tuberculosis



Seguro que somos muchos los que pensamos que el tejón (Meles meles) es un bichejo muy simpático. Pero claro, nosotros no somos ganaderos británicos. Este depredador es uno de los principales reservorios para Mycobacterium bovis, el patógeno de la tuberculosis bovina, una enfermedad que se estima que causará en Gran Bretaña unos gastos de 1.000 millones de libras (1230 millones de euros) en la próxima década. Por si fuera poco, dicha enfermedad puede también afectar a los seres humanos mediante la ingesta de leche contaminada. Así que no es de extrañar que el gobierno británico haya autorizado medidas de control para eliminar parte de la población de tejones. Pero les ha surgido dos problemas. Uno esperable: los activistas de los derechos de los animales. En Gran Bretaña tienen bastante peso y además de protestar están planeando boicots a los productos lácteos y sabotear las medidas de control gubernamentales. El otro completamente inesperado: algunos de los científicos que habían recomendado las medidas de control ahora se oponen a ellas.



Si hay un problema de salud pública lo mejor es coger a un grupo de científicos y expertos, que hagan un estudio y elaboren un informe recomendando las medidas a tomar. Eso es precisamente lo que hizo el gobierno británico hace una década con el problema de la TB bovina. Las universidades más prestigiosas demostraron más allá de toda duda que los tejones son portadores de M. bovis y que pueden infectar al ganado mediante contacto directo e indirecto. Un porrón de millones de libras se gastaron en un estudio denominado RBCT, para determinar si la matanza de tejones era un medio eficaz para contener la dispersión de la enfermedad y así proteger a las cabañas ganaderas. Tras nueve años de trabajo se finalizó un informe de 287 páginas algunas de cuyas conclusiones fueron publicadas como artículos en Nature.

Vacas infectadas con TB bovina que han sido sacrificadas en Gran Bretaña. Los datos de 2012 son hasta el mes de junio. Fuente Nature


¿Cuál fue la conclusión del estudio? Pues ni sí ni no, sino todo lo contrario. En resumen, los científicos no se quisieron mojar. Según Nature los hechos son los siguientes. Ha quedado demostrado que los tejones, y no el ganado, son el principal reservorio de la enfermedad. Durante una década la tuberculosis bovina ha ido en aumento. El ganado es examinado rutinariamente y las reses afectadas son sacrificadas y destruidas. En el área en la que se llevó a cabo una matanza controlada de tejones se confirmó que la tuberculosis bovina se redujo en un 23%. Sin embargo, las medidas de control utilizadas no eran las más adecuadas ni baratas (eran trampas que no mataban a los tejones) y la zona de estudio no estaba separada de otras zonas por obstáculos geográficos como ríos o montes, así que en las áreas adyacentes se observó un incremento del 25% debido a la migración de los tejones. Al revisar los datos en conjunto, los científicos concluyeron que un control de hasta un 70% de la población de tejones de una gran área podría significar una reducción de un 16% en la tuberculosis bovina.

Efecto del control de la población de tejones en la incidencia de tuberculosis bovina. Las gráficas representan los casos de tuberculosis en áreas en las que se aplicó el control de la población(a) comparado con áreas adyacentes en las que no se aplicó dicho control (b). Los puntos rojos son los casos observados, mientras que la línea negra representa los casos esperados. Fuente: Donnelly et al.


Así que la nueva pregunta es: ¿justifica la reducción de un 16% de TB bovina una matanza tan grande de tejones? Según los defensores de los tejones, no. Para ellos un 16% no es significativo y proponen un mayor control de las reses. Los ganaderos opinan lo contrario y lo exponen con este argumento: ¿diría usted que un incremento de su sueldo en un 16% no es significativo?. ¿Y qué opinaron los científicos? Pues aquí está el problema porque de acuerdo con el editorial de Nature respondieron con un "quizás". En dicha situación, el anterior gobierno laborista decidió que era mejor no tomar ninguna medida de control por el momento.

Unica imagen que he encontrado en la que una página facebook dedicada a las mascotas intenta debatir la cuestión del control de población de tejones. Sólo 2 de los 52 comentarios comprendían la postura de los ganaderos. El resto estaba en contra de la decisión del control de población.


Con la entrada de los conservadores y ante el incremento de la incidencia de la enfermedad, se decidió que la estrategia de control debía de basarse en la caza activa ya que era mucho más barata y efectiva que el trampeo. En julio del año pasado, el Departamento de Medio Ambiente, Alimentación y Asuntos Rurales propuso un plan para la erradicación de la TB bovina en Inglaterra. El plan se diseño de acuerdo con un panel de científicos e incluía una mayor vigilancia de las explotaciones ganaderas y una matanza selectiva de tejones en grandes áreas afectadas por la enfermedad. Se espera con ello frenar el incremento de casos de TB bovina. Los ensayos de esta nueva estrategia se van a llevar a cabo en Somerset y Gloucestershire, áreas mucho más grandes y delimitadas por barreras físicas como ríos y carreteras, lo que restringiría el movimiento de los tejones.

Logo de la asociación de ganaderos que está a favor del control de población de los tejones.


Pero el pasado 14 de octubre un grupo de 31 académicos mandaron una carta al periódico The Observer en el que criticaban dicha estrategia. En primer lugar, la estrategia de control usada en el estudio RBCT, las trampas, era diferente de la estrategia basada en la caza, por lo que alegan que las conclusiones científicas del primer estudio dejan de ser válidas para la nueva situación. Adicionalmente dudan que se pueda alcanzar una reducción del 70% ya que es imposible determinar el tamaño de una población de tejones antes de haberlos matado. Y finalmente alegan que si no se conseguía dicho objetivo, los niveles de TB bovina podrían verse incrementados, ya que los tejones infectados podrían vagar con más libertad. Uno de los firmantes era John Krebs, un zoólogo miembro de la Cámara de los Lores y que previamente había apoyado el estudio RBCT. En sus propias palabras: ellos (el gobierno) dicen que su política está basada en la evidencia científica, pero eso es falso... Ellos creen que deben de hacer algo, y lo más fácil es disparar a los tejones.

Las protestas contra el control de la población de tejones ha unido a diversos sectores de la sociedad británica, incluyendo famosos como Brian May o Richard Attenborough. Fuente de las imágenes: Daily Post, HF y The Telegraph


Esta postura ha provocado frustración en varios de los políticos encargados de tomar las medidas oportunas pues se han sentido traicionados por los científicos. Tal y como reconoce el editorial de Nature la TB bovina sigue en aumento y son ellos los que tienen que tomar las decisiones con los datos científicos disponibles. Según Christl Donnelly, una científica estadística del Imperial College que analizó durante años los datos del estudio RBCT, la Ciencia ha dado muchas respuestas pero muy pocas soluciones claras, algo que precisamente demandan los políticos. Aunque según ella también hay motivos para ser optimistas: granjeros y ecologistas no están cantando la misma canción, pero al menos están mirando a la misma tabla de datos. Por un lado los granjeros se han dado cuenta de la importancia de las medidas de bioseguridad para controlar a la TB bovina. Por otro lado los ecologistas han admitido que los tejones son el principal reservorio de la enfermedad.

Realizado a partir de la noticia Badger battle erupts in England y del editorial de la revista Nature

Actualización: El gobierno británico ha decidido esperar un año para realizar el control de población de los tejones (fuente: Nature)

Esta entrada participa en el XVII Carnaval de la Biología que organiza Pero eso es otra historia...

ResearchBlogging.org

Donnelly CA, Woodroffe R, Cox DR, Bourne FJ, Cheeseman CL, Clifton-Hadley RS, Wei G, Gettinby G, Gilks P, Jenkins H, Johnston WT, Le Fevre AM, McInerney JP, & Morrison WI (2006). Positive and negative effects of widespread badger culling on tuberculosis in cattle. Nature, 439 (7078), 843-6 PMID: 16357869

jueves, 4 de octubre de 2012

Tsunami bacteriano


No es la primera vez que hablamos en este blog de Myxococcus xanthus. Esta interesante bacteria social exhibe una panoplia de comportamientos fascinantes lo que hace que sea un organismo modelo en Biología de Sistemas. El último descubrimiento tiene que ver con su capacidad de "hacer olas".

Ciclo biológico de Myxococcus xanthus. En condiciones idóneas, la mixospora germina. La célula vegetativa se mueve mediante deslizamiento y produce una gran cantidad de enzimas extracelulares lo que le permite alimentarse de materia orgánica o de otras bacterias. La población crece en número y se va enjambrando(swarming) gracias a que las células usan un tipo de señal química para coordinarse y mantenerse en contacto físico. Cuando los nutrientes comienzan a escasear, el enjambre comienza a formar olas y a extenderse por sus bordes para así conseguir más nutrientes o presas. Finalmente, el agregado forma un cuerpo fructífero en el que se formaran las mixosporas. Fuente de la imagen: Kaiser D.


Lo que ha encontrado un grupo investigadores de la Universidad de Texas, es como los movimientos individuales de cada una de las bacterias se ven amplificados dentro del enjambre formando olas de gran fuerza que hacen que el conjunto se mueva hacia adelante al unísono. El comportamiento de formación de olas parece estar asociado a la existencia de bacterias-presa. Es decir, si hay comida en el borde de la colonia, el oleaje es mucho más fuerte. Los resultados han sido publicados en PLOS Computational Biology

Imaginemos una célula en el borde de la colonia. Si se mueve hacia adelante probablemente no encontrará a ninguna otra célula de M. xanthus, así que no recibe ninguna señal química y eso le impele a seguir adelante. Pero si se mueve hacia atrás lo más seguro es que se choque con una M. xanthus compañera, así que recibe un estímulo para que se de la vuelta y continúe en dirección contraria. De esta forma el resultado neto es que el enjambre se mueve constantemente en sus bordes.

a: Células de Myxococcus xanthus moviéndose en grupos mediante movilidad social (flecha negra) o moviéndose individualmente (flecha blanca). Las células prefiere seguir las sendas dejadas por otras células. b Un enjambre de M. xanthus mostrando las características olas en el proceso de consumir a un cultivo de Escherichia coli. La longitud de onda de las olas es de 100 micras. c: Detalle de las olas de distinta densidad formadas por las células de M. xanthus. Fuente de la imagen: Zusman et al.


Pero además, puede dar lugar a que el enjambre se auto-organice en unas olas de densidad alterna que muestran un comportamiento de movilidad colectiva oscilante. No es un sistema de reacción-difusión típico ya que las ondas de sentido opuesto no se aniquilan unas a otras, sino que lo que hacen es atravesarse entre si. Este comportamiento de formación de olas (rippling behavoir) puede modelarse matemáticamente en un ordenador y solo necesita tres ingredientes para funcionar:

  1. Cuando dos células chocan físicamente intercambian una señal y una de ellas se da la vuelta.
  2. Un periodo mínimo refractario después del cual una célula que se haya dado la vuelta, no puede dar la vuelta otra vez.
  3. Una interacción física que permita a las células alinearse localmente.


Para comprobar que las predicciones del modelo funcionaban lo siguiente que hicieron fue observar al microscopio la formación de olas en presencia de una bacteria presa (nuestra vieja amiga Escherichia coli). Confirmaron así las relaciones existentes entre la longitud de onda de las olas, el periodo refractario y la velocidad del movimiento celular. Pero además se encontraron con que podían explicar un comportamiento que se había observado. Cuando un enjambre se encuentra con una zona en la que los nutrientes abundan, el movimiento del enjambre se detiene pero la velocidad de formación de olas aumenta debido al incremento de las señales provocadas por el contacto célula-célula. Eso permite que las células depredadoras permanezcan mucho más tiempo en contacto con la presa y se devore eficientemente la comida disponible. También han conseguido demostrar que es imprescindible el contacto físico entre las bacterias para provocar que una se de la vuelta, algo bastante llamativo ya que lo que esperaban era algún tipo de señal química difundible. El mecanismo molecular de este "toque" aún es desconocido, pero resulta bastante interesante pues permitiría diseñar algún tipo de interruptor por contacto para regular funciones en mecanismos nanotecnológicos o en microorganismos diseñados por biología sintética.

Comparación entre la simulación del modelo y un cultivo de M. xanthus. En el tiempo 0 las células están distribuidas homogéneamente. Fuente de la imagen: Zhang et al.


Enlaces relacionados: Micro-Cazadores: la manada de lobos de M. xanthus por Raven en su blog Micro Gaia.

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Zhang H, Vaksman Z, Litwin DB, Shi P, Kaplan HB, & Igoshin OA (2012). The Mechanistic Basis of Myxococcus xanthus Rippling Behavior and Its Physiological Role during Predation. PLoS computational biology, 8 (9) PMID: 23028301