Publicado en 1º Bachiller, Biologia y Geología, Recursos

1R BATXILLERAT BIOLOGIA I GEOLOGIA

PRESENTACIÓ INICIAL

Bloc 1 : Introducció a la química dels éssers vius, cel·lula i microscopis


A-  PRESENTACIONS UTILITZADES A CLASSE

  1.  Composició química dels éssers vius (tema 1)
  2. La cèl·lula : origen i estructura ( tema 6, no tot) 
  3. El microscopi  

B- ACTIVITATS PER A PRACTICAR i PREPARAR L’EXAMEN

  1. Conceptes bàsics ( mots encreuats)
  2. Classifica els elements de la bioquímica
  3. Activitats interactives per a repassar (fer les 5 primeres)
  4. Classificació de biomolècules 
  5. L’aigua i els enllaços d’hidrogen 
  6. Nivells d’organització    ( fes correspondre ) 
  7. Està fet de cel·lules ?  


C- ANIMACIONS I VÍDEOS

  1. Osmosi1
  2. Osmosi 2
  3. Com es dissol la sal en l’aigua


D-PRÀCTIQUES LABORATORI

  1. Pràctica 1  : Composició dels éssers vius (osmosi)
  2. Guia de com fer els raonaments i justificacions ( exemple)
  3. Pràctica 2 : Dissolucions tampó
  4. Pràctica 3 : Estudiem les propietats de l’aigua 
  5. Pràctica 4 : Microscopi òptic ( guió)


E- ENLLAÇOS INTERESSANTS

  1. Bacteris i protozous (vídeo)


G- EXERCICIS I ACTIVITATS AULA

  1. Mida real i mida aparent ( exercicis)
  2. Activitats repàs temes 1 i 6

H- EXAMENS 

  1.  Continguts examen temes 1 i 6
  2.  Preparem el primer examen


Bloc 2: La membrana plasmàtica i els orgànuls

A-  PRESENTACIONS UTILITZADES A CLASSE

  1. La membrana plasmàtica , citosol i citoesquelet
  2. Els orgànuls cel·lulars

B- ACTIVITATS PER A PRACTICAR

  1. Anatomia d’una cèl·lula
  2. Membrana plasmàtica  (identificació de parts)
  3.  Identificacio d’orgànuls 
  4. Orgànuls cel·lulars ( per a repassar)

C- ACTIVITATS PER A PREPARAR L’EXAMEN

  1. Nivell d’organització    ( fes correspondre )
  2. Completar text sobre els mitocondris
  3. Està fet de cel·lules ?  
  4. Completar text sobre funcions dels orgànuls
  5. Proyecto Biosfera (Us recomano fer les activitats 6,8,9,10,11,13,14 i 16 per a repassar la morfologia dels orgànuls )

D- VÍDEOS 

  1. Sobre el transport a través de la membrana 
  2. La cèl·lula eucariota ( repàs general ) 


E- TREBALLS

  1. Guia com presentar les pràctiques de microscopi (1a avaluació )


F- ENLLAÇOS INTERESSANTS

  1. Materiales Lourdes Luengo (animacions sobre la cèl·lula) ( Aneu a l’apartat : La célula eucariota).
  2. Materials Lourdes Luengo ( exercicis sobre la cel·lula: identificació de les parts, orgànuls…) (Aneu a l’apartat : La célula eucariota).


G- EXAMENS

  1. Continguts examen 1a avaluació 18/19( membranes i orgànuls cel·lulars)
  2. RECUPERACIÓ 1A AVALUACIÓ (continguts ) 


H-

Bloc 3 : Nucli, mitosi i meiosi

A-  PRESENTACIONS UTILITZADES A CLASSE

  1. El nucli i els cromosomes 

B- ACTIVITATS PER A PRACTICAR

  1. Relaciona dibuixos  amb les fases de la mitosi
  2. El nucli  (identificació de les parts del nucli)
  3. Tipus de cromosomes
  4. Mots encreuats
  5. Relaciona fotos amb fases mitosi (animals)
  6. Relaciona fotos amb fases mitosi (vegetals)
  7. La meiosi I
  8. La meiosi ll

C- ACTIVITATS PER A PREPARAR L’EXAMEN

D- VÍDEOS

  1. El nucli
  2. La mitosi 
  3. La meiosi (en anglès)
  4. La meiosi ( en castellà) 
  5. Com es divideixen les cèl·lules  

E- TREBALLS

F- ENLLAÇOS INTERESSANTS

  1. La mitosi (ARC RECURSOS)
  2. Simulació de la meiosi en els griu ( meiosi plastilina) 


G-ALTRES

H-

Bloc 4 : Biomolècules I (Glúcids, Lípids i Proteïnes)

A-  PRESENTACIONS I APUNTS UTILITZADES A CLASSE

  1. Els glúcids (PRESENTACIó )
  2. Els glúcids ( resum apunts en document word)
  3. Els lípids  (PRESENTACIÓ)
  4. Les proteïnes
  5. Identifiquem molècules ( repàs per l’examen) 

B- ACTIVITATS PER A PRACTICAR 
GLUCIDS

  1. Mots encreuats glúcids
  2. Classifica els glúcids 
  3. Identifica glúcids 
  4. Formes de representar monosacàrids 
  5. Relaciona substàncies amb els glúcids 
  6. Completa un text sobre la cel·lulosa 

LÍPIDS

  1. Test sobre els lípids
  2. Més test  

  C- ACTIVITATS PER A PREPARAR L’EXAMEN

  1.  CONTINGUTS EXAMEN 2A AVALUACIÓ (18-19) (BIOLOMOLÈCULES) 
  2. Identifica glúcids i lípids 
  3. Conceptes bàsics ( mots encreuats )
  4. Autoavaluació 

D- PRÀCTIQUES

  1. Glúcids ( guió) 
  2. Lípids ( guió)
  3. Fosfi, micel·les i emulsions 


E- TREBALLS

  1. Activitats de repàs fetes a classe ( tipus PAU)
  2. Solucions a les activitats 1 i 2 de l’apartat anterior  ( les que a classe no hem corregit)


F- ENLLAÇOS INTERESSANTS
 

G-ALTRES

H-

Bloc 5 : Biomolècules II  (Àcids nucleics)
Genètica molecular ( Duplicació, Transcripció i Traducció)

A-  PRESENTACIONS UTILITZADES A CLASSE

  1. Els àcids nucleics 
  2. Genetica molecular
  3. Les mutacions  

B- ACTIVITATS PER A PRACTICAR

  1.  Troba els conceptes bàsics de les proteïnes ( sopa de lletres)
  2. Troba el nom de 10 proteïnes (sopa de lletres)
  3. Propietats de les proteïnes ( mots encreuats)
  4.  Troba el nom de 10 proteïnes (mots encreuats)
  5. Identifica característiques del DNA i RNA
  6. Construeix un fragment de DNA
  7. Materials de Lourdes Luengo (activitats proteïnes i àcids nucleics) 
  8. Proyecto Biosfera (activitats interactives proteïnes i àcids nucleics)
  9. Animacions Lourdes Luengo (duplicació , transcripcio…)
  10. Exercicis de Lourdes Luengo (duplicació, trascripció…) 


C- ACTIVITATS PER A PREPARAR L’EXAMEN

  1. Continguts examen  1 (proteïnes i àcids nucleics)
  2. Preparem l’examen de proteïnes  i A.N. (hi ha 2 test )
  3. CONTINGUTS EXAMEN ÀCIDS NUCLEICS I GENÈTICA MOLECULAR ( Duplicació, Transcripció i Traducció)( CURS 17-18)

D- VÍDEOS 

  1. Estructura DNA
  2. Duplicació DNA
  3. Estructura, duplicació, trasncripció…


E- TREBALLS

F- ENLLAÇOS INTERESSANTS

  1. L’estructura dels àcids nucleics ( ARC recursos)
  2. Empaquetament del DNA ( ARC recursos) 
  3. Podem aïllar ADN del nostre cos ?


G-EXÀMENS 

  1. Continguts examen DNA, GENÈTICA MOLECULAR I MUTACIONS(curs 15-16)
  2. Test  (Kahoot.it)
  3. Test 2 (Kahoot.it) 


H-

Bloc 7: BIOTECNOLOGIA I ENGINYERIA GENÈTICA

A-  PRESENTACIONS UTILITZADES A CLASSE

  1. Cèl·lules mare 
  2. Biotecnologia (transgènics) 
  3. Clonació i selecció d’embrions  

B- ACTIVITATS PER A PRACTICAR

C- ACTIVITATS  de classe

  1. Repàs genètica molecular 
  2. Exercicis transgènics
  3. Disseny experimental ( exemples d’exercicis) 

D- VÍDEOS

E- TREBALLS

  1. Projecte de biotecnologia : dissenyem un transgènic
  2. Principis de bioètica  


F- ENLLAÇOS INTERESSANTS

G-ALTRES

H-

Bloc 8 : REPRODUCCIÓ

A-  PRESENTACIONS UTILITZADES A CLASSE

B- ACTIVITATS PER A PRACTICAR

C- ACTIVITATS PER A PREPARAR L’EXAMEN

D- VÍDEOS

E- TREBALLS

F- ENLLAÇOS INTERESSANTS

G-ALTRES

H-

Bloc 9 : DISSENY EXPERIMENTAL

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Preparados para ver cómo cambia la vida célula a célula

El análisis de célula única permitirá entender el asombroso poder de regeneración de las salamandras, cartografiar todas nuestras células en un ‘Google Maps’ biológico y combatir el cáncer o las patologías autoinmunes. Por algo fue el Método del Año para la revista ‘Nature’ en 2013 y el gran avance científico de 2018 en ‘Science’.

La sala es emocionante, pero más por lo que esconde que por lo que muestra. Realmente es tan solo un espacio muy blanco de paredes curvadas plagado de mesas móviles. Y, en cada una de ellas, unos bloques negros y blancos que recuerdan por su tamaño a ordenadores antiguos.

Falsas apariencias.

Los bloques son, en realidad, unos de los más modernos secuenciadores genéticos del momento: el motor del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), en Barcelona. Nos los muestra Holger Heyn, un alemán que lleva ya cerca de diez años investigando en España y que ahora es el responsable del equipo de Genómica de Célula Única en el propio CNAG.

Ese análisis célula a célula es la gran esperanza científica para desentrañar el desarrollo de los organismos —humanos incluidos—, para establecer las bases de la regeneración de órganos, para crear un mapa de todas nuestras células o para destapar claves de algunas enfermedades tan esquivas como el cáncer. De ahí que haya sido escogido como avance científico del año 2018 por la revista Science, y de ahí esta visita.

De batidos y árboles

“La genómica unicelular ha alcanzado la madurez de manera increíble”, decía hace un tiempo en una conferencia Eric Lander, el más que influyente director del Instituto Broad del MIT y Harvard. “Y, una vez que te das cuenta de que podemos hacer los análisis en células individuales, ¿cómo vas a aceptar un batido? Es una locura estar haciendo genómica en batidos”.

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Visitamos el principal laboratorio dedicado al análisis célula a célula en España: el CNAG de Barcelona./ CNAG

Los ‘batidos’ de Lander son los análisis tradicionales donde se recogen un montón de células cuyo ADN (o ARN, el mensajero del ADN) se mezcla antes de pasar por los secuenciadores. La información que resulta es un promedio del conjunto. Habrá árboles particulares que queden ocultos por el bosque y, sobre todo, no permite saber qué información concreta contiene cada célula en particular. El individuo se disuelve en la masa.

El análisis célula a célula es la gran esperanza científica para destapar claves de enfermedades tan esquivas como el cáncer

Estos análisis ya habían sido escogidos como el Método del Año en 2013 por la revista Nature. “Pero por entonces apenas podían estudiarse diez o veinte células, eran tremendamente caros y muy poco resolutivos”, comenta Heyn. Ahora, en cambio, “podemos analizar 10.000 células en un solo experimento y hay proyectos para hacerlo con hasta un millón”.

La tecnología clave que ha posibilitado este salto es la basada en microfluidos, una herramienta que permite separar y canalizar cada célula en gotas diminutas a la vez que se introduce en su ADN un marcador o código de barras. Ese marcador permite identificar cada una de ellas una vez que han sido analizadas.

De esa manera puede estudiarse su ADN, su ARN e incluso su información epigenética, que pone los puntos y comas a la lectura del genoma. “La resolución no es perfecta todavía en ningún caso —reconoce Heyn—, pero lo más potente ahora mismo es el estudio del ARN”. En algunos de esos estudios se basó el reconocimiento al avance del año.

Un gusano que crece célula a célula

La planaria Schmidtea mediterranea es un animal insólito. Este gusano de apenas un centímetro es potencialmente inmortal: sus células madre renuevan sus órganos de manera continua y, si se parte en varios trozos, de cada uno emerge un nuevo gusano. La cabeza es capaz de regenerar una cola y la cola una cabeza, que incluso parece conservar algunos de sus recuerdos. Fue descubierto por el biólogo Jaume Baguñà en un pantano de Montjuic en 1968. Que se sepa, hoy apenas vive en Barcelona, en ciertas zonas de Menorca… y en una veintena de laboratorios de todo el mundo.

planaria

Foto de ‘Schmidtea mediterránea’ con dos cabezas en un experimento realizado durante la regeneración del tronco. / Dany S Adams

Uno de ellos está en el Centro de Medicina Molecular Max Delbrück, en Alemania. Allí, en 2018, usaron las técnicas de análisis célula a célula no solo para establecer un atlas celular del animal, sino también para estudiar los programas genéticos que conducían a su formación y regeneración. Entre otras sorpresas, encontraron que la cantidad de algunas células disminuía muy rápidamente. Eso indicaba que podían ser la reserva que alimentara el proceso de regeneración.

¿Podrían aplicarse esos descubrimientos a humanos para impulsar la medicina regenerativa? “Aún nos falta mucho por saber”, contestan en un correo consensuado Mireya Plass y Jordi Solana, los dos primeros firmantes del trabajo. “Las planarias adultas tienen más de un 30 % de células madre, cosa que dista mucho de nosotros. Aun así, esperamos que algunos de los mecanismos sí que sean los mismos”.

Lo que tienen claro es que antes no eran capaces de distinguir los distintos tipos de células en el desarrollo embrionario, y ahora van a recoger información “que será crucial para generar en el laboratorio células, tejidos y órganos que sirvan para tratar distintas patologías”.

Experimentos con el anfibio de Cortázar

Hubo un tiempo en que el escritor Julio Cortázar “pensaba mucho en los axolotl”. Tanto como para dedicarles un cuento asombroso a estos anfibios hipnóticos que se confunden con salamandras y que, como ellas, son capaces de regenerar sus miembros, esqueleto incluido. Cortázar estaba obsesionado con su mirada, ¿pero cómo consiguen ese inmenso poder de renovación?

Usando el nuevo arsenal de técnicas, investigadores alemanes han comprobado cómo un tipo particular de células se desprograma para volver a un estado similar al embrionario y, a partir de ahí, dirigir la regeneración en los axolotl. Nuestra limitadísima habilidad para conseguir algo parecido quizá se deba a la incapacidad para reprogramar este tipo de células hasta esos estados. Nuestro hígado o nuestra piel pueden regenerarse parcialmente, pero son excepciones. No podemos hacer lo mismo con una pierna, un riñón o un corazón.

Gracias a estas técnicas se ha podido ver cómo actúan las células de los axolotl para regenerar sus miembros

Aquí el análisis crucial es el del ARN. El ADN no aporta información valiosa: esencialmente es el mismo en cada célula, lo importante es cómo se lee el código en forma de ARN en cada momento y lugar. Eso es lo que permite estudiar cómo, a partir de una única célula, se forma un animal con todos sus órganos y tejidos, tan diferentes entre sí pero tan iguales en su genética inicial. Cómo somos lo que somos.

Así lo han hecho otros grupos de investigación en 2018 con peces y ranas, viendo cómo se encienden y apagan los genes en cada célula durante su desarrollo. Y así han conseguido seguir el desarrollo del cerebro y la médula espinal de un ratón hasta el día once tras su nacimiento, identificando en el camino más de cien tipos de células diferentes.

“Son estudios muy bonitos”, reconoce Heyn. “Permiten ver cosas que antes no podíamos ver y seguir el crecimiento sin hipótesis previas: cómo una célula se divide y empieza a hacer cosas diferentes en cada división”. Sin embargo, “esa es solo una pequeña parte de las posibilidades que ofrece”. Heyn se refiere a la posibilidad de trazar todo un atlas humano y a sus posibles aplicaciones en la medicina.

Axolotl

Axolotl, el anfibio que intrigaba a Cortázar y que es capaz de autorregenerarse. / Research Institute of Molecular Pathology

Un atlas celular que es una tabla periódica

Eric Lander lo explica así: “Si tuviéramos una tabla periódica de las células seríamos capaces de averiguar la composición de cualquier muestra”. Esa teórica tabla periódica que en su día revolucionó la química ha adoptado otra imagen, la de un atlas celular, y ha dado lugar a un proyecto que recoge la idea: el “Human Cell Atlas” (el Atlas Celular Humano).

Su objetivo es identificar cada célula del cuerpo, dónde se localiza y cómo actúa junto con el resto para formar los órganos y tejidos. Algo así como un Google Maps celular que sirva de referencia para “que luego podamos colocar las casas y los edificios encima”, visualiza Heyn, quien no duda de que será algo que “cambiará las reglas del juego, como en su día lo hizo el Proyecto Genoma”. La próxima reunión de la iniciativa tendrá lugar en octubre, en Barcelona.

Aunque es un consorcio voluntario y sin una financiación específica, ha contado con mecenas tan populares como Mark Zuckerberg, el fundador de Facebook, que “impulsó su inicio y colabora cofinanciando estudios concretos”.

Según los expertos, el Atlas Celular Humano cambiará las reglas del juego, como en su día lo hizo el Proyecto Genoma

El grupo de Heyn participa de dos maneras: es el responsable del control de calidad del proyecto y está encargado de estudiar todos los tipos de linfocitos B —las células que fabrican los anticuerpos— que existen en el cuerpo humano. “Queremos ver cómo se desarrollan y activan en cada lugar, cómo funcionan y cómo cambian mientras viajan por el cuerpo”.

Antes se pensaba que había 500 tipos de células diferentes, ahora se dice que hay al menos diez veces más. “Pero los números bailan mucho y seguramente sean aún mayores”, reconoce Heyn. “La clave está en pensar que las células son increíblemente plásticas, que hay muchísima más variedad de la que hasta hace nada podíamos estudiar”.

En apenas dos años de vida, el proyecto ya ha producido avances: ha servido para identificar un nuevo tipo de neuronas, a las que han llamado ‘rosa mosqueta’ y que por el momento parecen exclusivas de los humanos; ha permitido establecer un mapa de las células de la barrera placentaria y descubrir aquellas que modulan la respuesta de las defensas e impiden su rechazo; han hallado, incluso, un nuevo tipo de célula pulmonar que parece involucrada en la fibrosis quística, una enfermedad hereditaria potencialmente mortal.

Una vez delimitada la función de una célula, cuando esa función falle en el organismo sabremos quién es la responsable, qué célula hay que estudiar. El proyecto LifeTime propone enfocar este tipo de técnicas al estudio de la enfermedad. La iniciativa aspira a conseguir —y ha llegado a la fase final de evaluación— una financiación de 1.000 millones de euros de la Comisión Europea como proyecto Flagship (igual que lo fueron el Proyecto Grafeno o el del Cerebro Humano).

Una de las enfermedades donde más darán que hablar las nuevas herramientas es el cáncer. Si estas técnicas tienen sentido “allí donde haya heterogeneidad”, como subraya Heyn, el cáncer es el perfecto candidato.

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El alemán Holger Heyn es el responsable del equipo de Genómica de Célula Única en el CNAG. / CNAG

En la salud y en la enfermedad

Un tumor es, en esencia, una máquina evolutiva. Acumula cambios y mutaciones de forma desenfrenada. Pero los cambios pueden ser diferentes en unas células u otras. Algunas pueden dar lugar a metástasis, otras son capaces de resistir a los tratamientos y regenerar el tumor y las de más allá se limitan a crecer sin aparente control. Si las células sanas comparten en esencia un mismo ADN, las de un tumor pueden ser primas muy lejanas.

La heterogeneidad y la capacidad evolutiva del cáncer son uno de los grandes retos de la medicina y, seguramente, el gran obstáculo de la nueva medicina de precisión. El que algunas células adquieran nuevas mutaciones clave —o que unas pocas sean capaces de resistir el tratamiento escogido— hace que la eficacia de las terapias sea, generalmente, solo temporal. Las técnicas de análisis célula a célula pueden servir para conocer mejor la biología del cáncer y, con ello, superar parte de estos obstáculos.

El análisis ya ha dado lugar a un posible tratamiento para prevenir el retinoblastoma, un cáncer hereditario

“Antes teníamos que deducir esa evolución, ahora puedes ver directamente el árbol que construye”, explica Heyn. Las aplicaciones —aunque incipientes y no exentas de dificultades— son notables. Por ejemplo: los grandes proyectos de medicina de precisión se están basando en dar tratamientos si encuentran una determinada mutación en el tumor, pero no tienen en cuenta la cantidad de células que la contienen y, sobre todo, no pueden saber qué tipo de células son y cuál es su función. Así no solo es más difícil predecir su eficacia, también lo es evitar las recaídas de la enfermedad.

Otro ejemplo: no se conoce el tipo de células que dan origen a muchos tumores. En el caso del retinoblastoma, un cáncer hereditario, este análisis ha permitido identificar la pequeña población de células de la retina que lo inicia. Al aislarlas y estudiar su metabolismo, los investigadores han propuesto un tratamiento para prevenirlo. “Como los efectos se producen solo en estas células, no podíamos verlos cuando analizábamos el tejido completo del ojo”, explican.

Por qué somos como somos

Los potentes programas informáticos de estos análisis contribuirán también al desarrollo de la biopsia líquida, la posibilidad de detectar o seguir la evolución de un tumor a través de su rastro en la sangre. Y la tecnología ya se está empleando para estudiar con detalle la respuesta de nuestras defensas y qué tipo concreto de células actúan en la tan prometedora inmunoterapia contra el cáncer. Conocerlas es un paso clave para conseguir mejorarla.

“Podemos ver aquello que ni siquiera sabíamos que existía”, afirma Heyn

“Otras enfermedades que pueden beneficiarse de estas técnicas son las autoinmunes —afirma Heyn— porque todavía no sabemos qué tipo de células son las que producen los ataques”. Entre ellas están enfermedades inflamatorias como la de Crohn, el lupus o la esclerosis múltiple. “Y también servirá para saber en el alzhéimer qué tipo de células mueren en cada etapa”.

La visita termina con una declaración entusiasta en la que, sin embargo, es difícil encontrar impostación: “Estas técnicas nos permiten ver aquello que ni siquiera sabíamos que existía”, afirma Heyn. “Nos van a ayudar a estudiar la complejidad de la vida, a saber cómo estamos construidos. Y, una vez tengamos un atlas, podremos compararlo con aquello que falla, en nosotros y entre nosotros”.

¿Eran o no eran emocionantes los bloques de la sala inicial?

Zona geográfica: Internacional
Fuente: SINC

Jesús Méndez

Escritor, periodista científico, exinvestigador de la epigenética del cáncer y médico de formación. Colabora con Sinc escribiendo sobre lo que sabe (más o menos).

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Publicado en 1º Bachiller, Anatomía Aplicada, El sistema inmunitario y las vacunas, Recursos

Así se propaga la resistencia a los antibióticos en el medioambiente

Los antibióticos están dejando de ser efectivos

Actualmente nos encontramos al borde de una crisis global porque los antibióticos están dejando de ser efectivos, poniendo así en riesgo una gran parte del desarrollo alcanzado por la medicina moderna.

De hecho, más del 70% de las bacterias patógenas que causan infecciones hospitalarias son resistentes a múltiples antibióticos, lo que hace que el tratamiento de tales infecciones sea altamente problemático. Además, se estima que en 2050, 10 millones de vidas humanas estarán en riesgo anualmente debido al aumento de la resistencia a los antibióticos si las soluciones no se encuentran a tiempo.

Los antibióticos son sustancias químicas que causan la muerte de las bacterias o, en su defecto, inhiben su crecimiento. Estas sustancias son producidas de forma natural por bacterias y hongos, principalmente por los que viven en el suelo.

En la naturaleza, los antibióticos cumplen diversos papeles ecológicos. Los microorganismos que los producen los utilizan como armas químicas para competir entre ellos y como moléculas de señalización para comunicarse químicamente y promover la coordinación entre diferentes individuos.

Desde mediados del siglo XX, estos compuestos se emplean, además, en medicina y veterinaria como herramienta terapéutica para el tratamiento de infecciones bacterianas. Junto con las vacunas, son uno de los desarrollos médicos que más ha contribuido a nuestra supervivencia y calidad de vida.

Por desgracia, en las últimas décadas su eficacia ha disminuido como consecuencia de su mala utilización y abuso. Ambas prácticas han provocado una creciente emergencia y diseminación de genes de resistencia a antibióticos o ARG (del inglés, antibiotic resistance genes) y, de forma concomitante, la aparición de bacterias resistentes a dichos antibióticos (las ARB).

Es importante enfatizar que, cuando suministramos un antibiótico para uso médico o veterinario, este solo se metaboliza parcialmente y, en consecuencia, gran parte del antibiótico administrado se excreta a través de la orina y las heces.

Así, los antibióticos y los productos de su degradación acaban en las plantas de depuración de aguas residuales urbanas, para posteriormente ser vertidos al medio ambiente a través del efluente de estas instalaciones. La aplicación de lodos de depuradora y enmiendas orgánicas de origen animal (como el estiércol y los purines) a suelos agrícolas también contribuye a la presencia de antibióticos, ARG y ARB en el entorno.

Una característica transmisible

Los genes de resistencia a antibióticos han permitido la convivencia ancestral entre antibióticos y bacterias, posibilitando que estas puedan sobrevivir en su presencia. Estos fragmentos de ADN se pueden transferir entre bacterias por dos vías bien diferenciadas:

  • Por una parte, mediante la transferencia de material genético desde bacterias parentales a bacterias hijas, en un proceso que se denomina transferencia vertical de genes.
  • Por otra parte, la transferencia horizontal de genes se produce cuando dos bacterias no emparentadas se transfieren material genético. Una de las mayores ventajas evolutivas de la transferencia horizontal es la adquisición rápida y eficaz, por parte de las bacterias receptoras, de genes que les permiten sobrevivir en ambientes hostiles.

La transferencia horizontal de genes entre bacterias puede darse, a su vez, mediante tres mecanismos.

  • En el proceso denominado transformación, las bacterias toman ADN directamente del medio que les rodea, incorporando así nuevos genes.
  • Los bacteriófagos o fagos (virus que infectan bacterias) pueden vehiculizar fragmentos del cromosoma bacteriano, incluyendo ARG, cuando durante la fase lítica pasan de una bacteria a otra. A este fenómeno se le denomina transducción.
  • A través de la conjugación, un plásmido conjugativo —molécula circular de ADN que contiene ARG y los genes que permiten su propagación— es transferido de una bacteria a otra mediante un proceso que requiere contacto directo entre ambas.

En este último caso, la bacteria receptora no sólo adquiere los ARG, sino que recibe todo el plásmido que los alberga. Esto le permite transferir ARG a otras bacterias, contribuyendo activamente a la diseminación de la resistencia a antibióticos entre bacterias.

Un problema de escala global

Los antibióticos liberados en el agua y los suelos ejercen una presión selectiva sobre las bacterias ambientales —las obliga a adquirir ARG para poder sobrevivir—, promoviendo la diseminación de genes de resistencia a antibióticos y con ello la proliferación de bacterias resistentes. Estos microorganismos pueden, a su vez, transmitir los ARG a través de plásmidos conjugativos u otros elementos genéticos móviles a otras bacterias, incluidas bacterias patógenas humanas.

Como consecuencia, cada vez son más frecuentes las infecciones por bacterias resistentes a antibióticos o peor, por bacterias multirresistentes (bacterias patógenas que han adquirido varios genes de resistencia).

Así se propaga la resistencia a los antibióticos en el medioambiente
Itziar Alkorta, Author provided (No reuse)

Desde la Universidad del País Vasco, junto con otros dos centros de investigación de la Comunidad Autónoma Vasca (Neiker y BC3 Basque Centre for Climate Change) hemos lanzado la iniciativa Joint Research Lab on Environmental Antibiotic Resistance para estudiar, monitorizar y desarrollar estrategias de actuación frente a este creciente problema.

Alcanzar una solución requiere de un enfoque multidisciplinar, que involucre, entre otros, a profesionales clínicos y del sector agroganadero, así como a expertos en evolución y medioambiente.

Muy probablemente, será necesaria la combinación de diferentes estrategias terapéuticas como la racionalización del uso de los antibióticos, la búsqueda de nuevos antibióticos y otras moléculas con capacidad antimicrobiana, el empleo de virus como alternativa a los antibióticos, el desarrollo de inhibidores de la conjugación y el trasplante de comunidades bacterianas que puedan competir con los patógenos.

Itziar Alkorta Calvo, Profesora del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular del Instituto Biofisika, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea y Carlos Garbisu, Jefe del Departamento de Conservación de Recursos Naturales

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

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El cromosoma Y es enteramente prescindibleElizabeth Blackburn: “La pobreza acorta los telómeros”

Una científica de Hawai crea machos de ratón sin un solo gen del cromosoma masculino

Los ratones tienen el mismo sistema de diferenciación sexual que las personas: dos cromosomas X (abreviado XX) determinan una hembra; un cromosoma X y uno Y (abreviado XY) determinan un macho. El cromosoma Y es mucho más pequeño que el X, pero aun así tiene más de 50 millones de bases (las letras del ADN, gatacca…) y centenares de genes (458 genes en nuestra especie). De ahí la sorpresa que supone que todo él sea enteramente prescindible, como acaba de demostrar una genetista de Hawai.

El adverbio “enteramente” necesita una pequeña precisión, sin embargo. Los ratones macho que ha construido Monika Ward, del Instituto de Investigación en Biogénesis de la Universidad de Hawai, en Honolulu, no podrían reproducirse en la naturaleza. Pero la razón es, simplemente, que la naturaleza no dispone de clínicas de reproducción asistida para ratones. Los machos de Ward son perfectamente viables y producen células sexuales masculinas, pero necesitan que alguien se las inyecte a los óvulos de una hembra.

Los machos de Ward son perfectamente viables y producen células sexuales masculinas, pero necesitan que alguien se las inyecte a los óvulos de una hembra

De modo que no es exacto decir que el cromosoma Y no sirva para nada: sirve para ahorrarse los 3.000 pavos de la clínica de fertilidad. Para eso hemos quedado los machos en estos tiempos melancólicos. Ward y sus colegas de Honolulu, Manoa y Marsella presentan los resultados en Science.

De los centenares de genes del cromosoma masculino, solo dos son estrictamente necesarios para producir machos viables y fértiles (con la ayuda mencionada de la jeringuilla). Fue la propia Ward quien demostró esto hace dos años. Pero sus nuevos ratones no es ya que tengan un cromosoma Y con todos sus genes inactivados menos esos dos: es que carecen por completo del cromosoma Y. Su constitución genética no es XY, sino X0 (leído equis-cero), como se dice en la jerga.

El truco es el siguiente. Los dos genes importantes del cromosoma Y se llaman, de forma apasionante, Sry y Eif2s3y. El primero determina el desarrollo de los testículos en el embrión, y el segundo hace que proliferen las células precursoras de los espermatozoides. Pero estos dos genes no son una invención novedosa e irrepetible de los machos. Más bien son dos miembros de dos familias génicas que tienen varios representantes en el genoma, y algunos bien parecidos.

Basta aumentar la actividad del gen similar del cromosoma X para que se dispare la actividad de proliferación de los precursores de los espermatozoides

Lo que hace normalmente Sry es activar a otro miembro de su familia (Sox9) que vive en el cromosoma 11, y es éste el que después se encarga de todo lo demás (hacer los testículos). Ward y sus colegas han manipulado el gen Sox9 para que se active por sí mismo, sin necesidad de que se lo diga Sry. Y solo con eso ya no hace falta Sry.

Con Eif2s3y, la situación es aún más humillante para el sexo masculino. Porque el gen que ha elegido Ward para sustituirle está nada menos que ¡en el cromosoma X! En este caso, se trata de una mera cuestión de dosis. Basta aumentar la actividad del gen similar del cromosoma X para que se dispare la actividad de proliferación de los precursores de los espermatozoides.

“Son buenas noticias”, dice Ward. “Indican que hay estrategias de reserva en el genoma, que normalmente están silentes, pero son capaces de tomar el relevo en ciertas circunstancias”. Es una forma de verlo.

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Elizabeth Blackburn: “La pobreza acorta los telómeros”

La Nobel de Medicina investiga la conexión entre la longevidad, las enfermedades y las estructuras que protegen los cromosomas

Elizabeth Blackburn: “La pobreza acorta los telómeros”

Hay almejas que viven más de 500 años y tiburones antárticos que sobrepasan los 400. En cuanto a los humanos, la persona más longeva conocida fue la francesa Jeanne Calment, que vivió 122, aunque técnicamente se desconoce si hay algún límite de edad para los humanos. Si se le pregunta a la científica Elizabeth Blackburn (Australia, 1948) responderá que puede haber pistas en los telómeros, unas fundas protectoras de los cromosomas que se suelen comparar a las que hay en la punta de los cordones para impedir que se deshilachen.

La longitud de los telómeros está relacionada con el número de veces que una célula se podrá dividir para tener hijas. Hay un mecanismo natural por el que una enzima llamada telomerasa reconstruye los telómeros que se han acortado demasiado. Blackburn ganó el Nobel de Medicina en 2009 por codescubrir estas estructuras y la proteína que los protege. Desde entonces, estudios con humanos han demostrado una conexión entre los telómeros cortos y enfermedades crónicas y también con otras agresiones como el estrés; por ejemplo, hay madres que se tienen que hacer cargo de hijos enfermos y tienen telómeros más cortos que las de hijos sanos.

Blackburn también es famosa por haber llevado la contraria al expresidente de EE UU George Bush. En 2004 no fue renovada como miembro del consejo de asesores en bioética, según ella por oponerse a la postura del presidente a la investigación con células madre, de la que ella fue acérrima defensora.

En 2017 vivió otro pequeño terremoto ajeno a la ciencia cuando tres científicas del prestigioso Instituto Salk de California (EE UU), del que era presidenta, denunciaron a la institución por el acoso que sentían por parte de algunos hombres. Poco después la científica anunció su dimisión del cargo, que se hizo efectiva el verano pasado.

De visita en Madrid para participar en una gala de mujeres y ciencia organizada por el CNIO (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas) y por la iniciativa Constantes y Vitales, la bióloga molecular habla de telómeros y aborda la cuestión del acoso.

Para la mayoría de la gente acelerar el mecanismo de regeneración natural de los telómeros conlleva riesgos

Pregunta. ¿Qué se ha demostrado científicamente  sobre la relación entre los telómeros, la salud y la longevidad?

Respuesta. Hemos demostrado que cuando los telómeros se desgastan y acortan aumenta la probabilidad de sufrir alguna de las enfermedades crónicas relacionadas con el envejecimiento. Sabemos también que la velocidad con la que se degradan varía mucho de persona a persona, por lo que intentamos estudiar desde un punto de vista estadístico cuáles son los factores que les afectan. Es interesante porque aunque los genes juegan un papel, son los factores externos y los hábitos de vida los que hacen más contribución. Básicamente reduces esos impactos haciendo caso de lo que te decían tus padres: duerme bien, come bien, ten una buena actitud, no fumes, no bebas demasiado, come una dieta mediterránea y haz ejercicio. El estrés crónico debido a situaciones sociales como una situación económica mala, la pobreza, acorta los telómeros. Tenemos que empezar a pensar en nuevas políticas sociales en términos de cuánto afectan a los telómeros. Si miras a un nivel de poblaciones generales ves efectos cuantificables y los políticos que toman las decisiones podrían cambiar mucho de esos factores.

P. Usted creó una empresa que mide la longitud de los telómeros. ¿Aconseja a la población general que lo hagan?

Si las mujeres sienten que no pueden ser científicos de pleno derecho estás desperdiciando un talento enorme, es ridículo

R. No, no lo necesitan. Como individuos esta información no tiene tanto valor. Por ejemplo, recordemos el caso del tabaco. ¿De dónde venía la información que demostró que era malo para la salud? De estudios de población que demostraban que los fumadores tenían más cáncer de pulmón. Sabemos que fumar es una mala idea desde el punto de vista social y también individual, pero no porque tengamos una biopsia de pulmón para saberlo.

P. ¿Tiene sentido desarrollar fármacos para alargar los telómeros?

R. Por ahora no existe ni un solo medicamento que haya demostrado ser efectivo ni seguro. Puede que veamos anuncios en Internet, pero nada de eso se ha validado clínicamente para la población general. Hay enfermedades genéticas muy raras en las que un niño hereda una mutación que acorta dramáticamente sus telómeros y los desgasta muy rápido. Tal vez en esos casos una droga podría ser indicada, pero no antes de demostrar su seguridad. Para la mayoría de la gente acelerar el mecanismo de regeneración natural de los telómeros conlleva riesgos. Se sabe que las células del cáncer intentan regenerar sus telómeros para progresar. Si les das un poco de ayuda, aumentas los riesgos de que sufras algunos tipos de cáncer.

P. Un estudio de la Academia de Ciencias de EE UU dice que entre estudiantes y profesoras entorno al 40% de las mujeres de ciencia siente que han sufrido algún tipo de acoso.

R. Este es un problema generalizado, cultural, que no se limita a la ciencia. Hay cursos muy interesantes que cualquiera puede hacer para darse cuenta de sus sesgos inconscientes y cómo reconocerlos, tanto hombres como mujeres. Es un problema enorme, pero podemos empezar a reducirlo con leyes, con políticas en centros de investigación y empresas, pero al final la solución debe venir de que todos nos demos cuenta de nuestros prejuicios. Es una transición que necesita trabajo continuo. Si las mujeres sienten que no pueden ser científicos de pleno derecho desperdiciamos un talento enorme, es ridículo.

El problema más candente que afrontamos es solucionar los problemas de salud y en bienestar que causa el cambio climático

P. ¿Apoyó lo suficiente a las tres compañeras del Salk que denunciaron acoso?

R. Las apoyé mucho. He ofrecido todo mi apoyo a todas las mujeres del Salk. Tengo una historia. Yo implementé una nueva estrategia en el Salk para aumentar la transparencia, hice solicitudes abiertas, etc. Ya está hecho ese trabajo y el plan estará vigente cinco años, así que después de esto he decidido retirarme. Cumplo 70 años este año y no quiero ser uno de esos viejos que se agarran a su puesto. Ahora me interesa pensar en cómo usar la ciencia para influir en las grandes políticas.
como investigadora y esto sucedió al final de mi carrera.

P.  ¿Sería asesora del presidente Trump? ¿Cuál son las cuestiones actuales más candentes en bioética?

R. No, no lo haría aunque existiese un comité asesor de bioética para Trump. Creo que el desafío más candente será afrontar y solucionar los problemas de salud y en bienestar que causa el cambio climático.

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Documentados 17 casos inéditos de herencia de ADN mitocondrial paterno

Un nuevo estudio desbarata un dogma de la biología al encontrar transmisión genética de este orgánulo celular por vía masculina

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Los científicos ahora estiman que uno de cada 5000 bebés podría heredar mitocondrias de su padre. Unsplash

Cuando los padres de un niño de cuatro años lo llevaron al Hospital Infantil de Cincinnati, Ohio (EE UU) por su fatiga y debilidad muscular, nadie esperaba que su caso fuera a desatar una investigación científica que reescribirá los libros de texto. Eso es justamente lo que ha ocurrido: en un estudio publicado la semana pasada en la revista PNAS, los médicos describen cómo encontraron en el niño ADN mitocondrial heredado por vía paterna, algo que hasta ahora se creía imposible.

La transmisión de mitocondrias por parte del padre solo se ha observado, de manera excepcional, en un grupo muy reducido de animales, que incluye las ovejas, los ratones y las moscas del vinagre. Descubrirlo en personas echa por tierra un dogma de la genética y tiene implicaciones para el estudio de la evolución humana y para el diagnóstico y tratamiento de ciertas enfermedades. En análisis sucesivos los médicos observaron el mismo fenómeno en nueve familiares del chico, además de otras siete personas ajenas a la familia.

Inicialmente, el pediatra y genetista Taosheng Huang, que es el autor principal del estudio, sospechó que el pequeño podría tener una enfermedad mitocondrial. Las mitocondrias, los orgánulos encargados de dar energía a las células, portan un complemento propio de ADN, diferente al que se guarda en el núcleo celular. Ciertas mutaciones en alguno de los 37 genes mitocondriales, heredados en casi todos los animales exclusivamente por vía materna, producen enfermedades raras. Gracias a la secuenciación de su genoma, los médicos observaron que el niño no tenía ninguna mutación conocida de enfermedad mitocondrial, pero había diferencias entre el ADN de algunas de sus mitocondrias y las demás. Incrédulo, Huang pidió que se repitiera la muestra genética y envió parte de ella a dos laboratorios independientes para que la analizaran.

Los resultados no dejaron lugar a dudas: sus células portaban dos tipos de mitocondrias con genomas diferentes. El motivo, destapado tras examinar a toda la familia, es que su madre había heredado algunas mitocondrias paternas, además de las habituales por línea femenina. Solamente un caso estudiado por investigadores daneses en 2002 —verificado en Estados Unidos dos años más tarde— había documentado herencia mitocondrial paterna en una persona. Desde entonces no se había vuelto a observar el fenómeno, por lo que muchos pensaban que hubo un error en el análisis original.

Cuando un espermatozoide fecunda un óvulo, normalmente se activan mecanismos moleculares para destruir todas las mitocondrias masculinas. Se cree que esto puede ser una adaptación evolutiva para facilitar la coordinación entre el genoma mitocondrial y el nuclear. Otra teoría postula que la herencia exclusivamente materna ofrece protección contra el ritmo elevado de mutaciones que se da en el ADN mitocondrial de los espermatozoides. En cualquier caso, el embrión normalmente crece solo con mitocondrias de la madre.

Huang y su equipo creen que los casos de herencia mitocondrial biparental se deben a la mutación de un gen en el núcleo, no en las mitocondrias. Desde el genoma nuclear se coordina el proceso de destrucción de los componentes celulares que sobran una vez completada la fecundación. Según contó al canal estadounidense Nova la bióloga del desarrollo Florence Marlow, de la Escuela de Medicina de Icahn en el Monte Sinaí de Nueva York, un fallo en este proceso puede permitir la supervivencia de las mitocondrias masculinas que se infiltran en el óvulo. El cigoto acaba con mitocondrias genéticamente distintas, una por cada progenitor, y estas proliferan en las divisiones celulares posteriores. Los autores del estudio estiman que uno de cada 5.000 bebés podría heredar ADN mitocondrial paterno de esta forma.

La herencia de ADN mitocondrial paterno podría afectar al conocimiento científico sobre la evolución humana y al tratamiento de ciertas enfermedades genéticas

Si es así, los descubrimientos podrían afectar al conocimiento científico sobre la evolución humana. Dado que el ADN mitocondrial de una madre en principio nunca se recombina con el del padre, constituye un certificado de identidad genética estable para cada línea materna de la genealogía humana. Al identificar dos poblaciones humanas con genomas mitocondriales parecidos en distintos puntos del planeta, se puede inferir que tuvieron un ancestro femenino común, y se puede calcular aproximadamente hace cuánto, conocido el ritmo al que se acumulan nuevas mutaciones en el ADN mitocondrial.

Estos cálculos se basan en la suposición —ahora demostrada incorrecta— de que los hombres nunca pasan mitocondrias de los espermatozoides a sus hijos. Queda por determinar si los casos excepcionales de herencia biparental afectarán a la eficacia de las técnicas de estudio genealógico, aunque los autores afirman que estos casos “no parecen haber dejado una marca detectable en el registro genético de la humanidad”.

Por otra parte, el hallazgo abre nuevas posibilidades médicas. “Dada la implantación cada vez más amplia de las metodologías de secuenciación genómica en el ámbito clínico, los laboratorios clínicos que analicen ADN mitocondrial deben prestar atención a los datos de secuenciación para detectar esta rara, aunque posible, herencia biparental”, dice Miguel Ángel Martín, investigador clínico de enfermedades mitocondriales en el hospital 12 de Octubre de Madrid.

Actualmente, las mujeres con enfermedades mitocondriales tienen la posibilidad en algunos países de gestar bebés sanos con la técnica de los “tres padres genéticos”, gracias a una donante de mitocondrias. Si se descubren los genes nucleares que regulan la herencia mitocondrial, en un futuro se podría inducir la transmisión de las mitocondrias paternas para prescindir de la donante. Además, dice Martín, “si se encontrara ese factor o gen responsable nuclear, es predecible que las posibilidades de tratamiento y asesoramiento genético serían similares a las existentes para otras enfermedades genéticas”.

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El enigma del origen de la célula moderna

Científicos de Barcelona aclaran uno de los momentos cruciales en la evolución de la vida

Oculta en lo más profundo de cada una de nuestras células, disfrazada como uno más de sus departamentos de gestión e integrada hasta la médula en su lógica metabólica, habita una primitiva bacteria que nadó libre por los océanos del eón Arcaico, hace 2.500 millones de años. Hoy la llamamos mitocondria, y lo que queda de su genoma –el ADN mitocondrial— sirve a menudo para identificar a los criminales y a sus víctimas. Entender cómo aquella bacteria libre se convirtió en nuestra mitocondria es entender el origen de la célula moderna, y el episodio más importante de la evolución desde el inicio de la vida.

Alexandros Pittis y Toni Gabaldón, del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG), han husmeado ahora en la noche de los tiempos, remontándose hasta los orígenes de la célula moderna –la célula eucariota, de la que estamos hechos todos los animales, los hongos y las plantas— con los métodos actuales de la biología evolutiva, unos sofisticados algoritmos que comparan los genomas para deducir los árboles genealógicos de sus portadores. Los resultados, que presentan en la revista Nature, son fáciles de resumir: las mitocondrias llegaron tarde a nuestras células. Para entenderlos, sin embargo, tenemos que retrasar el reloj 2.500 millones de años, hasta el suceso esencial de la historia de la vida en la Tierra.

Nuestro planeta tiene 4.500 millones de años, un tercio de la edad del universo, y los primeros microbios (células procariotas, en la jerga, que incluyen bacterias y arqueas) no tardaron mucho en aparecer: hay evidencias fósiles de hace 3.500 millones de años, y el planeta era probablemente un infierno en la etapa anterior. Pese a ello, la gran invención evolutiva de la historia de la vida, la célula eucariota, solo surgió hace 2.000 o 2.500 millones de años.

Entender cómo aquella bacteria libre se convirtió en nuestra mitocondria es entender el origen de la célula moderna, y el episodio más importante de la evolución desde el inicio de la vida

La célula eucariota es un autómata biológico mucho más avanzado que las bacterias y arqueas que la precedieron. Tiene el genoma organizado en cromosomas de compleja estructura y confinado en un núcleo, que le da el nombre “eucariota” (las bacterias y arqueas tienen el ADN suelto, sin un núcleo, y por eso se llaman procariotas). Además, tienen un sofisticado andamiaje, o citoesqueleto, que permite a nuestras neuronas, por ejemplo, formar sus largos axones y dendritas. Y tiene orgánulos (pequeños órganos), como las mitocondrias, que producen y gestionan la energía celular.

Los evolucionistas saben hoy que las mitocondrias provienen de antiguas bacterias, y que nuestro genoma contiene genes de bacterias y de arqueas. La teoría dominante, de hecho, es que la célula eucariota se originó por la fusión de una arquea y una bacteria, y que la mayor parte de los genes de la bacteria se asociaron a los de la arquea para formar el núcleo. Pittis y Gabaldón ha mostrado que no es así.

“Hay teorías para todos los gustos”, dice Gabaldón, “y algunas son muy bonitas, como la de que el núcleo surgió como un mecanismo de defensa contra las mitocondrias”. Pero no son más que teorías, advierte. Los dos científicos del CRG han buscado datos firmes, y han podido refutar la teoría dominante.

“Los genes de las proteínas mitocondriales tienen las ramas más cortas, en los árboles filogenéticos, que los que hace las proteínas del núcleo y de otras estructuras celulares”, dice Gabaldón. “Y el núcleo ya era una combinación de genes de bacterias y arqueas antes de la llegada de las alfa-proteobacterias, las bacterias precursoras de las mitocondrias”. El origen de la célula moderna no fue, por tanto, un suceso único de simbiosis, sino una simbiosis serial.

Hay teorías para todos los gustos, y algunas son muy bonitas, como la de que el núcleo surgió como un mecanismo de defensa contra las mitocondrias

Las proteínas más viejas de la célula eucariota provienen sobre todo de arqueas, según los datos de los investigadores de Barcelona. Se ocupan de las funciones autoalusivas de nuestras células: la replicación del genoma, su transcripción (o copia a ARN, una molécula similar al ADN, pero con una sola hilera de letras en vez de dos) y la traducción de éste al lenguaje de las proteínas, que son las nanomáquinas que ejecutan todas las funciones celulares.

Las proteínas de edad intermedia son de origen bacteriano, pero no de las alfa-proteobacterias que originaron las mitocondrias, sino de otros grupos de bacterias muy distintos. Curiosamente, estas proteínas están hoy, sobre todo, en los sistemas de membranas intracelulares (retículo endoplásmico y aparato de Golgi, llamado así por el gran rival de Ramón y Cajal).

Como toda buena investigación, la de Pittis y Gabaldón plantea más preguntas que respuestas. Una de las mejores es: ¿de qué bacteria salieron esos sistemas membranosos, junto a los genes para fabricar sus proteínas? Gabaldón se muestra cauto: ha visto caer demasiadas teorías bonitas en los últimos 20 años.

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Un fósil millones de años dentro de nuestras células

Nuestro metabolismo ya existía hace 3.000 millones de años, antes que nuestros genes

Recreación de la Tierra durante el eón Arcaico Ampliar foto
Recreación de la Tierra durante el eón Arcaico, en los albores de la vida, de 4.000 a 2.500 millones de años atrás. The Archean World / Peter Sawyer

Los estudiosos del origen de la vida se enfrentan a una paradoja circular (como la del huevo y la gallina) que, probablemente, puede considerarse el más profundo misterio de la biología evolutiva. Toda la vida que conocemos tiene un fundamento doble: la auto-replicación, o capacidad de un organismo para sacar copias de sí mismo, y el metabolismo, la cocina de la célula que fabrica continuamente sus componentes básicos. Hoy están vinculados de forma inextricable, pero ¿cuál surgió primero en la noche de los tiempos? ¿Y de qué servía el uno sin el otro?

Una investigación bioquímica que imita las condiciones de los sedimentos del eón Arcaico (en los albores de la vida en la Tierra, hace de 4.000 a 2.500 millones de años atrás) muestra que dos rutas metabólicas (cadenas de reacciones químicas, o la cocina de la célula) ya funcionaban entonces igual que ahora, dentro de cada una de nuestras células. Tanto en la era Arcaica como hoy mismo, esas rutas responden al entorno, encendiéndose o apagándose en respuesta a la acidez y a los niveles de hierro. Es un fuerte indicio de que el metabolismo es anterior a las enzimas (proteínas con actividad catalítica) que lo ejecutan hoy. Y también, proponen los autores, a los genes que contienen la información para fabricar esas enzimas.

Tanto en la era Arcaica como hoy mismo, las rutas metabólicas responden al entorno, encendiéndose o apagándose en respuesta a la acidez y a los niveles de hierro

Una de las implicaciones más extraordinarias del trabajo de Markus Keller y Markus Ralser, del Centro de Biología de Sistemas de la Universidad de Cambridge, y sus colegas, que se presenta en Science Advances, es que llevamos dentro de cada una de nuestras células un testigo de la Tierra primitiva, como un trozo del pasado remoto: un sistema complejo y autoconsistente que, posiblemente, empezó a funcionar antes de la invención de la primera bacteria del planeta. Más aún: una invención que fundamentó la evolución de la primera bacteria. Un invento tan brillante que 3.000 millones de años de evolución no han podido superar. Da vértigo. Casi da hasta asco.

La máquina del tiempo de Keller y Ralser se basa, de manera paradójica, en la tecnología biológica más avanzada, la metabolómica. Si la genómica es el estudio simultáneo de todos los genes, y la proteómica el de todas las proteínas. La metabolómica lo es de todos los metabolitos, las moléculas simples (como la glucosa, la ribosa o el oxalato) que le sirven a toda célula para cocinar todo el resto de sus componentes, como los carbohidratos, las grasas, las proteínas y los genes.

Una de las reacciones del metabolismo primitivo; a la izquierda, a bajo pH se forma ribosa, un componente de los genes; a la derecha, a alto pH se forma eritrosa, precursor de las proteínas. ampliar foto
Una de las reacciones del metabolismo primitivo; a la izquierda, a bajo pH se forma ribosa, un componente de los genes; a la derecha, a alto pH se forma eritrosa, precursor de las proteínas. MARKUS KELLER

Los científicos de Cambridge se han centrado en dos de las rutas esenciales de ese metabolismo central que ocupa el centro de la cocina celular de todas las especias vivas. Se trata de la glucolisis y el ciclo de las pentosas fosfato, dos cadenas de reacciones enzimáticas que han torturado a los estudiantes de biología durante el último siglo. Convierten los azúcares como la glucosa (la comida) en energía (la gasolina), y también aportan la materia prima para construir muchos otros componentes celulares.

La vida no podría haber surgido en el universo joven, poco después del Big Bang. Porque del Big Bang solo salieron los elementos más simples, el hidrógeno y el helio, y los sistemas biológicos necesitan átomos más pesados, como el carbono y el nitrógeno, y algunos mucho más pesados, como los metales que catalizan las reacciones esenciales. Entre estos últimos, el más importante durante el eón Arcaico en que evolucionó la vida primitiva era el hierro (concretamente el hierro ferroso, por oposición al hierro férrico, más conocido como óxido en el lenguaje común).

Los científicos de Cambridge se han centrado en la glucolisis y el ciclo de las pentosas fosfato, dos cadenas de reacciones enzimáticas que han torturado a los estudiantes de biología durante el último siglo

Y es a este hierro (ferroso) al que responden los ciclos metabólicos de los investigadores de Cambridge. El hierro cumplía en aquella noche de los tiempos la función que hoy tienen las enzimas metabólicas, las nanomáquinas de gran complejidad que catalizan hoy esas mismas reacciones. Pero que, como atavismo del pasado remoto, siguen conservando en sus centros activos, o núcleos lógicos, el mismo metal, y en el mismo estado de oxidación (ferroso) que entonces.

Hoy hace falta un gen para fabricar un catalizador (una enzima). Entonces solo hacía falta comerse el hierro del océano circundante. Sí, puede que la vida fuera más fácil en el pasado. Pero también era menos interesante.

Más aún, nuestros procesos metabólicos centrales, los que operan en nuestras neuronas para alimentarlas de energía y materiales de construcción, siguen revelando cierta capacidad de auto-sostenimiento que no depende de las enzimas codificadas por los genes, sino del mero hierro (ferroso) que las antecedió en ese papel.

No hemos cambiado tanto en los últimos 3.000 millones de años. Al menos no tanto como en los últimos 10.

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Publicado en 3º ESO, 3º op, Circulatorio y excretor, Función de nutrición: Anatomía y fisiología del aparato circulatorio, Recursos

Científicos convierten la sangre tipo A en el tipo O universal

UNAS BACTERIAS que viven en el intestino humano podrían salvar muchas vidas al transformar la sangre tipo A en sangre tipo O.

Steve Withers, profesor de bioquímica en la Universidad de Columbia Británica, hace unos días presentó su investigación más reciente durante una sesión de la Academia de Química Estadounidense. Su equipo de científicos descubrió que unas enzimas bacterianas alojadas en el intestino humano podrían ofrecer una opción terapéutica revolucionaria, reveló New Scientist.

Según explica la Cruz Roja de Estados Unidos, hay cuatro grupos sanguíneos: los tipos A, B, AB y O. Si bien los eritrocitos (las células rojas) de todos los grupos son muy parecidos, los diferentes azúcares (o antígenos) que se encuentran en la superficie de estas células determinan el tipo de sangre. Es decir, los eritrocitos de la sangre tipo A tienen antígenos A; los del tipo B poseen antígenos B; y los eritrocitos del tipo AB tienen tanto antígenos A como antígenos B. No obstante, los eritrocitos tipo O carecen de antígenos, lo cual hace que la sangre de este tipo sea compatible con los otros grupos, ya que no introduce antígenos distintos de los que hay en la sangre del receptor de una transfusión.

Por otra parte, también hay que considerar una proteína llamada factor Rh. Cuando dicho factor está presente, se dice que la persona tiene el tipo sanguíneo positivo o Rh positivo, mientras que su ausencia hace que la sangre sea de tipo negativo o Rh negativo. Es posible transfundir sangre Rh negativa a quienes tienen tipos sanguíneos positivo y negativo, y por eso la sangre tipo O negativo hace que el individuo que la posea sea un donador universal.

“Sabíamos que los mismos azúcares que se encuentran en nuestros eritrocitos se producen también en el recubrimiento de la pared intestinal”, dijo Withers a New Scientist. Por ello, su equipo empezó a estudiar las heces humanas en busca de enzimas que tuvieran la capacidad de eliminar los antígenos de los eritrocitos, pues es muy probable que esas enzimas actúen en los azúcares que se encuentran dentro del intestino.

Los científicos descubrieron que unas enzimas extraían azúcares de las mucinas, unas proteínas que secreta la pared intestinal y cuyos azúcares son muy similares a los antígenos de los eritrocitos. Cuando los investigadores añadieron las enzimas a la sangre tipo A negativo, estas digirieron los antígenos de los eritrocitos y transformaron la sangre en el tipo O negativo.

“Esta técnica podría ampliar la utilidad de los bancos de sangre actuales, porque es posible donar sangre tipo O a cualquier persona”, agregó Steve Withers, en entrevista con New Scientist. El método permitiría que quienes viven en áreas de pocos recursos —como las zonas rurales o las ciudades en guerra— transformen la sangre disponible en un tipo que pueda transfundirse a cualquiera.

Aunque se están utilizando métodos parecidos para transformar la sangre, esta técnica es 30 veces más rápida. Sin embargo, antes de aplicarla en ambientes clínicos, Withers y su equipo tienen que hacer más pruebas con las enzimas para asegurarse de que no haya consecuencias indeseables.

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