Publicado en 4º ESO, Genética, Información y manipulación genética, Nutrición, Recursos

Los científicos se rebelan contra la ley europea de transgénicos

Miles de investigadores exigen a la UE que elimine los obstáculos a la edición genética para crear frutas y verduras más nutritivas y resistentes al cambio climático

Las verduras del futuro crecen en un invernadero de Valencia. Hay tomates que no producen sustancias alérgicas y otros cuyos genes se han modificado para que el tomate vuelva a saber a tomate. En breve puede sumarse otra variedad capaz de aguantar olas de calor que en condiciones normales pueden arruinar cosechas enteras en el sur de España. El creador de este huerto experimental es el científico Antonio Granell. Como muchos otros investigadores europeos en su campo, este químico afronta con preocupación una realidad que no llega a digerir: es probable que ninguna de estas plantas se desarrollen en España, ni en cualquier otro país de Europa, pues la ley lo hace imposible en la práctica.

“No se puede impedir la llegada al mercado de estas nuevas variedades de plantas, como mucho lo que sucederá es que en Europa acabaremos importando estos productos desde fuera”, asegura Granell, que trabaja en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas. “En nuestros estudios con tomate hemos podido averiguar que el buen sabor depende de unos 100 genes y que sobre todo está relacionado con la producción de unos 20 compuestos volátiles. Cambiando la expresión de unos cinco genes podemos modular el tono del sabor del tomate y potenciarlo”, resalta.

Para lograrlo Granell utiliza la técnica de edición genética CRISPR, que desde su descubrimiento en 2012 ha cambiado para siempre la forma de hacer ciencia en la mayoría de laboratorios de biología de todo el mundo. La técnica permite editar el genoma de cualquier ser vivo con una precisión y facilidad sin precedentes. Gracias a ella se pueden identificar los genes responsables de producir los principales alérgenos que hacen que haya personas que no pueden probar el tomate, las fresas o los melocotones y eliminarlos. También es posible crear variedades de plantas que no dependen de las abejas y otros polinizadores para producir fruto, una ventaja debido al declive global de estos insectos. Estas técnicas también evitarían la pérdida de cosechas de trigo, maíz y otros cultivos en países en desarrollo ocasionadas por las sequías y las pestes gracias a cambios puntuales en su genoma realizados con CRISPR.

Hace unas semanas, científicos de 127 institutos de investigación de toda Europa que agrupan a unos 25.000 científicos exigieron a las autoridades de la UE un cambio urgente de la legislación sobre organismos modificados genéticamente (OMG), los transgénicos. En una carta abierta dirigida al Parlamento Europeo, la Comisión Europea y el Consejo, los científicos alertan de que la actual regulación deja a Europa fuera de juego ante la posibilidad de diseñar nuevas variedades vegetales usando CRISPR para crear “una agricultura sostenible” en el contexto del cambio climático con variedades resistentes a la sequía y que necesitan menos agua y pesticidas. “La capacidad de usar la edición genética es crucial para el bienestar y la seguridad alimentaria de los ciudadanos europeos”, clamaba el texto.

El científico del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas José Luis Rambla examina una cepa de tomates modificados con CRISPR para no producir alérgenos.
El científico del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas José Luis Rambla examina una cepa de tomates modificados con CRISPR para no producir alérgenos. IBMP

El año pasado, el Tribunal Europeo de Justicia equiparó las plantas modificadas con CRISPR con los transgénicos convencionales (OMG), una decisión no recurrible. Los transgénicos incluyen variedades vegetales desarrolladas hace más de dos décadas con técnicas más rudimentarias para incluir en su genoma ADN de otra especie. Por ejemplo, el maíz transgénico MON 810, el único autorizado para su cultivo en Europa, lleva un gen de la bacteria B. thuringiensis que le permite sintetizar una proteína tóxica para el taladro, una plaga. La sentencia del tribunal de la UE obliga a que las plantas modificadas con CRISPR, incluso las que no lleven ADN de otra especie, estén sometidas a las mismas reglas que los transgénicos. Esta normativa requiere un proceso de prueba que puede llevar hasta seis años y costar hasta 15 millones de euros, lo que en parte explica que en Europa solo se haya aprobado un cultivo de este tipo.

Los científicos denuncian que la sentencia del tribunal no se basa en argumentos científicos. La legislación de transgénicos, que data de 2001, “ya no refleja correctamente el estado actual del conocimiento científico”, alerta la carta enviada a la UE. Las plantas modificadas con CRISPR que no contienen genes de otras especies son igual o más seguras que las plantas obtenidas por las técnicas de mejora convencionales, argumentan. Una de estas técnicas consiste en aplicar productos químicos o radiación a las semillas para generar numerosas mutaciones en su ADN y quedarse con las que desarrollan mejor sabor, color u otra característica de interés. Estas plantas no son consideradas transgénicas, aunque potencialmente llevan muchas más mutaciones que las plantas modificadas con CRISPR, según reconoce un documento elaborado por el servicio de asesores científicos del Gobierno de la UE, que ha recomendado cambiar la ley del 2001.

Un invernadero en el Centro de Investigación de Agrigenómica, en Barcelona.
Un invernadero en el Centro de Investigación de Agrigenómica, en Barcelona. CRAG

“CRISPR es rápido [permite hacer en dos años lo que antes llevaba unos 12], barato y fácil de usar, por lo que puede democratizar la mejora de plantas. Si lo sometes a la misma legislación que los transgénicos, en la práctica vetas el acceso a esta tecnología, que solo será asequible para las grandes multinacionales”, resalta José Luis Riechmann, director del CRAG.

Esta situación está ocasionando absurdos como el que afronta Damiano Martignago. Este investigador participa en el proyecto Idrica, financiado con dos millones de euros por el Consejo Europeo de Investigación, la élite de la ciencia financiada con fondos públicos de la UE. Su objetivo es desarrollar sorgo resistente a la sequía. “Esta ley no nos permite experimentar con esta nueva variante en el campo, porque el coste de hacerlo se sale de nuestras posibilidades incluso contando con la financiación del ERC”, reconoce Martignago.

Si seguimos así Europa se convertirá en el museo de la agricultura primitiva”

El sorgo se usa en muchos países como pienso animal y esto lleva a otro de los absurdos ocasionados por la reciente sentencia judicial. Muchos países producen cereales transgénicos que se venden como pienso animal en la UE, con lo que probablemente cualquier europeo que haya comido carne ya ha comido transgénicos. Esto no supone ningún riesgo, pues tras 30 años de uso no se ha detectado ni un solo problema de salud asociado a estos productos.

La propia UE ha reconocido que en la práctica será imposible cumplir la ley de transgénicos, que obliga a identificar como tal a estos productos, pues en la práctica es imposible diferenciar, por ejemplo, un tomate convencional de otro editado con CRISPR.

Mientras, EE UU, China, Brasil, Argentina, Australia y otros países han decidido no considerar las plantas modificadas con CRISPR como transgénicos, lo que les da una ventaja. “Está claro que esta situación va a suponer un retroceso científico y comercial para Europa”, explica Francisco Barro, investigador del Instituto de Agricultura Sostenible (CSIC). Barro ha usado CRISPR para crear un trigo sin gluten. “Por ahora hemos conseguido reducir la toxicidad para celiacos en un 85% y esperamos conseguir llegar al 100% en un año”, explica Barro, que asegura que ya hay varias empresas de EE UU interesadas en las patentes de este cultivo.

Los firmantes de la carta confían en que la situación se pueda revertir. Dirk Inze, director científico del Centro de Biología de Sistemas de la Universidad de Gante y principal promotor de la iniciativa, dice que ya recibieron señales positivas del anterior equipo de la Comisión Europea y espera que el entrante pueda elaborar pronto legislación para que se apruebe en el Parlamento. “Estamos muy frustrados de tener una herramienta tan potente y no poder usarla”, reconoce.

En un discurso poco antes del final de su mandato, Vytenis Andriukaitis, comisario europeo Salud y Seguridad Alimentaria y ex cirujano cardiaco, dijo el 21 de junio: “Si seguimos así [Europa] se convertirá en el museo de la agricultura primitiva”.

“Ya hacemos toda nuestra investigación fuera de la UE”

Aún no ha llegado ningún vegetal modificado con CRISPR al mercado, pero los primeros podrían llegar en solo unos años, explica Esteban Alcalde, jefe de asuntos regulatorios de Syngenta, una de las mayores empresas de la industria agrícola que recientemente adquirida por una compañía China. “Todo el trabajo de investigación en edición genética que hacemos ya se hace fuera de la UE, en China y en EE UU”, reconoce. Asaja, la mayor organización de agricultores de España, también está a favor de estas prácticas “siempre y cuando lleven el aval de la Agencia Europea de los Alimentos”, explica Pedro Gallardo, vicepresidente de la organización. La normativa está restando competitividad a los productores europeos frente a países como Brasil o China, que está haciendo una gran apuesta por esta tecnología. “Este año en España se ha perdido el 38% del cultivo de cereal por la sequía y este problema va a ir a más con el cambio climático, necesitamos cultivos adaptados”, resalta. La única oposición a estas variantes viene de organizaciones minoritarias, como la Confédération Paysanne de Francia, que originó el litigio que ocasionó la sentencia del TJUE, a la que apoyan organizaciones ecologistas como Amigos de la Tierra o Greenpeace.

Leer en El País

Publicado en 3º op, Artículos científicos, Ciencia, Nutrición, Nutrición, Nutrición, Nutrición, alimentación y salud, Recursos

¿Es la anorexia nerviosa una enfermedad del metabolismo?

Un análisis genético, de miles de pacientes, sugiere que el origen de este trastorno de la alimentación no reside solo en la mente.

También te puede interesar

La anorexia nerviosa afecta entre el 1 y el 4 por ciento de la población mundial femenina, así como el 0,3 por ciento de la masculina. Hasta la fecha, esta compleja enfermedad se define como un trastorno psiquiátrico. Sin embargo, un estudio genético reciente, publicado por la revista Nature Genetics, sugiere que el metabolismo también desempeña un importante papel en el desarrollo de la enfermedad.

Hunna J. Watson de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, junto con más de 100 científicos de centros de investigación europeos, norteamericanos, australianos y asiáticos, realizó un estudio de asociación del genoma completo (GWAS, por sus siglas en inglés) e identificó 8 variantes genéticas relacionadas con la anorexia nerviosa.

El análisis GWAS comparó 16.992 casos de anorexia nerviosa con 55.525 sujetos sanos, de descendencia europea y 17 nacionalidades distintas. Este tipo de confrontación de datos procedentes de un elevado número de individuos permite hallar genes presuntamente asociados con características observables, como por ejemplo enfermedades.

De acuerdo con los resultados, las alteraciones genéticas identificadas  en la investigación también participan en otros desórdenes de conducta, como la depresión, la ansiedad, la esquizofrenia y el trastorno obsesivo compulsivo. Ello explicaría por qué algunos pacientes manifiestan la anorexia nerviosa junto con estas enfermedades psiquiátricas.

No obstante, la novedad del trabajo reside en otra coincidencia. Al parecer, la anorexia nerviosa compartiría características genéticas con la diabetes de tipo 2 o el metabolismo de las grasas. Asimismo, las regiones del genoma alteradas también influenciarían la actividad física. De hecho, la hiperactividad patológica constituye una de las manifestaciones clínicas de este trastorno de alimentación.

Hasta la fecha, cualquier cambio observado en el metabolismo de los pacientes se atribuía a la inanición ocasionada por la poca o nula ingesta de comida. Ahora, sin embargo, los autores postulan que las alteraciones metabólicas podrían constituir el origen, no la consecuencia, de la anorexia nerviosa. Asimismo, para los investigadores, la desregulación del metabolismo dificultaría a los pacientes recuperar el peso perdido, incluso después de someterse a tratamiento médico.

De confirmarse, el hallazgo no solo ofrecería nuevas vías para luchar contra la enfermedad, si no que también supondría una nueva definición de la anorexia nerviosa como un trastorno metabólico, además de psiquiátrico.

Marta Pulido Salgado

Referencia: «Genome-wide association study identifies eight risk loci and implicates metabo-psychiatric origins for anorexia nervosa», de H. J. Watson et al., en Nature Genetics, publicado el 15 de julio de 2019.

Leer en Investigación y ciencia

 

Publicado en Artículos científicos, Ciencia, Recursos

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”.

IMG_1715

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.

DSC_1242

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).

leer en agencia sinc

Publicado en Artículos científicos, Ciencia, Recursos

Preparados para ver cómo cambia la vida célula a célula

Visitamos el mayor laboratorio de ‘single cell’ en España

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”.

IMG_1715

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.

DSC_1242

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?

Leer en Agencia sinc
Publicado en Artículos científicos, Ciencia

Una máquina crea el genoma de un ser vivo artificial

Una máquina crea el genoma de un ser vivo artificial

Científicos del Instituto Tecnológico de Zurich han creado un algoritmo que abarata y hace más sencilla la síntesis química de genomas completos

Esto servirá para crear genomas con los genes indispensables para que microbios artificiales cumplan tareas concretas, como fabricar medicamentos, hormonas o degradar productos contaminantes

Leer en ABC

Publicado en Artículos científicos, Ciencia, Genética, Recursos

Muere el Nobel Sydney Brenner, el científico que revolucionó la biología con un gusano

El investigador sudafricano se considera uno de los más influyentes del siglo XX por sus trabajos en la regulación genética del desarrollo celular

Sydney Brenner nació en Sudáfrica en 1927 y ha muerto hoy, 92 años después, en Singapur. Durante la segunda mitad del siglo XX, fue protagonista de los hallazgos que revolucionaron la forma de entender el funcionamiento de los seres vivos; cómo convierten la información contenida en su ADN en los tejidos de sus órganos o en sus comportamientos.

En 2002, mucho más tarde de lo que quizá hubiesen merecido sus méritos, recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina. El motivo fue su aportación al conocimiento sobre cómo regulan los genes el desarrollo y la muerte de las células. Para conocer esos mecanismos eligió al gusano Caenorhabditis elegans, un diminuto organismo con solo 959 células, lo bastante simple para responder a preguntas científicas básicas. Ahora, cientos de científicos los utilizan en todo el mundo para responder todo tipo de preguntas sobre biología, y compañías como la valenciana Biopolis prueban en ellos sustancias que pueden ayudar a retrasar el envejecimiento o reducir la grasa corporal.

Brenner recibió el Nobel por su trabajo con el gusano, pero como recuerda el biólogo y expresidente del CSIC Carlos Martínez Alonso, “podría haberlo recibido por muchos otros motivos”. En 1952, llegó al laboratorio de Cambridge donde Francis Crick y James Watson estaban a punto de resolver la estructura del ADN y desde entonces no abandonó la vanguardia de la investigación biológica. Entre 1953 y 1966 participó en la edad dorada de la biología molecular, cuando se desvelaron los principales secretos del código genético y la producción de las proteínas.

Algunos de los descubrimientos que podrían haber valido un Nobel según Martínez son los que se refieren al código genético. Junto a su mentor Crick, Brenner probó que ese código requiere tres unidades de ADN para montar cada uno de los aminoácidos, los ladrillos con los que se fabrican las proteínas. En 1960, junto a Matthew Meselson y François Jacob, demostró la existencia del ARN mensajero, el intermediario encargado de llevar la información contenida en los genes hasta las factorías que producen proteínas en las células. Este hito también habría merecido el máximo galardón científico.

Muere el Nobel Sydney Brenner, el científico que revolucionó la biología con un gusano

A mediados de los 60, tras una década que lo cambió todo, Crick y Brenner decidieron que ya habían resuelto los problemas fundamentales de la herencia y la biología molecular. El científico sudafricano decidió dedicar su genio a tratar de resolver un problema aún más complejo: cómo los genes diseñan animales. Para asaltar el enigma, Brenner propuso utilizar como modelo un organismo que se pudiese cultivar en un laboratorio. El elegido fue el C. elegans, hasta entonces nunca empleado en investigación.

Además del desarrollo de un organismo a partir de sus genes, al científico le interesaba el funcionamiento del cerebro. El gusano tenía un sistema nervioso lo bastante simple como para tratar de identificar la relación entre su comportamiento y las conexiones entre sus neuronas. Pero incluso con un cerebro tan sencillo como el de C. elegans, esta última tarea resultó imposible, aunque el trabajo con este organismo produjo resultados fascinantes. Junto a dos de sus estudiantes, John Sulton y Robert Horvitz, con los que después compartiría el Nobel, fue capaz de definir los pasos por los que a partir de una sóla célula de un huevo se podía construir un adulto con 959 células. El gusano también fue el primer organismo pluricelular en ser secuenciado, un paso que sirvió en el camino para la secuenciación del genoma humano.

Brenner ha trabajado prácticamente hasta el final de sus días y la muerte le ha encontrado en Singapur, un país que ayudó a convertir en una potencia en investigación biomédica desde que empezó a asesorar a su Gobierno a principios de los 80. Hasta el final también siguió apoyando a los más jóvenes, porque son los únicos capaces de resolver los problemas nuevos. “Mi problema es que se demasiado para enfrentarme a algunos problemas. Soy un firme creyente en que la ignorancia es importante para la ciencia. Si sabes demasiado, empiezas a ver por qué las cosas no funcionarán. Por eso es importante cambiar de campo de trabajo, para acumular ignorancia”, decía al New York Times en el 2000.

Se ha ido Brenner, uno de los gigantes de la biología del siglo XX, y se le llorará, casi siempre con sinceridad. Los que lo hagan con lágrimas de cocodrilo serán perdonados por el científico sudafricano. Él, que lo hizo todo en biología, tuvo entre sus primeros empleos, según le contó un día Brenner a Martínez, el de plañidero.

Leer en El País

Más información

Publicado en Ciencia, Recursos, Vídeos

Ciudad ciencia

http://www.ciudadciencia.es/

Un lugar de encuentro entre Ciencia y Sociedad

CIUDAD CIENCIA es un proyecto que acerca la ciencia a diversas localidades españolas mediante interesantes actividades de divulgación (conferencias, exposiciones, talleres, etc.). Regístrate y podrás participar en los talleres, subir tus fotos y entrar en contacto con investigadores a través de nuestro blog. [+]

Red de Ciudad Ciencia

 

En los medios

28/01/2019 – Lanza

Comer sano, hacer deporte y descansar bien, claves para mantener el sistema inmune

25/01/2019 – Ayuntamiento de La Solana

Comer sano, hacer deporte y descansar, claves para mantener el sistema inmune

25/01/2019 – Ayuntamiento de La Solana

‘Ciudad Ciencia’ regresa este jueves con una atractiva charla sobre nuestro sistema inmune

21/01/2019 – Noticias de La Villa

Alumnos del Sierra Luna participan en el taller ‘El aceite de oliva, el oro líquido de nuestro tiempo’

Ver listado completo

Ir al canal de YouTube

Vídeos de Ciudad Ciencia

  • Presentación de Ciudad Ciencia

  • Las plantas de tu ciudad

  • Utilización de residuos orgánicos en suelos agrícolas

  • Agricultura sostenible en el aula

  • V Gymkhana de los mares y los océanos (abril 2016, Madrid)

  • ‘Seres modélicos’. Entrevista al investigador Raimon Sabaté sobre bacteria Escherichia coli

  • Cómo observar una planta

FECYT Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades
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.

Leer en la Ser

Publicado en Artículos científicos, Biologia y Geología, Ciencia, Evolución y clasificación de seres vivos, Origen y evolución de la vida

Nuevas pistas para localizar a LUCA, el primer ser vivo de la Tierra

Desde hace décadas, los biólogos tratan de encontrar los restos de nuestro Último Antepasado Común, el “padre” de toda la vida de nuestro planeta. Pero podrían haber estado buscándolo en el lugar equivocado

Todas las criaturas que pueblan la Tierra descienden de un único organismo. Uno que fue el primero, hace miles de millones de años, en estrenar todos los procesos físicos y químicos propios de lo que hoy llamamos «vida». Los científicos le han dado un nombre a este organismo: LUCA, del inglés Last Ultimate Common Ancestor o, en español, el Ultimo Antepasado Común.

La búsqueda de LUCA se ha convertido, desde hace décadas, en una especie de obsesión para los biólogos que estudian el origen de la vida en nuestro planeta. ¿Cómo era? ¿Dónde vivía? ¿Qué tipo de ambientes eran sus preferidos?

Las formas de vida más antiguas halladas en la Tierra tienen una edad de 3.760 millones de años. Pero las características de esos microbios, dotados ya de cierta complejidad y diversidad, hacen pensar que existió una forma de vida anterior, de la que todos descienden, y que esa forma de vida podría ser incluso varios cientos de millones de años más antigua.

Hasta ahora nadie ha conseguido identificar a LUCA. Pero las pistas que nos llevarán hasta él son cada vez más numerosas. No olvidemos que el código genético que LUCA inauguró es universal, esto es, compartido por todos los seres vivos presentes y pasados del planeta. Lo cual quiere decir que las características de LUCA están, en cierto modo, «grabadas» en el interior de nuestros propios genes.

Lo que sabemos sobre LUCA

Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Pasteur, en París, ha encontrado una nueva pista sobre LUCA. Una que quizá nos permita, por fin, llegar hasta él. En un estudio recién publicado el biorxiv.org, en efecto, los científicos explican que el antepasado común de toda la vida terrestre prefería, probablemente, los climas moderados, y no el calor abrasador que en aquellos lejanos tiempos debió ser dominante y que muchos biólogos piensan que era el ambiente en el que LUCA se movía. El hallazgo, si se confirma, podría significar que hemos estado buscando a estos primeros organismos en el lugar equivocado.

Sabemos ya que LUCA apareció muy pronto en la historia de la Tierra, por lo menos hace 3.900 millones de años, y que relativamente poco tiempo después se dividió en dos grupos bien diferenciados, bacterias y arqueas, que en la actualidad dan cuenta de la inmensa mayoría de todas las especies vivas. Tuvieron que pasar miles de millones de años más para que aparecieran los primeros organismos pluricelulares, criaturas más complejas y formadas por múltiples células. De los casi 4.000 millones de años de historia de la vida en la Tierra, la inmensa mayor parte estuvo ocupada por estas criaturas unicelulares.

En su artículo, Ryan Catchpole y Patrick Forterre explican cómo han reexaminado toda la evidencia genética que indicaba, hasta ahora, que LUCA se adaptó a vivir en un ambiente de calor extremo. Y han llegado a la conclusión de que gran parte del trabajo científico anterior podría haber estado basándose en el rastreo erróneo de un gen clave, lo que alteró nuestra comprensión sobre el tipo de hábitat en en que LUCA prosperó.

Estanques a hasta 100ºC

Muchos biólogos, en efecto, han argumentado que LUCA vivía en lugares extremadamente calientes, como los estanques geotérmicos, donde las temperaturas superan ampliamente los 50, o incluso los 100 grados. Como ejemplo, esos investigadores señalan a muchas especies de arqueas actuales que viven y prosperan en ambientes de ese tipo. los organismos capaces de vivir en ambientes por encima de los 50 grados se denominan «termófilos», y los pocos conocidos capaces de sobrevivir por encima de los 80 grados reciben el nombre de «hipertermófilos».

¿A cuál de los dos tipos perteneció LUCA? El estudio de su genoma podría proporcionar piestas sobre la categoría a la que pertenece. Pero hasta ahora no se ha encontrado ni un solo ejemplar de este organismo. Sin embargo, en un magnífico estudio de 2016, un equipo de biólogos dirigido por Bill Martin, de la Universidad alemana de Düsseldorf, localizó genes universales en los genomas de algunos de los organismos más antiguos conocidos, genes que con toda probabilidad también estuvieron presentes en LUCA.

El equipo de Martin localizó 355 de estos genes. Entre ellos, uno que tiene la misión de codificar una proteína llamada girasa inversa, esencial para los hipertermófilos. Y aunque no está del todo claro qué es exactamente lo que hace este gen, sí que es cierto que se encuentra en los genomas de todos los hipertermófilos e incluso de algunos termófilos. Pero nunca en organismos «mesófilos», los que viven en ambientes a temperaturas inferiores a los 50 grados. Por lo tanto, su más que probable presencia en LUCA sugiere que, como mínimo, nuestro primer antepasado era termófilo.

En busca de genes universales

Pero Catchpole y Forterre no están tan seguros de eso. En su estudio, en efecto, identificaron 376 genes para la girasa inversa procedentes de 276 clases diferentes de arqueas y bacterias, y con ellos construyeron un árbol genealógico para establecer cómo esos genes se habían estado heredando desde la lejana época de LUCA. Para su sorpresa, su árbol no coincidía con los árboles conocidos para bacterias y arqueas, lo que sugiere fuertemente que el gen de la girasa inversa no era «original», sino que se había transferido después, y repetidamente, entre las varias especies.

Para los investigadores, esto significa que el gen no estaba presente en LUCA, sino que surgió más tarde, en un organismo posterior. Y si LUCA carecía del gen de la girasa inversa, no pudo haber sido un termófilo, amante del calor, ni mucho menos un hipertermófilo.

En resumen, Catchpole y Forterre piensan que podríamos haber estado buscando a LUCA en los lugares equivocados. El rastreo de criaturas tan extremadamente antiguas entraña una dificultad enorme, ya que los afloramientos de rocas de la Tierra primitiva son muy escasos. Quizá ahora, cambiando de estrategia, sea finalmente posible localizar a LUCA, nuestro antepasado más lejano, la primera criatura que estrenó la vida en la Tierra.

Leer en ABC