Transferencia génica Bacteria-Eucariota

¿Qué es un bacteriófago? Segun wikipedia un bacteriófago son virus que infectan exclusivamente a bacterias, cubiertos por una cápside proteica en cuyo interior presentan en un 95 % de los casos ADN de doble cadena. Para hacernos una idea de su importancia podemos recurrir a un dato bastante curioso " se estima que en un mililitro de agua del mar existen 10^9 partículas víricas, pudiendo estar infectadas un 70% de las bactérias marinas. Reconocen a un receptor de membrana del procariota, que puede ser un lipopolisacárido, ácido teicoido o incluso proteinas del flagelo. Inyectan cual jeringuilla el material genetico en la celula y se producira bien el Ciclo lítico o el Lisogénico.

En este post no os voy a hablar de la transduccion bacteriana sino de un mecanismo de transferencia de genes entre bacterias y eucariotas mediado por bacteriófagos descubierto por investigadores del centro de biología molecular Severo Ochoa. Han descubierto señales de localizacion nuclear o NLS (nuclear localizations signals) hallazco ante todo inesperado. Son secuencias de aminoácidos en la superficie de las proteinas que actúan como señales para transportar genes al nucleo pero... ¡Las bacterias NO tienen nucleo!.

Los axiomas creados respecto a los bacteriófagos acaban de chocarse contra un muro, resultando que:

• Los bacteriófagos no infectan sólo a bacterias.
• Pueden poseer secuencias señal para el transporte de genes al nucleo.
• La transduccion no es un proceso exclusivo de procariotas. 
• Los procesos de transformacion bacteria- eucariota pueven estar mediados por vectores víricos.
• La transferencia génica entre procariotas y celulas con nucleo es mas que posible y se denuestra que existe una coevolucion entre ambos. 

los bacteriófagos y más concretamente, sus proteínas terminales podrían haber mediado la transferencia horizontal de genes entre organismos procariotas y organismos eucariotas a lo largo de la evolución. 

¿Qué supone este hallazgo? Las aplicaciones son infinitas, pero son en las industrias biotecnológicas y biomédicas donde suponen un enorme paso.  ¿Qué aplicaciones se te ocurren a ti? Deja un comentario.

Referencia: "Functional eukaryotic nuclear localization signals are widespread in terminal proteins of bacteriophages"

Biomedicina ¡Con el firewall y a lo loco!

Bombas de insulina, marcapasos, desfibriladores ademas de la novedosa tecnología AirStrip que incorpora a nuestras vidas la posibilidad de monitorizar nuestras constantes vitales, fases del sueño, calorias, concentración de oxígeno en sangre y muchos otros parámetros gracias a la utilizacion de sensores en nuestro organismos que vía wireless envian la información en tiempo real a nuestro médico e incluso a nuestro smartphone. Sobre esta tecnología podeis ver un video en TED MED llamado "the wireless future in medicine" presentado por el Dr. Eric Topol (cardiólogo especialista en genética).

Una vida más facil. Se acabó el pincharse para saber como tienes los niveles de glucosa en sangre y manteniendolos automáticamente mediante un software conectado a a la bomba de insulina. Aunque suene a broma no descarto que acabemos dandole a compartir en Twitter nuestra presion arteriar y recibiendo me gusta en facebook por parte de amigos y familiares.

Monitorizar las contracciones del parto y miles de aplicaciones que forman un avance clinico impensable pero como siempre cada avance cientifico resuena en mentes humanas de dedicadas exclusivamente a joder la vida de los demas.
En un artículo escrito por Antonio Villareal para la AgenciaSinc llamado "el paciente ha contraido un un virus informático" se describen algunas formas en las que esta tecnología wireless causa más de un problema. A día de hoy el 24% de dispositivos medicos son retirados del mercado por problemas derivados de una mala programacion, errores humanos que han llegado a llevarse vidas humanas. Desde dispositivos para terápias radiológicas que han dado dosis máximas a pacientes a bombas de insulina y de perfusion que han inyectado dosis diferentes a las seleccionadas de insulina y farmacos respectivamente como pasó con la compañia Hospira estadounidense.

No solo errores de programación o descuidos humanos pueden acarrear problemas a estas innovadoras tecnologías sino que como demostró el Hacker y diabético Jay Radcliffe con un simple software podía controlar el funcionamiento de bombas de insulina cercanas o incluso otro hacker llamado Barnaby Jack varias semanas despues demostro como gracias a una antena no solo se podian controlar dispositivos cercanos sino a largas distancias. Esto conlleva grades problemas de seguridad, vemos cada día intromisiones en nuestra intimidad por parte de hacker pero hablando de aparátos biomedicos ya no es una intromision sino que pueden darse casos incluso de homicidio si se manipulan aparatos como marcapasos o bombas de insulina de los que depende nuestra vida.

¿Cómo impedimos estos ataques informáticos? muy facil, no hay que irse muy lejos del título del post. Hay que incorporar un potente firewall, en el artículo antes mencionado hablan software como el contenido en la Blackberry de obama o algo mas novedoso llamado MedMon, desarrollado por las universidades de Purdue y Princeton que monitoriza las comunicaciones de nuestro implante y que se esta intentando reducir para incorporarlo en estas tecnologías AirStrip.

En mi humilde opinion la experiencia humana siempre será necesaria, no todas las cosas en la vida pueden ser sustituidas por máquinas. Hoy día vemos laboratorios donde en vez de investigadores existen informáticos que supervisan el funcionamiento de las máquinas, creo que no es el camino. Prefiero un error humano de un experto microbiólogo al diagnosticarme una enfermedad ante uno producido por un error de programación. No veo mal la monitorización pero a la hora de suministrar las dosis la decisión humana es a mi gusto fundamental.




¿TÚ QUÉ OPINAS?

MICROMÁQUINAS

En los comienzos del siglo XXI una idea ha marcando el futuro de la microbiologia, la genetica y la ciencia en general "Control de la expresion génica en microorganismos y creacion de circuitos metabólicos lógicos".


¿Cómo funciona la vida? ya una vez hice refecencia al mundo informático comparandolo con el biologico en el post Un futuro esperado y esta vez ocurre lo mismo. Son circuitos los que gobiernan ambas ciencias.

En un Circuito electrónico genera salidas en forma de bit como consecuencia de una entrada inversa. Por ejemplo cuando la entrada es 0 genera una respuesta 1, de forma que se crea un lenguaje binario que porta toda la informacion necesaria para que se den los procesos.

Un Circuito biologico funciona de forma parecida, toda forma de vida tiene un almacen de informacion llamado ADN que podemos comparar con un disco duro, en la secuencia de nucleotidos existen una region de comienzo de lectura llamada promotor para cada gen al que llega un enzima llamada polimerasa cuya ultima finalidad es conseguir una copia del ADN en forma de ARN que es procesable que en mi opinion podriamos compararlos con archivos ejecutables o aplicacion (un .exe de toda la vida).

 El ARN se traduce a proteinas gracias a los ribosomas que estan presentes en todos los organismos y mediante un sistema de lectura de codones (tripletes de nucleotidos) los traduce a idioma de aminoácidos que formarán las proteinas  (o programas si pensamos en un ordenador). Aunque este idioma se consideraba universal hoy dia se ha descubierto que no es así y que algunos organismos presentan variaciones originadas por mutaciones en las pautas de lectura.

Un Biocircuito esta sometido a regulación, al promotor pueden llegar proteinas inhibidoras que hacen que no se transcriba el gen y por tanto no se sintetice la proteina o bien no llegar ningun inhibidor y por tanto si el promotor es constitutivo se de la sintesis de proteinas. Asi es cualquier ruta biologica y es a comienzo de este siglo cuando la idea de modificar estor circuitos ha abierto campos de estudios y posibles aplicaciones fuera del alcance de nuestra imaginacion. Es comunmente utilizado en ingenieria genetica para obtener productos que antes y de forma natural no sintetizaba un organismo pero esto es ampliable de manera que no sean productos sino respuestas de interes humano.

La busqueda de nuevas rutas han ido desde ideas simples como convertir a Escherichia coli en un reloj adicionando genes que se traducen en proteinas bioluminiscentes en promotores separados en periodos medibles en horas de forma que la emision de luz se produce de forma intermitente a proyectos mas ambiciosos como el de BACTOCOM que pretende sustituir el silicio de los microprocesadores por bacterias que operen de igual forma. La ciencia avanza a pasos agigantados y no dudo en que en un futuro proximo se creen ordenadores biologicos como ya explique un poquito en el post    Biocomputadoras

Presupuestos en I+D+i en 2013

En 2012 se hizo una inverson total de 5.562,78 millones de euros que para el nuevo año se mantendrán intactos aunque varía el reparto presupuestario de forma que las entidades públicas recibiran 2.121 millones que corresponden a subvenciones, mientras que a las empresas se les darán prestamos de 3.441 millones.

No creo que sea yo el único que no lo vea lógico, me duele pensar en los salvajes recortes en investigacion que sufriran las empresas públicas, centros como el CSIC en suspensión de pagos a proveedores... asi no se hace la ciencia es más, un pais que no invierte en educacion y ciencia no va a ningún lado, es la
ciencia la que hace que un pais sea desarrollado.

Los principales recortes en entidades públicas de I+D+i son:

• -9.9 % CSIC
• -7.7 % El Inta
• -4.6 % Instituto de salud Carlos III
• -1.8 % Instituto de Astrofísica de Canarias. 
• -1.5 %  El Ciemat 

 Podeis ver mas datos en el artículo de Elpais: La I+D+i civil mantiene el presupuesto pero reduce las subvenciones a la ciencia

GIANT microbes

¿Te gustan las bacterias? hace tiempo descubri una coleccion de peluches basados microorganismos en general. La verdad es que a mi me fascino y por eso lo comparto con vosotros, se llaman GIANTmicrobes y los podeis encontrar por internet aqui.

Los que veis son los que tengo, son lactobacillus y Staphylococcus.¿no me direis que no quedan bien en cualquier sitio? xDD va a parecer que me llevo comisión, pero no!! solo quiero que los conozcais.

Vienen con una breve descripcion del microorganismos y hay un tamaño mas pequeño de peluche que vienen en placas de Petri.



Un Saludo y.. Ya sabeis mi cumple es el 6 de Enero  ;-)

Evolution of life

Para quien tenga interes en volver a ver el video que nos puesieron en la presentacion de evolucion vegetal lo dejo puesto por aquí. Esta muy currado aunque se olvidan de Wallace como siempre que se habla de evolucion, es lo que tiene ser el investigador sin pasta...


Para más informacion os dejo tambien el enlace de la web de Evolution-of-life

Bacterias Halófilas

Gracias a la evolución la vida consigue abrirse camino hasta las condiciones más adversas del planeta encontramos un ejemplo de ello en las bacterias halófilas, que viven en lagos salados y zonas volcánicas.En principio la elevada salinidad de estos medios es incompatible con la supervivencia de las células, que no tardarían en deshidratarse debido al choque osmótico es decir, la tendencia en equilibrar la concentración de electrolitos con la del entorno.Sin embardo las halófilas consiguen proliferar en ambientes hipersalinos , al equilibrar la concentraciones de sal de su citoplasma con la del exterior evitan la muerte celular por osmosis.

Las proteínas estructurales y las enzimas que conforman el metabolismo celular de estos microorganismos han sufrido una evolución adaptativa que les ha conferido estabilidad y funcionalidad en condiciones hipersalinas.

Como resultado de este proceso de los 20 aminoacidos que constituyen las proteínas 2( ac aspartico y ac glutamico) HAN AUMENTADO SU FRECUENCIA Y OTROS COMO LISINA Y LEUCINA han desaparecido casi por completo. Por eso mismo en las paredes celulares de estas bacterias halófilas abundan las cargas negativas , estas proteínas se encuentran entre las mas acidas del proteoma  y parece ser que la composición atípica de aminoácidos  les confiere resistencia a la sal.

¿Cómo opera semejante efecto protector?

Un estudio realizado de biología estructural ha demostrado que dicha composición aminoacidica restringe el número de contactos con el disolvente y por tanto facilita la adaptación de las proteínas a los ambientes hipersalinos

Se demuestra que en las conformaciones distintas entre una proteína nativa y otra mutada de halófilas son claras, ya que se producen superposiciones de los polipeptidos de manera que hacia el exterior se proyectan sólo cadenas muy negativas

DOS EN UNO: ESTABILIDAD Y SOLUBILIDAD

El acido glutamico y el aspartico tienen un comportamiento químico que favorece la adaptación la los medios hipersalinos. Por un lado sus cadenas laterales presentan tamaños reducidos de forma que requieren menos moléculas de solvente (agua) para hidratarse, al facilitar la hidratación permiten que la célula equilibre su concentración salina con la del  exterior y evitan que esta muera por choque osmótico. Por otro lado poseen cargas eléctricas negativas  que confieren solubilidad a las proteinas.

Se han estudiados 3 proteinas: un dominio de una enzima perteneciente a un organismo halófilo, este dominio anterior en un homologo mesófilo que vive en condiciones de baja salinidad y otro dominio de una proteína diferente.

Mediante mutagénesis dirigida se han alterado la composición de la proteínas  a continuación se ha estudiado la termodinámica de los mutantes obtenidos para evaluar su estabilidad en presencia de sal además se ha determinado sus estructuras moleculares por resonancia magnética nuclear para estudiar los cambios conformacionales conferidos por la mutacion.

Los resultados obtenidos indicaron que la carga eléctrica de la proteína ejerce una estabilidad limitada frente a los medios salinos. El factor determinante parecía ser el tamaño de las cadenas laterales  de manera que con cadenas cortas disminuyen el numero de contactos necesarios entre proteína  y disolvente ya que el solvente tiene que repartirse mucho para hidratar a las proteínas e iones con la consiguiente estabilización del sistema.

Si lo importante es el tamaño de la cadena lateral ¿ a que se debe la abundancia de aminoácidos con carga negativa (acidos)  ? experimentos con  estos aminoácidos indicaron que ayuda y confieren solubilidad a la proteína.

bibliografia
Revista investigacion y ciencia Julio 2010  ( Recomiendo su lectura )

ANTAGONISMO MICROBIANO

Muchas bacterias producen péptidos que inhiben el crecimiento o matan a otras especies estrechamente relacionadas o incluso a otras estirpes de la misma especie, estos péptidos se denominan bacteriocinas. Algunas bacteriocinas producidas por las bacterias lácticas inhiben el crecimiento de un amplio rango de bacterias gran positivas y están siendo utilizadas como conservantes en la industria alimentaria. En esta practica vamos a poner de manifiesto la producción de bacteriocinas  por una estirpe de Enterococcud faecium.

Material: cultivos de E. faecium productora de bacteriocina y Lactobacillus pentosus como estirpe indicadora, en medio MRS. Además un cultivo de Staphilococcus aureus. También disponemos de una caja de MRS, un tubo de caldo MRS y un tubo de agar coverteraa de MRS.

DIA 1:

En la caja de MRS y con esterilidad hacemos una siembra con el asa poniendo 2 cruces de E. faecium (productor de bacteriocina) y una cruz de S.aureus que es resistente a la toxina y servirá como control de bacteria no productora de bacteriocina. Incubamos 24h a 37⁰C.

Ademas sembramos un tubo de caldo MRS con la bacteria sensible a la bacteriocina  (L.pentosus) y lo incubamos 24h a 37⁰C.

 

DIA 2:

Se funden los tubos de agar de cobertera y se mantienen en un baño a 45^oC . Se hace una dilución del cultivo de L.pentosus en MRS y se añaden 100 µl al tubo de agar cobertera, se agita bien y se vierte uniformemente sobre la caja donde se hicieron las cruces. Se deja solidificar y se incuba 24h a 37^oC. 

 

DIA 3:

Tras la incubación se ve como la bacteria sensible  a la bacteriocina (L.pentosus) no crece alrededor

 de la bacteria productora de la toxina (E.faecium),mientras tanto podemos ver que si se desarrolla

S.aureus que era resistente y además al no ser productora de bacteriocina el Lactobacillus

 crece sin ningún problema sobre ella.

Cuento Científico

Era se una vez... Un grupo de amigos terminaron la carrera de Biologia. Dos de ellos querian dedicarse a la bioquimica, otro a la genetica y otros tres a la microbiologia. Tenian un sueño comun, deseaban enseñar, transmitir sus conocimientos a los demás, saber que su ilusión, su esfuerzo, llenasen el camino de otros, asi que siguieron adelante y en poco tiempo más finalizaron el doctorado.
Todos eran muy felices y no dejaban de hablar de proyectos que querian desarrollar asi que a parte de enseñar decidieron tambien investigar. Todos tenian ideas, ilusiones, estaban deseosos de conocimiento pero aqui es donde encontraron el principal problema. cuando una persona solo desea saber, nadie se hacia cargo de sus investigaciones, que pena!!! les decian, esto no genera dinero.

Una vez rechazados muchas de los experimentos que querian hacer, decibieron encontrar a los mismos aplicaciones, uno de ellos queira conocer los mecanismos por los que una celula bacteriana reconocia a otros tipos celulares específicos, pero cono denegaron su propuesta penso ``por que no centrarme en encontrar un mecanismo de reconocimiento entre una bacteria y celulas cancerosas, asi quizas podria usar al microorganismo como vector para solucionar la enfermedad´´ ... Este proyecto si se lo concedieron pero despues de meses de investigacion lo volvieron a cancelar, alguien decia que era inmoral, asi que todo se volvió a parar.
Moraleja, lo importante para algunos es el conocimiento, pero por desgracia esto no es lo general. si dinero o comprension por parte de los demas no consigues generar, ten por seguro que tu investigacion la van a clausurar.

Mi pregunta es ¿ Cómo personas que nunca llegaran a comprender la finalidad de una investigacion, que no pueden valorar ni siquiera la moralidad del proyecto, tienen el poder de decidir si puede o no seguir adelante?  Que alguien me lo explique ... realmente lo necesito.

BACTERIAS + ARSENICO ( GFAJ-1 )

Lo divertido de la ciencia es que hay realmente pocas cosas que podamos señalar como verdades absolutas. Cuando la biología daba sus primeros pasos respecto a composición de los seres vivos, siempre se apoyo la idea de que exclusivamente la vida podía existir gracias a elementos como: Carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fosforo y azufre. Algunos otros autores recalcaron la similitud de estos compuestos con otros cercanos en la tabla periodica y con aunque poca aceptación se atrevieron a decir que prodrian sustituir a CHONPS.

Lo realmente asombroso de estas bacterias que incorporan arsénico no es en sí su descubrimiento si no el asombro producido tras el descubrimiento.

Teóricamente, algunos átomos que forman parte de muchas biomoléculas pueden ser reemplazados por átomos análogos, por ejemplo: en los moluscos e insectos es el cobre y no el hierro quien transporta el oxígeno en su sangre, otro trabajos han demostrado que se pueden cambiar ciertos cofactores como el molíbdeno y zinc por tungsteno y cadmio, respectivamente.

Fisicoquímicamente, las dos moléculas se comportan de la misma manera en un ser vivo, es por esta razón que el arsénico es un elemento sumamente tóxico, ya que reemplaza al fósforo en los primeros pasos de muchas vías metabólicas, pero en pasos avanzados ya no puede ser compatible debido a las diferencias en sus reactividades: las biomoléculas del fósforo son mucho más estables que las de arsénico.

El arsénico es un análogo del fósforo, está ubicado justo debajo de él dentro de la tabla periódica. Además, poseen un radio atómico similar y una electronegatividad casi idéntica. La forma del fósforo biológicamente activa es el fosfato (PO₄^3-), cuyo análogo es el arsenato (AsO₄^3-).

Estas bacterias, que se les ha nombrado como GFAJ-1, no prefieren el arsénico al fosforo, además el fosforo es más estable y más abundante en la naturaleza. Lo que genera más preguntas es hasta que punto es incorporado el arsenico, ya sabemos que va a formar parte de los nucleótidos. El fosforo además es constituyente de los fosfolipidos de membrana y esta presente en la mayor parte de rutas metabolicas.  Son por todas estas razones por las que surgen infinidad de preguntas tales como: ¿Cómo intercambian el P con el As, que rutas lo permiten?, ¿si crecen mejor con fosforo, realmente es un descubrimiento que estas bacterias puedan vivir con arsénico ya que nuestras células también pueden incorporarlo y es conocido la amplia gama de metabolismos bacterianos y su gran adaptación?

A mi parecer este descubrimiento solo apoya las teorías sobre lo versátil que son los microorganismos.


¿Qué pensais?



BIBLIOGRAFÍA
http://biounalm.com/2010/12/se-identifica-una-bacteria-que-puede.html