La cepa O157H7 de E.Coli

A estas alturas casi todo el mundo conoce a la archiconocida bacteria E.coli. Como muchos de vosotros sabréis esta bacteria se encuentra en nuestro cuerpo como comensal e incluso como simbionte contribuyendo a la digestión de ciertas biomoléculas.

Si miramos las filogenia vemos como parientes muy cercanos a E.coli  como por ejemplo Shigiella o Salmonella también son enterobacterias pero en este caso son responsables de varias enfermedades de humanos y animales domésticos. A pesar de que E.coli es un pariente cercano de Salmonella a diferencia de esta se trata de un residente inofensivo para la flora intestinal, a pesar que los cromosomas entre ambas son del mismo tamaño y comparten alrededor de un 90% de los genes.

¿Pero todas las cepas de E.coli son inofensivas? Hay una cepa de E. coli que se conoce como O157:H7 o más conocida como E. coli de las hamburguesas que es muy virulenta, causando hemorragias intestinales y la muerte.

Cuando se analizó su genoma se pudo ver que éste era mayor que el genoma de E.coli que habitualmente habita en nuestros intestinos. Se pudo ver que este tamaño de más correspondía a genes conocidos como islas de patogeneidad, genes que hacen a la bacteria virulenta, como por ejemplo la capacidad de traducir la hemolisina, la toxina clostridial, una serin proteasa extracelular…etc..

Si vemos la distribución de estas islas de patogeneidad en las filogenias vemos que no guardan relación alguna con los mecanismos evolutivos que hoy en día conocemos y la única explicación que podemos dar es que han adquirido las islas de patogeneidad a través de la transferencia horizontal de genes desde especies lejanamente emparentadas (recordemos que la transferencia horizontal es una de las formas más rápidas de adquisición de nuevas funciones génicas por parte de los organismos). Esto se puede deducir porque si se comparan las islas de patogeneidad con el resto del genoma se puede ver que tienen composición G/C diferentes, que el tamaño i orientación de los genes en las islas es muy similar a genes por ejemplo que contiene el plásmido de invasión de Shigiella y que genes homólogos de los de virulencia se distribuyen en un amplio rango de las bacterias patógenas.

Este es un ejemplo de cómo, mediante transferencia horizontal, se pueden adquirir nuevas funciones. Es un mecanismo natural de lo que nosotros hacemos en el laboratorio cuando transformamos las bacterias para que realicen nuevas funciones.

En el siguiente video que os presento podéis ver una serie de animación en donde aparece la cepa O157. Esta serie la conocí gracias al blog Curiosidades de la Microbiología, en donde en una de sus entradas nos presentó a Moyashimon Theatre una serie japonesa que nos desvela las curiosidades del mundo microbiano. Entre todos los capítulos hay uno dedicado a E. coli y en él aparece la protagonista de nuestra entrada de hoy:

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Minuscule

No recuerdo muy bien cómo encontré esta serie…la verdad es que fue por casualidad, sin embargo, lo que sí que recuerdo es la primera impresión que tuve al verla, ¿cómo alguien ha podido intentar plasmar la realidad de una forma tan

tierna?

Minuscule es una serie animada de origen francés, en la que paisajes reales y dibujos en 3D se fusionan para dar lugar a curiosos cortos de menos de 10 minutos en los que se muestran las historias o aventuras que pueden acontecer un día cualquiera en el campo, en casa, en el bosque... los protagonistas son los insectos que comúnmente conviven con nosotros cada día, mariquitas, arañas, moscas, mosquitos, saltamontes...

Es la serie ideal para aquellos que somos capaces de pasar una hora invadidos por la curiosidad siguiendo a una hormiga cargada con un trozo de pan, o viendo a una araña cazar, o siguiendo el vuelo de una mariposa para ver en qué flor se posa… así mismo, con la ternura con la que se muestran las historietas, cualquier aprensivo de los “bichos”, tras ver algún capitulo, verá a los insectos con otros ojos…

Es para todos los públicos, niños, mayores, amantes de la naturaleza, curiosos… la ausencia de diálogo, las curiosas melodías y los sonidos más graciosos convierten a Minuscule en la serie que te acerca a la vida privada de los insectos ¿preparado para descubrirla…?

 

Aquí tenéis un par de ejemplos para abrir boca…

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Las plantas y los animales sienten de la misma manera el dióxido de carbono

Este curioso entrada aparece en la revista Science de Enero del 2010. Al parecer plantas y animales comparten la capacidad de percibir el CO2, en el caso de los animales, y para ser más egocéntricos, los humanos, el CO2 se percibiría a través de los propios corpúsculos gustativos de los que un día ya hablamos en el blog (ver entrada). En cambio en la hojas, como muchos de vosotros ya habréis deducido los receptores para el CO2 se encuentran en los estomas.

Se ha descrito como el CO2 en nuestras lenguas es capaz de producir una sensación que tiene por un lado componente físico y por otro químico. El componente físico correspondería al estímulo físico, sobre las células somatosensoriales de la lengua que, que provocarían las pequeñas burbujas de CO2. Por otro lado el estímulo químico también ha sido detectado. Al parecer el CO2 también estimula los receptores para el sabor ácido y que además las propias células receptoras tienen activado el gen que traduce la enzima anhidrasa carbónica. Esta enzima usa el CO2 y el agua para dar lugar al ión bicarbonato y protones, protones que van a acidificar el medio produciendo una bajada del pH que será detectada por las células receptoras que contengan receptores para el sabor ácido. Por tanto el cambio del pH es el nexo de unión entre los receptores que son estimulados por los sabores ácidos y el CO2.

Pero como ya se ha comentado las plantas, y más concretamente las células guarda, son capaces de detectar las moléculas de CO2. Ante elevadas concentraciones de CO2 las células guarda cierran el estoma. Lo más sorprendente es que en este mecanismo de cierre participa también la anhidrasa carbónica, en este caso el enzima se encuentra en el citoplasma de las células guarda. Cuando se incrementa la concentración de CO2 la anhidrasa carbónica da lugar a iones bicarbonato y a protones. El incremento de iones bicarbonato va a activar canales iónicos que como resultado darán lugar a una bajada en el potencial hídrico de estas células guarda, la entrada del agua y como consecuencia de la turgencia el cierre de los estomas.

A pesar de que plantas y humanos divergieron hace alrededor de mil millones de años utilizan mecanismos similares para la detección del CO2. ¿No os parece fascinante?

Para más información: www.sciencemag.org SCIENCE VOL 327 15 JANUARY 2010

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Ictericia fisiológica del recién nacido

Muchas veces, si habéis ido al hospital a visitar el hijo recién nacido de un amigo o de una amiga, y yo mismo lo he vivido con mi propia hermana, habréis visto que muchas veces los tienen en la incubadora bajo una especie de lámpara, desnudos y con una venda en los ojos que en algunas ocasiones tienen el dibujo de unas divertidas gafas de sol. 

Al niño no le pasa nada y es normal que lo sometan a este tratamiento de luz ultravioleta. ¿Pero que es la ictericia y que tiene que ver con todo esto?

Se dice que alguien sufre ictericia cuando los niveles en sangre de bilirrubina son mayores de 2 mg/dl. La bilirrubina es un compuesto resultante del metabolismo del grupo hemo.

Los eritrocitos, que son ricos en esta molécula ya que es la encargada de coordinarse con el hierro permitiendo el transporte del oxígeno en sangre, se renuevan ya que tienen una vida media de unos 120 días. Una vez son degradados la parte proteica de la hemoglobina se metaboliza sin ningún tipo de problema, el hierro se extrae del grupo hemo (ya expliqué en otra entrada que el hierro es un bien escaso en nuestro organismo) y finalmente el grupo hemo se metaboliza hasta bilirrubina. La bilirrubina que se genera en nuestro organismo es eliminada a través de las sales biliares por las heces y en ocasiones puede servir como precursor de otras moléculas.

No obstante hay ocasiones en que la bilirrubina en sangre aumenta y puede ser realmente peligrosa, sobre todo en un recién nacido, ya que la bilirrubina inhibe la síntesis de DNA (algo esencial para células proliferantes que van a contribuir al crecimiento y el desarrollo del recién nacido), inhibe las ATPasas (moléculas generadoras del ATP) en las mitocondrias y un largo etc..

En el recién nacido es habitual que los niveles de bilirrubina estén por encima de los valores normales ya que fisiológicamente se dan una serie de condiciones que favorecen este hecho. De entrada, hay una gran destrucción de eritrocitos ya que la mayoría corresponden a eritrocitos fetales que en su interior contienen aun la hemoglobina fetal y por tanto deben ser eliminados, además en el hígado durante la etapa fetal hay eritropoyesis y por tanto la presencia de tejido hematopoyético dificulta la circulación hepática y el transporte de la bilirrubina al hepatocito para destinarla a la vesícula biliar.

Además la propia molécula de bilirrubina dificulta su metabolismo y eliminación ya que es una molécula que al contener dobles enlaces alternados es resonante y puede adoptar múltiples formas de resonancia, algunas son mejor reconocidas que otras por los receptores y transportadores. No obstante como cualquier otra molécula resonante tienen capacidad de absorber la luz, y parece ser que la luz UV favorece la aparición de formas resonantes más fáciles de eliminar y metabolizar, y eso explica las sesiones de rayos UV a los que son sometidos los recién nacidos y también explica las “manías” de las abuelas (que saben más de lo que parece) de decir: ¡Ese niño está muy amarillito! ¡Sácalo para que tome el sol! Y es que un exceso de bilirrubina se refleja en la coloración amarillenta de la piel por la capacidad de absorber en determinadas longitudes de onda.

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Paradoja del enzima Citocromo oxidasa

La citocromo C-oxidasa es un enzima que cataliza la transferencia de electrones al oxigeno para dar agua, constituye lo que se conoce como complejo 4 de la cadena de transporte electrónico y está presente en todos los organismos aerobios (es decir que utilizan el oxígeno como aceptor de electrones), esta proteína está conservada en los tres dominios de la vida, y por tanto estaba presente en el ancestro común.

Aquí es donde las cosas empiezan a no cuadrar. Se supone que la atmósfera que hoy en día conocemos, con la concentración de oxígeno en una proporción del 21%, se produjo con la aparición de los organismos de tipo fotosintéticos, y más concretamente con la capacidad de realizar la fotosíntesis oxigénica, como es el caso de las actuales cianobacterias. Por tanto ¿Cómo explicar la existencia de una proteína destinada a ceder electrones en un mundo en que las concentraciones de oxígeno eran irrisorias?

Parece ser que la citocromo oxidasa derivaría de una óxido nítrico reductasa en  la que hubo un cambio de especificidad por el oxígeno. Al combinar la información filogenética con la información estructural de los residuos catalíticos, así como la reconstrucción de la Tierra Primitiva las óxido nítrico reductasas serían uno de los enzimas más abundantes en el metabolismo de la Tierra primitiva en que los electrones de compuestos arseniato, sulfato o el hidrógeno serían abundantes.

Por tanto el paso de una NO-reductasa a una citocromo oxidasa se dio en un mundo sin presencia de oxígeno. No obstante esta afirmación no es del todo cierta ya que en el océano las capas superficiales del agua sí que tendrían una cierta concentración de oxígeno a causa de la fotólisis del agua, recordemos que la atmósfera no era tampoco como en la actualidad y dejaba pasar longitudes de onda de alta energía que podrían provocar esta fotólisis sin acción de ningún enzima. Parece ser que algunos organismos aprovecharon la NO-reductasa con afinidad al oxígeno como un elemento protector frente a él, además esta hipótesis es en parte muy interesante porque la adquisición de esta nueva función es la que ha permitido la aparición posterior de organismos que producen oxígeno como producto del metabolismo, sería absurdo pensar en la aparición de un organismo que produjese una sustancia que fuese tóxica para él mismo sin antes poseer ningún tipo de protección.

Finalmente cuando el oxígeno comenzó a ser abundante pasó a ser un aceptor final de electrones. Este es un claro ejemplo de cómo pequeños cambios a nivel molecular pueden dan lugar a grandes cambios a nivel evolutivo  un ejemplo también de cómo los modelos evolutivos han de adaptarse a lo que se conoce sobre la historia geológica ya que sería absurdo, por ejemplo, hopotetizar la aparición de organismos aerobios en una tierra primitiva que con toda certeza tenía concentraciones de oxígeno realmente bajas.

Más información en:

Ducluzeau, Anne Lise, van Lis, Robert, Duval, Simon, Schoepp-Cothenet, Barbara, Russell, Michael J., and Nitschke, Wolfgang., 2009. Was nitric oxide the first deep electron sink? 34: 9 – 15

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