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Descubierta una de las claves de la resistencia antibióticos septiembre 14, 2009

Posted by Manuel in biologia, ciencia, divulgación científica, evolucion, microbiologia, sociedad.
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El SARM es un ejemplo de resistencia a los antibióticos.

El SARM es un ejemplo de resistencia a los antibióticos.

BBC
Científicos estadounidenses descubrieron un mecanismo de defensa en las bacterias que les permite rechazar la amenaza que para ellas presentan los antibióticos. El hallazgo podría ayudar a los investigadores a aumentar la eficacia de tratamientos existentes.

Según el estudio, publicado en la revista Science, el óxido nítrico producido por la bacteria elimina algunos de los efectos claves de una amplia gama de antibióticos. Un experto británico señaló que la inhibición de la síntesis del óxido nítrico podría ser un avance importante para hacer frente a infecciones.
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Descubren bacterias que viven sin luz ni oxígeno bajo el hielo de la Antártida abril 17, 2009

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Un investigador posa sobre la superficie helada de ‘Las cataratas de sangre’. (Foto: ‘Science’)

El Mundo Digital

Un insólito ecosistema donde viven bacterias pese a no haber oxígeno, en completa oscuridad, a 10ºC bajo cero y en un agua con cuatro veces mayor salinidad que la del mar, ha sido descubierto en un lago subterráneo bajo un glaciar, en la Antártida. Este prístino hábitat funciona como un perfecto mecanismo biológico desde hace nada menos que entre 1,5 y cuatro millones de años.

Investigadores de las universidades de Harvard y Cambridge publican hoy en Science su hallazgo. El lugar, denominado Cataratas de sangre por el agua de alta coloración roja procedente de la oxidación que fluye por debajo del glaciar, ya había llamado la atención de los primeros exploradores antárticos en 1911, el año que se descubrió el Polo Sur. Ellos lo atribuyeron a unas algas rojas que suponían debían vivir bajo el hielo.

Pero una casualidad ha permitido descubrir el porqué de ese llamativo color rojo sobre el manto blanco del hielo. Mientras una investigadora permanecía junto al lugar justo el día oportuno, hubo un flujo de la salmuera subglacial recién filtrada que permitió tomar las primeras muestras y realizar los análisis que habían estado intentando durante años.

El primer resultado del laboratorio hizo exclamar a los científicos el célebre ¡eureka! que acompaña los descubrimientos: el agua no contenía oxígeno. Además, era rica en sulfuro, propio de los ambientes marinos y con una concentración salina cuatro veces mayor que la de los océanos.

Eso dio pistas sobre su origen oceánico y la edad: entre 1,4 y cuatro millones de años, cuando gran parte de la Tierra estaba cubierta de hielo y el agua marina quedó atrapada bajo los glaciares en un lago de unos cuatro kilómetros de largo por 400 metros de ancho, que no está congelado debido a su elevada salinidad.

Ecosistema asombroso

Pero lo realmente sorprendente es que los microbios que vivían entonces han seguido reproduciéndose y es el hogar de esos seres que han vivido ahí durante millones de años, aportando un ejemplo asombroso de cómo un sistema microbiano puede sobrevivir durante un periodo prolongado sin fotosíntesis o nutrientes de una fuente externa.

Jill A. Micucki y su equipo de investigación afirman que el lago de origen marino situado en el Valle Seco de McMurdo, al este de la Antártida, bajo un glaciar de 1,5 kilómetros de espesor es anóxica, extremadamente salina, y repleta de hierro.

También contiene sulfato, una fuente de energía común para microbios, pero curiosamente poco del sulfuro que generalmente se esperaría si los microbios estuvieran metabolizando el sulfato mediante su reducción a sulfuro.

Basándose en los isótopos de oxígeno en el sulfato y la evidencia de una enzima llamada adenosina 5 fosfosulfatoreductasa, los autores concluyen que los microbios están de hecho reduciendo el sulfato pero que lo están haciendo a través de un metabolismo hierro-sulfuro interconectado, el cual utiliza hierro de la base de sustrato rocoso del lago.

Los descubridores del nuevo hábitat proponen que los sistemas microbianos similares a este pueden haber existido durante los episodios de la llamada Tierra bola de nieve, cuando el planeta podría haber estado cubierto casi por completo de hielo.

Yendo mucho más allá, este ecosistema aislado durante millones de años podría explicar la existencia de vida en otros planetas de nuestro sistema solar. Formas primitivas de vida como es el caso, es lo que vienen buscando desde hace décadas los científicos de la NASA en Marte, y en la luna Europa de Júpiter.

Descubiertos nuevos microorganismos en la estratosfera marzo 21, 2009

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estratosfera

Ciencia Kanija

Se han descubierto tres nuevas especies de bacterias, las cuales no se han encontrado en la Tierra y que son altamente resistentes a la radiación ultravioleta, en la estratosfera superior, por investigadores indios. Una de las especies ha tomado el nombre de Janibacter hoylei, por el Distinguido Astrofísico Fred Hoyle, la segunda Bacillis isronensis reconociendo la contribución de ISRO en el experimento de globo que llevó al descubrimiento y la tercera Bacillus aryabhata por el célebre antiguo astrónomo indio Aryabhata y también por el primer satélite de ISRO.

El experimento se llevó a cabo usando un globo que transportaba una carga científica de 459 kilos sumergida en neón líquido, el cual se lanzó desde la Instalación Nacional de Globos de Hyderabad, operada por en Instituto Tata de Investigación Fundamental (TIFR). La carga consistía en un criomuestreador que contenía 16 sondas de acero inoxidable evacuadas y esterilizadas. A lo largo del vuelo, las sondas permanecieron inmersas en el neón líquido para crear un efecto de criobomba. Estos cilindros, tras recolectar muestras de aire de distintas alturas, entre los 20 y 41 kilómetros, fueron enviados en un paracaídas de vuelta y recuperados con seguridad. Estas muestras fueron analizadas por científicos del Centro de Biología Celular y Molecular en Hyderabad así como en el Centro Nacional de Ciencia Celular (NCSS) en Pune, para un examen independiente, asegurando que ambos laboratorios seguían protocolos similares para lograr una homogeneidad en el procedimiento y la interpretación.

Los hallazgos del análisis se resumen como sigue:

En todas, se detectaron 12 colonias bacterianas y seis fúngicas, basadas en 165 secuencias genéticas de ARN, mostraron una similitud mayor del 98% con las especies conocidas de la Tierra. Tres de las colonias bacterianas, a saber, PVAS-1, B3 W22 y B8 W22 eran, no obstante, especies totalmente nuevas. Las tres especies recientemente identificadas tenían una resistencia significativamente mayor al UV en comparación con sus vecinos filogenéticos más cercanos. De las anteriores, PVAS-1, identificada como miembro del género Janibacter, ha sido llamada Janibacter hoylei. sp. nov. La segunda especie B3 W22 se llamó Bacillus isronensis sp.nov. y la tercera especie B8 W22 Bacillus arybhata.

Las medidas y controles de precaución tomadas en este experimento inspiran confianza en que estas nuevas especies se han tomado en la estratosfera. Aunque el actual estudio no establece de forma concluyente el origen extraterrestre de estos microorganismos, proporciona un positivo ánimo para continuar el trabajo en nuestra búsqueda por explorar el origen de la vida.

Este esfuerzo multi-instituciona tuvo a Jayant Narlikar del Centro Interuniversitario para Astronomía y Astrofísica en Pune como Investigador Principal y a los veteranos científicos U. R. Rao de ISRO y P.M. Bhargava de Anvesha apoyando como mentores del experimento. S. Shivaji del CCMB y Yogesh Shouche de NCCS fueron los expertos en biología y Ravi Machanda de TIFR estuvo a cargo de la instalación del globo. C.B.S. Dutt fue el Director del Proyecto de ISRO que estuvo a cargo de la preparación y operación de la compleja carga.

Este fue el segundo de tales experimentos llevados a cabo por ISRO, el primero de los cuales se realizó en 2001. Incluso aunque el primer experimento había arrojado resultados positivos, decidió repetirse ejerciendo un cuidado extra en asegurar que estaba totalmente libre de ninguna contaminación terrestre.

Las biopelículas bacterianas explican la fosilización de tejidos blandos marzo 4, 2009

Posted by Manuel in biologia, ciencia, creacionismo, divulgación científica, evolucion, geología, microbiologia, paleontología.
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Esta semana se publicaba la descripción de la fosilización de tejidos blandos. Este es un fenómeno excepcional; esto tipo de fósiles se han encontrado en raras ocasiones. Con anterioridad ya se contaba con fósiles de T. rex en los que se habían descrito la fosilización de estructuras internas.

Esto era duramente criticado por los creacionistas, ya que afirmaban que no era posible una conservación de ese tipo de estructuras durante millones de años, y por tanto se demostraba que la Tierra era joven. Hoy sabemos cómo se producen esos fósiles, tal y como se muestra en la publicación que se resume en este artículo. Pero además, si realmente los fósiles son consecuencia del diluvio (tal y como los literalistas bíblicos sugieren) la presencia de tejidos blandos no sería una excepción sino una norma, ya que restos de cadáveres de 5.000 años de antigüedad deberían estar mucho mejor conservados de lo que encontramos.

Pero volvamos a la ciencia. Esta semana se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences USA un artículo donde se describe la preservación mediante fosilización de tejidos blandos (Raff et al (2008) PNAS 105:19360-19365). Las conclusiones del trabajo muestran que las biopelículas que forman las bacterias son responsables de la conservación y mineralización de estructuras blandas. Los propios autores resumen de esta forma su trabajo”:

“Embriones fosilizados con una conservación celular extraordinaria han aparecido en Cámbrico y últimas etapas del Neoproterozoico y en el Cámbrico, coincidiendo con la aparición de fósiles animales. Se ha hipotetizado que los procesos microbianos son los responsables de una mineralización que preserva a los tejidos orgánicos. Sin embargo, la acción de los microorganismos en la preservación de los embriones no ha sido demostrado experimentalmente nunca. En este trabajo se muestra que las biopelículas formadas por los microorganismos se fijan rápidamente a embriones marinos muertos y constituyen pseudoformas remarcables en las que la biopelícula reemplaza y moldea de una forma exquisita la organización celular, así como su estructura. El modelo experimental empleado es un embrión con una forma y tamaño a los embriones fosilizados. Los datos muestran que la preservación de los fósiles se realiza en 3 etapas: (i) inhibición de la autolisis de tejidos por formación de ambiente reductores o anaeróbicos, (ii) rápida formación de biopelículas microbianas que consumen el tejido, pero crean una réplica que retiene tanto la organización celular como morfológica y (iii) mineralización catalizada por los microorganismos. En este trabajo también se han identificado los principales microorganismos implicados en estos procesos mediante secuenciación del 16S rDNA. Los resultados obtenidos muestran que la preservación de los embriones es similar a la que aparece en los fósiles. Estos resultados muestran como es posible la fosilización, mineralización y mantenimiento de tejidos blandos a lo largo del tiempo gracias al papel que juegan los microorganismos.”

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A. Embrión de Heliocidaris erythrogramma (erizo de mar) invadido por bacterias que forman sobre biopelículas tanto en el interior como en la superficie del embrión (flechas blancas). D. Embrión fosilizado del Ediacarano (635-542 millones de años) analizado por tomografía de rayos X. Se observan estructuras internas similares a las de A.

¿Estamos usando los modelos adecuados para estudiar evolución? diciembre 19, 2008

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Charles Darwin en El Origen de las Especies utilizó el estudio de la domesticación de especies salvajes como ejemplo de selección artificial, por el que según él, se hacía una copia de los procesos que ocurren en la naturaleza. De esta forma hemos domesticado tanto animales como plantas para nuestro propio provecho. Un ejemplo indiscutible lo podemos observar en las variaciones que ha sufrido el maíz desde que fue utilizado por primera vez por los pobladores de América hasta nuestros días. Como se puede observar en la fotografía, los diferentes pobladores fueron seleccionando aquellas variedades de semillas de mayor tamaño que poseían, por tanto, mayor capacidad nutricional.
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Estos agricultores, a diferencia de lo que hoy ocurre, no poseían ningún conocimiento de genética, y eran completamente ajenos a lo que es la variabilidad génica o lo que supone una mutación. Sin embargo estaban seleccionando mutantes mediante el filtro selectivo del tamaño de grano.

Otro ejemplo de domesticación ha ocurrido recientemente en los laboratorios donde se estudia microbiología. Las cepas con las que hoy trabajamos en los laboratorios han perdido muchas de las propiedades de poseían cuando vivían en el medio ambiente. Al igual que ocurre con los animales domesticados., muchas de estas bacterias no sobrevivirían a una liberación al medio. En nuestros laboratorios las hemos mantenido en medios de cultivo ricos, las hemos privado de sus depredadores y sus parásitos y hemos mantenido estables las condiciones de temperatura, salinidad o pH. En la naturaleza las bacterias, salvo raras excepciones, se encuentran en situación casi de ayuno, se enfrentan a situaciones de elevada fluctuación ambiental, existentes protozoos que las depredan o bacteriófagos que las infectan.

Una de las bacterias favoritas para el estudio de laboratorio es Escherichia coli, ya que crece rápidamente en medios sintéticos, y es fácilmente manipulable. Pero, ¿siempre ha sido así?. La verdad es que no, lo que ocurre es que ya nos encontramos con mucho del trabajo hecho. E. coli es una bacteria que puede vivir en el intestino de animales homeotermos, en suelos y en aguas. Pero si tomamos una cepa de vida libre, veremos como esa facilidad para crecer o de manipulación genética, no es tal. No ha sufrido la “domesticación” a la que durante años se han sometido otras cepas.

Cabe preguntarse, ¿es esto debido a variaciones génicas?. En estos momentos sí disponemos de las herramientas necesarias para poder contestar esta pregunta. Ya respuesta no puede ser más rotunda: SI. Las cepas crecidas en el laboratorio pierden gran cantidad de información, aquella relacionada con sobrevivir a situaciones de estrés o cargas metabólicas innecesarias. Así por ejemplo se ha observado que cepas de E. coli de vida libre que son capaces de crecer en compuestos aromáticos, pierden esta capacidad cuando crecen durante varias generaciones en medios ricos. La secuenciación del genoma de las cepas de vida libre muestra que los genes que codifican los enzimas necesarios en esos procesos catabólicos se encuentran rodeados por secuencias de inserción que permiten su movilidad por el genoma. Esa información puede perderse espontáneamente tras varios cultivos en medio rico. Ese tipo de elementos móviles, transposones, bacteriófagos lisógenos en el genoma, secuencias repetidas (REPs), regiones multirecombinantes, etc, son muy frecuentes en los genomas de los organismos de vida libre, lo que les dota de enorme plasticidad y variabilidad génica ante cambios ambientales, pero se pueden perder en condiciones de estabilidad del laboratorio.

Estas bacterias también pueden ganar nueva información. Por ejemplo existe un grupo de científicos que mantiene un cultivo de E. coli desde hace más de 30 años y ha observado la aparición de genes y capacidades metabólicas nuevas, como por ejemplo la de catabolizar el citrato, algo de lo que no era capaz ninguna E. coli descrita (de hecho se utiliza como criterio taxonómico de clasificación bioquímica en los test de API).

Pero después de lo indicado, ¿son un buen modelo las bacterias de laboratorio, crecidas en medios sintéticos, para estudiar evolución?. Pues quizás no. A la ventaja que supone la facilidad de su cultivo se contrapone en el otro platillo de la balanza, la pérdida de gran cantidad de información necesaria para evolucionar.

Un ejemplo muy clarificador lo supone el estudio de las bacterias residentes en el hábitat del río Tinto. Este es un sistema fluvial altamente contaminado con metales, incluyendo metales pesados. Los microorganismos han acidificado este ambiente hasta pH 2. En este ambiente la diversidad es escasa, especialmente entre los procariotas. Una de las bacterias que podemos encontrar en el río Tinto pertenece al género Acidiphilium, una bacteria acidófila, resistente a metales pesados y con la capacidad de reducir el Fe (III), tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. Cuando esa bacteria es llevada al laboratorio se observa la rápida pérdida de varias de sus funciones, entre la que destaca por su valor biotecnológico, la producción de electricidad. Un análisis genético preliminar muestra que Acidiphilium posee un número elevado de plásmidos. Tanto el número, como el tamaño de los mismos varían tras unos pocos crecimientos en el laboratorio. Además el estudio de la secuencia de su genoma muestra una elevada plasticidad que viene determinada por alto número de secuencias de inserción, de secuencias repetidas, de transposones, de genes que codifican para transposasas, de un sistema complejo de modificación/restricción, de numeros bacteriofagos lisógenos… En resumen una elevada cantidad de elementos móviles en el genoma que intervienen directamente en la variabilidad génica y en la evolución de este organismo. Muchos de estos elementos se pierden por repetidos cultivos en el laboratorio, lo que limita su capacidad de adaptación evolutiva.

Es por ello, que en los últimos años se están realizando estudios a nivel de microcosmos. Estos sistemas son mucho más complejos ya que incorporan elementos del hábitat donde reside el microorganismo, tales como depredadores, otros microorganismos con los que establece consorcios (fundamental para la deriva génica), condiciones fluctuantes, limitaciones de nutrientes, etc. Pese a que estos estudios son mucho más complejos, ya que introducen un número importante de variables, permitirán hacer una mayor aproximación a los mecanismos moleculares que controlan los procesos de evolución.