domingo, 25 de diciembre de 2016

Las 5 noticias científicas más importantes del año 2016

El año 2016 ha sido un año científicamente apasionante. Pero debido a la inundación de la información que sufrimos todos los días, en muchos casos mezclada con la “pseudociencia” que tergiversa todo lo que toca, es difícil extraer las noticias más importantes y quedarse con lo que realmente han sido descubrimientos o progresos históricos en la ciencia. En este artículo he querido resumir y destacar lo que sin duda son los eventos científicos que han marcado un antes y un después histórico en sus disciplinas.

El pasado 11 de febrero se anunció que se había detectado por primera vez una onda gravitatoria, una perturbación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado. La existencia de ese tipo de onda, que consiste en la propagación de una perturbación gravitatoria en el espacio-tiempo y que se transmite a la velocidad de la luz, fue predicha por Einstein en su teoría de la relatividad general. Pero ha sido este año (100 años después de su predicción) cuando se anunció que el año anterior el famoso experimento LIGO (de sus siglas en inglés, Observatorio de ondas gravitacionales por interferometría láser). Este anuncio ha sido la confirmación de la Teoría de la Relatividad de Einstein, además de dar más evidencias de la existencia de los agujeros negros. Además, ha sido importantísimo porque han confirmado una nueva forma de estudiar el cosmos, mediante el LIGO se puede “ver” el universo a través de las ondas gravitacionales, lo que abre un sinfín de posibilidades que veremos los próximos años. 

2. Aplicación en humanos de la técnica de modificación genética CRISPR–Cas9
CRISPR–Cas9 es una técnica de modificación genética (descubierto originalmente por un español, el Dr. Mojica), que ha revolucionado la forma de modificar el genoma de cualquier ser vivo, haciéndolo mucho más fácil, rápido y accesible. A pesar de que esta técnica se conoce desde hace unos años, y que ya se ha aplicado a plantas y a animales, en China, el pasado 28 de octubre se aplicó por primera vez a un ser humano. Lo que se hizo fue modificar un gen de algunas células de un paciente con cáncer de hígado para luchar contra la enfermedad. Pero este es solo el principio porque el próximo año se tiene planeado realizar muchos más ensayos en humanos en Estados Unidos y China.


3. Progreso en la lucha contra el cambio climático
A lo largo del año se han ido firmando por la inmensa mayoría de los países del planeta el acuerdo que se concretó en París en Diciembre del año anterior. Este progreso es especialmente importante porque nunca en la historia lo habían firmado tal cantidad de países, especialmente los mayores contaminantes del planeta, Estados Unidos y China (solamente ellos dos producen el 38% de las emisiones globales). El pacto entró en vigor el pasado 4 de Noviembre. Pero este no ha sido el único progreso, el pasado 6 de octubre, la Organización de Aviación Civil Internacional de las Naciones Unidas  (ICAO) llegó un acuerdo para reducir emisiones, y el 15 de octubre, 197 países llegaron a un acuerdo para proteger a la capa de Ozono. Además, después de 4 años se ha conseguido crear la reserva Marina más grande del planeta en el Mar de Ross en la Antártida. 
A pesar de todo ello, los devastadores efectos del cambio climático no esperan, ya que el año 2016 ha sido el más caluroso de la serie histórica, los corales de todo el planeta están desapareciendo y fenómenos climáticos catastróficos aparecen cada vez más frecuentemente por todo el planeta. Esperemos que estos acuerdos internacionales se lleven a la práctica y podamos frenar (porque parece tarde para detener) los efectos del cambio climático.


4. Irrupción mundial del Virus del Zika
El pasado febrero, la Organización Mundial de la Salud (OMS), confirmó que la explosión de nacimiento de niños con problemas (incluyendo microcefalia) vinculados al virus del Zika en Brasil constituían una emergencia pública sanitaria real. Sin embargo, la esperada explosión de casos de microcefalia en el resto de países de América no se ha producido, a pesar de la propagación del virus. Incluso en Brasil las altísimas tasas de microcefalia solamente se han dado en una región al noreste de Brasil. El pasado 18 de Noviembre, la OMS declaró el fin de la emergencia sanitaria, para centrarse en el estudio de la enfermedad y la búsqueda de una vacuna. Hoy en día hay numerosos grupos de investigación trabajando en el tema, por lo que esperemos que el 2017 sea un año importante para el progreso de la lucha contra esta enfermedad. 

5.Nacimiento de un bebé con 3 progenitores
Después de décadas de investigación en técnicas de reproducción asistida, se ha conseguido concebir un bebé con DNA mezclado de 3 personas. El objetivo era evitar que el niño naciera con una enfermedad con origen en la mitocondria, las estructuras productoras de energía. En Septiembre nació un niño sano en una clínica mexicana, y posteriormente nació otro con la misma técnica en China. Y en Octubre se consiguió en Ucrania a partir de una madre estéril. 


Otras que el tiempo lo dirá...
Realmente es muy complicado elegir el avance científico más importante del año. No podemos saber a ciencia cierta los descubrimientos y avances que revolucionarán nuestra vida o nuestra forma de ver el mundo. Aunque he seleccionado estos avances, hay muchos que pueden ser muy importantes también, el descubrimiento de que el envejecimiento se puede revertir, la optimización de la fotosíntesis de los cultivos, el uso de células madre para hacer recuperar la movilidad a pacientes tetrapléjicos, el posible descubrimiento de un noveno planeta en el sistema solar, o incluso el descubrimiento de un nuevo número primo, el tiempo será nuestro único juez...
Parte de la inspiración para este artículo la he obtenido de un artículo recién salido en nature.







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domingo, 18 de diciembre de 2016

Precursores de Trehalosa: Revolucionaria forma de mejorar la producción del trigo y su resistencia a sequía.

El incremento de la población mundial, el cambio climático y la reducción de tierras cultivables hace que tengamos que buscar soluciones para incrementar la producción de los cultivos sin dañar el medio ambiente. A grandes rasgos existen dos grandes grupos de soluciones para mejorar la producción de cultivos:
  • Aplicación de productos externamente, mediante la aplicación de fertilizantes, pesticidas, estimulantes (ya sean químicos o biológicos).
  • Mejora genética de los cultivos, mediante mejora tradicional o mediante modificación genética (como a través de la mejora de la fotosíntesis, como comenté en un artículo anterior del blog,  o a través de cultivos resistentes a insectos, como también comenté en este otro artículo)).

Se acaba de publicar en la prestigiosa revista Nature un descubrimiento que puede revolucionar el mundo de los fertilizantes. La Trehalosa-6-fosfato (a partir de ahora en el artículo lo llamaré por su abreviatura T6P) es un azúcar central en el metabolismo de las plantas, regula el uso y localización de la sacarosa (azúcar principal de las plantas) con una influencia vital en su crecimiento y desarrollo. Un grupo de científicos de Reino Unido e India han descubierto que aplicando sustancias que modifiquen el metabolismo de la Trehalosa pueden  mejorar el rendimiento del trigo, mejorando además su resistencia al estrés, como las sequías.

¿Cómo lo han hecho?
Como he comentado anteriormente, la T6P es un azúcar fundamental en el metabolismo del azúcar de la planta, a grandes rasgos: cuanto más T6P tenga la planta, más crecerá ésta y más azúcares producirá. Sabiendo esto te preguntarás: ¿Por qué os complicáis la vida? Simplemente produce esta sustancia y se la echas a la planta... ¡pues no! Eso no vale, porque la T6P es una molécula hidrófila,  y las moléculas hidrófilas y cargadas no pueden entrar tan fácilmente dentro de la planta, a menos que se transporten por la planta de forma activa (es decir, con canales en los cuales la planta gasta mucha energía).
Este grupo de científicos han utilizado otra estrategia, han diseñado "precursores" de esta molécula, es decir, moléculas que con pequeñas modificaciones producen la T6P. Y estos precursores, tan "sencillos" como los de la imagen inferior, tienen "enmascarados" sus enlaces cargados, son menos hidrofílicos, y son capaces de formar T6P si se le aplica luz. Es decir, la estrategia es: aplicar a la planta estos precursores (echándolos en el riego o por spray), la planta los absorbe, y una vez dentro de la planta, mediante la luz se incrementa la producción de T6P, y esta provoca el incremento de azúcares y, por tanto, de la producción.
Para esto hicieron los siguientes pasos (os lo explico muuuuuy simplificado). Para más información, podéis ir al artículo original, del cual provienen algunas de las imágenes del post).

1.Diseñaron y sintetizaron precursores de la T6P, de forma que fueran hidrofóbicos, pudieran entrar en la planta y produjeran T6P dentro de la planta, induciendo la transformación de éstos mediante la aplicación de luz.
2. De todos los que diseñaron, comprobaron mediante varias técnicas cual o cuales eran los que producían más rápidamente y en mayor cantidad la T6P. Además probaron con varias longitudes de onda (tipos de luz), la luz que más se pareciera a la que la planta encotraría en el campo.
3. Una vez seleccionaron a los mejores precursores in vitro, probaron si en la planta funcionaba el sistema (concretamente en Arabidopsis, la planta modelo utilizada en biología vegetal). ¡Demostraron que funcionaba! Incluso mucho mejor que otras plantas transgénicas que habían probado anteriormente otros investigadores. Las plantas modificadas genéticamente no pudieron aumentar la cantidad de T6P más de 2 o 3 veces, sin embargo, con estos precursores pudieron incrementarla hasta 100 veces.  
4. Después de muchas pruebas genéticas y moleculares y una vez comprobado que estos precursores no son tóxicos para la planta se decidieron a comprobar si el mecanismo funcionaba  en un cultivo real en condiciones reales, concretamente en el trigo. Y efectivamente funcionaba, aplicando cantidades muy pequeñas, a penas de 1mM, se incrementaba no solamente el crecimiento de las plantas, sino también la producción de almidón en un 20%, un indicador de que el cultivo es más productivo.
5. Por último,  probaron si en unas condiciones de sequía, la planta podría sobrevivir mejor si se aplicaban estos precursores. Y efectivamente se incrementaba la cantidad de tejido producido una vez finalizaban las condiciones de sequía, es decir, la planta aguantaba mejor y se recuperaba antes.

Conclusión
Como conclusión me gustaría destacar la importancia de este artículo por varias causas. En primer lugar porque demuestra que con cantidades muy pequeñas de una sustancia se pueden obtener grandes respuestas positivas de la planta, lo que demuestra la eficacia de los llamados nuevos bioestimulantes. Por otra parte demuestra una estrategia que puede revolucionar el mundo de los fertilizantes y bioestimulantes, ya que consigue, diseñando un precursor sintético de una molécula biológica, incrementar la producción de los cultivos de forma muy importante. Esto puede incrementar las posibilidades de una futura nueva gama de productos agrícolas de alta producción sostenibles medioambientalmente.






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domingo, 11 de diciembre de 2016

¿Tu vida sana te puede salvar de una enfermedad a la que te condenan tus genes?


A pesar de todas las campañas que se hacen en todo el planeta por una alimentación sana, contra el sedentarismo o contra el tabaco, nosotros seguimos sin creer totalmente que todos nuestros malos hábitos tengan una influencia en nuestra salud. Esto puede ser debido a que aunque por un lado hay cientos de estudios que han probado las ventajas de una vida sana, también se ha demostrado que si en nuestros genes estamos marcados con una determinada enfermedad, poco debemos hacer al respecto, ¿o no? Lo cierto es que está demostrado que, concretamente en enfermedades cardiovasculares, se ha demostrado que las personas con los genes considerados “de riesgo” tienen unas probabilidades entre 3 y 5 veces mayores de enfermar que las que no tienen estos malditos genes.
¿Pero podemos hacer algo para luchar contra nuestro destino?
Un grupo de médicos estadounidenses acaban de publicar la respuesta en un artículo publicado este mes en la prestigiosa revista  The New England Journal of Medicine. Y la respuesta es que: SI, ¡CLARO QUE SI! En él explican cómo han demostrado que, a pesar de que el riesgo genético tiene una fuerte influencia en la posibilidad de sufrir una enfermedad cardiovascular, el hecho de tener una vida sana reduce este riesgo de forma muy importante.

¿Cómo lo han hecho?
El estudio lo han hecho en unas 60.000 personas, por lo que el volumen del estudio es muy importante. Esto es esencial a la hora de darle credibilidad a un artículo científico, porque no es lo mismo hacer una afirmación sobre una muestra de 10 personas, que sobre 60.000.
De estas personas tenían su perfil genético (por tanto pudieron definir su riesgo de sufrir la enfermedad), sus analíticas médicas, como colesterol, hipertensión, diabetes, etc. Y les hicieron una encuesta en la que les preguntaron sobre sus hábitos de vida. Estos hábitos se basaron en cuatro puntos fundamentales: actividad física, dieta, obesidad y tabaquismo. Y con toda esta información hicieron un gran trabajo estadístico.

Algunos resultados fueron obvios y poco esperanzadores, las personas con mayor riesgo genético también tenían mayor riesgo de sufrir la enfermedad cardiovascular (un 91% mayor).
Pero otros resultados fueron muy esperanzadores, en todas las personas, las que tenían riesgo genético alto, intermedio y bajo, se reducía drásticamente el riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares (alrededor de un 45% menor).
Es decir, la respuesta a la pregunta del título es SI. Aunque genéticamente tengas mayor riesgo de sufrir una enfermedad, seguir un hábito de vida saludable puede reducir ese riesgo en casi en un 45% de posibilidades. Pero por otra parte, aunque no tengas riesgo genético, ¡no te confíes! Las personas del estudio sin riesgo genético, pero sin hábitos de vida saludables, también aumentaban su riesgo de sufrir la enfermedad.

Conclusión
Como conclusión quisiera destacar que este estudio confirma de forma tajante la importancia de unos hábitos de vida saludable para reducir el riesgo de padecer una enfermedad cardiovascular. Por tanto, ¡no valen excusas!, deja el tabaco, apúntate al gimnasio y come más fruta y verdura (menos grasas y azúcares). Puede ser un buen propósito para el 2017.
El artículo completo lo podéis leer en este link

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domingo, 4 de diciembre de 2016

Descubre por qué tus plantas enferman cuando te pasas con el agua.

Descubren cómo los patógenos intentan llenar la planta de agua para que la planta enferme.

Cualquier aficionado a la jardinería o agricultura sabe que uno de los principios básicos del riego es que “más vale que falte antes que sobre”. Es decir, una planta se puede recuperar de la falta de agua relativamente bien, porque en general tienen mecanismos para resistir a la sequía, pero el exceso de humedad puede ser fatal. Si te pasas con el riego, empiezan a aparecer “pudriciones” (es decir, enfermedades) y de eso es mucho más difícil que la planta salga ilesa.

Se conoce que muchas de las enfermedades de las plantas causadas por bacterias y hongos son debidas a exceso de humedad. De hecho, muchas enfermedades de los cultivos aparecen en épocas de muchas lluvias y de alta humedad. Pero realmente no se conoce por qué los patógenos se ven tan beneficiados por este exceso de humedad.
Un grupo de investigadores de Estados Unidos y Gran Bretaña acaban de publicar en la prestigiosa revista Nature el descubrimiento de un mecanismo mediante el cual los patógenos responsables de enfermedades no solamente se ven beneficiados por el incremento de humedad, sino que son ellos mismos los que “inyectan el agua en las hojas” para hacer que enfermen.
El mecanismo principal de los microorganismos patógenos para causar la enfermedad en las plantas es la “supresión del sistema inmune”. Es decir, atacan a las defensas de la planta para impedir que se defiendan, y así producir la enfermedad. Para más información sobre la lucha armamentística entre plantas y bacterias, puedes ir a guerra armamentística, la entrada del mes pasado de mi blog donde hablo más detalladamente de tema.
Pero este grupo de científicos han descubierto otro mecanismo de los patógenos, hacer que la zona de la planta a la que está atacando sea más húmeda, concretamente para que la hoja, se “llene de agua”. De esta forma el patógeno tiene un ambiente mucho más beneficioso para su reproducción y “conquista de la planta”.
¿Cómo lo han hecho?
Para esta investigación utilizaron dos organismos modelo, la planta “Arabidopsis thaliana” y la bacteria patógena que produce una enfermedad "modelo", Pseudomona syringae. En primer lugar, crearon varios mutantes de ambos organismos, es decir, le “quitaron” un gen a la bacteria que ellos creían que era importante para producir la enfermedad, y probaron si la bacteria seguía pudiendo provocar esa enfermedad. Hicieron lo mismo con la planta, “quitaron” uno o varios genes a la planta que pensaban que era importante para defenderse de la enfermedad, y le introdujeron la bacteria para ver si de nuevo seguía apareciendo la enfermedad.
Estas pruebas las hicieron varias veces para comprobar cómo de importante era el sistema inmunitario en el comienzo de la enfermedad, pero algo fallaba. No encajaba todo perfectamente, parecía como que había un factor más, siempre hacía falta mucha humedad para que los ensayos funcionaran. ¿Entonces por qué aparece la enfermedad cuando la humedad es baja (aunque menos frecuentemente) en la naturaleza?
Una de los síntomas de esta enfermedad provocada por P. syringae son zonas como “encharcamientos” dentro de la hoja, que se acaban pudriendo. La hipótesis que plantearon los investigadores fue que fuera la misma bacteria la que “generara la humedad” para sí misma dentro de la hoja.

Utilizando ciertas técnicas de microscopía de fluorescencia y utilizando bacterias y plantas mutantes, observaron cómo, efectivamente, algunas de las proteínas que utilizaban la bacteria para causar la enfermedad eran las encargadas de “llenar de agua” la zona del apoplasto (se llama así a la zona que existe en el tejido vegetal entre una célula y otra).
Conclusión
Como conclusión quisiera destacar la importancia de este descubrimiento para la fisiología vegetal y la lucha contra las enfermedades en los cultivos, ya que hasta la fecha se pensaba que el agua beneficiaba a los patógenos simplemente ayudándoles a que llegaran hasta la planta (“nadando”). Pero gracias a este estudio se ha visto que la bacteria induce un entorno acuoso incluso dentro de la planta, lo que ayuda, no solamente a su movimiento, sino también al flujo de nutrientes, a su crecimiento, etc. 
Y como conclusión final: Cuidado al regar vuestras plantas ¡No las ahoguéis!
.El artículo completo lo podéis ver en este artículo: 



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lunes, 28 de noviembre de 2016

Optimizar la fotosíntesis, la solución para mejorar la producción de los cultivos.

Como todos sabemos, las plantas mueren exactamente en el mismo sitio en el que nacen. No pueden salir corriendo ante una amenaza, si llueve no se pueden tapar, si hace frío no se pueden abrigar… por lo que han tenido que desarrollar “soluciones” a lo largo de la evolución para adaptarse a las amenazas que tienen alrededor, ¡pero sin moverse de su sitio!
Lo mismo les pasa con la luz del sol, que aunque la necesitan para vivir, si tienen demasiada, les hace mucho daño. Por tanto, tienen mecanismos para protegerse cuando hay demasiada luz.
El problema surge cuando tienen que adaptarse a la luz muy rápidamente: imagínate, a mediodía en verano, mucha luz, muchísima luz y calor, la planta se adapta a esa inmensa cantidad de energía, pero de pronto aparece una nube, que le tapa toda la luz, la planta se tiene que readaptar, y cuando se va la nube, otra vez lo mismo, y así infinitas veces. Los últimos años se ha estudiado cómo le afecta a la planta estas diferencias de luz, y se ha visto que la planta tarda un tiempo muy importante en adaptarse a las diferentes condiciones, resultando en una pérdida de la producción de los cultivos de un 20%.
Científicos de Estados Unidos, Gran Bretaña y Polonia acaban de publicar en la prestigiosa revista Science cómo han conseguido mejorar la velocidad de respuesta de plantas de tabaco a la luz, provocando una mejora de su productividad.

¿Cómo lo han hecho?

La idea inicial de los investigadores era que si conseguían mejorar la fotosíntesis, podrían mejorar la productividad de los cultivos. El problema era: ¿cómo? En primer lugar buscaron donde tenían más pérdidas las plantas al aprovechar la luz del sol. Observaron que un punto clave era en las transiciones de paso de “exceso de luz” (pleno sol) a “falta de luz” (paso de una nube) y viceversa, en el cual la planta tarda varios minutos. Si pudieran reducir este tiempo de adaptación, mejorarían la fotosíntesis, y por tanto la producción de la planta. 
Estudiaron cuales podrían ser las proteínas responsables de esta adaptación, concluyendo que había tres vitales, las tres encargadas de la disipación de la energía provocada por el exceso de luz (NPQ, del inglés Quenching No Fotoquímico): 
-Dos proteínas vitales dentro de la producción de “Xantofilas, pigmentos similares a clorofilas pero con diferentes características de absorción de la luz. Estas dos proteínas eran VDE (violaxanthin de-epoxidase) y la ZEP (zeaxanthin epoxidase).
-Y una proteína del sistema principal de las fotosíntesis de las plantas. La subunidad S del Fotosistema II(llamado PsbS).
La idea era que si pudieran hacer que las plantas crearan más cantidad de estas proteínas, la planta podría responder mucho más rápidamente a los cambios en la luz. Y eso hicieron, introdujeron, en plantas de tabaco mediante transgénesis más copias de los genes VDE, ZEP y PsbS, consiguiendo que estas plantas produjeran ¡¡¡47 veces más de la proteína VDE, 3 veces más de la proteína PsbS y 75 veces más proteína ZEP!!! Es decir, no metieron genes nuevos, simplemente hicieron que la planta produjera muchísimo más de los genes que ya existían.
Con estas plantas hicieron muchas y diversas pruebas para comprobar que el aumento de estas proteínas hacía que la fotosíntesis se optimizara, ¡¡y así fue!! Pero, aunque una mejora en la fotosíntesis era un hallazgo importante en sí, no tendría mucho sentido si no era capaz de mejorar la producción en las condiciones de campo. Y eso hicieron: probaron las plantas en condiciones reales, para ver si se incrementaba la producción del tabaco. Y… ¡¡ Eureka!! ¡¡Las plantas producían un 15% más!!

Reflexión final 

Como conclusión quisiera destacar que esto es un paso espectacular en la biotecnología agrícola de nuestro siglo, pero me preguntaréis: ¿Por qué, si el tabaco tampoco es tan importante? Efectivamente el tabaco se ha utilizado porque es una planta muy utilizada en biotecnología como planta modelo, pero el gran logro de esta investigación es que han conseguido mejorar la producción de un cultivo modificando una ruta común a todos los cultivos. Es decir, que han abierto el camino para mejorar la producción del resto de los cultivos, maíz, trigo, arroz, y un largo etc. sin tener que incrementar los fertilizantes químicos que tanto dañan la salud y el medio ambiente.

El artículo completo lo podéis leer aquí
La imagen la he tomado de aquí
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lunes, 21 de noviembre de 2016

Bacterias depredadoras para sustituir a los antibióticos.

El descubrimiento de los antibióticos comenzó con la identificación de la penicilina por Alexander Fleming en 1928, aunque su uso generalizado no llegó hasta la segunda guerra mundial, cuando se consiguió producir de forma industrial (para saber más podéis ir a este enlace). Desde entonces los antibióticos han salvado millones de vidas, cambiando la forma de ver la medicina e incluso la sociedad moderna.
El problema ha aparecido durante los últimos años, cuando han comenzado a detectarse infecciones bacterianas multi-resistentes a antibióticos. Es decir, las bacterias que producen las enfermedades han evolucionado hasta hacerse resistentes a los antibióticos convencionales. Esto se debe a múltiples causas, pero especialmente es debido a nuestra culpa, por el uso indebido de los antibióticos (no terminando los tratamientos, el abuso de éstos, utilizándolos cuando no es necesario, y en muchos casos “auto-recetando” antibióticos…).
Este problema, unido al hecho de que el descubrimiento de nuevos antibióticos se ha estancado los últimos años hace que sea imprescindible encontrar nuevas estrategias para combatir a las enfermedades bacterianas. La Organización Mundial de la Salud (OMS) publicó un informe en 2014 (que puedes ver en este enlace) en el cual daba datos escalofriantes, como que solamente en Europa se producían 25.000 muertes al año debido a bacterias resistentes a antibióticos (con un coste sanitario anual de 900 millones de euros). Aquí abajo podéis ver un mapa de dicho informe con un poco de más detalle.

Imagen publicada por la OMS con los países donde han aparecido enfermedades resistentes a antibióticos (verde más oscuro más casos) (OMS, 2014)

Para resolver este importante problema, tres equipos de investigadores de New Jersey (Estados Unidos) acaban de publicar, en la revista científica de la Sociedad Americana de Microbiología (mBio), una estrategia muy novedosa que puede ser una revolución en la forma de combatir enfermedades: el uso de bacterias “depredadoras” que se “comen” las bacterias infecciosas. Concretamente, han utilizado con éxito dos bacterias “depredadoras” (Bdellovibrio bacteriovorus and Micavibrio aeruginosavorus) para acabar con la neumonía (producida por la bacteria Klebsiella pneumoniae) en ratas (animal modelo utilizado en investigación).

¿Cómo lo han hecho?

En primer lugar han buscado bacterias que sean capaces de alimentarse de otras bacterias. Eligieron dos de ellas:
  • Bdellovibrio bacteriovorus: Mata a su presa (otra bacteria) introduciéndose dentro de ésta reproduciéndose dentro y “devorándola desde dentro”.
  • Micavibrio aeruginosavorus: Tiene otro estilo, mata como un “vampiro”, la inyecta unas encimas y la digiere desde fuera.

El efecto de estas bacterias era conocida in vitro y se conocía que no atacan células de mamíferos (lo que las hace inofensivas para humanos). También se había comprobado que no son patógenas para muchos animales (ratones, conejos, cerdos, etc.). Pero nunca se había comprobado si estas baterías eran capaces de atacar bacterias que producen enfermedades en animales.
Una vez elegidas las bacterias, comprobaron que éstas no producían ningún problema en el animal a experimentar: la rata. Las introdujeron por la nariz de 18 ratas, y controlaron la salud de éstas. 10 días después no vieron ningún síntoma, los animales estaban perfectamente.
Entonces, continuaron el experimento en un grupo de 108 animales, introduciendo la bacteria depredadora y la bacteria responsable de la neumonía en ellas (con sus respectivos controles, para poder comparar el efecto de la enfermedad).
¡¡Y funcionó!! Midieron varios parámetros médicos para comprobar el progreso de la enfermedad, y comprobaron que los animales con el tratamiento de bacterias “depredadoras” redujeron o incluso eliminaron síntomas de neumonía, mientras que los controles sin tratamiento desarrollaron la enfermedad ( en la imagen inferior se puede observar algunas de las imágenes del artículo). 

Corte histológico de pulmones de la rata en diferentes tratamientos (Control, arriba izquierda, Infectado por neumonía sin tratar, arriba a la derecha, infectado con bacteria B. bacteriovorus 109 abajo a la izquierda e infectado por M. aeruginosavorus (MICA)) abajo a la derecha). En los dos inferiores se puede ver como no hay bacteria infecciosa.

Además estudiaron si las bacterias depredadoras seguían en los órganos del animal una vez habían consumido sus “presas”, y el resultado fue negativo. Una vez no tenían “presas” para “comerse”, la bacteria desaparecía, es decir “se morían de hambre”. Este resultado es muy importante, porque significa que la batería no podrá dar problemas una vez haya hecho el “trabajo” que queremos que haga curando la enfermedad.
Como conclusión final quiero destacar que, aunque el estudio tiene muchas limitaciones y aún quedan muchas más pruebas que hacer, son unos resultados muy prometedores para desarrollar nuevos medicamentos basados en el “biocontrol”, reduciendo los efectos secundarios al paciente, reduciendo el riesgo de producir resistencias y conseguir nuevos medicamentos que curen enfermedades cada vez más difíciles de controlar por la resistencia a antibióticos.
El trabajo lo podéis leer en este enlace

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lunes, 14 de noviembre de 2016

Demuestran que las raíces "ven" la luz


Como todos sabemos, la luz regula todos los aspectos del mundo vegetal. Cuando compramos unas plantas para tenerlas en casa, lo primero que tenemos que hacer es elegir entre “plantas de interior” o “plantas de exterior”. Y seguro que a prácticamente todos los que estamos leyendo estas líneas, se nos ha ocurrido la “feliz idea” de poner una planta de exterior en el interior o viceversa, y todos nos hemos dado cuenta que no ha sido buena idea. El resultado con prácticamente total seguridad ha sido fatídico para la planta en cuestión.
Esto es porque las plantas están genéticamente adaptadas a una intensidad de luz determinada. Pero tienen un margen de adaptación, no es necesaria una cantidad exacta de luz, las plantas se pueden adaptar a la luz.
Hasta la fecha se conocía que las raíces de las plantas son capaces de reaccionar ante cambios de la luz. Por ejemplo, pueden crecer más o menos en función de la luz que recibe la planta. Pero solamente se había demostrado que son las hojas las que detectan la luz y éstas son las que envían señales (hormonas vegetales, como unas llamadas auxinas) a las raíces.
Pero este mes ha sido demostrado que las raíces puede detectar (“ver”) la luz directamente. Varios grupos koreanos han trabajado conjuntamente para demostrarlo, publicando su trabajo en el último número de la revista Science Signaling
Lo que han demostrado es que la luz es conducida eficazmente a través de los tallos hasta las raíces, donde es detectada por receptores especializados. Y estos receptores transmiten la señal y produce modificaciones en las raíces.

¿Cómo lo han hecho?

Los investigadores observaron que muchos genes de fotoreceptores se expresan en las raíces de las plantas. Es decir, hay receptores de luz en las raíces, pero.. ¿por qué? Si la luz no penetra más de unos milímetros en el suelo, y la naturaleza no hace nada “a lo tonto”. La única solución que quedaba es que la luz pudiera llegar a las raíces a través del tallo de la planta.
En primer lugar compararon los genes que se expresaban de forma distinta en la raíces de plantas de Arabidopsis (la planta modelo en biología de plantas) en dos condiciones distintas: 
en raíces iluminadas y tallo en oscuridad. 
en raíces en oscuridad y tallo iluminado. 
Encontraron casi 1000 genes que cambiaban su expresión en las distintas condiciones, pero mediante varias técnicas bioinformáticas fueron filtrando los genes hasta encontrar varios genes relacionados con la recepción de la luz y la respuesta fisiológica a ésta.
El siguiente paso fue modificar uno de estos genes de la planta (lo “destruyeron”, haciéndolo inservible), concretamente uno de los relacionados con estos fotoreceptores. Y comprobaron que repitiendo el experimento, la planta no reaccionaba frente a la luz!! Es decir, efectivamente, estos fotoreceptores funcionan en las raíces de la planta
La siguiente pregunta era: ¿cómo la luz activaba estos fotoreceptores? Para comprobar si eran activados por las típicas hormonas conocidas que se transportaban desde las hojas hasta las raíces, aplicaron varias de éstas hormonas, pero estos fotoreceptores no se activaban, tenía que ser otra cosa… La otra posibilidad era que no fuera ninguna señal, sino directamente la luz la que se transportara hasta la raíces. Para ver si la luz podía “transportarse” a través de tejido de las plantas, usaron varios métodos ópticos que comprobaron que ciertas longitudes de onda de la luz podían hacerlo (concretamente entre 450 y 700 nm). 
Lo último que quedaba por comprobar era si esa luz que se transportaba por el tallo era capaz de estimular los fotoreceptores. Para ello hicieron múltiples experimentos con plantas en oscuridad e iluminadas, combinando técnicas moleculares con plantas con genes modificados, que no entro a detallar para no extender el post (quien esté interesado, puede consultar el artículo completo en el link que hay al final del post). Y efectivamente, podían hacerlo!! En la imagen de más abajo podéis ver cómo algunas células vegetales son excitadas por la luz (para ello utilizan diversas técnicas que están explicadas en el artículo en sí, aunque si alguien tiene curiosidad, me lo puede preguntar y se lo detallo).
Como conclusión querría comentar que, aunque este artículo es bastante complejo debido a las técnicas utilizadas, me ha parecido muy interesante acercároslo debido a lo tremendamente novedoso que es la demostración de que la luz pueda conducirse a través del tallo de la planta y llegar hasta las raíces. Como si de una fibra de vidrio se tratase!!!


El artículo completo (al igual que la imagen del post) lo podéis leer en este enlace.

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martes, 8 de noviembre de 2016

Plantas parásitas que "roban" genes

La Transferencia Genética Horizontal (TGH) es un proceso mediante el cual un individuo es capaz de adquirir los genes de otro (de otra especie totalmente distinta) e incorporarlos a su ADN. Hasta ahora, era un fenómeno conocido en bacterias que, aunque llame la atención, ha demostrado ser bastante habitual a lo largo de la evolución. De hecho, es conocido como una forma que tienen las bacterias de resistir a antibióticos, metales pesados o pesticidas. 
Sin embargo, este sistema ha aparecido de forma mucho menos frecuente en organismos superiores, y aún no se entiende muy bien las repercusiones que ha tenido a lo largo de la evolución. Aunque sí que se conoce algún caso en el cual las plantas han adquirido ADN de bacterias.
Yang y sus colaboradores han publicado en el último número de la prestigiosa revista PNAS un trabajo en el que demuestran que algunas plantas parásitas han utilizado la TGH para “robar genes” a la planta a la que parasitan y así adaptarse mejor a este modo de vida.

¿Cómo lo han hecho?

El estudio lo han hecho de la siguiente manera: en primer lugar han secuenciado todo el ARN (llamado transcriptoma) de varias especies parásitas (parásitas de otras plantas). El ARN es la molécula que hace de intermediaria entre el ADN (los genes) y las proteínas (entre otras muchas funciones reguladoras que no me detendré a explicar aquí). A modo de resumen, han identificado todos los genes que la planta expresa en unas condiciones determinadas. 
Han utilizado plantas parásitas porque han supuesto que sería más fácil la transferencia de genes entre plantas en organismos que están tan unidos entre ellos como un parásito a su hospedador. En esta relación “tan íntima”, los haustorios (estructura usada por hongos y plantas para introducirse en el hospedador) están muy unidos físicamente a las células del hospedador, lo que haría muy posible que los genes se transfirieran de una planta a la otra.
Concretamente, seleccionaron varias especies de la misma familia. Utilizaron la familia Orobanchaceae porque dentro de ésta hay especies con distintas formas de parasitismo:

  • Hemiparásito facultativo: pueden vivir sin ser parásitas, como Triphysaria versicolor), 
  • Hemiparásito obligado: son capaces de hacer fotosíntesis pero que necesitan parasitar otra planta para vivir, como Striga hermonthica) (en la imagen se puede ver en parasitando plantas de Sorgo)
  • Holoparásito obligado, ni siquiera son capaces de hacer la fotosíntesis, Phelipanche aegyptiaca
  • No parásitas, como Lindenbergia


Analizando todos los genes de todas estas plantas y mediante medios bioinformáticos y estadísticos, han encontrado más de 50 genes que podrían haber sido adquiridos por la planta mediante transferencia horizontal (TGH). Esto lo hicieron comparando los genes de estas plantas con las de plantas a las que parasitaban y que estaban evolutivamente muy distanciados. Es decir, que la única forma que ese gene hubiera llegado hasta allí fuera mediante transferencia horizontal (TGH), y no mediante evolución clásica. Además, utilizaron la especie no parásita como referencia, para descartar algunos de los genes comunes a ella que no podrían haber llegado por transferencia horizontal (porque no es parásita).
De hecho, en las especies en la cual el parasitismo es más necesario para la supervivencia de la planta, más genes transferidos había (más genes había "robado a la planta parasitada").
Al estudiar estos genes, han comprobado que la mayoría de ellos están relacionados con funciones del haustorio. Otros genes estaban relacionados con la defensa de la planta frente a enfermedades, es decir, la planta ha adquirido “armas” contra enfermedades que funcionaban en la planta a la que parasitaban, ayudándola a sobrevivir a enfermedades. Otra cosa lógica que encontraron fue que muchos de éstos genes (42) tenían elementos llamados “transposones”, que son conocidos por su capacidad de “saltar “ de una parte del ADN a otra, por lo que sería más fácil para ellos “saltar” no solamente a otra parte del ADN, sino también a otro ADN de otra especie.
Como conclusión fundamental del artículo, se destaca cómo la transferencia horizontal de genes (TGH) tiene una función mucho más importante de lo que se pensaba en la evolución de las plantas parásitas. Por tanto, espero que a partir de ahora, cuando toquéis una planta, ¡¡lo hagáis con más cuidado!! ¡¡Nunca se sabe cuándo puede robaros un gen!!! 
(esto último obviamente es un lamentable toque de humor que el artículo necesitaba, jejeje!!)
El artículo completo lo podéis encontrar en este enlace
La imagen la he obtenido de este enlace

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martes, 1 de noviembre de 2016

Tabaco que cura la malaria.

La artemisina es uno de los medicamentos más importantes contra la malaria, que está provocada por el parásito  (Plasmodium), que a su vez es transmitido por el mosquito Anopheles.
La artemisina (a cuya descubridora, Tu Youyou, le dieron el premio nobel el año pasado) se sintetiza a partir de la planta Artemisia, pero tiene tres problemas fundamentales. En primer lugar, su contenido en la planta es muy bajo (menor al 0.5-1%), por lo que si se quiere consumir directamente con una infusión, el efecto es muy bajo. 
En segundo lugar, su concentración depende mucho de las condiciones ambientales, por lo que es muy difícil obtener una concentración fija (una dosis óptima que haga un efecto fijo), si se consume directamente de la planta. El último problema principal es que, al sintetizarse y concentrarse en el laboratorio en forma de pastillas (como la venden grandes empresas farmacéuticas), además de incrementar el precio y hacerlo difícilmente accesible a las clases más pobres, su biodisponibilidad se reduce mucho ( es decir, su absorción en nuestro cuerpo), por lo que su efectividad es muy reducida. De hecho, se ha comprobado que esta reducción de la biodisponibilidad del medicamento sintético comercial  es tan baja  debido a que, al purificarla, se eliminan todos los componentes vegetales y los microorganismos de nuestro intestino no la pueden asimilar (reduciendo su efectividad).
La colaboración de un equipo indio y otro estadounidense (al final del post os pongo el link del artículo por si queréis más detalles) han publicado en el último número de la revista  Molecular plant de Cell una solución a este problema. Han conseguido introducir varios genes de la ruta de síntesis de la artemisina en plantas de tabaco. Con esto han hecho que la planta produzca gran cantidad de este medicamento en sus hojas (mucha más que la planta Artemisia). Esto es muy importante ya que simplemente comiendo las hojas, han demostrado que hace un efecto mayor al del medicamento o la planta original (Artemisia).
Os cuento por encima cómo lo han conseguido:
Han introducido una serie de genes en el ADN de la planta:

  • han introducido 6 genes de levadura mediante la técnica del Agrobacterium tumefaciens (una bacteria que es capaz de introducir el gen que queramos en el ADN de una célula vegetal), 
  • otros 6 genes mediante biobalística (una técnica que lo que hace es, literalmente, “tirotear” una célula de planta con genes, insertándose éstos en su ADN),
  • y otros 3 genes mediante unos péptidos especiales (moléculas de las que están hechas las proteínas).

Otra gran novedad de esta investigación es que esto lo han hecho introduciendo los genes en diferentes ADNs de la planta, algunos en el ADN del núcleo y otros en el ADN del cloroplasto.
Entre todas las plantas transformadas, seleccionaron la planta transgénica que más artemisina producía (que llamaron DT4), para pasar a hacer ensayos de laboratorio para probar su efectividad contra el parásito que produce la malaria (Plasmodium).  Una vez que comprobaron que era mucho más efectivo que el producto comercial, lo pasaron a probar en ratones.
En ratones infectados por la malaria comprobaron que los alimentados con las hojas de la planta transgénica redujeron mucho más su enfermedad que los alimentados con la artemisina purificada o con la planta.

Los autores destacan que, aunque esta no es la primera planta biofarmacéutica desarrollada (ya se han hecho para la tuberculosis, cólera o ántrax), puede que en este caso tenga más suerte con todas las trabas administrativas anti-transgénicas. Afirman esto porque la tecnología utilizada (ingeniería de los cloroplastos) no utiliza ningún gen de ningún organismo potencialmente peligroso para hacerla, por lo que no estaría regulado por el gobierno de Estados Unidos.
Aunque todavía quedarían por hacer muchas más pruebas en humanos y miles de barreras administrativas que todo cultivo transgénico debe superar, este cultivo es muy esperanzador. Si se sembrara esta planta en los países más pobres donde el acceso a los medicamentos es tan complicado (500.000 personas al año mueren por la malaria), podría mejorar la vida de muchos millones de personas en el planeta.  
El artículo original lo podéis encontrar aquí

La imagen la he obtenido de: De James D. Gathany - The Public Health Image Library , ID#444, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=198377
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jueves, 27 de octubre de 2016

La planta que se hace pasar por un cadáver de abeja.

En esta entrada del blog me gustaría compartir el curiosísimo descubrimiento que han publicado Heiduk y sus colaboradores en el último número de la revista “Current Biology”. 
En el artículo explican que, por una parte, hay arañas que cazan abejas para alimentarse, atrapándolas en sus telas. Por otra parte, existe una mosca (Desmometopa se llama) especializada en robarle sus presas a esta araña (lo que se llama “cleptoparasitismo”), alimentándose de abejas capturadas en telas de araña. Estas abejas, cuando se sienten atrapadas, emiten un tipo de hormonas, llamémosla “hormonas de miedo” que son las que “huelen” estas moscas para llegar hasta las abejas. En principio podríamos decir que esta mosca se “cree muy lista”, pero en la naturaleza (como en nuestra vida) siempre hay alguien más listo que tú. En este caso es la planta Ceropegia sandersonii que crece en África del sur. La flor de esta planta emite una sustancia con el mismo olor que la “hormona del miedo” que producen las abejas, atrayendo a las moscas
           
   
Estas moscas llegan a la flor, y al verse engañadas, se van en busca de más presas (con más hambre que antes, todo sea dicho), pero ya se llevan en su cuerpo lo que la planta quería, su polen. Estas moscas van a otra flor de la misma especie, con mucha más hambre, y les pasa lo mismo, pero la planta ya se ha aprovechado de ella, ya que le ha llevado el polen de una planta otra, polinizándola. Resumiendo mucho, el descubrimiento lo hicieron de la siguiente manera:
En primer lugar, tuvieron que identificar cuales de los insectos que visitaban la flor eran los que la polinizaban. Aunque las flores sean visitadas por muchos insectos, no todas las flores tienen la forma necesaria para que “encaje” exactamente en la flor y sea capaz de cargar el polen, aunque sea involuntariamente. Entre los “visitantes” de la flor, vieron que había muchos insectos demasiado pequeños o frágiles como para poder entrar en la flor y cargar el polen. Pero entre los que encajaban perfectamente estaban las moscas Desmometopa, concretamente las moscas hembra, que se sabía que eran las que se alimentaban de las abejas atrapadas en telas de araña. Lo hacen para conseguir suficiente cantidad de proteína para alimentar a sus huevos. Ya que los investigadores observaron que estas moscas no se alimentaban de la flor ni sacaban ningún beneficio en visitar la flor, ¿por qué lo hacían?
 En segundo lugar compararon todos los compuestos volátiles (que le dan el olor a la flor) con los posibles compuestos que serían capaces de detectar los insectos y los identificaron, le pusieron “nombre y apellidos a estos compuestos”. Y observaron que el 60% de los compuestos volátiles que producía la flor eran idénticos a los que producían las abejas cuando estaban atrapadas en la tela de araña. Los investigadores comprobaron que entre estos compuestos, cuatro de ellos (el geraniol, 2-heptanone, 2-nonanol, y (E)-2-octen-1-yl acetato) provocaban una atracción a las moscas. Además, se conoce que estos compuestos los utilizan las abejas para defenderse cuando son atacadas y para comunicarse con el resto de las abejas para anunciar peligro. Y por último probaron si realmente alguna mezcla de estos cuatro compuestos era capaz de atraer en el campo a estas moscas, consiguiendo que una de las mezclas atrajera al 80% de las moscas probadas, comprobando su teoría. 
Como conclusión, querría destacar el artículo, no solamente por lo curioso del descubrimiento, sino porque nos descubre nuevas, complejas e íntimas relaciones entre organismos tan diferentes como las plantas, moscas depredadoras y abejas. Al ritmo que llevamos de destrucción del medio ambiente, vamos a provocar la extinción de muchos de estos organismos incluso antes de que los descubramos y entendamos, perdiéndonos no solamente la belleza de su existencia, sino las miles de aplicaciones biotecnológicas que tendrían para la salud, agricultura o cualquier otra aplicación que seguramente ni siquiera hoy en día imaginamos, pero que nos podrán salvar la vida en un futuro no tan lejano.
El artículo completo podéis encontrarlo en el siguiente link:

Las imágenes completas pertenecen a wikipedia y las podéis encontrar en los siguientes enlaces:
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domingo, 23 de octubre de 2016

Diseñado un algodón con un gen de un helecho que resiste a la mosca blanca

La mosca blanca (Bemisia tabaci) es una de las plagas más importantes del planeta, dañando los cultivos, absorbiendo su savia y transmitiendo enfermedades víricas. Hasta ahora, la forma de combatirla eficazmente era mediante potentes y tóxicos insecticidas. Si vosotros sois aficionados a la jardinería o tenéis vuestra propia huerta, la habréis sufrido. En el artículo publicado en el último número de “Nature Biotechnology”, Anoop Kumar Shukla y colaboradores publican como han conseguido introducir una proteína (que llamaron Tma12) de un helecho comestible (Tectaria macrodonta) en plantas de algodón haciéndola resistentes a esta mosca.

A continuación os explicaré brevemente cómo lo consiguieron:
Los investigadores observaron que los helechos eran raramente infectados por la mosca blanca, e hicieron una búsqueda de diferentes proteínas en 38 especies de helechos distintos que fueran responsables de esta protección. Para ello hicieron un extracto de las proteínas de estos helechos, haciendo pruebas para ver si alguno de estos extractos eran efectivos contra la mosca blanca. Observaron que cuatro extractos eran eficaces, y que todos ellos tenían en común una proteína, la proteína Tma12.
Una vez que identificaron exactamente cómo era la proteína, todas sus propiedades y encontraron el gen que lo expresaba, pasaron a la siguiente fase de la investigación, introducirla en un cultivo que sufriera la plaga de la mosca blanca. Eligieron el algodón debido a su importancia económica y a que no es un cultivo comestible, eliminando las preocupaciones sobre si pudiera llegar al consumo humano. Utilizando la conocida técnica de la bacteria Agrobacterium tumefaciens (una bacteria capaz de introducir información genética en una célula vegetal) introdujeron el gen tma12 en una planta de algodón (la planta de algodón, una vez transformada, tenía un 0.01% de la proteína total en hoja).
Cuando realizaron pruebas en campo, vieron que ninguna de las plantas sufrió ningún ataque de mosca blanca, mientras los controles (plantas normales) eran totalmente atacados. De hecho, vieron cómo en los controles el número de moscas pasaba de las 2500, mientras que en los controles nunca había más de 20. Además observaron que la introducción del gen no reducía el rendimiento de la planta. De hecho, en otras pruebas vieron que el beneficio de las plantas de algodón transgénico (a las que se le incorporó el gen que codificaba la proteína Tma12) que no se le aplicó ningún insecticida, era similar al de las plantas que pasaron 3 rondas de insecticida.
Cuando estudiaron exactamente qué fase del desarrollo de la mosca era afectada por la proteína, descubrieron que las moscas adultas no eran afectadas, las que eran afectadas eran las fases embrionarias. Es decir, la proteína no mataba las moscas, lo que hacía era impedir que se reprodujeran. Por otra parte estudiaron cómo le afectaba al crecimiento de otras plagas e insectos, como Helicoverpa. armígera, Spodoptera litura, Aphis gossypii y Phenacoccus solenopsis, sin obtener ningún resultado efectivo. Es decir, esta modificación del algodón no afecta a otras especies, solamente a aquellas moscas blancas que atacan el algodón. Además comprobaron que no afectaba al principal depredador natural de la mosca blanca, nuestra querida mariquita (Harmonia axyridis). 
Aunque el algodón no se utiliza para consumo humano, sino que se utiliza como tejido, sí que los restos de las cosechas se suelen utilizar para alimentar el ganado, por lo que realizaron pruebas en ratas para ver si eran afectadas. El resultado que obtuvieron fue que no se detectó ningún cambio en los tejidos de las ratas. También estudiaron las posibilidades de que la proteína tuviera alguna estructura que la hiciera tener la posibilidad de ser alergénica, sin encontrarla. Esto es lógico, ya que a proteína Tma12 la obtuvieron de un helecho comestible.
Como conclusión personal quería destacar este artículo por varios puntos, en primer lugar porque me parece muy útil la estrategia de utilizar una proteína de una planta comestible, para introducirla a otra y hacerla resistente a un insecto. Además estoy seguro que si se cultivara este algodón a gran escala (o incluso si se realizaran más investigaciones para introducirlo en más cultivos), los beneficios a escala global para el medio ambiente serían muy importantes, ya que se eliminarían la aplicación de insecticidas químicos tan tóxicos tanto para la naturaleza como para el ser humano. Aunque mucho me temo que tardaremos muchos años en poder ver este avance biotecnológico en nuestros campos debido a las estrictas regulaciones que existen en todo el mundo y la gran cantidad de años y dinero que necesita todo nuevo cultivo modificado genéticamente para ser autorizado.

El artículo lo podéis leer de forma completa en el siguiente link:

La imagen proviene del siguiente link: 
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lunes, 17 de octubre de 2016

La zarzamora, un gran desconocido de la producción agrícola española.


Cuando vemos en el supermercado moras, nos recuerda a cuando éramos pequeños y nos íbamos de excursión, y en muchos casos pensamos que se sigue recogiendo igual, pero no. Hoy en día existen grandes superficies intensivas de cutivo de zarzamora, especialmente en el sur de España y México. Pero antes de nada, vamos a ver qué es la zarzamora.

La Zarzamora (Rubus spp.) es una planta leñosa perteneciente a la familia de las Rosáceas, en la que se encuentran otras plantas silvestres o cultivadas como la fresa (Fragaria vesca L.), ciruelo (Prunus domestica L.), rosal (Rosa canina L.), cerezo (Prunus avium L.) o frambuesa (Rubus idaeus L.). El género Rubus está compuesto por 600-800 especies (Bushakra et al., 2012), distribuido por todos los continentes con hábitats muy variados y repartido en distintos subgéneros. El género Rubus se clasifica en 12 subgéneros, que a su vez se dividen en numerosas secciones y series (Alice and Campbell, 1999). En Europa la zarzamora más abundante y con mayor variabilidad es la del subgénero Rubus, cuyo número de especies estimado sobrepasan las 130 (Focke, 1910; Monasterio-Huelin, 1992; Alice and Campbell, 1999). La mayoría de las especies se localizan en suelos ácidos, profundos, nitrificados y bien drenados. En Europa la mayor parte de las especies forman la orla espinosa de los bosques caducifolios, aunque hay especies claramente heliófilas o nemorales en función de las comunidades a las que pertenecen.



La producción mundial de Zarzamora se estima en alrededor de 154.578 toneladas anuales (Strik et al., 2007), con una producción al alza especialmente es España (Fig. 2) . Los principales productores son Norte y Centroamérica, Europa y Asia (Kaume et al., 2012). Su cultivo suele ser anual, pero debido a su alto valor añadido en alza los últimos años (Fig. 3), su cultivo intensivo en invernadero con producción a contraestación durante todo el año se está incrementando en climas templados, con el reto tecnológico que esto supone.

Fig. 2. Producción de Zarzamora en España (FAOSTAT, 2015)

Fig. 3. Precio por tonelada de la zarzamora durante los últimos años (FAOSTAT, 2015)

Aunque su consumo es principalmente en fresco, también es procesado para su venta en congelado, en purés o zumos concentrados. En industria, las moras son utilizadas para la producción de suplementos alimentarios, helados o mermeladas (Kafkas et al., 2006).
El cultivo en contraestación, un cultivo de moda en el sur de España, y con un espectacular potencial económico.
El cultivo en contraestación durante todo el año supone un reto tecnológico que solo es válido para la producción de frutas de alto valor añadido, como es el caso de la zarzamora. Este tipo de cultivo tiene un manejo complicado que se basa fundamentalmente en darle un tratamiento de frío a 4ºC (entre 45 días y 5 meses) a las plantas de un año crecidos en maceta por cultivo hidropónico ( es decir, no en suelo, sino en macetas donde todos los nutrientes se controlan mediante el riego con una gran precisión). Una vez realizado este tratamiento de frío, equivalente a la exposición a bajas temperaturas que tienen lugar durante el invierno, la planta se introduce en invernaderos de tipo túnel, conducida en espaldera, a temperatura ambiente con riego por goteo y cultivo hidropónico. Entonces comienza a producir ramas y hojas, y a los 3-5 meses (en función de la época del año en que se saque al invernadero) aparecen las flores. Gracias a una polinización asistida por abejas que forman parte del sistema de cultivo, producirá frutos aproximadamente un mes después gradualmente, con un tiempo de producción de unos dos meses. La etapa de producción no es homogénea. Se distinguen tres tramos, principio y fin con una menor producción y duración, y una meseta intermedia de 1 mes de duración aproximada, con la máxima producción de la planta.
Por último quisiera destacar el gran incremento del consumo que ha tenido las moras junto a otros frutos rojos durante los últimos años es debido a la gran cantidad de estudios que han corroborado los grandes beneficios para la salud, entre ellas podemos enumerar las siguientes:
  • Prevención de la obesidad (Tsuda et al., 2003; Prior et al., 2008). 
  • Prevención de las enfermedades relacionadas con el envejecimiento como el Alzheimer (Shukitt-Hale et al., 2009).
  • Efectos antimicrobianos contra el Staphylococcus o Salmonella (Giusti and Jing, 2007).
  • Mejora de la visión nocturna (Lee, 2005).
  • Reducción del efecto de infecciones urinarias (Mutlu and Ekinci, 2012; Howell,2007).
  • Prevención de enfermedades cardiovasculares (Pascual-Teresa et al, 2010; Kaume et al, 2012).
  • Mejora del perfil lipídico frente a dietas altas en grasas y azúcares (Bispo et al. 2015)
Bueno, pues la próxima vez que veáis una tarrina de moras en la frutería, ya sabéis de donde vienen y las grandes propiedades para la salud.
(Este texto es un fragmento actualizado de mi tesis doctoral, cualquiera que esté interesado en el tema, no tiene más que escribirme y le puedo enviar más información).

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Las bacterias beneficiosas de la rizosfera, el futuro de la agricultura


En esta entrada del blog voy a explicar un tema del cual soy especialista, las bacterias beneficiosas del suelo de vida libre (es decir, están alrededor de la raíz, NO dentro de ella, No son endófitas), que se denominan “Rizobacterias Promotoras del Crecimiento de las Plantas” (PGPR, de su acrónimo en inglés Plant Growth Promoting Rhizobacteria) (Kloepper et al., 1989). Dentro de las PGPR encontramos bacterias pertenecientes a un gran número de géneros bacterianos como Azotobacter, Acetobacter, Azospirillum, Burkholderia, Pseudomonas y Bacillus.

Este tipo de bacterias se han investigado principalmente con el objetivo de conocer los mecanismos que hacen que sean tan beneficiosas para las plantas, y de esta manera potenciarlos y poder utilizarlos para desarrollar biofertilizantes y biopesticidas que sustituyan las compuestos químicos (tan peligrosos para el medio ambiente). Estos mecanismos son los que paso a explicar a continuación:

Mecanismos de acción de las PGPR

Los mecanismos por los que las PGPR ejercen sus efectos se pueden dividir en dos: directos o indirectos (Ramos-Solano et al., 2008), dependiendo de la implicación de la planta, según se describe a continuación:

Mecanismos indirectos

En los mecanismos de acción indirectos, la estimulación del crecimiento no requiere la participación de la planta, la bacteria libera alguna sustancia, llamada metabolito, que a su vez, afecta a otros factores de la rizosfera (como pH o competencia con otras bacterias patógenas) que revierten en una mejora o estimulación del crecimiento de la planta. Podemos diferenciar distintos tipos de mecanismos indirectos:
  • Producción de sustancias movilizadoras de nutrientes, como ácidos orgánicos o aminoácidos.
  • Producción de sideróforos. Los sideróforos secretados por las PGPR quelan el hierro del suelo que está en formas no asimilables. De esta forma ya es asimilable para la planta, mejorando su nutrición.
  • Control de patógenos edáficos por antagonismos o competencias, mediante la síntesis de moléculas antifúngicas y antibióticos.
  • Hidrólisis de moléculas producidas por patógenos.
  • Síntesis de enzimas hidrolíticas de pared fúngica.
  • Competencia por nutrientes y nichos ecológicos.
Mejora del establecimiento de la simbiosis con rizobios o con micorrizas. También se incluyen en este grupo los microorganismos capaces de mineralizar de forma eficaz la materia orgánica poniendo a disposición de la planta nutrientes y los microorganismos fijadores de nitrógeno de vida libre.


En la imagen se puede ver un Azospirillum brasilense ,famosa bacteria PGPRmarcada por una proteina fluorescente, en la rizosfera de trigo (tomada por mi mismo en los laboratorios del IRD (Montpellier, Francia).

Mecanismos directos

Son aquellos en los que el microorganismo produce un metabolito que por sí mismo es capaz de modificar la fisiología de la planta y por tanto, implica la modificación del metabolismo de la planta. De forma resumida, los mecanismos de acción directa más conocidos son:
  • Fijación de nitrógeno simbiótica.
  • Producción de reguladores de crecimiento.
  • Inhibición de síntesis de etileno.
  • Asociación simbiótica con hongos micorizogénicos.
  • Inducción de Resistencia Sistémica.
Dentro del grupo de mecanismos directos, es de especial relevancia la capacidad de inducción de Resistencia Sistémica en la planta con un gran potencial de aplicación en biopesticidas, ya que se podrían considerar como "vacunas vegetales" y a que preparan a la planta para la próxima llegada de un patógeno.

Todos estos mecanismos de acción de las PGPR son los que pequeñas y grandes empresas biotecnológicas están investigando hoy en día para desarrollar nuevos biofertilizantes y biopesticidas por . Éstos se consideran el futuro de la agricultura ya que sustituyen el uso de fertilizantes y pesticidas químicos tóxicos para el medio ambiente y para nuestra salud, por bacterias naturales del suelo (es decir, no modificadas en absoluto, simplemente seleccionadas entre las más beneficiosas para las plantas).
(Este texto es un fragmento actualizado de mi tesis doctoral, cualquiera que esté interesado en el tema, no tiene más que escribirme y le puedo enviar más información).
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sábado, 15 de octubre de 2016

La guerra armamentística entre plantas y microorganismos.

Cualquier animal, insecto, pez, etc. tienen muchas formas de adaptarse al medio, entre otras el movimiento, en el caso de que alguien le ataque, siempre pueden salir corriendo, nadando o volando. En el caso de que tengan sed, pueden ir a buscar agua, o si tienen calor, buscar a sombra. 
Pero como todos sabemos, las plantas son organismos pegados al suelo (o a otras superficies), lo que no pueden hacer es moverse, allí donde nacen, mueren. Por eso, a lo largo de la evolución han desarrollado un complejo metabolismo secundario que le confiere una extraordinaria capacidad de adaptación al medio (calor, frío, depredadores, etc.) (Weston et al., 2012). Por ejemplo, la defensa frente a predadores como herbívoros, desencadena una respuesta metabólica que conduce a la síntesis de sustancias poco digestivas o repelentes (como los "taninos", sustancia que le da un sabor menos apetecible a las plantas),  e, incluso, a la síntesis de compuestos volátiles que alertan a otros individuos cercanos del peligro inminente (Karban and Myers, 1989).

En cuanto a los patógenos, el ataque de virus, hongos o bacterias, es detectado por unos receptores de tipo "Receptores de Reconocimiento de Patrones (del inglés "Pattern Recognition Receptors" (PRRs)" que se localizan en todas las células vegetales digamos que son como unos "radares" que detectan a los patógenos.
Los PRRs detectan los denominados Microbe/Pathogen-Associated Molecular Patterns (MAMPs/PAMPs) desencadenando la llamada PAMP-triggered immunity (PTI). Es decir, los "radares" no detectan la bacteria entera sino "trocitos" de bacterias (como la "flagelina" que es una proteína del flagelo de las bacterias, o azúcares de la membrana de las bacterias). Una vez detectado el "atacante" activa sus defensas, sus "antiaéreos", "tanques", etcétera... activando la biosíntesis de sustancias defensivas dirigidas a frenar el ataque del patógeno (Jones and Dangl, 2006; Dodds and Rathjen, 2010) (Fig. 1).
Pero aquí no acaba la historia, algunos microorganismos son capaces de "camuflarse" o "engañar a la planta", inyectándole unas moléculas (llamadas "efectores") mediante una "jeringa" (como el Sistema de Secreción tipo III) (Millet et al., 2010). Así la bacteria puede propagar la enfermedad.
Pero la planta contraataca, algunas plantas han evolucionado para desarrollar "radares internos", llamados proteinas NB-LRR (del inglés, Nucleotide Binding-Leucin rich repeat), que son capaces de detectar estos "efectores" inyectados por la bacteria, haciendo "saltar las alarmas". La planta será capaz de contrarestar el ataque, dando lugar a la ETI (Effector Trigger Inmunity) y defenderse con éxito.
Pero esto no acaba aquí, ya que puede darse ataque y contraataque muchas veces, algunas bacterias han desarrollado "efectores" capaces de "silenciar" estos "radares internos", y provocando la enfermedad. Esta guerra armamentística se lleva desarrollando desde el inicio de la vida, y seguirá hasta el final de los tiempos, tal y como se describe en el conocido modelo Zig-Zag (Jones and Dangl, 2006).




 Figura 1. Los principios de la Inmunidad de plantas (Dodds and Rathjen, 2010) con modificaciones.

En cuanto estos "tanques" o "armas" desarrolladas por las plantas para defenderse de los patógenos, se trata de entre otras, de la liberación de especies reactivas de oxígeno (lo que podríamos decir "agua oxigenada"), que además de su efecto antibacteriano, contribuyen a reforzar la pared celular y actúan como elementos de transducción de señal de estrés, para inducir otras respuestas de defensa (Apel and Hirt, 2004; Jones and Dangl, 2006). También se desencadenn otras respuestas como activación de quinasas MAPK y cambios en la fosforilación de otras proteínas (Peck et al., 2001). Al cabo de unos minutos se activa la biosíntesis de hormonas vegetales (Spanu et al., 1994), y la activación génica (Zipfel et al., 2004). Finalmente al cabo de horas se produce la deposición de callosa y otras sustancias que refuerzan las paredes de las células e impide que "pasen" las bacterias".

La expresión de genes de defensa que precede a la percepción del patógeno también incluye la producción de compuestos fenólicos, fenilpropanoides, isoprenoides, acetilenos, algunos con características antimicrobianas como las fitoalexinas (Müller and Börger, 1940; Ebel, 1986; Thomma et al., 1999; Jeandet et al., 2013). En otras ocasiones el microorganismo puede no causar daños en la planta pero la dota de una mayor capacidad defensiva previa a la llegada del patógeno, que solo se pondrá de manifiesto cuando se produzca el ataque.
Este último mecanismo de protección consiste en la inducción de un estado fisiológico único denominado priming (Conrath et al., 2002) que también puede ser inducido mediante el tratamiento de la planta con diversos compuestos tanto naturales como sintéticos, lo que podríamos lamar "vacunas vegetales". Las plantas en este estado, son capaces de desarrollar una activación más rápida, más fuerte o ambas cosas a la vez, de las respuestas defensivas tras el ataque de patógenos, insectos o en respuesta a factores de estrés abióticos (Conrath et al., 2006). Las plantas que están en este estado fisiológico pueden presentar un menor crecimiento que las no estimuladas, debido al desvío de recursos energéticos hacia el metabolismo secundario en detrimento de la generación de nuevas estructuras (van Hulten et al., 2006).
En los últimos años ha habido un creciente interés por conocer cuáles son los mecanismos que desencadenan la producción de éstos compuestos defensivos. Hasta ahora hay descritas dos vías de transducción fundamentales, la Resistencia Sistémica Adquirida (SAR, del inglés, Systemic Acquired Resistance) (Lawton et al., 1995; Ryals et al., 1996) y la Resistencia Sistémica Inducida (ISR, del inglés, Induced Systemic Resistance) (Van Loon et al., 1998) (Fig. 2). Ambas respuestas, la SAR y la ISR, comienzan cuando determinadas moléculas, denominadas elicitores, entran en contacto con la planta. Los elicitores bióticos pueden ser de distinta naturaleza, entre ellos podemos citar: proteínas, polisacáridos, lipopolisacáridos o compuestos volátiles.
Pueden ser moléculas sintetizadas por el microorganismo, o bien constituyentes de la pared del mismo, sean microorganismos patógenos o no patógenos. Las dos respuestas se diferencian claramente por las vías de transducción de señales que utilizan, además de que la respuesta ISR es efectiva frente a patógenos necrotróficos, mientras que la respuesta SAR es efectiva frente a patógenos biotróficos (Ton et al., 2002; Doornbos et al., 2012). La inducción sistémica del metabolismo secundario implicado en defensa se ha constatado en numerosas especies vegetales (Van Loon, 2007), lo que no está tan claro es qué elicitores son los responsables de desencadenar este efecto. Está demostrado que los lipopolisacáridos (LPS) de las paredes bacterianas y la proteína flagelina, un constituyente del flagelo, se encuentran entre los elicitores capaces de desencadenar la respuesta defensiva (Lemanceau and Alabouvette, 1993; Ramos-Solano et al., 2008; Van Wees et al., 2008), puesto que ambos componentes aislados de microorganismos beneficiosos son capaces de inducir resistencia sistémica en diversas especies vegetales, tales como Arabidopsis, tomate y judía (Bakker et al., 2007).
Esto sugiere que existe una especificidad en el reconocimiento de estos elicitores y que las plantas poseen una serie de receptores capaces de reconocerlos para así poder activar los mecanismos de defensa. Los elicitores son generalmente componentes conservados de la superficie celular o bien, metabolitos liberados por el microorganismo (sideróforos, antibióticos, biosurfactantes, etc.), pudiendo estar presentes varios elicitores desencadenantes de la resistencia sistémica en un mismo microorganismo (Bakker et al., 2007). Como se ha explicado anteriormente, actualmente a estos elicitores se les denomina PAMPs si provienen de un patógeno (del inglés, pathogen-associated molecular patterns) o bien, en general, MAMPs (del inglés, microbe-associated molecular patterns) (Jones and Dangl, 2006; Mackey and McFall, 2006; Boller and Felix, 2009; Dodds and Rathjen, 2010; Millet et al., 2010; Erbs and Newman, 2012).
La SAR consiste en la capacidad de las plantas para adquirir resistencia tras el ataque de un patógeno que sólo causa daños o necrosis localizadas (Ryals et al., 1996). Está inducida por bacterias y hongos patógenos, por ejemplo, algunas cepas patógenas del género Pseudomonas son capaces de activar mecanismos de resistencia por parte de la planta, que se defiende en respuesta a la invasión microbiana, incrementando la velocidad y los niveles de síntesis de compuestos antimicrobianos, llamados fitoalexinas, implicados en la defensa de la planta (Lemanceau and Alabouvette, 1993; Kishi Kaboshi et al., 2010; Hamada et al., 2012). Si la planta sobrevive, adquiere resistencia a un amplio espectro de patógenos en zonas distantes de la planta que no fueron infectadas previamente. En Arabidopsis thaliana, estos procesos están mediados por ácido salicílico (SA, del inglés, salicylic acid), produciéndose incrementos locales en los niveles endógenos de esta hormona, la participación del regulador transcripcional NPR1 y, como consecuencia, la activación coordinada de genes que codifican para proteínas relacionadas con la patogénesis (PR, del inglés, pathogenesis-related proteins) (Uknes et al., 1993; Lawton et al., 1995; Durrant and Dong, 2004; Van Loon et al., 2006) (Fig. 2).


 Figura 2 Vías de transducción de señales que llevan a la SAR inducida por patógenos y a la ISR inducida por rizobacterias en Arabidopsis thaliana. Adaptada de (Pieterse et al., 1998; Choudhary and Johri, 2009).
PAMPs modelo molecular asociado a patógenos, LPS lipopolisacáridos, MAMPs modelo molecular asociado a microrganismos, JA ácido jasmónico, ET etileno, SA ácido salicílico, PRs proteínas relacionadas con la patogénesis. Flechas negras indican estimulación, flechas verdes indican priming para estimulación, barras rojas en T indican represión. 

Algunas bacterias no patógenas son capaces de desencadenar en la planta las mismas respuestas que una bacteria patógena pero sin la sintomatología asociada. De este modo, incrementan los niveles de ciertos metabolitos relacionados con los mecanismos defensivos de las plantas y, en general, afectan al metabolismo secundario.
Este fenómeno se denomina ISR y confiere una resistencia a las plantas que se manifiesta cuando éstas se enfrentan a un patógeno. La ISR por bacterias rizosféricas fue descrita por primera vez en clavel frente a Fusarium oxysporum (Van Peer et al., 1991) y en pepino frente a Colletotrichum orbiculare (Wei et al., 1991). En ambos casos, las rizobacterias se mantuvieron confinadas en las raíces y los patógenos fueron inoculados y colonizaron sólo la parte aérea de las plantas, de manera que no hubo contacto directo entre las rizobacterias y los patógenos. Por lo tanto, el control de la enfermedad es un fenómeno mediado por la planta. En las últimas décadas, se ha demostrado la inducción de resistencia sistémica mediada por rizobacterias en diversas especies vegetales como judía, rábano, tabaco, tomate, así como en la planta modelo Arabidopsis thaliana, siendo eficaces contra hongos, bacterias y virus patógenos (; Maurhofer et al., 1994; Alström, 1995; Leeman et al., 1995; Pieterse et al., 1996; Duijff et al., 1998; Barriuso et al., 2008; Ramos Solano et al., 2008).
Las señales moleculares que participan en ISR fueron investigadas por primera vez por Pieterse y colaboradores (Pieterse et al., 1996; Pieterse et al., 1998). Estos autores describieron, utilizando mutantes, que la ISR está mediada por ácido jasmónico (JA, del inglés, jasmonic acid) y etileno (ET) en Arabidopsis thaliana, siendo la cepa inductora de la resistencia Pseudomonas fluorescens WSC417r y el agente patógeno Pseudomonas syringae DC3000. También describieron que el factor de regulación NPR1 juega un papel crucial en la ruta de transducción de señales y que las proteínas PR no están implicadas, aunque la planta presente un sistema de defensa reforzado que se pone de manifiesto frente al ataque de un patógeno (Van Loon et al., 1998).
El modelo propuesto por Pieterse et al. (Pieterse et al., 1996; Pieterse et al., 1998) y van Loon y colaboradores (Van Loon et al., 1998) es ahora mucho más complejo, tras haberse demostrado que otras cepas PGPR son capaces también de inducir defensas dependientes de SA, rutas de defensa dependientes tanto de SA como de ET/JA al mismo tiempo y rutas independientes de ambos (van Hulten et al., 2006; Ramos-Solano et al., 2008; Van Wees et al., 2008). Esto demuestra que la inducción de respuesta sistémica depende de los tres elementos (planta-PGPR-patógeno) y que al variar cualquiera de los tres factores podrán variar las respuestas y alteraciones metabólicas. Sabemos que algunas rutas metabólicas están especialmente relacionadas con la síntesis de compuestos de defensa, como la ruta del ácido shikímico para la síntesis de flavonoides. La activación de esta ruta al enfrentar a la planta con el patógeno puede detectarse mediante aumentos en la actividad de enzimas clave de la ruta, como la fenilalanina amonio-liasa (PAL, del inglés, Phenylalanine ammonia-lyase).
De esta forma, el empleo de cepas PGPR no es sólo de interés por su potencial para aumentar la resistencia frente a patógenos, sino por su capacidad para inducir rutas metabólicas implicadas en la síntesis de compuestos defensivos con un valor añadido por tener aplicación farmacéutica o en la industria alimentaria (Capanoglu, 2010; Kandavel and Sekar, 2010; Chamam et al., 2013). 

(Este texto es un fragmento actualizado de mi tesis doctoral, cualquiera que esté interesado en el tema, no tiene más que escribirme y le puedo enviar más información).
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