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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