Las “plantas de la resurrección”, el futuro de los cultivos superresistentes a la sequía

Existen unas 135 especies llamadas “plantas de la resurrección” que producen tanto semillas como tejidos tolerantes a la sequía. Pero, curiosamente, ninguna de estas especies tiene importancia para la alimentación humana. Los cultivos con mayor importancia para la seguridad alimentaria a nivel mundial, como el maíz, el trigo o el arroz, son muy sensibles a la sequía, a pesar de que sus semillas son muy resistentes (soportando una reducción de hasta el 1-5% de su contenido en agua, sin perder viabilidad). Esto hace pensar que estos cultivos tan importantes tienen que tener genes que resistan el bajo contenido en agua, pero que solamente se expresen en la semilla.

El hecho que los principales cultivos que alimentan a la población mundial no sean muy resistentes de la sequía, unidos con el inminente cambio climático que reducirá la disponibilidad de agua a nivel mundial, es uno de los problemas de nuestra generación así como de las generaciones venideras.

Por ello, una parte importante de la comunidad científica y agrícola está investigando nuevas estrategias para adaptarse a la reducción del agua disponible para los cultivos.

En este contexto, un grupo de científicos de universidades sudafricanas, holandesas, alemanas y estadounidenses acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista científica Nature Plants, en el cual exponen el descubrimiento de nuevos genes con una gran potencial de generar resistencia a sequía en la planta Xerophyta viscosa (imagen inferior).

¿Cómo lo han hecho?

Estudiaron una de las plantas de la resurrección que crece en la provincia de Mpumalanga en Sudáfrica llamada Xerophyta viscosa (perteneciente a la familia Velloziaceae). Esta planta tiene la capacidad de sobrevivir después de 25 días deshidratada tras quedarse en menos del 5% de residuo seco. Una vez vuelve a regarse, en solamente 5 días vuelve a estar totalmente verde, tal y como podéis ver en el vídeo de este link.

Una vez seleccionaron las plantas, extrajeron su ADN y lo secuenciaron mediante dos técnicas distintas (Illumina y PacBio). Consiguieron ensamblar el genoma completo combinando la información de ambas técnicas (23 Gigabases mediante Illumina y 17.5 Gigabases mediante PacBio).

Una vez obtuvieron todos los genes existentes en la planta, estudiaron los que podían tener relación con su resistencia a la sequía. Existen clusters o grupos de genes que están muy próximos entre sí y que han demostrado en estudios anteriores que pueden aportar resistencia a sequía. Estos grupos se llaman ARIds (de sus siglas en inglés “islas de genes relacionados con la Anhidrobiosis") o CoDAGs (de sus siglas en inglés "clusters de genes asociados con la desecación"). Los investigadores estudiaron estos tipos de clusters como una fuente de genes para en un futuro cruzarlos con cultivos relacionados con la alimentación y así poder generar cultivos resistentes a la sequía.

Además de estos tipos de genes, estudiaron las proteínas LEA, que se consideran que tienen importancia en la respuesta a la salinidad o las heladas, otros grandes problemas de la agricultura a nivel mundial.

Por otra parte, estudiaron cómo se expresaban estos genes en las diferentes etapas en las cuales la planta empezaba a sufrir la sequía y cuando se rehidrataba. 

Conclusiones 

Gracias al estudio de la planta de la resurrección más resistente a la sequía (según los autores del artículo), se han descubierto una gran cantidad de genes relacionados con la sequía, la salinidad o las heladas. Esto ha supuesto un punto de inflexión en el estudio de genes de resistencia a sequía y con total seguridad hará que en el futuro se desarrollen cultivos que necesiten menos agua o, al menos, que aguanten mejor las temporadas de sequías sin reducción de su productividad.

La imagen de la Xerophyta viscosa ha sido realizada por Marco Schmidt.

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Las hormigas, un importante aliado para ahorrar agua en los cultivos

En ambientes semiáridos la evaporación del suelo puede suponer unas pérdidas del 30 % del agua. Uno de los objetivos de la agricultura es reducir estas pérdidas al mínimo, especialmente en los climas en los cuales el agua supone un recurso limitado. Una de las técnicas utilizadas habitualmente es cubrir el suelo con diferentes materiales para reducir el intercambio de vapor de agua entre el suelo y la atmósfera. Estos materiales pueden ser arena, guijarros o incluso materiales orgánicos. Sin embargo puede que la solución haya estado siempre en la naturaleza pero no nos hayamos dado cuenta hasta ahora. 

Las hormigas representan la mitad de la biomasa mundial de insectos, siendo vitales en la mayoría de los ecosistemas del planeta. Como “ingenieros de los ecosistemas” crean colonias organizadas, creando abundantes macroporos, galerías y nidos en el suelo, lo que ayuda a la estructuración de los suelos. Hasta la fecha se conocía la importancia de las hormigas en el movimiento de agua en el suelo, pero investigadores chinos de las Universidades de Beijing y Yangling acaban de descubrir que la importancia de las hormigas va mucho más allá, reduciendo la evaporación del agua del suelo.

¿Cómo lo han hecho?

Han estudiado la influencia de un tipo de hormiga, Camponotus japonicus en la evaporación del suelo y en su temperatura. Este tipo de hormiga  tiene un cuerpo bastante grande (10-12 mm de largo) con unas grandes mandíbulas, lo que las permite formar grandes agregados de suelo (alrededor de 1.6 mm de diámetro) y por tanto movilizar más cantidad de suelo. Concretamente, prestaron especial atención a la capa de mantillo que forman las hormigas alrededor de la entrada del hormiguero (se llama mantillo a la capa superior del suelo formada principalmente por materia orgánica en descomposición y que es muy importante para la fertilidad de los suelos, lo puedes ver en la foto  inferior).

Realizaron una serie de experimentos usando macetas de 20 cm x 20 cm, con unos 7 kilogramos de suelo, con diferentes densidades de población de hormigas y con diferentes materiales. Con varios instrumentos electrónicos midieron la evapotranspiración del suelo así como su temperatura.  En primer lugar observaron que a más densidad poblacional de hormigas, mayor era la capa de mantillo que cubría el suelo. Observaron que cuando esta capa de mantillo era más gruesa, el suelo conservaba mejor el agua, incluso más en los días más soleados. Además se observaron efectos muy beneficiosos en la temperatura del suelo, sirviendo de amortiguador de ésta.  Este efecto beneficioso desapareció cuando este mantillo producido por las hormigas se desintegró.

Conclusiones

En este artículo se destaca el efecto beneficioso de las hormigas en los cultivos, especialmente en su papel como agente mejorador de los suelos. Aunque aún hace falta estudiar más los efectos de las diferentes especies de hormigas en los diferentes cultivos, así como en las diferentes plagas (como en otro estudio muy interesante en manzano que podéis leer en este link), lo que está claro es que no podemos dejar de lado una parte tan importante de los ecosistemas mundiales. Las hormigas no sólo son insectos vitales para la vida en el planeta, sino que, bien gestionadas, llegarán a ser una herramienta importantísima en el camino de una agricultura sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

El artículo completo lo podéis leer en este link.

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Plantas electrónicas vivas, o e-Plants, un futuro no tan lejano

Hace mucho tiempo que circula por las redes la bonita frase: “Imagínate que los árboles dieran WiFi, todo el mundo plantaría árboles como locos y acabaríamos con la deforestación. Es una lástima que sólo produzcan el oxígeno que respiramos…”.  Pues puede que esto no sea tan descarado, parece que las plantas electrónicas serán una realidad en un futuro no tan lejano. 

Las plantas electrónicas, o e-Plantas, o e-Plants, se definen como “plataformas bioelectrónicas orgánicas que permiten interactuar electrónicamente con plantas vivas”. Aunque parezca ciencia ficción (más propio de una serie de televisión como Black Mirror), poco a poco se van desarrollando tecnologías que permitirán en un futuro cambiar todos los conceptos de comunicación. La idea es crear dispositivos electrónicos y circuitos vivos, que utilicen las plantas y sus sistemas vasculares como “plantilla”, de esta forma se podría conseguir ventajas inimaginables hasta ahora, como dispositivos electrónicos que crezcan o se reparen solos o que no tengan ningún residuo para el medio ambiente.

En este sentido, un grupo de científicos de Suecia acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista PNAS en el que muestran los avances que han realizado en la materia.

En este artículo demuestran cómo han conseguido un material ( “oligómero”)  que puede ser distribuido y sintetizado por una especie de rosa (Rosa floribunda) formando largos polímeros  a lo largo de todo el tejido vascular de la hoja, es decir “de su cuerpo”. Lo que significa esto es que han conseguido que se forme una especie de circuito electrónico con “cables” a lo largo de todo el “cuerpo de la rosa”.  No solamente esto, sino que además han conseguido que estos “cables” entren en el espacio apoplástico de las hojas (el espacio entre una célula vegetal y otra). Esto supone un avance para conseguir transmitir la energía de la planta a dispositivos electrónicos integrados, haciéndolos así autónomos respecto a  la energía externa.

¿Cómo lo han hecho?

Lo primero que hicieron fue buscar una sustancia soluble en el agua que se distribuyera sin problemas dentro de la planta sin que la hiciera ningún daño.

Después de diseñar varios materiales han utilizado varias sustancias químicas llamada PEDOT-S  ( de la abreviación de alkoxysulfonate-functionalized poly(3,4ethylenedioxythiophene)), por favor, sin bromas sobre la desafortunada abreviatura y otra variación llamada ETE-S .  Esta sustancia  es capaz de organizarse dentro del  Xilema de la planta, lo que sería como las “venas de las pantas”. Gracias a que tiene un muy bajo potencial oxidante para la planta y a su bajo tamaño molecular puede introducirse a lo largo de todos los tejidos de la planta, formando una red de “cables”. La introducción de esta sustancia fue muy simple, simplemente la disolvieron en agua y pusieron las rosas cortadas en esta agua, transportándose de forma natural por toda la planta a las 24 horas.

Mediante diferentes técnicas como microscopía y cromatografía líquida comprobaron la eficacia de esta red de “cables” a lo largo de la planta. Además hicieron un circuito muy sencillo para comprobar el potencial que tendría este sistema para, en un futuro poder alimentar dispositivos autónomos más complejos.  Aunque el dispositivo era muy sencillo, con una longitud de 1.7 centímetros, consiguieron una diferencia en la corriente eléctrica, consiguiendo demostrar que este “cableado” natural podría ser factible en el futuro.

Conclusiones

Aunque aún está lejos de ser una tecnología aplicable a la vida real, este artículo ha demostrado que es posible desarrollar un concepto cómo e-plants. Esto tendría unas aplicaciones inimaginables hoy en día, pero que seguro que algún día veremos, y de las cuales nos beneficiaremos en un futuro próximo.

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Demostrado que es posible reducir los pesticidas manteniendo el rendimiento de los cultivos

Conseguir alimentar a toda la creciente población mundial con una  agricultura sostenible medioamentalmente es uno de los retos más ambiciosos del siglo XXI. Para conseguirlo, será imprescindible reducir la aplicación de pesticidas peligrosos para el medio ambiente y para la salud humana.  Especialmente preocupante es la situación de los propios agricultores, que son los que están expuestos a dosis más altas de los productos químicos, y los que arriesgan su salud de forma más clara.

Los pesticidas químicos se pueden reducir adoptando nuevas técnicas de producción como la rotación de cultivos, el uso de variedades resistentes o el uso de productos biológicos o ecológicos. Pero mientras que se instauran estas medidas, es necesario resolver el debate sobre si es posible reducir la cantidad de pesticidas utilizados, y la única forma de hacerlo es mediante estudios científicos completos, objetivos y a gran escala, tal y como se ha realizado en el artículo que hablamos en esta entrada del blog.

Un grupo de investigadores franceses acaban de publicar en la prestigiosa revista científica “Nature Plants” un estudio en el que demuestran que un bajo uso de pesticidas casi nunca reduce la productividad y beneficio de los cultivos.

¿Cómo lo han hecho?

Han analizado la posible reducción del beneficio de los agricultores (como pérdidas por plagas, disminución de la producción...) al reducir el uso de pesticidas con datos procedentes de 946 explotaciones agrarias (ninguna era ecológica) en Francia, contrastando un amplio rango de niveles de pesticidas. El uso de pesticidas fue estudiado mediante sistemas informáticos basados en el llamado “índice de frecuencia de tratamientos” ( “TFI”, del inglés treatment frequency index ). Este indicador cuantifica el número de dosis aplicadas por cada unidad de área cultivada, promediado a través de la secuencia de cultivo. El TFI es la suma de cuatro componentes correspondientes al TFI de herbicidas,  TFI de insecticidas, TFI de insecticidas y TFI de otros componentes (molusquicidas, rodenticidas, etc.). 

En el 77% de los casos no existió ninguna reducción de la productividad al realizar un uso reducido de pesticidas.  Estimaron que el uso total de pesticidas podía ser reducido en un 42% sin ningún efecto negativo en la productividad ni sobre el beneficio final en el 59% de las explotaciones de la red francesa. Estos datos corresponden a una reducción del 37% de herbicidas, 47% de fungicidas, y 60% de insecticidas. De hecho, la reducción de pesticidas es más viable en las explotaciones con un mayor uso de químicos.

Conclusiones.

Los resultados demostraron que la reducción de pesticidas ya es posible en la gran mayoría de las situaciones productivas. Estos resultados deberían ayudar a concienciar a los agricultores, asesores agrícolas, a la administración pública y a los productores de fitosanitarios de que se están aplicando más productos fitosanitarios de lo realmente necesario. 

Aunque sea demasiado complicado (si no demasiado idealista) implantar a nivel mundial una agricultura 100% ecológica,   una agricultura sostenible medioambientalmente no solamente es posible sino que es necesaria. Si no lo hacemos por el medio ambiente, al menos hagámoslo por puro egoísmo pensando en nuestra salud y el de nuestros hijos.

El artículo completo lo pueden leer en este link.

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Hongos que se alían con bacterias para atacar a los tomates

Todos nosotros estamos rodeados de más bacterias de las que creemos, de hecho se da la curiosidad que en nuestro propio cuerpo tenemos 10 veces más células que no son nuestras de las que son nuestras. Esto es así porque especialmente en nuestro intestino y en nuestra piel tenemos millones y millones de células bacterianas (más de 1.000.000.000.000.000 bacterias), obviamente no lo vemos porque las células humanas son mucho más grandes. Pero las bacterias son capaces  introducirse en “cuerpos” ajenos de todo tipo de seres vivos para aportarles algún tipo de beneficio. Muy conocido es el caso de las bacterias del género “Rhizobium”, que ayuda a las plantas leguminosas a fijar nitrógeno de la atmósfera y “dárselo” a la planta gracias a que se introducen en el interior de las raíces.
Cada día se están descubriendo más y más de estas relaciones entre bacterias y otro ser vivos. Especialmente interesante es el caso de los hongos que “utilizan” bacterias “endosimbiontes” para tener “superpoderes” (es decir, gracias a que las bacterias se introducen en sus micelios, son capaces de adaptarse a ambientes o colonizar otros seres que antes no podían).
Este es el caso de la recientemente descubierta relación entre el hongo patógeno de tomate Rhizoctonia solani y la bacteria Enterobacter sp. Un grupo de científicos de Estados Unidos han descubierto cómo este hongo tan problemático para los productores de tomate (entre otros cultivos) necesita utilizar a la bacteria para provocar esta enfermedad fúngica que puede acabar destruyendo la planta.

En la imagen se puede ver el daño que causa este hongo junto con una imagen del hongo en el microscopio.

¿Cómo lo han hecho?

Este grupo de científicos está especializado en estudiar los hongos del género Rhizoctonia. Concretamente el hongo Rhizoctonia solani es la causa de la enfermedad llamada “marchitamiento fúngico” o “podredumbre” que afecta a muchos tipos de plantas, especialmente al tomate.
En primer lugar observaron que siempre que crecían el hongo in vitro recién aislado de la planta, aparecía un tipo de bacteria alrededor de sus hifas. Sin embargo, cuando pasaba cierto tiempo porque se traspasaba de una placa in vitro a otra, estas bacterias acababan desapareciendo. Por tanto, decidieron identificar esta bacteria y estudiar su importancia para el hongo, mediante la secuenciación de parte de su genoma.
Para ver la influencia que tenía esta bacteria en el poder de infección del hongo, inocularon el hongo con y sin la bacteria, y observaron cuanto enfermaban las plantas. Los resultados fueron realmente asombrosos, ¡los hongos sin la bacteria no era capaz de causar apenas enfermedad en la planta!, es decir, aunque el hongo es el causante directo de la enfermedad, éste no es capaz de superar las defensas de la planta y provocar la enfermedad sin la ayuda de la bacteria.

Conclusiones.

Este artículo abre una nueva forma de enfrentar a las enfermedades fúngicas tanto de las plantas como humanas. Hasta ahora se investigaban los hongos patógenos teniendo en cuenta únicamente el hongo y la planta, pero cada día se está viendo más y más que no podemos aislar del ambiente a las enfermedades, sino que seguramente en la mayoría de las enfermedades hay muchos microorganismos que afectan en mayor o menor medida. Esto nos abre un mundo de posibilidades para desarrollar nuevas estrategias para luchar contra enfermedades, teniendo en cuenta no solamente el microorganismo conocido como causante principal de la enfermedad, sino todos los posibles microorganismos “accesorios” que pueden llegar a ser tan importantes como el principal.

El artículo completo se puede leer en este link

LA imagen es un montaje de dos imágenes realizadas por David B. Langston, University of Georgia, Bugwood.org y Tashkoskip (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

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Orquídeas que no necesitan la luz para vivir, porque se "alimentan" de hongos

Efectivamente, eso que te enseñaron en el colegio, que todas las plantas son autótrofas (capaces de vivir solo con sustancias inorgánicas y luz) no es verdad… del todo. Algunas plantas no son autótrofas, sino heterótrofas (necesitan alimentarse de sustancias orgánicas, es decir, de otros seres vivos) concretamente mico-heterótrofas.

Existen muchas especies distintas de plantas que no necesitan la luz para vivir porque son capaces de vivir gracias a unos tipos de hongos llamados micorrizas (cuya aplicación en la agricultura está a la orden del día, aunque de esto hablaremos en próximos artículos).

De hecho, una de las familias de plantas cuya relación es más íntima con estos hongos son las Orquídeas (que también es la familia más grande, con 25.000 especies). Las semillas de las orquídeas necesitan a las micorrizas para sobrevivir hasta que las plántulas (estado de la planta "recién nacida") son suficientemente grandes y verdes como para sobrevivir de su propia fotosíntesis... las que llegan a hacerla, porque alrededor del 1% de esta familia no es capaz de hacer la fotosíntesis, y necesitan vivir de las micorrizas toda la vida.

Imagen: Fotomontaje con la orquídea Epipactis helleborine y una vista al microscopio de células de plantas colonizadas con micorrizas.

Un grupo de científicos japoneses ha investigado mucho más en esta interesantísima relación entre orquídeas y micorrizas. Acaban de publicar en el último número de la revista Molecular Ecology un estudio en el que comparan molecularmente y genéticamente una orquídea llamada Epipactis helleborine con su "gemela albina" (es decir, una variedad similar pero sin la clorofila).
Un recordatorio importante: la clorofila que da el color verde a las plantas, es la molécula esencial que permite a las plantas realizar la fotosíntesis. La fotosíntesis es el sistema fundamental de las plantas para vivir, si no puede  hacerla, cualquier planta habitualmente moriría. Lo interesante de este caso es que la planta "albina" es capaz de sobrevivir sin hacer la fotosíntesis ..
Gracias a esto han llegado a conclusiones muy interesantes sobre la evolución de las plantas del autotrofismo al heterotrofismo.

¿Cómo lo han hecho?

A grandes rasgos lo que han hecho ha sido estudiar y comparar desde muchos puntos de vista estas dos especies de orquídeas, para poder descubrir como era capaz de sobrevivir la planta albina sin poder hacer la fotosíntesis.

En primer lugar compararon los hongos que existen en la raíz de la planta albina frente a los que existen en sus "gemelas" verdes.

Posteriormente estudiaron todo el ARN que expresaban ambas planta, para ver cuales eran sus diferencias. El ARN, a grandes rasgos, es la molécula intermediaria entre el  ADN y las proteínas. ¿Por qué estudiaron el ARN en lugar del ADN? El ADN es la molécula de la que está compuesta el genoma que tiene todo organismo vivo (que este caso apenas se diferencia entre la albina y la verde en uno o unos pocos genes), pero el ARN es lo que se expresa en una condiciones determinadas en un tejido determinado (en este caso las plantas albinas han tenido que expresar genes muy distintos para poder sobrevivir sin hacer la fotosíntesis), ¡y eso es lo interesante! Ver que genes (y por tanto mecanismos) ha tenido que desarrollar la planta albina para sobrevivir. Por ejemplo, hay genes que puedes tener toda tu vida, pero que solo se expresen cuando cumples los 65 años, o que no se lleguen a expresar nunca. De esto hablo un poco más en este artículo del blog. 

Esto lo hicieron con una novedosa tecnología llamada RNA-seq, que puede secuenciar, identificar y cuantificar todos los genes que se expresan en un tejido determinado en unas condiciones determinadas.

Todos estos análisis y comparaciones dieron muchos resultados interesantes, por una parte observaron que ambos tipos de plantas (albinas vs verdes) interactúan con los mismos tipos de hongos, micorrizas de género Wilcoxina. Es decir, las Epipactis helleborine verdes se "alimentan" de hongos además de hacer la fotosíntesis, y gracias a eso, cuando tienen un "hijo" albino, este hijo puede sobrevivir sin hacer la fotosíntesis porque pasa de "alimentarse" parcialmente de los hongos a "alimentarse" únicamente de los hongos. Además vieron como muchos genes se expresaban de forma distinta en las plantas verdes respecto de las blancas, especialmente genes relacionados con el estrés. Esto nos indica que las plantas albinas tienen una vida mucho más difícil, tienen que "sufrir" para sobrevivir sin fotosíntesis, pero que gracias a los hongos puede sobrevivir y reproducirse.

Conclusiones

En este artículo podemos ver un ejemplo muy bonito de evolución, donde una pequeña mutación (no poder hacer la fotosíntesis) hace que se de un paso adelante en la evolución de las especies, que ha llevado a la existencia de plantas que no hacen la fotosíntesis.

Además como conclusión personal  me gustaría destacar en este artículo que siempre hay que cuestionarlo todo y demostrarlo desde una perspectiva científica, en este ejemplo se demuestra que lo que pensábamos que todas las plantas hacen la fotosíntesis no es del todo cierto, ya que algunas plantas han podido evolucionar sin tener que hacerla.

El artículo completo lo podéis leer aquí.

El fotomontaje está realizado a partir de dos imágenes con licencias Creative commons, de estos dos links:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kruszczyk_szerokolistny_(Epipactis_helleborine_(L.)_Crantz).jpg

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arbuscular_mycorrhiza_microscope.jpg

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Resveratrol: un paso hacia una mejora de los pacientes de Alzheimer

En los últimos años, se ha demostrado la multitud de propiedades beneficiosas de los antioxidantes, en particular del resveratrol. Este antioxidante se encuentra en las uvas, los cacahuetes y otras especies de plantas. Ahora, un nuevo estudio clínico ha podido demostrar que el resveratrol atenúa el deterioro de la enfermedad del Alzheimer. 

El Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa en la que se ha observado que se produce una acumulación de proteínas en forma de agregados tóxicos para las neuronas. Esto provoca una inflamación del cerebro, y hace que este se atrofie. Se cree que una causa del Alzheimer es genética (aunque aún no se tiene clara la causa concreta), influida también por nuestro estilo de vida: alimentación, tensión alta, diabetes, tabaco, etc. 

Recientemente, investigadores del centro médico de la universidad de Georgetown, en Washington DC, han encontrado evidencias que el resveratrol puede prevenir el declive de la enfermedad del Alzheimer.

Figura 1. A la izquierda se encuentra un escáner de una persona con Alzheimer (arriba) y de una persona sana (abajo) La imagen proviene de este artículo. Los puntos iluminados rojos representan la acumulación de proteínas tóxicas relacionadas con el Alzheimer (proteínas beta-amiloides). A la derecha están los alimentos que contienen resveratrol y, en el centro, la molécula de resveratrol.

¿Cómo lo han hecho?

Estos investigadores trataron 119 enfermos de Alzheimer en fase moderada durante 12 meses con diferentes dosis de resveratrol y otros con un placebo (sustancia no terapéutica, utilizada como control en los ensayos clínicos). Todos los resultados de los ensayos clínicos se comparan entre el grupo que recibe el verdadero tratamiento (resveratrol) y el grupo control (el que recibe el placebo).

Después de analizar el fluido cerebroespinal de los sujetos, los investigadores observaron una disminución de las moléculas que producen inflamación. También constataron que había un aumento de un tipo de defensas llamadas microglía, beneficiosas para frenar el avance del Alzheimer. 

Por último, hicieron un test cognitivo a los sujetos tratados con resveratrol y vieron que en estos pacientes se atenuó el declive mental  durante los 12 meses de los ensayos. 

Conclusiones

Este grupo de investigadores ha logrado demostrar que el tratamiento con resveratrol podría retrasar el empeoramiento de los enfermos de Alzheimer. En concreto, el resveratrol podría retrasar la inflamación del cerebro y aumentar las defensas que combaten el Alzheimer, impidiendo el declive del paciente. 

Aunque el resveratrol parece que puede ser muy beneficioso para estos enfermos (aunque aún hace falta realizar más ensayos a mayor escala), ahora no debemos ir corriendo a la farmacia o herboristería más cercana a buscar suplementos de resveratrol. 

Basta con llevar un buen estilo de vida, rico en frutas y verduras, ya que estas contienen vitaminas y antioxidantes beneficiosos para salud, y hacer ejercicio. Últimamente, han aparecido en los medios toda clase de artículos acerca de los beneficios del vino, ya que contiene resveratrol. Aquí quisiera aclarar que aunque es cierto, el vino también contiene alcohol que es muy dañino para la salud, y que la cantidad de resveratrol que contiene es muy baja ¡Mejor pasarse a la frutas y verduras!

El artículo completo lo podéis ver en el siguiente link:

 https://jneuroinflammation.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12974-016-0779-0

Éste artículo ha sido escrito por la colaboradora de este blog Ainoa Figuerola Conchas, Titulada en Bioquimica, Master en Biologia Molecular y Celular. Actualmente está haciendo un doctorado en el Centro Médico Universitario de la Universidad de Ginebra (Suiza).

ainoafiguerola@gmail.com

https://www.linkedin.com/in/ainoa-figuerola-conchas

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Arroz resistente al hongo de la piriculariosis mediante la epigenética sin pérdida de rendimiento

Uno de los grandes retos de la agricultura a nivel mundial es conseguir variedades resistentes a las enfermedades que hacen que se pierda cada año entre el 10% y el 20% de la producción mundial de alimentos. Concretamente, el arroz es, junto con el maíz, uno de los dos cultivos más importantes del mundo para la alimentación. La enfermedad más importante del arroz es el hongo Magnaporthe oryzae (llamada piriculariosis, quemazón, el “fallat de l’arròs", el "cucat" o el añublo). Hoy en día, hay gran cantidad de grupos científicos investigando y desarrollando nuevas variedades de arroz resistentes a este hongo, pero el problema que han observado hasta ahora es que las variedades obtenidas tenían rendimientos bajos, por lo que no eran válidas para su cultivo a gran escala. 

Para explicar esto voy a dar como ejemplo un país en guerra. Hasta ahora todo lo que habían conseguido los científicos para luchar contra el enemigo (en este caso el hongo),  es que la planta “desviara recursos” desde la producción a la “defensa”. Es decir, utilizaba los recursos para producir “armas”, en lugar de utilizarlos para crecer y producir frutos. Al igual que en un país en guerra, el rendimiento se desplomaba. Para más información sobre el sistema defensivo de las plantas puedes hacer click aquí.

Pero esto ha cambiado, científicos chinos han publicado en el último número de la revista Science un artículo donde describen cómo han conseguido desarrollar un arroz resistente al hongo sin reducir el rendimiento.  Este logro lo han conseguido gracias al estudio de la epigenética y a la modificación de un locus (conjunto de genes) denominado Pigm.

¿Cómo lo han hecho?

Desde hace más de 50 años se conocía que una variedad indígena china llamada GM-4 es resistente a Piriculariosis, y se ha utilizado tradicionalmente para cruzarla con otras variedades para aportarles la resistencia, aunque provocaba una reducción del rendimiento. Además se sabía que esta resistencia era producida por un locus llamado Pigm.

Descubrieron que en el locus Pigm existen más de 20 genes distintos que producen resistencia a la enfermedad. Entre ellos está el gen PigmR, que aporta a la planta una resistencia de alto espectro (es decir, a gran variedad de subespecies del hongo). Por otra parte, el gen PigmS reduce la expresión de PigmR para eliminar la resistencia producida por éste. Además descubrieron que la expresión de ambos genes estaba regulada epigenéticamente.

Aquí hago un paréntesis para explicar muy brevemente la epigenética. La epigenética se podría definir como todos los factores que afectan a la expresión de los genes, pero que no están regulados por éstos. De forma poco ortodoxa se podría decir que son diferentes tipos de moléculas que hacen que los genes se expresen de forma distinta (o incluso no se expresen). Un ejemplo que aunque es poco preciso puede ser muy visual: cualquiera de nosotros puede tener un gen que nos da grandes posibilidades de desarrollar cáncer de pulmón, pero puede que lo tengamos silenciado toda nuestra vida gracias a la epigenética y que nunca lleguemos a tener cáncer. Pero si aparece un factor que altera esta epigenética, por ejemplo si fumamos, puede que desaparezca esta molécula que tiene silenciado el cáncer, y desarrollemos esta cruel enfermedad.

Volviendo al arroz, resulta que han observado que el gen PigmS incrementa la producción de semillas para compensar la reducción del rendimiento producida por PigmR, por lo que se consigue mantener el rendimiento total de la planta, con una resistencia a la enfermedad.

Lo que hicieron fue, mediante una serie de experimentos, modificar los dos genes PigmR y PigmS para que se combinara la alta resistencia a la enfermedad y la alta producción de granos (y por tanto el rendimiento).

Conclusiones.

En este artículo se demuestra cómo la epigenética puede superar barreras que la genética convencional no ha sabido superar, desarrollando una herramienta con un potencial espectacular para combatir enfermedades en los cultivos.

El artículo completo puede verlo en este link.

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Los perros comparten comida con otros perros hasta en situaciones complejas, especialmente con su familia

Todos intuimos que los humanos no somos los únicos animales que presentamos comportamientos solidarios con otros de la misma especie, lo que se llama en el argot científico "prosociabilidad”. Pero como, por desgracia, no podemos hablar con los animales, hay que realizar experimentos indirectos para demostrarlo. Sin embargo, apenas hay estudios que lo demuestren empíricamente, y en muchos casos estos dan resultados contradictorios. Muchas veces estos resultados contradictorios se suelen achacar a la metodología utilizada en el experimento. 

Un grupo de científicos austríacos acaban de publicar en la revista Plos One un artículo en el cual demuestran que los perros tienen esta prosociabilidad, especialmente hacia otros perros de la misma familia.

¿Cómo lo han hecho?

El experimento (ya utilizado anteriormente en primates) ha sido relativamente simple: El animal tenía que darle con el morro a una ficha para que se le diera comida a otro perro que estaba en una cabina adyacente (lo podéis ver en la imagen de más abajo). Estas fichas (que puedes ver en la imagen de más abajo) estaban pegadas con Velcro a un panel con 15 posibles distintas posiciones. En cada prueba se ponían dos fichas distintas (una que le daba comida al otro perro y otra que no) en diferentes posiciones. Cuando el perro le daba a la ficha correcta, el perro de la cabina de al lado se le daba un trocito de salchicha. El otro perro en algunos casos era un perro que ya conocía antes o de su familia, y en otros casos era completamente extraño. Los científicos observaban todo el comportamiento del perro mediante una webcam.

Esto también llevó una fase de entrenamiento de los perros, que se compuso de dos fases. En la primera fase se le enseñaba a quedarse parado en la cabina, para que pudiera observar el panel, y se les enseñaba a dar toques con el morro a las fichas. En una segunda fase se les enseñaba que al darle a la ficha, la comida aparecía en la canina de al lado. Los perros necesitaron entre 7 y 8 sesiones para completar el entrenamiento.

Conclusiones.

Después de muchas repeticiones del experimento comprobaron que los perros le daban comida a otros animales en numerosas ocasiones, pero en muchas más ocasiones si eran de la misma familia.

Este experimento es especialmente importante porque confirma los resultados de un estudio publicado en 2015 mediante otra metodología distinta. En el otro experimento utilizaban un sistema que el perro tenía que tirar de una barra para darle comida a otro perro. En este otro experimento encontraron resultados similares, lo que confirma la prosociabilidad de los perros.

También es muy interesante y bonito que, aunque ambos sistemas (tanto el de las fichas de este experimento, como el anterior de la barra) son relativamente complejos, los perros son tan inteligentes que han podido entender que realizando una serie de movimientos se puede ayudar al otro perro que no podría acceder a la comida sin su ayuda.

Como conclusión propia quisiera destacar que en la ciencia es muy importante demostrar hechos similares mediante metodologías distintas. Es decir, que aunque vayas por caminos distintos siempre vas a encontrar los mismos resultados.

Puede leer el artículo completo aquí. Las imágenes pertenecen al artículo (Rachel Dale/Vetmeduni Vienna).

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Sistema inteligente que diagnostica enfermedades de plantas en tiempo real

Las plantas, al igual que lo humanos, tienen enfermedades. Si no son detectadas y controladas a tiempo algunas enfermedades pueden destruir cultivos resultando en grandes perdidas económicas e incluso en escasez de alimentos en algunas areas más pobres. En muchos países sobre todo en los países más desarrollados se intenta educar a los agricultores para que puedan diagnosticar algunas enfermedades pero sobre todo tienen a su disposición patólogos que les pueden ayudar en el diagnóstico de enfermedades y su tratamiento. Pero no todo el mundo puede consultar fácilmente a estos expertos. Por eso, la Universidad de las Indias Occidentales en San Agustin (en la República de Trinidad y Tobago) ha publicado a comienzos de este año 2017 su trabajo en el desarrollo de un sistema inteligente de diagnóstico de enfermedades en plantas llamado AgriDiagnose. El trabajo ha sido publicado en la revista Computers and Electronics in Agriculture dentro del proyecto AgriNETT.

AgriDiagnose es una herramienta de diagnóstico web con una aplicación móvil para que puedan utilizarla los agricultores. Los resultados obtenidos con esta herramienta son espectaculares ya que tienen una precisión del 100% entre plantas enfermas y del 95% entre plantas enfermas y sanas.

Video explicativo sobre la herramienta AgriDiagnose (activar subtítulos porque el vídeo está en inglés)

¿Cómo lo han hecho?

Para desarrollar el sistema utilizaron una tecnología para toma de decisiones basada en varios criterios.

Primero necesitaron un "diccionario" donde se recopilara toda la información de las plantas, sus enfermedades y sus características. Para los experimentos se utilizaron cuatro tipos de cultivos (yuca, tomate, cacao y chile picante) y catorce enfermedades con veinte características (como color de las manchas o edad de la planta). Para poder estudiar todas las enfermedades y compararlas se crea un "vocabulario" de características común para todas las enfermedades y plantas sanas. Para cada enfermedad se crea un modelo que contiene este vocabulario con un peso (valor) asignado a cada característica dependiendo de su importancia en esa enfermedad (por ejemplo, 5 puntos en las hojas, 70% de humedad).

Una vez se tienen todos estos datos normalizados (todos en la misma escala), se calcula el "valor de utilidad" de cada enfermedad para indicar en cada paso cual es la enfermedad más probable. Este valor es calculado usando el los valores del diccionario definido y los valores metidos por el agricultor.

Por ejemplo, si el sistema pregunta "¿Qué tipo de daño tiene la hoja?" y "¿De qué color es la mancha?" y el agricultor responde con "caída" y "roja", el sistema calculará el valor de utilidad de cada enfermedad y ordenará las enfermedades en orden de probabilidad, colocando las enfermedades mas probables al principio de la lista. De este modo el sistema seguirá haciendo preguntas al agricultor, como si fuera un experto patólogo, hasta que consiga un diagnóstico más acertado.

Conclusiones

Gracias a este sistema inteligente, los agricultores pueden acceder a un proceso de diagnóstico de sus cultivos como si estuvieran con experto humano. El proceso de diagnóstico procesa la información que los agricultores normalmente darían a un patólogo humano, la procesa y devuelve un diagnóstico en tiempo real. Este sistema puede proporcionar un diagnóstico en etapas tempranas de la enfermedad y así poder curar los cultivos a tiempo, especialmente en zonas donde el acceso a especialistas es muy complicado. Es importante destacar que, en países donde ya hay fitopatólogos, esta aplicación no los sustituirá sino que les puede servir de herramienta complementaria. Los resultados del método utilizado son muy buenos y son extensibles a todo tipo de plantas, aunque hace falta crear un diccionario de plantas, enfermedades y sus características.

El artículo completo se puede leer en este enlace.

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Cannabis: El mayor estudio científico de la historia llega a algunas conclusiones definitivas

El uso de la marihuana (Cannabis sativa) es uno de los más controvertidos del planeta. La marihuana es defendida a capa y espada por unos sectores de la población por sus propiedades medicinales, y atacada por otros sectores por su carácter de droga adictiva. De hecho, cada vez hay más países que lo están legalizando, ya sea para su uso medicinal o incluso recreativo. 

Una encuesta realizada en Estados Unidos ha mostrado que 22,5 millones de Estadounidenses mayores de 12 años han consumido cannabis el último mes (tendencia en aumento desde el año 2002 hasta el 2015). El 90 % de los usuarios lo hacían por uso recreativo, con menos del 10% para uso medicinal.

Pero lo que está claro es que es necesario realizar estudios a gran escala para aclarar los efectos sobre la salud de la marihuana.

Un estudio del “US National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine” ha recopilado más de 10.000 investigaciones realizadas desde 1999 sobre el cannabis y productos derivados de éste, para aportar luz al tema. Aunque seguro no convencerá a todos, sí que aclara muchos de los efectos de esta planta de una forma científica y rigurosa. En este riguroso estudio han llegado a casi 100 conclusiones. A modo de resumen paso a describir a continuación las más importantes por la cantidad de evidencias encontradas:

Efectos Positivos

Se han encontrado evidencias suficientes sobre el efecto positivo en:

-La reducción del dolor crónico

-Reducción de las náuseas producidas en la quimioterapia (especialmente en derivados del cannabis tomados oralmente)

-Espasmos musculares relacionados con la esclerosis múltiple (también en tratamientos orales)

Efectos negativos

Aunque se ha comprobado estos efectos positivos, se han evidenciado otros muchos efectos negativos:

-Daños y muertes accidentales

En los países que se ha legalizado su uso hay un incremento de los accidentes de coche debido al cannabis, así como las intoxicaciones de niños por dicha sustancia (2.82 veces superior que en los países que no es legal).

-Cáncer

No se han encontrado evidencias de que aumente el riesgo de cáncer que ya causa el tabaco, ni que el uso en madres durante el embarazo incremente el riesgo de cáncer en los hijos.

-Ataques al corazón, infarto o diabetes

No hay una conclusión clara sobre el tema, aunque parece que algunas evidencias sugieren que el fumar cannabis puede aumentar el riesgo de ataques al corazón.

-Enfermedades respiratorias

El comité de salud que ha hecho el informe ha encontrado evidencias de que el fumar marihuana está asociado con una mayor frecuencia de bronquitis y de empeorar los síntomas como tos crónica o producción de flema. Por otra parte, no está claro que afecte a otras enfermedades como asma o funciones de los pulmones.

-Sistema inmune

A pesar de que no hay evidencias suficientes para llegar a una conclusión clara, “evidencias limitadas” sugieren que puede tener actividad “anti-inflamatoria”.

-Enfermedad mental

Los estudios sugieren que hay grandes probabilidades que el uso del cannabis incremente el riesgo de sufrir enfermedades mentales como esquizofrenia, otras psicosis, desórdenes sociales de ansiedad y depresión. En los usuarios con un uso importante de cannabis parecen más probables las tendencias suicidas que en los no consumidores. Además en las personas con trastorno bipolar que consumen diariamente cannabis parece que se incrementan los síntomas.

-Tendencia a consumir otras drogas

El comité encontró “limitadas evidencias” de que sea una droga que inicie a otras drogas, especialmente el tabaco. Lo que si encontraron fueron moderadas evidencias que sugieren que hay un nexo de unión con el abuso de otras sustancias como alcohol, tabaco y otras drogas ilegales.

-Psicosocial

Se ha encontrado que el aprendizaje, memoria o atención se degradan inmediatamente después del consumo del cannabis. Sin embargo, se han encontrado “evidencias limitadas” de que esta degradación permanece si se detiene su consumo, así como de que afecte a la educación, y relaciones sociales. También encontraron "evidencias limitadas" de una relación de uso del cannabis con las tasas de desempleo y bajos ingresos económicos.

Conclusiones

Este estudio llega a la conclusión de que es necesario estudiar con más profundidad los puntos que no han sido aclarados totalmente. Además incide en la necesidad de facilitar por parte de las autoridades la investigación en este ámbito ya que se ponen muchas trabas burocráticas que impiden a los científicos profundizar en los efectos positivos y negativos del consumo del cannabis, así como en la investigación de medicamentos derivados de esta planta .

El estudio, que puedes ver completo en este link ha sido realizado por el Alaska Mental Health Trust Authority, Arizona Department of Health Services, California Department of Public Health, Centers for Disease Control and Prevention (CDC), CDC Foundation, U.S. Food and Drug Administration, Mat-Su Health Foundation, National Highway Traffic Safety Administration, National Institutes of Health National Cancer Institute, National Institutes of Health National Institute on Drug Abuse, Oregon Health Authority, Robert W. Woodruff Foundation, The Colorado Health Foundation, Truth Initiative y el Washington State Department of Health

Las imágenes son propias, tomadas en una investigación en el IRD, Montepellier (Francia). Todos los derechos reservados.

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El pez que se muerde la cola: la quimioterapia hace que las células envejezcan y estas células “viejas” empeoran los efectos secundarios del tratamiento

El cáncer es una enfermedad que se desarrolla por un error en nuestras células, que provoca que éstas crezcan descontroladamente produciendo un tumor. Hoy en día, el tratamiento más efectivo es la quimioterapia. Precisamente esta capacidad de crecer rápidamente es lo que hace la quimioterapia tan efectiva: el tratamiento mata las células que se dividen, sin importar de qué tipo de cáncer se trate. 

Por desgracia, la quimioterapia causa muchos efectos secundarios, como fatiga, anemia, nauseas, problemas cardíacos, caída del cabello y disminución de las defensas. Estos efectos secundarios son debidos a que la quimioterapia ataca también a muchas células "buenas", concretamente las que se dividen de forma más rápida. Estas células, cómo las epiteliales o las de la médula ósea que tienen que reproducirse para renovar la piel y producir defensas o glóbulos rojos. Puesto que aún no existe mejor tratamiento que la quimioterapia, los investigadores están tratando de encontrar las causas de los efectos secundarios para intentar disminuirlos. 

Recientemente, un nuevo estudio realizado en colaboración por investigadores en Holanda y Estados Unidos explica algunas de las causas de estos efectos secundarios y formas en las que mejorarlos. En esta investigación, ellos observaron que el tratamiento con un medicamento común en la quimioterapia llamado doxorubicina causa que algunas de las células que dejan de dividirse envejezcan, proceso llamado senescencia, causando inflamación alrededor de ellas. También descubrieron que, eliminando estas células senescentes, disminuían algunos efectos secundarios, especialmente la producción de defensas, las funciones del corazón y la fatiga.     

¿Cómo lo han hecho?

Primero, los investigadores utilizaron líneas celulares para confirmar su hipótesis. Trataron las células con cuatro medicamentos quimioterapéuticos y vieron que algunas células envejecían. Después, para ver si pasaba lo mismo en un organismo, usaron unos ratones cuyas células senescentes emiten luz para poder localizarlas. Entonces, trataron los ratones con doxorubicina y observaron que células no cancerosas se volvían senescentes. 

Figura 1. La tercera foto representa el ratón en tratamiento con la doxorubicina; se puede observar la emisión de luz de las células senescentes. En la cuarta foto, el ratón esta tratado con ganciclovir y doxorubicina: se pueden ver pocas células senescentes (foto tomada del articulo original: Demaria et al 2016)

Para comprobar si estas células senescentes podían causar los efectos secundarios de la quimioterapia, utilizaron un medicamento llamado ganciclovir, que elimina células senescentes. Después de tratar estos ratones con los dos medicamentos a la vez, descubrieron que ciertos efectos secundarios de la quimioterapia disminuían radicalmente, mejorando así la salud de los ratones. 

Conclusiones

Puesto que la quimioterapia es el único tratamiento eficaz que existe actualmente contra el cáncer, encontrar métodos para disminuir los efectos secundarios es muy importante para  mejorar la calidad de vida de los pacientes. En este estudio, los participantes han encontrado un sistema para mejorar las funciones cardiacas, la producción de defensas y la fatiga. El siguiente paso consistirá en investigar si este tratamiento funciona también en personas. ¡Les deseamos a estos investigadores mucha suerte en sus futuras investigaciones!  

El artículo completo lo podéis ver en el siguiente link:

 http://cancerdiscovery.aacrjournals.org/content/early/2016/12/15/2159-8290.CD-16-0241

Éste artículo ha sido escrito por Ainoa Figuerola Conchas, Titulada en Bioquimica, Master en Biologia Molecular y Celular. Actualmente está haciendo un doctorado en el Centro Médico Universitario de la Universidad de Ginebra (Suiza).

ainoafiguerola@gmail.com

https://www.linkedin.com/in/ainoa-figuerola-conchas

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