La toxina carbuncosa

La toxina carbuncosa consta de tres partes, todas ellas proteicas ( El antígeno protector, el factor edematoso y el factor letal. Los dos últimos alteran los mecanismos celulares) que se agregan para formar una estructura de mayor complejidad, la cual ha de entrar en las células y alcanzar el citosol para dañar al organismo. El proceso por el cual la toxina penetra en las células es el siguiente:

1.Una molécula de antígeno protector( que consta de dos partes, una mayor y otra menor) se une a un receptor de superficie de una célula mediante su parte mayor (está claro que la célula no desarrolló dicho receptor para permitir que la toxina carbuncosa alcanzara el citosol pero la función real de dicho receptor sigue sin conocerse). Posteriormente la parte menor se desprende.

2. A la molécula de antígeno protector ya unida a la membrana de la célula se le unen otras seis más para formar un heptámero con un hueco en su centro.

3. En el centro del heptámero hay hueco para tres factores. Este espacio puede ser rellenado por tres copias de factor edematoso, por tres copias de factor letal o por una combinación de ambas.

4. El complejo heptamérico con el factor edematoso y el factor letal ya unidos se introduce en la celulas rodeandose de la mebrana plasmática de la misma (forma un endosoma)

5. El medio ácido del endosoma hace que el heptámero inyecte el factor edematoso y el factor letal en el citosol de la célula, atravesando la membrana del endosoma.

6. Se sabe que el factor edematoso produce un edema tisular (acumulación de líquidos) e impide que las células del sistema inmunitario ingieran y degraden las bacterias. Por otro lado, se piensa que el factor letal ejerce un papel fundamental en el desarrollo de la enfermedad y en la muerte pero aún no se conoce con exactitud sus mecanismos de acción.

Gracias a la comprensión del mecanismo molecular que permite a los factores alcanzar el citosol se han elaborado propuestas para bloquear este trayecto y así neutralizar la toxina y salvar vidas. Algunas de las propuestas terapéuticas son las siguientes:

Evitar que el antígeno protector se una a sus receptores de las células obligandole a que lo haga a señuelos tales como receptores solubles. Otra táctica sería impedir que el factor edematoso y el factor letal se unieran al heptámero. Para esto sería necesario taponar el hueco del centro del heptámero con moléculas que también tengan afinidad por dicho sitio de unión. Por último sería posible bloquear el transporte del factor edematoso y el factor letal al citosol a través de la membrana del endosoma. En este caso sería necesario la producción de heptámeros que incorporasen una versión del antígeno protector conocida como inhibidor negativo dominante (IND). El IND contiene heptámeros que no pueden hacer llegar el factor edematoso y el factor letal al citosol de la célula.

El ántrax en acción

Los médicos clasifican el carbunco según los tejidos que inicialmente infecten. Recordemos que la infección se torna letal cuando el Bacillus anthracis alcanza y se multiplica activamente en el torrente sanguineo produciendo grandes cantidades de la toxina carbuncosa.

Dicho todo esto, existen pues, tres tipos de carbunco y por lo tanto tres vías de infección. La primera de ellas es el carbunco gastrointestinal. La infección en este caso se contrae al comer carne mal cocinada que a su vez ya se encontraba infectada por la bacteria. Los síntomas de este tipo de infección son inflamación intestinal vómitos y naúseas. Otra vía de infección es la cutanea. En este caso las esporas penetran en la piel a través de una herida. La zona afectada produce una costra rojiza similar a la de las quemaduras en la que posteriormente y poco a poco va apareciendo un centro negro.

El último tipo es el carbunco por inhalación. Esta vía de infección es la más peligrosa, quizás porque las bacterias que se depositan en los pulmones alcanzan con mayor facilidad el torrente sanguineo exparciendo sus toxinas y provocando en la mayoría de los casos la muerte.

Patogénesis del carbunco por inhalación

El proceso se resume en cuatro pasos:

1. Las esporas que han llegado a los pulmones a través de las vías respiratorias son ingeridas por los macrófagos del sistema inmunitario y conducidas a los nódulos linfáticos. Por el camino o en los mismos macrófagos, las esporas se transforman en células ''vegetativas'' de activa multiplicación.

2. Las células de B. anthracis proliferantes salen de los macrófagos y se infiltran en la sangre con rapidez.

3. Ya en la sangre, las bacterias activas evitan la destrucción por parte de los macrófagos y los neutrófilos mediante la fabricación de una cápsula que envuelve totalmente a la bacteria inhibiendo la acción inmunitaria de dichas células.

4. Una vez protegidas de la inhibición inmunológica, las bacterias se multiplican sin control y propagan su letal toxina por todo el organismo.

Ántrax, un asesino peligroso

El ántrax es una enfermedad infecciosas causada por una bacteria grampositiva denominada Bacillus anthracis o bacteria carbuncosa. El ántrax no se transmite de persona a persona. El hombre ( o el animal) enferma solo cuando una gran cantidad de esporas penetran en su cuerpo ya sea a través de una herida, de un alimento en mal estado o por esporas esparcidas por el aire. En el interior del cuerpo las esporas se transforman en células ''vegetativas'' que siguen un proceso de multiplicación activa. Cuando la infección alcanza el torrente sanguíneo la enfermedad se torna mortal.

Pero ¿por qué es tan virulenta la enfermedad?. Pues bien B. anthracis debe su éxito a la secreción de dos factores virulentos que pueden hacer fracasar por completo al sistema inmunitario del organismo. Uno de ellos envuelve a las células ''vegetativas'' en una cápsula polimérica impidiendo así la ingestión de estas células por parte de los macrófagos y los neutrófilos del sistema inmunitario. El segundo factor es una extraordinaria toxina que actúa tanto en macrófagos como neutrófilos impidiendos que ambos cumplan su misión aniquiladora de bacterias. Se sabe también que dicha toxina infecta otras células contribuyendo al avance directo de la enfermedad.

Harry Smith y su grupo del Centro de Investigaciones Microbiológicas de Wiltshire, fueron los primeros en identificar la toxina en los años cincueta. La toxina carbuncosa consta de tres proteínas: un antígeno protector, el factor edematoso y el factor letal. Estas tres proteínas cooperan entre sí, aunque no siempre se encuentran unidas físicamente. El factor edematoso se encarga de atentar contra los mecanismos de control de flujo de iones y agua a través de las membranas celulares; produce, en consecuencia, un edema en los tejidos afectados. Se conoce menos la función del factor letal aunque parece desempeñar un papel fundamental en la muerte de los enfermos.

La estructura de un rotavirus

Aunque en sección transversal presenta el aspecto de una rueda, el rotavirus consiste en una esfera compuesta de 3 capas proteicas que envuelven su genoma, compuesto de 11 segmentos de ARN de doble hebra cada uno de los cuales corresponde a un gen que codifica a una proteína.

Las proteínas pueden ser de dos tipos: estructurales, si son componentes del virus y no estructurales, si solo son sintetizadas en el interior de las células infectadas, interviniendo en la replicación del virus y en la alteración de la función intestinal. Las proteínas víricas estructurales son llamadas PV y existen varios tipos diferentes (PV1, PV2, PV3, PV4, PV5, PV6 y PV7). Las proteínas no estructurales se denominan PNE y existen 6 tipos disitintos (PNE1, PNE2, PNE3, PNE4, PNE5 y PNE6).

Proteínas estructurales

PV1. Se encuentra situada en el núcleo del virus e interviene en la copia de los genes víricos.
PV2. Constituye la capa más interna y se encuentra unida al genoma.
PV3. Al igual que PV1 se encuntra dentro del núcleo del virus e interviene en la copia de gener víricos.
PV4. Está situada en la capa más externa del virus formando una protuberancia que permite la unión del virus con las células epiteliales del intestino. Es una proteína clave en la respuesta inmunitaria y un buen blanco para las vacunas.
PV5. Facilita la entrada del virus en las células.
PV6. Constituye la capa intermedia, participa en la transcripción génica y se usa en las pruebas clínicas para identificar la infección
PV7. Forma la capa más externa y es la responsable del aspecto grumoso de la superficie y junto con PV4 son las desencadenantes de la respuesta inmunitaria del organismo.

Proteínas no estructurales

PNE1. Es una proteína transcrita por el gen 5 y no es esencial para el crecimiento del virus.
PNE2. Se encuentra involucrada en el empaquetamiendo del ARN.
PNE3. Es la responsable de la finalización de la síntesis de proteínas celulares.
PNE4. Es una toxina que interviene en el proceso que causa las diarreas.
PNE5. Se encuentra codificada por el gen 11 y se suele acumular en el viroplasma.
PNE6. Es una proteína de unión a ácidos nucleicos y también está codificada por el gen 11.

¿Qué es un Rotavirus y cómo actúa?

Los rotavirus son un género de virus pertenecientes a la familia Reoviridae. Actualemnte se han identificado 7 grupos de los cuales solo 3 ( AByC) infectana a humanos siendo el grupo A el responsable del 90% de las inefcciones. Estos virus se caracterizan por su forma redondeada o de rueda, que da nombre al grupo. Su genoma está compuesto de 11 segmentos de ARN de doble hebra que codifican para 6 proteínas estructurales y otras 6 no estructurales. Estos virus se transmiten por la vía fecal-oral infectando a las células epiteliales que recubren el intestino, pudiendo provocar una gastronteritis que lleva a una diarrea e incluso a una deshidratación.

Pero ¿cómo actúa el rotavirus en el organismo?. Pues bien, lo hace en 6 pasos:

1. El virus entra en el cuerpo por vía oral, con frecuencia a través de unas manos sucias que han estado en contacto con una superficie contaminada y que la persona se lleva a la boca.

2. Las proteínas PV4 ( una de las 6 estrcuturales que codifican su genoma) adhieren el virus a las células epiteliales que recubren el intestino.

3. El virus, que se compone de 3 capas se desprende de la más externa y de las proteínas PV4. El resto de la partícula accede al citoplasma de la célula infectada.

4. Una vez dentro, los genes víricos dirigen la producción de miles de nuevas partículas y toxinas que envenenan a las células no infectadas y provocan la pérdida de fluidos del tejido intestinal.

5. Millares de nuevaspartículas salen en oleadas de las células infectadas para invadir células sanas y continuar con la infección.

6.Por último, las células epiteliales muertas y los fluidos procedentes del estomago, llenan el intestino y abandonan el cuerpo en una intensa diarrea, provocando así la deshidratación.

Las mutaciones silenciosas no son tan silenciosas

Como casi todo el munda sabe, nuestra información genética se encuentra en el ADN, molécula que consta de 4 nucleótidos, adenina (A) timina (T) guanina (G) y citosina (C). Dicho de otra forma, las instrucciones codificadas en los ácidos nucleicos, para que puedan expresar su mensaje ( una proteina funcional) deben transladarse al lenguaje de los aminoácidos. El proceso es el siguiente: cuando un gen se ''expresa'' las hebras de doble hélice del ADN se separan y la maquinaria celular transcribe en una copia de ARN* la secuencia de nuleótidos de una de las hebras. A continuación el ARN debe modificarse o madurar escindiendo los intrones que contenga (los intrones son regiones que no codifican proteínas y que deben ser eliminadas del transcrito primario). Acto seguido entra en funcionamiento los ribosomas. Estos orgánulos se encargan de la correcta lectura del ARNm ya maduro para la síntesis de proteínas. Pero ¿cómo sabe el ribosoma el orden de aminoácidos que debe seguir a medida que va leyendo el ARNm?. La respuesta está en que todos los genes y sus ARNm estan organizados en ''palabras'' de tres letras, los llamados codones. A partir de los 4 nuleótidos mediante puras combinaciones se pueden conseguir hasta 64 codones diferentes de tres letras cada uno. De estos 64 codones 3 de ellos corresponden a una señal de paro en la traducción del ARN. Dicho esto nos quedan 61 más que codifican los 20 aminoácidos que se dan en la naturaleza, de modo que al haber más codones que aminoácidos casi todos los aminoácidos estan codificados por más de un codón. Un ejemplo es la glicina, que es codificada por los codones GGA GGC GGG y GGU.

Llegados a este punto, hay que tener en cuenta que los cambios o mutaciones en una sola letra del ADN pueden cambiar un codón por otro que codifica un aminoácido incorrecto o por una señal de paro. Ambos casos dan como resultado una proteína que no posee la morfología indicada para la función por la cual fue sintetizada. Es por lo tanto una proteína truncada. Por último cabe otro tipo de cambio en el que una mutación altera un nucleótido por otro pero este continua codificando al mismo aminoácido (por quello de que el código genético es redundante). Son estas las llamadas mutaciones silenciosas.

Durante mucho tiempo se ha dado por sentado que las mutaciones que no alteraban la proteína codificada eran silenciosas, puesto que si un codón es sustituido por otro que codifica el mismo aminoácido, el producto final es el mismo. Pero las investigaciones, no hace mucho, han dado un brusco cambio puesto que parece ser que los cambios silenciosos ejercen un efecto determinante sobre las proteinas codificadas pudiendo ser esta la causa de múltiples enfermedades.

Una mutación silenciosa puede darse en unas secuencias cortas de varios nulceótidos que existen en los extremos de los exones llamadas ESE de ''exonic splicing enhancer'' que operan a modo de potenciadores de corte y empalme. Estas secuencias son necesarias para que la maquinaria celular reconozca donde estan los exones y poder eliminar asi a los intrones. Pues bien, una mutación silenciosa puede hacer que las secuencias potenciadoras de corte y emplame se vuelvan irreconocibles a las proteinas encargadas de cortar en esos putnos (los llamados somites cirujanos) haciendo que dicho intrón quede sin escindir del ARNm final, originando pués una proteína diferente.

Otro caso de efectos de mutaciones silenciosas se da en la sensibilidad del dolor ya que dicho cambio altera la cantidad total producida de una enzima que interviene en la sensibilidad. En este caso la mutación silenciosa provoca un cambio en la complejidad las estructuras del ARN que se traduce en una menor productividad si el cambio ha sido para mayor complejidad y una mayor productividad si el cambio ha sido para una menor complejidad, ya que cuando los ARNm llegan a los ribosomas han de ser desplegados y cuanto mayor sea la complejidad de su estructura mayor dificultad tendrá el ribosoma para desplegarlo.

De esta forma comprender la sutil dinámica y evolución de los genes puede ayudarnos a descubrir nuevos aspectos relacionados con las terapias de enfermedades.

*En el ARN la timina (T) es sustituida por el uracilo (U).

La crísis del fósforo

El fósforo junto con el nitrógeno son dos de los elementos más importantes para la vida ya que entorno a ellos se estructuran el ADN , membranas celulares y el ATP, principal almacén celular de energía). El nitrógeno se obtiene de la atmósfera y el fósforo de las minas. Pero ahora bien, este no es un recurso ilimitado. Se piensa que con las técnicas actuales de extracción queda fósforo para alrededor de 90 años.

Actualmente la extración de fósforo para la producción de abonos está consumiendo el mineral más rápidamente de que los ciclos geológicos puedan reponerlo. Reducir la erosión del suelo y reciclar el fósforo contenido en los residuos animales facilitaría la producción sostenible de alimentos y se evitaría así el exeso de dicho elemento en las vías fluviales que tantos problemas causa debido a la grandes proliferaciones de algas que produce privando de oxígeno a peces y otros animales.

Pero ¿en manos de quién se encuentra el fósforo en la actualidad?. Marruecos, China Sudáfrica y Estados Unidos aumulan el 83% del fosfato mineral explotable.

Ante todo esto debemos reestablecer el equilibrio en el ciclo geológico del fósforo mediante técnicas como la explotación integrada ( los residuos animales, incluidos los huesos y las partes no comestibles de las plantas son reciclados como abonos ), reducir la erosión ( por ejemplo practicando la agricultura sin labranza ),eliminando las tuberías antiguas que lixivian plomo y otros metales tóxicos haciendo peligrosos el reciclado de desechos, buscando nuevas fuentes, y reciclando los residuos órganicos de nuestra dieta.

Planetas exóticos

Hace no mucho, pocos astronomos o quizás ninguno esperaban encontrar una gran diversidad de planetas más allá del sistema solar, pero hoy en día se tiene constancia de planetas en lugares tan exóticos como estrellas de neutrones, enanas blancas y enanas marrones.

El origen de las estrellas de neutrones se halla en las explosiones de las supernovas por lo que la presencia de planetas orbitando alrededor de estos cuerpos hace pensar que estos se formaran poco despues de la explosión. Es lógico pensar esto, ya que la supernova acabaría con todo, dejando solo a su alrededor un rastro de escombros que podría coagular y formar nuevos planetas. Un claro ejemplo de este tipo de fenómeno se da en la estrella de neutrones 4U 0142+61 que explotó como supernova hace 100.000 años y ahora se encuentra envuelta en un disco de escombros de radio 1UA (UA significa unidad astronómica. Una unidad astronómica es la distancia de la Tierra al Sol)

Por otro lado, las enanas blancas nacen de la muerte de estrellas de tipo solar (es decir de soles como el nuestro). Los discos que giran alrededor de enanas blancas son más pequeños que los que lo hacen alrededor de estrellas jóvenes de tipo solar. estos discos no son lugares donde podrían nacer planetas pero si apuntan que parte del material planetario sobrevivió a la muerte de la estrella.

Las enanas marrones no son estrellas muertas sino estrellas atrofiadas. Se forman de la misma forma que las estrellas pero su crecimiento se detiene y no pasan de una masa inferior al 8% de la masa solar, masa mínima para que el núcleo adquiera suficiente temperatura y presión pudiendose así dar la fusión nuclear. Parece ser que los discos que rodean a algunas enanas marrones serían lugares adecuados para la formación de planetas. Así ocurre con la enana marrón OTS 44 que posee un disco con materia suficiente para formar Uranos o Neptunos.

Trilobites del Ordovícico Ibérico

Los trilobites fueron unos artrópodos dotados de un caparazón dorsal trilobulado. Poblaron la tierra durante más de 250 millones de años y constituyen uno de los grupos fósiles más característicos del Cámbrico al Devónico. Recientemente la reapertura de una vieja cantera de pizarra en el norte de Portugal y su seguimiento científico a lo largo de 10 años han permitido estudiar una gran cantidad de fósiles trilobites recojidos sobre el terreno.

Resulta curioso el gran tamaño de los fósiles, con unas dimensiones medias de 40 cm llegando a alcanzar en algunos casos los 90 cm (para que os hagais una idea el tamaño medio de un trilobite no supera los 10 cm)

Es notable también la presencia de grupos de trilobites apiñados en áreas limitadas. En su concentración no intervinieron las corrientes marinas ni otros fenómenos físicos.

La importancia de esta yacimiento radica en las exepcionales condiciones que contribuyeron a la formación del mismo (los trilobites murieron in situ como consecuenia de episodios repentinos de anoxia en el fondo marino) que han permitido a los científicos aprender más sobre estos animales.