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26
enero

¡Bacterias! : Cuidado! Cuidado!

Las bacterias son un grupo numerosísimo de seres vivos cuya estructura celular es muy simple. Son células procariotas, sin orgánulos, son como piscinas pequeñas con agua y con todos sus constituyentes: ADN, proteínas, lípidos, glúcidos, etc. metidos en ella. Quizás su mayor complicación estructural se encuentre en el propio vaso de esa piscina: su membrana y pared celulares.

Son el grupo de seres vivos más antiguo. Han existido desde siempre en la tierra (desde hace 4.000 millones de años) y, apenas han cambiado su estructura. Se puede decir que cada una de las eras en que se divide la historia de los seres vivos en la tierra ha sido la era de las bacterias, y la nuestra no es una excepción. Eso da muestras del éxito que como seres vivos han tenido a lo largo de la evolución.

Su éxito  biológico se debe a muchos factores entre los que destacaría la tremenda complejidad y adaptabilidad de sus metabolismos, su facilidad y rapidez reproductiva con numerosísima descendencia, su “altruismo” individual -por el no dudan en sacrificarse en beneficio de la comunidad- , sus formas de intercambio de información genética y, derivada de todas ellas, su extraordinaria capacidad y rapidez  de adaptación biológica. Son capaces de vivir en todos los ambientes imaginables y de resistir condiciones extremas.

Las bacterias, de cara a nosotros, tienen mala prensa ya que sólo nos fijamos en aquellas que nos hacen daño: las que  nos provocan enfermedades. Éstas son minoría y casi todo el resto no producen sino beneficios tanto a nosotros como a otros seres vivos y al medio ambiente. Podemos afirmar que la vida no sería posible sin su existencia.

A las bacterias que nos producen enfermedades , desde el primer cuarto del siglo anterior, las hemos mantenido a raya a base de antibióticos (sustancias químicas mortales para ellas y también para otras células, incluídas las nuestras). Cada vez con diferentes clases o sucesivas generaciones de esos antibióticos, ya que la capacidad de adaptación bacteriana las iba convirtiendo en resistentes a ellos. Había que inventar y descubrir nuevas sustancias antibióticas hasta completar una lista enorme de ellas. Sólo era cuestión de tiempo que nos ganaran la carrera,  independientemente del adelanto que nosotros hemos producido con el mal uso de los mismos, y ese tiempo parece ser que ya ha llegado. Sus metabolismos se han adaptado y han encontrado vías de escapar a su acción. Están apareciendo cepas de esas bacterias canallas resistentes a la acción de los antibióticos, ni siquiera a los de última generación.

Este es un grave problema médico actual que ha sido alertado por diferentes organismos nacionales de salud,  ya que, si no lo atajamos, podamos volver a la era en la que no eran posibles ni las operaciones médicas más simples, por no hablar de trasplantes, quimioterapia o cuidados intensivos. Posiblemente será un problema médico permanente ya que “más sabe el diablo (o sea la bacteria) por viejo, que por diablo” y, aunque la ciencia descubra una nueva estrategía para acabar con ellas, más tarde o temprano, darán con la fórmula para esquivarla.

Pienso que una de las estrategias más eficiente y duradera en un futuro próximo será aquella que desarrolle un protocolo que pueda individualizarse en cada individuo en función del estudio previo del tipo concreto de infección bacteriana que le afecta. Tendrá que ser un protocolo rápido, eficiente e individualizado  probablemente basado en algún método para destruir el genoma bacteriano sin el cual la bacteria carece del principio generador de su biología imposibilitando cualesquiera de sus acciones vitales; o sea, atajando el problema en su raíz.

Por poner un ejemplo: Un individuo ha sido infectado por un tipo de bacteria “A” super-resistentes. Se analiza el genoma de la bacteria y se secuencia. En el laboratorio se “fabrican” virus bacteriófagos específicos para ellas y no virulentos frente a nuestras propias células y tampoco  frente a las bacterias beneficiosas que se encuentran en nuestro organismo. A estos virus se les dota de un sistema genético CRISPR-Cas 9 con secuencias espaciadoras CRISPR coincidentes con secuencias específicas  del genoma bacteriano descubiertas en nuestro análisis anterior. Se introducen los virus en el enfermo y ellos darán cuenta de las bacterias “A” porque son su objetivo específico y con el sistema introducido cortan y  destruyen su genoma.

Imagen de J.L. Sánchez Guillén - presentación "M1 Microbiología"

Imagen de J.L. Sánchez Guillén – presentación “M1 Microbiología”

También podemos hacer que las propias bacterias se autodestruyan incorporando, en bacterias de la propia cepa canalla, un plásmido al que hemos introducido el sistema CRISPR-Cas 9, con los espaciadores específicos del genoma patógeno. El plásmido se autorreplica en las bacterias y por conjugación bacteriana se lo pasan unas a otras donde actúa rompiendo –por acción del sistema CRIPR incorporado- el genoma de cada bacteria.

Así de sencillo y, al mismo tiempo, así de complicado.

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28
julio

De nuevo el complejo CRISPR-Cas

Hace unos días os comentábamos el funcionamiento del complejo CRISPR- Cas9, que está siendo muy comentado en la comunidad científica por su gran accesibilidad y su fácil aplicación en comparación con otros métodos de ingeniería genómica. Por ello las investigadoras que publicaron el estudio van a recibir el Premio Princesa de Asturias 2015.

En tan sólo unos años ya se ha conseguido demostrar su aplicación en diferentes tipos celulares, como las células madres embrionarias pluripotentes. Esto abre un puerta al tratamiento de diferentes enfermedades humanas, pudiendo modificar células somáticas (células que forman los tejidos y órganos de un ser vivo) diferenciadas en animales y plantas, o efectuar cambios en el ADN de células reproductoras o germinales (precursoras de los gametos que transmiten la información genética a la descendencia) , lo que permitiría introducir cambios en los genoma del embrión y en el resto de las células de su organismo.

Recientemente una investigación de la Universidad de San Francisco ha utilizado la técnica CRISPR para modificar el genoma de las células T del sistema inmune; abriendo una nueva vía en la lucha contra el VIH, cáncer o la diabetes. Este tipo celular forma parte del sistema inmunitario, se genera en la médula ósea y viaja por el sistema circulatorio; siendo sencilla su extracción y posterior implantación en el individuo después de modificar su genoma.

Los principales problemas que se plantean siempre con estos nuevos avances científicos son el alcance y las implicaciones éticas que presentan. La comunidad científica ya ha recomendado no realizar modificaciones genómicas en la línea germinal humana, pero una vez la rueda esta en marcha es muy difícil pararla. La única manera de conseguir logros es seguir experimentando e investigando para desarrollar técnicas seguras y que nos permitan luchar contra las enfermedades que afectan al ser humano.

 

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15
julio

CRISPR-Cas (quédense con este nombre)

Quédense con este nombre. Va a dar que hablar.

No se trata de un nuevo aperitivo sofisticado de bocaditos, aunque su nombre suene a algo parecido. Se trata de una de las técnicas para la recombinación genética de futuro muy prometedor.

Por otra parte, es una técnica ya muy antigua que inventaron las bacterias en su día. Se trata de un sistema de defensa adaptativa de las bacterias frente a sus enemigos naturales (los virus) con el que vamos a experimentar utilizándolo en nuestro provecho.

En numerosas ocasiones hemos oído hablar de la memoria inmunitaria. Pasas una enfermedad infecciosa que no vuelves a padecer porque tu sistema inmune guarda defensas de memoria del “intruso” cuyo nuevo ataque sería inefectivo.

Las bacterias hacen exactamente lo mismo a través de su sistema CRISPR. Incorporan a su genoma un fragmento significativo del genoma del virus invasor al que han vencido, como si se tratara de un trofeo conquistado, y lo introducen en un locus especial de su propio genoma (locus CRISPR) donde hay muchos otros fragmentos de otros virus superados. Para que no se entremezclen los trofeos, éstos quedan separados y delimitados por otras secuencias de ADN palíndromas. Así, un locus CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat = agrupación de cortas secuencias palíndromas espaciadas regularmente) es como una biblioteca de secuencias de ADN distintas (espaciadores se les llama) -correspondientes a fragmentos de secuencias víricas- separadas por secuencias cortas palíndromas . Próximo a ese locus, se encuentra también en el cromosoma bacteriano, la secuencia de ADN correspondiente a un gen de una nucleasa, denominada “Cas” (CRISPR  associated) (genera una proteína que tiene la capacidad de cortar el ADN) y ambos van a trabajar juntos.

Así, cuando hay un ataque vírico, en las primeras escaramuzas del combate la bacteria se defiende cortando el ADN vírico, y los trozos obtenidos son llevados a la biblioteca para comparar si ya existe la secuencia vírica en el archivo.

Si no existe, se incorpora al mismo, tardando más tiempo en poner en funcionamiento su defensa; y si existe,  se produce una respuesta inmediata en el que el Espaciador correspondiente (fragmento del ADN vírico en cuestión) se transcribe a ARN, el gen Cas elabora la nucleasa; ARN y Nucleasa se unen en un complejo (CRISPR-Cas) que se lanza a la búsqueda y captura de ADN vírico. El ARN del complejo se une por complementariedad al ADN vírico, situándolo en posición para que la nucleasa asociada lo corte, como unas tijeras (Cas) teledirigidas a un punto exacto. El ADN vírico queda cortado y, por tanto, inutilizado. Fin del problema.

CRISPR

Hemos visto que el ARN actúa como un sistema de radar situando la nucleasa en el punto exacto (por complementariedad ADN-ARN) del ADN donde debe cortar.

¿Por qué no asociar a Cas un ARN complementario al ADN en cuya posición exacta queremos cortar ?. Así, Podríamos cortar cualquier ADN de cualquier ser vivo en el punto exacto donde quisiésemos. Y, a partir de ahí, insertar la secuencia de ADN que deseeemos incluir en ese mismo lugar.

Esta es la poderosa herramienta de ingeniería genética de la que los investigadores se van a servir para la recombinación homóloga, y que ha sido objeto de de la concesión del premio Princesa de Asturias del presente año.

Por otro lado y , al mismo tiempo, este premio es una muestra más del escaso apoyo de las instituciones públicas a la investigación en este país.

¿Por qué no se lo preguntaron antes a las bacterias?

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