Los diferentes organismos modelo. Capítulo 2: Virus Bacteriófagos

bacteriofago T4. Gónzales, C.
Imagen de un virus bacteriófago T4.

En el capítulo 1 de estar serie,  os comenté la importancia de los organismo modelo en la ciencia. Estos organismos permiten a los científicos obtener una gran información y poder extrapolarla al resto de los organismo. En este capítulo, como su mismo nombre indica os voy a hablar de los virus bacteriófagos.

Para los que no sabéis que son los virus, son agentes infecciosos, con un tamaño entre 10-400nm. Son acelulares, se reproducen utilizando la maquinaria reproductora de una célula hospedadora, por lo que son parásitos obligados. No obstante, poseen información genética propia: dirigen su proceso de replicación y su ácido nucleico codifica para proteínas virales, estructurales o de multiplicación. Hay diferentes formas de clasificarlos:

  • En función al hospedador que parasitan se clasifican en 3 grandes grupos: virus bacterianos o bacteriófagos, virus vegetales y virus animales.
  • Por su forma: helicoidales, icosaédricos y complejos.
  • Según el tipo de ácido nucleico: ADN-virus o ARN-virus.
  • Por la presencia o ausencia de envoltura: envueltos o desnudos.

A pesar de su diversidad, suelen tener algunas características comunes como: una cubierta protectora de proteína o cápside, un genoma de ADN o ARN dentro de la cáspside, y una capa de membrana denominada envoltura, solo presente en algunos virus (Kahn, 2016).

Estructura y forma virus
Imagen 1: Estructura y forma de los virus.

Virus Bacteriófagos:

Los virus bacteriófagos o fagos son aquellos que infectan a las bacterias. Son los mas estudiados. Varían mucho en sus formas y en su material genético. Sus genomas pueden ser de ADN o ARN pudiendo tener desde cuatro genes hasta cientos (Kahn, 2016). Suelen ser virus complejos, pero también hay fagos icosaédricos, y helicoidales.

En las infecciones víricas de los bacteriófagos, existen dos ciclos de vida distintos. Un ciclo de vida lítico o un ciclo de vida lisogénico. 

Ciclo lítico:

Existen diferentes etapas: 

  1. Inicialmente se da una fase de adsorción o fijación donde se unen las proteínas o las fibras de la cola del fago a los receptores específicos de la célula bacteriana. Esta unión es reversible.
  2. Después ocurre la penetración o entrada del virus en la bacteria. En los bacteriófagos ocurre por inyección del ácido nucleico, que pasa desde la cabeza hasta la célula huésped a traves de la cola hueca.
  3. Una vez liberado el ácido nucleico, se inicia su replicación en el citoplasma celular y la síntesis de proteínas virales, utilizando la maquinaria biosintética del hospedador, también en el citoplasma.
  4. Tras esto, tiene lugar una etapa de ensamblaje o maduración, donde las copias de ácido nucleico y de proteínas virales se agrupan formando nuevos virus.
  5. Una vez terminada la multiplicación, los virus salen de la célula provocando la lisis de esta. Durante la fase de liberación, los virus envueltos adquieren su membrana a partir de la membrana de la célula hospedadora, tras insertar en ella proteínas específicas codificadas por el genoma viral.
lítico
Imagen 2: Ciclo lítico en virus bacteriófagos.

Ciclo lisogénico:

No todos los fagos presentan este ciclo, solo pueden usar el ciclo lítico. Pero existen fagos atemperados  que pueden alternar entre ciclo lítico y ciclo lisogénico.

Este ciclo permite a un fago reproducirse, pero sin matar las células de su huésped. Las fases de fijación e inyección del ADN son iguales que en el ciclo lítico. Pero se diferencian en que no se va a copiar ni expresar el ADN,  su ADN se va a incorporar al genoma de la bacteria (pasa a denominarse profago) y  se va a replicar junto con el genoma de la bacteria sin que se produzca la síntesis de los componentes virales ni la liberación de la progenie viral (Kahn, 2016).

Lisogénico
Imagen 3: Ciclo lisogénicos en virus bacteriófagos.

El Fago T4

El bacteriófago mas característico es el Fago T4. Infecta a las bacterias Escherichia coli. Mide unos 200nm, siendo de los fagos mas grandes. Pertenece al grupo T, donde también se incluyen los enterobacteriófagos T2 y T6. Tan solo consta de un ciclo vital lítico, y no lisogénico, que dura unos 30 minutos. Unas de sus características es su alta velocidad de copia del ADN con solo un error por cada 300 copias. Este fago se ha utilizado en estudios sobre la regulación génica, estudios sobre el cáncer y el control de la proliferación celular (Neyoy, 2014).

Estructura del fago T4
Imagen 4: Estructura del Fago T4

REFERENCIAS:

Neyoy, C. (2014). “Organismos modelos en biología”. Apuntes de biología molecular. Disponible en: http://apuntesbiologiamol.blogspot.com.es/2014/03/organismos-modelo-en-biologia.html [Último acceso: 15 Ene. 2018]

Khan, K. (2016). “Virus”. Khan Academy. DIsponible en: https://es.khanacademy.org/science/biology/biology-of-viruses [Último acceso: 3 jun. 2018].

Se buscan candidatos para los contratos postdoctorales de La Caixa. Papel del NO en la simbiosis liquénica y la tolerancia al estrés abiótico

El nuevo programa de becas de postdoctorado, Junior Leader “la Caixa”, está destinado a la contratación de investigadores excelentes, de cualquier nacionalidad, que deseen continuar su carrera investigadora en territorio español en cualquier temática. Promovido por la Obra Social ”la Caixa”, este programa tiene por objetivos fomentar la investigación de alta calidad e innovadora en España  y  apoyar a los mejores talentos científicos a quienes se les ofrece un entorno atractivo y competitivo en el que realizar una investigación de excelencia.

El programa Junior Leader tiene dos modalidades distintas:

  • Junior Leader “la Caixa” – Incoming: 20 becas de postdoctorado para investigadores de todas las nacionalidades, que hayan residido en España menos de 12 meses en los últimos tres años, a los que se les ofrece un contrato laboral de 3 años para la realización de un proyecto de investigación en los centros acreditados con los distintivos Severo Ochoa o María de Maeztu.
  • Junior Leader “la Caixa” – Retaining: 10 becas de postdoctorado para investigadores de todas las nacionalidades, que hayan residido en España más de 12 meses en los últimos tres años, para llevar a cabo su actividad investigadora en cualquier universidad o centro de investigación de España.

A través de un programa de formación complementaria de excelencia, estas becas se proponen consolidar las habilidades de investigación y fomentar la carrera científica independiente como opción de futuro profesional.

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Beca Prácticas de Colaboración Estudiantes de Medio Ambiente URJC — Ambientales y Energía

¡Buenas tardes compañeras y compañeros! Nuestro amigos del Instituto Superior de Medio Ambiente nos hacen llegar esta oferta de beca de colaboración para técnico de apoyo en departamento de Medio Ambiente. Es dirigido principalmente a los estudiantes de la Universidad Rey Juan Carlos de los grados de Ciencias Ambientales, Biología o Ingeniería Ambiental o afines. […]

a través de Beca Prácticas de Colaboración Estudiantes de Medio Ambiente URJC — Ambientales y Energía

Mytilus edulis: ¿Cómo se ven afectados los filtradores con la contaminación?

Imagen obtenida de: https://www.wpclipart.com/animals/aquatic/shell_and_shellfish/mussel/Blue_mussel__Mytilus_edulis.png.html
Imagen obtenida de: https://www.wpclipart.com/animals/aquatic/shell_and_shellfish/mussel/Blue_mussel__Mytilus_edulis.png.html

El mejillón del Atlántico (Mytilus edulis (Linnaeus, 1758)), es un bivalvo que se localiza en las costas del Océano Atlántico, vive fijado a las rocas desde la franja intermareal hasta los 60 m de profundidad y al tratarse de un organismo filtrador se alimenta de plancton y de partículas en suspensión presentes en el agua. Esta especie al igual que los integrantes del género Mytilus son apreciados a nivel culinario, por lo que se considera una especie económicamente rentable, existiendo desde hace décadas el cultivo del mismo para poder abastecer el incremento constante en la demanda (FAO, 2017).

Basándonos en el método de ingestión y en el tipo de alimentación, el mejillón atlántico debería ser una especie que se viera afectada de modo significativo por la contaminación del agua, pero ciertamente esto no es así. Se la considera como especie centinela (Beeby, 2001) debido a las elevadas concentraciones de contaminantes que pueden almacenar en sus tejidos sin verse afectados, por lo que los mejillones en general son empleados como bioindicadores para monitorizar la contaminación de las aguas costeras (Beyer et al., 2017). Es importante destacar que los integrantes de la familia Mytilidae son móviles, por lo que pueden desplazarse eliminando la conexión entre el biso y el sustrato, aprovechando las corrientes oceánicas (Almeida et al., 2003), evitando probablemente algún foco local de contaminación, pero como cualquier animal, en determinadas ocasiones, y con abundancia de alimento puede verse atraído a un lugar contaminado consumiendo sustancias nocivas.

Estos mejillones como se ha comentado previamente, no se ven afectados significativamente por la presencia de contaminantes, pero los bioconcentran y bioacumulan, por lo que existe el riesgo de que se produzca una biomagnificación en la cadena trófica (Baqueiro-Cárdenas et al., 2007), pudiendo afectar de modo indirecto a las poblaciones humanas.

Estudios recientes muestran que con la acidificación que se está produciendo en los océanos por el incremento de la absorción del CO2 por los mismos, está existiendo un aumento en la influencia y acumulación de los contaminantes para el caso de los organismos filtradores. Eso se debe principalmente a que al existir más cantidad de CO2 disuelto, el intercambio gaseoso y por tanto la respiración se ven afectados, ya que se requiere una filtración mucho mayor para conseguir que el proceso sea igual de eficiente, y con la filtración además de los gases disueltos se incorporan también contaminantes de distinta naturaleza, como el tributilo de estaño o TBT. (Logan, 2016).

Atendiendo al incremento de los eventos de filtración por parte de estos bivalvos establecemos los posibles contaminantes que son bioacumulados. En primer lugar, cabe destacar a los microplásticos (plásticos de menos de 1mm) que pueden penetrar de dos formas, o en el interior de los organismos que componen el plancton (Cole et al., 2013) o directamente el plástico que está en suspensión, que puede ser confundido como alimento. El riesgo principal de estos plásticos es que son complejos de degradar y se van fragmentando con el paso del tiempo. Un estudio centrado en cómo afectan los microplásticos a esta especie de mejillón obtuvo como resultados que nada más ser estos ingeridos, se mantenían en el intestino y a los 3 días de ingestión pasaba al sistema circulatorio (hemolinfa) donde persistían durante más de 48 días (Browne et al., 2008), el riesgo en este caso sería la ingestión de uno de estos ejemplares contaminados ya que estos microplásticos se irían acumulando en organismos que no deberían sufrir este tipo de fenómeno acumulativo.

Los-microplásticos-contaminan-las-áreas-más-remotas-del-océano
Imagen obtenida de: https://psn.si/microplasticos-contaminan-oceano/2018/02/ Autor: Peter Bennet (2018)

También se ven afectados por los metales pesados como el mercurio, cobre, plomo, cadmio, plata, zinc, cromo y níquel, por algunos semimetales o metaloides como sería el arsénico e incluso por algún no metal como es el selenio. Investigaciones sobre cómo afecta el mercurio a esta especie en Francia, nos muestran que los mejillones suelen almacenar entre 50 y 660 μg/kg de peso seco (enorme variación debida principalmente a la localización (bahías, estuarios o costas) y lógicamente dependiendo de la cantidad de núcleos urbanos e industriales que aportan más contaminante), además también presenta un histórico de las concentraciones de mercurio en las costas occidentales francesas, con el que observamos un incremento con el paso de los años (Briant et al., 2017). Esto podría afectar en mayor medida a la bioacumulación del mercurio hasta concentraciones no soportables por el mejillón, provocando desequilibrios en la cadena trófica y por tanto alteraciones en las interacciones y en el ecosistema. Con respecto al arsénico existen otros estudios en este caso en Noruega, donde tras analizar el contenido del mismo en los mejillones obtienen como resultado medio 3 mg/kg de peso húmedo, sin embargo, en determinadas localizaciones existe un incremento importante llegando a 13,8 mg/kg. La concentración elevada vuelve a tener los problemas antes mencionados de causar riesgo en los consumidores de esta especie (Sloth & Julshamn, 2008).

En otro estudio realizado con embriones de M. edulis, empleando los 10 elementos químicos expuestos antes, obtienen la concentración de contaminante que causa el 50% de desarrollo anormal de la concha y otras deformidades morfológicas, que causan un descenso en la eficacia biológica. En concreto, para el mercurio es de 5,8 μg/l, para la plata 14 μg/l, para el arsénico 3000 μg/l, para el cadmio 1200 μg/l, para el plomo 476 μg/l y 10000 μg/l para el selenio. En el caso de los otros 4 metales lo que se proporciona es un rango, cobre entre 5,3-49 μg/l, zinc entre 119-456 μg/l, níquel entre 349-4360 y por el último para el cromo hexavalente entre 3440-4538 μg/l (Martin, 1981).

Como último grupo de contaminantes que pueden afectar a nuestra especie de estudio, son los compuestos orgánicos, como pueden ser los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) o los pesticidas entre otros. Para el caso de los primeros y por desgracia para España, en el año 2002 ocurrió el denominado desastre del Prestige, que permitió realizar investigación básica de como afectaban estos compuestos a los organismos. Al tratarse de un accidente y por tanto de una liberación de importantes cantidades de crudo, se produjo un descenso radical en la biodiversidad tiempo después del incidente. Los efectos que provocan los HAPs sobre los mejillones son la reducción de la tasa de alimentación por parte de los individuos juveniles (Donkin, 2003) y la disminución de la protección frente a congelación, ya que interfieren con los aminoácidos libres presentes en el organismo (Aarset & Zachariassen, 1982). En el caso de los pesticidas neurotóxicos, se sabe que dependiendo de la naturaleza química y a que molécula afecten, alteran o no la eficiencia de alimentación de los mejillones. El lindano, la endrina (pesticidas organoclorados), la permetrina y el flucirinato (pesticidas piretroides) no interfieren significativamente en el comportamiento alimentario, mientras que el carbaryl y el dichlorvos (compuestos inhibidores de la acetilcolinesterasa) sí que modifican el comportamiento, porque evitan que se hidrolice la acetilcolina y por tanto hay alteraciones en las sinapsis entre neuronas por mantenerse la acetilcolina en el espacio intersináptico, y no parar de mandar señales, por lo que presentan un efecto neurotóxico (Donkin, 1997).

A modo de conclusión, los contaminantes mencionados durante la revisión afectan a los individuos de la especie Mytilus edulis en estadios tempranos del ciclo vital, por lo que pueden provocar el descenso de muchas de las poblaciones al no producirse el recambio generacional, pero para ello las concentraciones deben ser elevadas. Hay que tener en cuenta que son bioacumuladores y además ciertos contaminantes son bastante persistentes, por lo que se puede producir el fenómeno de la biomagnificación y afectar a toda la cadena trófica. En general, para los humanos lo que nos interesa es que cuando decidamos alimentarnos de estos organismos, estos hayan pasado las suficientes pruebas de toxicología y control de calidad, que permitan la ingesta de los mismos sin incurrir en problemas de salud. Lo realmente importante es dejar de emitir estos contaminantes y tratar de disminuir los efectos adversos de los que ya se han liberado.

Bibliografía:
Aarset A.V. & Zachariassen K.E. 1982. Effects of oil pollution on the freezing tolerance and solute concentration of the blue mussel Mytilus edulis. Marine Biology 72: 45-51.
Almeida E. A., Bainy A.C.D, Medeiros M.H.G. & Di Mascio P. 2003. Effects of trace metal and exposure to air on serotonin and dopamine levels in tissues of the mussel Perna perna. Marine Pollution Bulletin 46: 1485–1490.
Baqueiro-Cárdenas E.R., Borabe L., Goldaracena-Islas C.G. & Rodríguez-Navarro J. 2007. Los moluscos y la contaminación. Una revisión. Revista Mexicana de Biodiversidad 78: 1S-7S.
Beeby A. 2001. What do sentinels stand for?. Environmental Pollution 112: 285-298.
Beyer J., Green N.W., Brooks S., Allan I.J., Ruus A., Gomes Tâ., Bråte I.L.N. & Schøyen, M. 2017. Blue mussels (Mytilus edulis spp.) as sentinel organisms in coastal pollution monitoring: A review. Marine Environmental Research 130: 338-365.
Briant N., Chouvelon T., Martínez L., Brach-Papa C., Chiffoleau J.F., Savoye N., Sonke J. & Knoery J. 2017. Spatial and temporal distribution of mercury and methylmercury in bivalves from the French coastline. Marine Pollution Bulletin 114(2): 1096-1102.
Browne M.A., Dissanayake A., Galloway T.S., Lowe D.M. & Thompson R.C. 2008. Ingested microscopic plastic translocated to the circulatory system of the mussel, Mytilus edulis (L.). Environmental Science & Technology 42: 5026-5031.
Cole M., Lindeque P., Fileman E., Halsband C., Goodhead R., Moger J. & Galloway T.S. 2013. Microplastic ingestion by zooplankton. Environmental Science & Technology 47: 6646-6655.
Donkin P., Widdows J., Evans S.V., Staff F.J. & Yan T. 1997. Effect of neurotoxic pesticides on the feeding rate of marine mussels (Mytilus edulis). Pesticide Science 49: 196-209.
Donkin P., Smith E.L. & Rowland S.J. 2003. Toxic effects of unresolved complex mixtures of aromatic hydrocarbons accumulated by mussels, Mytilus edulis, from contaminated field sites. Environmental Science & Technology 37(21): 4825-4830.
FAO Programa de información de especies acuáticas (http://www.fao.org/fishery/culturedspecies/Mytilus_edulis/es#tcNA00EA), consultado 14-X-2017.
Logan I. 2016. Does ocean acidification increase the susceptibility of Mytilus edulis mussels to pollution?. End studies work of Masters by Research in Biological Sciences University of Exeter. 1: 1-97.
Martin M., Osborn K.E., Billig P. & Glickstein N. 1981. Toxicities of ten metals to Crassostrea gigas and Mytilus edulis embryos and Cancer magister larvae. Marine Pollution Bulletin 12(9): 305-308.
Sloth J.J. & Julshamn K. 2008. Survey of total and inorganic arsenic content in blue mussels (Mytilus edulis L.) from Norwegian fiords: revelation of unusual high levels of inorganic arsenic. Journal of Agricultural and Food Chemistry 58: 1269-1273.