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].

Las bacterias tienen memoria que pasa a sus descendientes

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Los investigadores estudiaron Pseudomonas aeruginosa, que forma biofilms en las vías respiratorias de personas con fibrosis quística y puede causar infecciones letales.

Según los científicos de la UCLA (Universidad de California) las bacterias, a pesar de no tener un sistema nervioso central ni neuronas, poseen una “memoria” con la que transmiten conocimiento sensorial de una generación de células a otra.  Han publicado su estudio en la PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Aquí os dejo el enlca de la noticia: http://newsroom.ucla.edu/releases/bacteria-pass-on-memory-to-descendants-ucla?_ga=2.180640751.977971598.1523012985-1891032046.1523012985

 

 

Synthetic species made to shun sex with wild organisms

A team of scientists has used the CRISPR-Cas9 gene-editing tool to alter the expression of the target genes in Saccharomyces cerevisiae. As a result, the levels of a protein called actin raised and made the cells explode.

With a system of poison-antidote, they have created a strain that cannot produce offspring successfully with their wild counterparts.

This technology could be used to avoid genetic exchange between wild plants (crops and weeds) and the modified ones. Moreover, these synthetic species could be used to fight against pests and invasive species.

The authors said that this technology is going to be developed in more organisms like fruit flies, plants, mosquitoes, nematodes and zebrafish.

This article has been published in Nature. Here is the link:  https://www.nature.com/articles/d41586-018-00625-1

Curso “The Extremes of Life: Microbes and Their Diversity”

La Universidad de Kyoto nos ofrece este curso a través de la plataforma edX. Es de acceso gratuito y está en inglés (nivel medio). En él aprenderás la base genética de la diversidad microbiana y cómo están adaptados los microorganismos a los hábitats extremos de nuestro planeta. ¡No te lo pierdas!

Enlace al curso: https://www.edx.org/course/extremes-life-microbes-diversity-kyotoux-003x-1

Desarrollados por primera vez óvulos humanos en un laboratorio

óvulos
i Foto por universidad de Edimburgo a través de Facebook

¡Una noticia que podría ayudar a mejorar los tratamientos para la infertilidad! Por primera vez han desarrollado óvulos humanos maduros y viables desde su etapa inicial en un laboratorio.

Aquí os dejo el enlace de la noticia publicada en National Geographic:

http://www.nationalgeographic.es/ciencia/2018/02/desarrollados-por-primera-vez-ovulos-humanos-en-un-laboratorio

 

El virus que pudo poner en marcha la consciencia humana

Virus
Aunque más de uno podría sorprenderse por el hecho de que partes del código genético humano proceda de antiguos virus, en realidad se trata de un fenómeno bastante más común. / PublicDomainPictures (PIXABAY)

Dos investigaciones sostienen que un gen transmitido por un antiquísimo virus podría estar en el origen el pensamiento complejo.

Las investigaciones publicadas en la revista Cell sostienen que en nuestro cerebro, donde se genera el pensamiento consciente, reside un antiguo virus desde antes de que fuésemos humanos. Este virus unió su código genético al genoma de los animales cuadrúpedos. El pequeño fragmento genético cumple la tarea de “empaquetar” información genética y enviarla desde unas células nerviosas a otras, en forma de pequeñas cápsulas que se parecen extraordinariamente a los virus mismos. Estos diminutos paquetes de información podrían formar parte de la base del sistema que permite la comunicación entre los nervios.

Para poder leer la noticia completa, aqui tenéis el enlace:

https://www.madrimasd.org/notiweb/noticias/virus-que-pudo-poner-en-marcha-consciencia-humana

 

 

¿Y si cambiáramos las farolas por árboles?

Vaya idea mas hippie, pensarán algunos. La verdad es que la primera impresión es chocante… pero, ¿y si te digo que podría ser el futuro? ¿Y si pudiéramos eliminar para siempre las bombillas del árbol de Navidad, porque nuestro árbol ya brillara con luz propia? ¿Y si elimináramos algún día las bombillas de las farolas de tu pueblo, y pusiéramos abetos luminiscentes? ¿Y si algún día pudiéramos eliminar la luz eléctrica de todo el mundo, y la cambiáramos por… plantas?

A ti te puede estar pareciendo descabellado, pero el hecho es que actualmente ya puedes comprar una planta bioluminiscente en internet por un precio bastante asequible. ¡El mundo de Avatar podría estar en camino, señores!

Y tranquilo, te vamos a contar como.

La naturaleza siempre ha sido fuente de inspiración para la ciencia. Y es normal, muchos mecanismos y procesos que ocurren en el medio natural suelen encajar como piezas de un puzle en el rompecabezas de muchos científicos por el simple hecho de que funcionan. La biomimesis consiste en tratar de imitar ciertos fenómenos, rutas metabólicas, comportamientos… etc. procedentes de organismos naturales y con ellos dar solución a muchos de nuestros problemas científicos y tecnológicos actuales.

El ejemplo que hoy nos concierna es la bioluminiscencia, fenómeno bien conocido en invertebrados y microbios, como bacterias marinas y algunos hongos.

Captura (1)
Mycena Chlorophos

Esta bioluminiscencia otorga ventajas a los organismos, como defensa ante sus feroces depredadores, comunicación entre especies y en otros casos, favorecer la atracción sexual.

 

Captura
Panellus stipticus

Pues bien, la bioluminiscencia está cobrando importancia hoy en día en el mundo de la biotecnología. Entre todas las propuestas, una muy prometedora es la reproducción de esta propiedad en organismos vegetales. ¿Y esto porqué mola tanto? Pues debido a que el reino Plantae, en su mayoría, no dispone de tal facultad y por tanto el uso de plantas transgénicas podría llegar a suponer un gran progreso en la sociedad actual.

Vale. Pero ¿y cómo se hace? ¿metemos bacterias luminiscentes a las raíces de las plantas y que las absorban? ¿Las rociamos con un spray? Pues no. Los genes purificados y procedentes -entre otros organismos- de la luciérnaga Photinus pyralis, son capaces de codificar la enzima luciferasa y la molécula orgánica compleja, luciferina. Ambas moléculas se encuentran reguladas por los llamados genes lux, que son transfectados mediante Agrobacterium, a las células vegetales (al ADN de los cloroplastos, concretamente) produciendo energía lumínica. Pero esto no es nuevo. De hecho, la primera planta en la que se llevó a cabo este proceso fue la del tabaco hace ya bastantes años.

Captura1
Planta del tabaco transgénica bioluminiscente.

Con un método (aparentemente) tan sencillo, sería brillante -nunca mejor dicho- aplicarlo a nuestra sociedad; una sociedad con un increíble consumo eléctrico actual. No solo hablamos del gasto en sí que conlleva encender una bombilla. Hay que tener en cuenta lo que cuesta llevar la luz hasta tu bombilla. Contaminación por el transporte, gastos de fabricación, el mantenimiento, las reformas que hay que hacer en un edificio para arreglar/poner la luz… los llamados “costes ocultos”. En un mundo protagonizado por las energías no renovables, la iluminación sostenible sería tal descubrimiento que podría marcar un antes y un después en nuestra sociedad.

¿Y quién será el héroe que salve nuestro planeta?

Pues ya hay alguna empresa trabajando en el sector. Uno de los primeros proyectos funcionales fue “Glowing plant”, que salió a la luz a través de la plataforma Kickstarter. Si alguien no conoce Kickstarter, se trata de una plataforma online en la cual se buscan patrocinadores, donativos, etc, y a cambio, puedes llevarte muestras del proyecto novedoso, tecnológico o científico al que prestas tu ayuda. Glowing plant trataba de recaudar 65.000$ para hacer su magia en una Arabidopsis thaliana (Aquí, y en los siguientes artículos de la serie, te enterarás de porqué Arabidopsis thaliana.) y 400.000$ para rosas bioluminiscentes. Concretamente, esta empresa utilizaba un software (Genome compiler) para diseñar las secuencias de ADN por ordenador. El siguiente paso es imprimir con láser el ADN a través de un hardware especializado (Cambrian Genomics). Por último, con una pistola de genes se inserta el ADN creado en el genoma de la planta. Aunque la recaudación fue viento en popa hasta cierto momento (recaudaron 484.013$ y consiguieron 8.433 patrocinadores), parece que el proyecto acabó por hacer aguas. No conseguían su objetivo, y parece que trabajaban a la vez en un musgo fluorescente (Glowing moss), ya que es un organismo más sencillo.

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Esta es Orbella, el Fragant Moss de Glowing Plant.

Pero, como se estaba yendo la cosa de las manos, acabaron intentando vender el Fragant moss (Adivinad; musgo también, pero ¡con olor!) para recuperar la inversión y poder seguir con los proyectos adelante. Sin embargo, desgraciadamente los cultivos se contaminaron, y aunque dicen que siguen trabajando en la planta y en el musgo (fluorescente y con olor), no tiene buena pinta.

 

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Sin embargo no todas las empresas hacen aguas. Bioglow Tech fue fundada en 2007 por  Alexander Krichevsky, empezó a vender plantas bioluminiscentes (Starlight Avatar) en 2013 por unos 300$/planta. Al tiempo la compañía cambió su nombre a GLEAUX, que lleva la segunda generación de plantas bioluminiscentes al mercado, esta vez bautizadas bajo el nombre de CELESTINE, por el módico precio de 59.99$/planta. Aquí puedes comprarla. De hecho, presumen de ser la compañía que lo inventó, no en vano, ya que Alexander K. publicó su artículo en 2010 en PLoS one, y tiene la patente a día de hoy.

En este caso utilizan la planta del tabaco, Nicotiana alata (Solanaceae), apodada Starlight Avatar, fué posible a la introducción del operón lux de bacterias marinas –Photobacterium leiognathi-, en el ADN de la planta.

Starlight Avatar primera planta bioluminiscente del mundo 3
Nicotinia alata + gen de Photobacterium leiognathi = Starlight Avatar. Así se ve por el día (primera imagen) y así por la noche (segunda imagen). Vemos que no toda las partes de la planta quedan iluminadas.

 

Como vemos, a pesar de ser una brillante idea, aún está en pañales. Las plantas dan una leve intensidad, hemos visto proyectos fallidos… sin embargo, aquí entramos nosotros: todos los que estáis leyendo este blog. Los futuros biólogos, científicos, botánicos… o simplemente todos aquellos con curiosidad. Todos aquellos que estudian, o que se informan. Todos los que nos interesamos: los que tenemos una oportunidad de trabajo para colaborar a hacer un mundo mejor.

Lo mejor de que sea una ciencia en desarrollo, es que significa que es una ciencia posible.

 

 

BIBLIOGRAFÍA

          Callaway, E. (2017). Glowing plants spark debate. Nature 498: 15-16.

          GLEAUX® | Beautifully Bioluminescent | Order Celestine™ from GLEAUX®. [online] Available at: http://gleaux.us/buy/ [Accessed 1 Nov. 2017].

          Google Books. (2017). Patent US7663022 – Transgenic bioluminescent plants. [online] Available at: https://www.google.com/patents/US7663022 [Accessed 1 Nov. 2017].

          Hudkins, B. E. (2014). EE.UU. Patente Nº. 8,853,491. Tulsa, OK: U.S. Patent and Trademark Office.

         Kickstarter. (2017). Glowing Plants: Natural Lighting with no Electricity. [online] Available at: https://www.kickstarter.com/projects/antonyevans/glowing-plants-natural-lighting-with-no-electricit?lang=es [Accessed 1 Nov. 2017].

         Koncz, C.; Langridge, W.H.R.; Olsson, O.; Schell, J.; Sza- lay, A.A. (1 990). Bacterial and firefly luciferase genes in trans- genic plants: Advantages and disadvantages of a reporter gene. Developmental Genetics 11: 224-232.

         Medioambiente.org. (2017). La primera planta bioluminiscente del mundo, Starlight Avatar. [online] Available at: http://www.medioambiente.org/2014/01/la-primera-planta-bioluminiscente-del.html [Accessed 1 Nov. 2017].

         Millar, A.J.; Short S.R., Chua N.H.; Kay, S.A. (1992) A novel circadian phenotype based on firefly luciferase expression in transgenic plants. Plant Cell 4:1075–1087.

         Social.glowingplant.com. (2017). Glowing Plant | Seeds. [online] Available at: http://social.glowingplant.com/ [Accessed 1 Nov. 2017].

         Taylor, J. (2017). What is Bioluminescence and Why is it Important? –. [online] The New Home Buyers Network Blog. Available at: http://blog.newinhomes.com/news/what-is-bioluminescence-and-why-is-it-important/ [Accessed 1 Nov. 2017].