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Articulos de académicos

El aire que respiramos, por el Prof. Dr. D. Mariano Gacto, académico numerario

Mariano Gacto 654

Artículo publicado como Columna de la Academia en el Diario La Verdad el 13 de febrero de 2016

Muchos estudios sobre la calidad del aire se basan en determinar la presencia de contaminantes químicos tóxicos, como óxidos de nitrógeno o dióxido de carbono. Estos gases derivan en parte del intenso uso de combustibles fósiles y contribuyen al calentamiento global por su efecto invernadero. Sin embargo, cambios climáticos drásticos ocurrieron en otros períodos de diversas eras geológicas, o durante el fin de las glaciaciones, sugiriendo que las oscilaciones de temperatura pueden deberse también a otras causas. En cualquier caso, esta controversia ha alentado un ferviente ecologismo basado en el control de la calidad química del aire que, aunque interesante, ignora en cambio otros aspectos biológicos a considerar sobre el aire que respiramos.

Un reciente informe de un grupo del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Murcia concluía que la contaminación del aire en Murcia por gases contaminantes “no es alarmante pero sí preocupante”. No obstante, conviene resaltar que el aire no es solamente una mezcla de gases. Es también una parte de la biosfera que contiene numerosas partículas inertes suspendidas y seres vivos asociados, como virus, esporas y células vegetativas de bacterias y hongos. Muchos microorganismos son componentes naturales del ambiente aéreo, y la determinación de este aeroplancton es un control de calidad sanitaria porque contiene poblaciones potencialmente patógenas o inmunógenas. Las bajas concentraciones de materia orgánica en el aire no favorecen el crecimiento microbiano, pero permiten dilatadas supervivencias. Un humano adulto consume más de 10.000 litros diarios de aire, por lo que el contenido microbiano del aire puede causar infecciones respiratorias y desórdenes en la salud humana.

Empleando colectores automáticos de aire diseñados para retener con eficacia bacterias y hongos suspendidos en volúmenes determinados de aire, nosotros hemos estudiado la evolución anual de las poblaciones aéreas microbianas en diversas zonas urbanas de Murcia, incluyendo ambientes cerrados y abiertos. Teniendo en cuenta varios parámetros como la cantidad de aire inhalado y el valor medio de la contaminación microbiana, puede afirmarse que cada ciudadano incorpora diariamente en Murcia no menos de 5.000 microorganismos por vía aérea. Esto puede ser llamativo, pero tal nivel no está en un rango superior al detectado en el aire de muchas otras ciudades. Afortunadamente, la densidad microbiana detectada corresponde en su mayoría a especies no patógenas o peligrosas de bacterias y de hongos. Por tanto, como nuestros colegas, podemos indicar que la contaminación microbiana del aire de Murcia es preocupante pero no alarmante.

Morir para seguir viviendo, por el Prof. Dr. D. Ángel Pérez Ruzafa, académico numerario

Ángel Pérez Ruzafa 912

Columna de la Academia publicada en el Diario La Verdad el 6 de febrero de 2016

Una de las características de la vida es su vocación de persistir. A lo largo de la evolución ha desarrollado mecanismos para perpetuarse e independizarse de los avatares del entorno. Sistemas de almacenamiento y transmisión de la información para reconstruir su estructura (el ADN), distintas formas de reproducción, simbiosis, recombinación, defensa, homeostasis, regulación… que le permiten amortiguar los impactos del ambiente, de competidores o depredadores. Pero uno de los mecanismos más singulares y enigmáticos inherente a la vida, desde la célula hasta la biosfera, es la muerte.

Esta paradoja tiene sentido. La vida tiende a crecer y aumentar su complejidad para hacerse más eficiente en el uso de los recursos e independizarse del ambiente, aumentando su control sobre los flujos de energía. Sin embargo un aumento excesivo de complejidad puede resultar inmanejable. Se pierde flexibilidad y velocidad de reacción. Hay mayor control sobre lo previsible, pero perdiendo capacidad de reacción ante situaciones imprevistas. Además, los costos de mantenimiento aumentan exponencialmente a medida que el sistema es más complejo y la falta de recursos lo hacen muy vulnerable. Cualquier pequeña perturbación podría desmoronarlo. Más allá de los organismos vivos, podemos encontrar ejemplos de esta situación en empresas que han crecido excesivamente, imperios desaparecidos, muchos repentinamente y sin dejar casi rastro, en la cumbre de su esplendor.

La muerte, más o menos controlada, es un mecanismo para retardar todo lo posible ese estado. A nivel celular, en tejidos y órganos, tenemos la apoptosis o muerte celular programada; en las poblaciones de las distintas especies hay eventos de mortandad masiva, en forma de epidemias muchas veces sin causas conocidas; las comunidades y ecosistemas sufren procesos de destrucción parcial en forma de incendios, tormentas u otras catástrofes; la biosfera ha sufrido también eventos catastróficos periódicos que han producido extinciones en masa que han acabado con hasta el 95% de las especies del planeta. Pero estos eventos, lejos de acabar con la vida, son mecanismos de rejuvenecimiento. Las estructuras se simplifican, en zonas más o menos restringidas, ganando en flexibilidad y productividad, coexistiendo con zonas más maduras y complejas que ofrecen estabilidad y posibilidades de regulación. En el caso de la evolución, tras una extinción, mediante la radiación y aparición de nuevas especies la vida se revitaliza y aumenta su diversidad. Un proceso que aún no ha finalizado. Nuestro cuerpo, por término medio, cada 5 a 10 años renueva sus células y a pesar de ello seguimos reconociéndonos como la misma persona. En palabras de Ramón Margalef: los ecosistemas permanecen, aunque sus componentes cambian constantemente.

Loa del éxito ajeno, por el Prof. Dr. D. Ángel Ferrández Izquierdo, académico numerario

Ángel Ferrández ficha

Artículo publicado como Columna de la Academia, en el Diario La Verdad del día 30 de enero de 2016

Me pregunto si la mejora de la Ciencia española es un anhelo compartido por la mayoría de los sectores sociales. Cada dos años, y desde 2002, la FECYT (Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología) realiza la encuesta nacional sobre la Percepción Social de la Ciencia. La séptima, y última, es de abril de 2015 y, como en las anteriores y por este orden, los médicos, científicos, profesores e ingenieros son los profesionales mejor valorados. La paradoja está servida en tanto que, ocupando los políticos el último escalón de la lista, son los que deciden cómo y cuánto invertir en aquellos.

El pueblo español no es consciente, ni aprende, aun con pruebas tan evidentes, que el futuro de una sociedad depende de la valoración de su Ciencia y sus científicos. Ramón y Cajal, Severo Ochoa, Santiago Grisolía y Margarita Salas deberían ser nuestro orgullo patrio. Pero también Ispizúa, Massagué, Cirac, Barbacid y Blasco; o Pepa García, del laboratorio de al lado. Cada día, muy cerca de ti, alguien ha logrado un avance importante. Procura conocerlo, aprende a ponderar el éxito ajeno y alégrate por ello. Son muchos, cientos y cientos, anónimos, aquí y allá, jóvenes y menos jóvenes, los que están en la vanguardia del conocimiento ávidos por mejorar nuestras condiciones de vida.

Seamos generosos y no caigamos en la tentación contraria, como un antepasado nuestro, el erudito cordobés Ali Ibn Hazm (994-1063), en ‘Risala apologética’, ya advertía “Los españoles sienten envidia por el sabio que entre ellos surge y alcanza maestría en su arte; tienen en poco lo mucho que pueda hacer, rebajan sus aciertos y se ensañan, en cambio, en sus caídas y tropiezos, y con doble animosidad que en cualquier otro país. Aunque sea hombre señalado y campeón de su ciencia, si se le ocurre escribir un libro, lo calumniarán, difamarán, contradirán y vejarán. Exagerarán y abultarán sus errores ligeros; censurarán hasta su más insignificante tropiezo; le negarán sus aciertos, callarán sus méritos y le apostrofarán e increparán por sus descuidos, con lo cual sentirá decaer su energía, desalentarse su alma y enfriarse su entusiasmo. Tal es, entre nosotros, la suerte del que se pone a componer un poema o a escribir un tratado: no se zafará de estas redes ni se verá libre de tales calamidades, a no ser que se marche o huya o que recorra su camino sin detenerse y de un solo golpe”.

 

CRISPR-Cas…Y la revolución comenzó en Santa Pola, por el Prof. Dr. D. Juan Carmelo Gómez Fernández, académico numerario

Juan Carmelo ficha

Un resumen de este artículo se ha publicado como Columna de la Academia, en el Diario la Verdad del23 de enero de 2016

El 31 de mayo de 2014 ya escribió este autor una columna de la Academia en este Diario La Verdad, titulada “Edición génica por CRISPR-Cas, una herramienta multiusos”. En esa columna exponíamos que se estaba desarrollando una nueva tecnología destinada a revolucionar la ingeniería genética y que tendría con el paso de no mucho tiempo unas grandes implicaciones. Eso está ya meridianamente claro en este momento, con el desarrollo de una industria más que millonaria y con el otorgamiento de muchos premios a sus desarrolladores- Para empezar se ha concedido el Princesa de Asturias de 2015 a Charpentier y Doudna. No tardará en seguir el Premio Nobel, a estas autoras o a un grupo más amplio. No creo exagerar si afirmo que este descubrimiento es de los más importantes realizados en Ciencia en las últimas décadas y sus consecuencias se están notado ya en prácticamente todos los laboratorios del mundo. El último número de la revista Cell (una de las tres más prestigiosas, junto con Nature  y Science), publica un artículo en el que revisa quiénes son los descubridores y desarrolladores de estos conocimientos, llamándoles héroes. Los primeros en observar que existían unas secuencias repetitivas en la bacteria E. coli fueron el grupo de Nakata en Japón, pero le prestaron poca atención. Posteriormente, en 1995, estas secuencias fueron observadas en bacterias que crecen en las salinas de Santa Pola por un grupo de microbiólogos de la Universidad de Alicante, entre los que estaban Francisco Mójica y Francisco Rodríguez-Valera. Estos investigadores las denominaron como SRSR (short regularly spaced repeats). Mójica fue quien prosiguió con estos estudios y observó que estas repeticiones en los DNAs de bacterias se encontraban en otras especies bacterianas e incluso en mitocondrias. Estas observaciones fueron corroboradas por otros grupos y se les cambió el nombre por CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats). Posteriormente, en 2005 se observó que estas secuencias provienen de fagos que infectan a las bacterias y fue Koonin y colaboradores y también Mójica y colaboradores quienes propusieron que estas secuencias formarían parte de una especie de sistema inmunitario adaptativo de las bacterias y sugirieron que estas bacterias producirían un RNA similar al RNA de interferencia. Por cierto, Mójica se las vio y se las deseó para publicar este trabajo que fue rechazado sin revisión por varias prestigiosas revistas como Nature y PNAS USA.

En los años siguientes diversos autores, especialmente Charpentier y Siknys que descubrieron el mecanismo por el que el sistema opera, produciendo un RNA corto y con la ayuda del sistema proteico Cas9 y las bacterias usan estas secuencias para producir el RNA a partir de estas secuencias que se une a un grupo de proteínas (las CAS) que lo procesan y cortan en trozos para posteriormente inactivar el DNA de los virus invasores (complementario con el RNA procesado).. Inmediatamente, en forma casi simultánea, tanto Charpentier y Doudna como Siknys publicaron artículos en los que caracterizaban los sistemas in vitro, proponiendo su uso biotecnológico para editar y silenciar genes. Basándose en estos resultados Zhang diseñó un robusto sistema para editar genes eucarióticos en 2012 y, casi al mismo tiempo, Church diseñó otro sistema con el que modificó genes en células humanas. Muchos investigadores se lanzaron a principios de 2013 sobre este campo, y el fenómeno se convirtió en viral. Hoy día centenares de empresas de todo el mundo se han lanzado sobre esta tecnología y las perspectivas de poder corregir el genoma humano en su estructura y/o su expresión a voluntad, así como el de animales y plantas de forma fácil, modificando los embriones y diseñando seres vivos se ha hecho asequible. Ya se han realizado diversos experimentos para modificar genes causantes de enfermedades hereditarias o para mejorar ciertas plantas cultivadas, estamos por tanto ante una gran revolución, en la que se ha establecido una batalla por las as patentes, entre los diferentes grupos implicados.

Por último señalar varias importantes observaciones. Primera, que científicos que trabajan en sitios marginales pueden realizar importantes descubrimientos, como es el caso de Francisco Mójica, pero también Siknis en Lituania y otros. Segunda, que el descubrimiento fue gestándose durante más de veinte años en manos de científicos básicos, que para nada pensaban que fuera a tener las aplicaciones que hoy se están alcanzando y las que se vislumbran. Ningún descubrimiento surge de la noche a la mañana y se requiere el esfuerzo de cientos de investigadores que van aportando sus granitos de arena para que finalmente se llegue al perfeccionamiento del descubrimiento. Obsérvese en consecuencia lo injusto que es que critique y desprecie a universidades como la de Alicante (o la de Murcia y tantas otras “de provincias”) porque no figuren entre las primeras cien o primeras doscientas del mundo. Tercera, que muchas revistas importantes (y hoy en día, ya incluso las menos importantes) no analizan cuidadosamente los artículos que les llegan lo que supone un importante obstáculo para el progreso científico. Por último, podríamos preguntarnos por qué Mójica no estuvo en el sprint final de esta revolución. Este investigador reconoce (El Confidencial del 16 de enero de 2016) que se quedó sin financiación y ello debido a los recortes que surgieron desde 2008, probablemente porque su trabajo no era aplicado. En muchas ocasiones se oye el comentario de personas, que incluso tienen educación superior, abogando por que la investigación la financien las empresas y no los organismos públicos. De ser así hallazgos como este no hubieran aflorado nunca. La comunidad investigadora es como un ecosistema, donde si se eliminan especies aparentemente insignificantes las que aparecen como más importantes sufren las consecuencias. Que reflexionen los políticos responsables de mantener la investigación tanto básica como aplicada.

 

Para saber más:

– El español olvidado que vislumbró la técnica genética más importante del siglo

http://www.elconfidencial.com/tecnologia/2016-01-16/crispr-francis-mojica-charpentier-doudna-edicion-genomica_1136337/

-The heroes of CRISPR. Lander ES1. Cell. 2016 Jan 14;164(1-2):18-28. doi: 10.1016/j.cell.2015.12.041. The Heroes of CRISPR.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26771483

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El proceso de construirse a uno mismo, por el Prof. Dr. D. Ángel Pérez Ruzafa, académico numerario

Ángel Pérez Ruzafa 912

Columna de la Academia, publicada en el Diario La Verdad el 16 d enero de 2016

Los seres vivos se construyen a sí mismos con el trabajo que generan oponiendo resistencia a los flujos de energía. Este proceso y sus reglas generales son comunes a todos los niveles de organización biológica, de la célula a los ecosistemas, incluidos nosotros mismos. En todos los casos, el proceso es lento, progresivo y no admite saltos, yendo de lo sencillo a lo complejo mediante la incorporación de nuevos elementos que se van ensamblando y creando relaciones entre ellos. No pueden generarse estructuras complejas de la nada, porque su existencia y funcionamiento depende de las condiciones y relaciones creadas por los estadios anteriores. En el desarrollo individual hablamos de ontogenia; a la construcción de un ecosistema lo denominamos sucesión ecológica y en el caso de las especies que constituyen la biosfera, filogenia y evolución biológica. Los estadios iniciales suponen poca biomasa, con células, individuos o especies con estructuras poco complejas, pero de crecimiento rápido y una gran capacidad de proliferación, con ciclos de vida cortos y altamente dependientes de las condiciones ambientales. La maduración implica un aumento de complejidad, el desarrollo e incorporación de nuevas estructuras y de relaciones entre ellas, ralentizando los procesos y permitiendo una mayor independencia del ambiente exterior y mayor control interno y de la propia existencia. De la complejidad surgen propiedades imprevistas: mecanismos de autorregulación, creación de condiciones favorables independientes de las fluctuaciones ambientales, mecanismos de retardo de los flujos de materia y energía y sistemas de almacenamiento para depender lo menos posible del suministro externo. En el caso de nuestro cerebro, la complejidad neuronal se traduce en capacidad de almacenar información, procesarla, encontrar regularidades que permiten anticipar el futuro y evitar los problemas, establecer vínculos afectivos que estabilizan nuestro sistema de relaciones sociales. Además, a medida que el sistema se construye, lo que se denomina su adyacente posible se incrementa. Es decir, se pueden aprovechar recursos y oportunidades que antes eran inasequibles y eso permite el desarrollo de nuevas estructuras y capacidades que las utilicen y con mayor eficiencia. Lo interesante es que a pesar de los continuos cambios y transformaciones, la identidad no se pierde, desde la llegada de las especies pioneras a una colada volcánica virgen hasta que el bosque alcanza su climax o desde la formación del cigoto tras la fecundación hasta que la persona alcanza la madurez, el sistema mantiene su identidad hasta que le llegue la muerte natural o alguien decida destruirlo. Pero del papel de la muerte hablaremos en otra columna.

 

Una domesticación interesante, por el Prof. Dr. D. Mariano Gacto Fernández, académico numerario

Columna de la Academia publicada en el diario La Verdad, el 9 de enero de 2016

Mariano Gacto 654

El estudio de los microorganismos proporciona información esencial sobre los mecanismos básicos de la vida. Además, permite controlar las propiedades indeseables de algunos de estos seres que son patógenos, así como potenciar los efectos de otros beneficiosos a través de técnicas biotecnológicas. Como ejemplo, el control de las enfermedades infecciosas es posiblemente la aportación singular más notable al aumento de la vida media del hombre. Varias investigaciones recientes abren también la esperanza de utilizar microorganismos frente a enfermedades humanas menos dominadas, como el cáncer.

Una publicación aparecida en la prestigiosa revista PNAS (Actas de la Academia Nacional de Ciencias, USA) ilustra cómo la bacteria Listeria monocytogenes, que se transmite por los alimentos y causa una enfermedad grave, puede domesticarse hasta el punto de convertirse en una bacteria asesina de tumores. Los actuales tratamientos contra el cáncer, basados fundamentalmente en quimioterapia y radioterapia, suelen ser de eficacia limitada y producir una supervivencia baja de los pacientes debido a la escasa toxicidad selectiva de estos agentes, que no diferencian mucho entre células normales y tumorales. La mejora de esta situación requiere tratamientos alternativos.

Las cepas patógenas de Listeria tienen tendencia a desarrollar un ciclo de vida intracelular que les permite eludir el sistema inmunitario del hospedador al que infecta. Se ha descubierto que una cepa atenuada (no virulenta) de dicha bacteria puede igualmente ser eliminada por el sistema inmunitario fuera de las células normales pero no cuando penetra en las células tumorales. Tal hallazgo ha sugerido una nueva técnica molecular para luchar contra el cáncer mediante biotecnología microbiana. La estrategia consiste en la posibilidad de utilizar la cepa bacteriana inocua de Listeria para introducir agentes anticancerosos directamente en las células tumorales de una manera selectiva. Aunque la radioactividad puede destruir físicamente células cancerosas, la liberación específica en las células tumorales de moléculas de radionucleidos, como derivados del Renio o del Cobalto, ha sido siempre un problema. Los autores del trabajo unieron 188Renio a la cepa atenuada de Listeria y esta bacteria cargada con el agente radioactivo se comportó de hecho como destructora de tumores cuando se inoculó en células tumorales de ratón. La bacteria se replicó en el interior de esas células y redujo la incidencia de metástasis sin dañar a las células normales. Esta investigación demuestra que la microbiología puede domesticar una bacteria virulenta y convertirla en un agente terapéutico.

Los animales mascotas están más en riesgo de sufrir como fumadores pasivos que los humanos, por el Prof. Dr. D. Juan Carmelo Gómez Fernández, académico numerario

 

Juan Carmelo ficha

Esta conclusión se ha alcanzado mediante un estudio, llevado a cabo por científicos de Glasgow, en el que se ha medido la nicotina y sus derivados presente en diversas mascotas, tales como perros y gatos. Por ejemplo se ha determinado la concentración de nicotina acumulada en el pelo de animales que viven en hogares donde se fuma y se han comparado estas concentraciones con las de animales que viven en ambientes exentos de humos.

La razón por la que las mascotas pueden estar más en peligro que los humanos, se atribuye a que pasan más tiempo en casa y además más cerca de las alfombras donde se puede acumular el humo y las sustancias peligrosas que contiene, si se fuma en las estancias donde están las mascotas. Lo que se ha observado en estas mascotas es que desarrollan enfermedades relacionadas con el tabaquismo como el cáncer, daños celulares y aumento de peso. En particular son los gatos los más sensibles a estos daños. Los gatos parece que son más afectados debido a sus costumbres de autoasearse para lo que se restriegan y se lamen, con objeto de eliminar pelo suelto, favorecer las secreciones sebáceas y eliminar parásitos. Pero el problema es que con esto se puede facilitar la absorción de productos provenientes del humo. Por ejemplo, se ha observado una mayor incidencia de linfomas en gatos que vivieran en hogares de fumadores. Si los dueños limitaron a menos de 10 las veces que fumaron dentro de casa donde estaban sus gatos, la concentración de nicotina encontrada en ellos era menor, pero aún significativa.

En el caso de los perros lo más llamativo es la mayor ganancia de peso tras su castración si viven en un ambiente de humos procedentes del tabaco, en comparación con los que viven en ambientes libres de humos. Para estudiar los daños celulares sufridos por estos animales, se examinaron los testículos procedentes de perros castrados, encontrándose que los genes que sirven como marcadores de daños celulares estaban más afectados en el caso de perros que fueran fumadores pasivos que en otros que vivieran con dueños no fumadores.

Debido a que viven más cerca del suelo las mascotas pueden absorber las partículas procedentes del humo, denominadas de “tercera mano”, que son las más tóxicas y que permanecen en el suelo, los muebles y las paredes (se entiende que son de “segunda mano” las que proceden del humo en el ambiente y de “tercera mano” las que quedan tras apagarse el cigarro).

Por todo ello se puede considerar que las mascotas están expuestas a más riesgos como fumadoras pasivas que los mismos humanos. ¿Podrá servir esto para motivar más a dejar de fumar a aquellos que tengan mascotas en casa?

Para saber más:

 

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Clare+Knottenbelt+smoking

Cómo combatir el paludismo mediante mosquitos modificados genéticamente, por el Prof. Dr. Juan Carmelo Gómez Fernández, académico numerario

Juan Carmelo ficha

El paludismo es una grave enfermedad que amenaza a la mitad de la población mundial y para la que todavía no existe una vacuna realmente efectiva. La enfermedad requiere de la colaboración de mosquitos que transmiten el protista Plasmodium, parásito que causa la enfermedad. Se conocen muchas especies de este género Plasmodium, algunas de ellas causantes del paludismo, de las que la más peligrosa por ser la más virulenta y causar más muertes es P. falciparum. Esta enfermedad fue endémica en casi toda España. Personajes históricos tan importantes como el emperador Carlos V y su esposa Isabel de Portugal se cree que murieron de esta enfermedad. El paludismo estaba muy extendido, en concreto, en las huertas del Levante español como las de Murcia y Orihuela. El último caso con origen totalmente local, se dió en España en 1964. La especie que causaba el mayor número de casos de esta enfermedad en España era, no obstante el Anopheles atroparvus, que transmite el P.vivax que no es tan virulento como el P.falciparum. Pero existe la preocupación de que el cambio climático podría traernos nuevamente la enfermedad, con especies de mosquitos capaces de transmitir parásitos más virulentos. No se olvide que aunque en España no pervive el Plasmodium, sí que siguen existiendo los mosquitos capaces de transmitir la enfermedad. Por ello se han dado algunos casos de transmisión originada por enfermo que habían contraído la enfermedad en otros países y a los que picaron mosquitos españoles que transmitieron el parásito a personas locales.

Para combatir esta enfermedad se usan habitualmente insecticidas, repelentes de mosquitos y camas protegidas por redes y sustancias profilácticas como la quinina. A este respecto se inventó el agua tónica en la India (por los británicos) o los vinos quinados en España. Pero todos estos medios no son suficientes para detener la enfermedad.

Por ello resulta muy interesante el trabajo que publica la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy de los Estados Unidos de América. Anthony James y su grupo de la Universidad de California han demostrado que es posible cambiar el código genético de larvas de mosquitos de forma que sean un mal huésped para el parásito.

Para ello han utilizado la ingeniería genética colocando un nuevo gen en los mosquitos que les conferiría resistencia a la infección parasitaria. Ello ha sido posible gracias a la nueva técnica de ingeniería genética llamada CRISPR-Cas9, que permite modificar genes de una célula, produciendo un anticuerpo que combate al parásito. De esta forma, cuando estos mosquitos modificados genéticamente se crucen con otros les transmitirán la resistencia bloqueando la transmisión de la enfermedad. Así se comprobó con un mosquito que transmite la enfermedad en la India, como es el Anopheles stephensi. De hecho, el DNA que codifica el anticuerpo que combate al parásito fue heredado por casi el 100% de la progenie a través de tres generaciones. Los autores del trabajo confían en que esta técnica se pueda emplear para modificar otras especies de mosquito. Aunque este avance no sea la solución final sí que puede ser una ayuda más para erradicar la enfermedad. Nótese que en el pasado se ha tratado de extinguir los mosquitos haciéndolos estériles, pero ello podría tener consecuencias inesperadas sobre el ecosistema. Por ello esta solución podría ser mejor.

Para saber más:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26598698

El óxido nítrico ¿una molécula amiga o enemiga? , por la Prof. Dra. Dª Francisca Sevilla Valenzuela, académica numeraria

Paca Sevilla 697

Columna de la Academia, publicada en el Diario La Verdad el 19 de diciembre de 2015

Mientras se debaten los compromisos asumibles por los países asistentes a la cumbre sobre cambio climático, dirigidos a detener la emisión de gases contaminantes, lo cierto es que la concentración de estos en la atmósfera, entre ellos los óxidos de nitrógeno (óxido nítrico, NO y dióxidos de nitrógeno, NO2), aumenta y ocasionalmente supera los límites permitidos por la normativa Europea, especialmente en zonas urbanas. Estos compuestos, generados en la combustión del petróleo, carbón o gas natural, contribuyen a la lluvia ácida y a la destrucción de la capa de ozono. Concentraciones de NO2 ≥400 µ/m3 dependiendo del tiempo de exposición, pueden provocar especialmente en personas con enfermedades respiratorias preexistentes, la aparición de diversos síntomas, dañando, además, a los cultivos vegetales. Sin embargo, como se describió en un artículo por Fewson y Nicholas en 1960, el NO podía ser utilizado por los microorganismos y las plantas como un intermediario del metabolismo. Posteriormente se identificó en sistemas animales como el compuesto previamente designado como factor de relajación endotelial, lo que supuso a los investigadores involucrados el reconocimiento internacional, al ser galardonados bien con el Premio Príncipe de Asturias a la Investigación Científica (Salvador Moncada, en 1990) o el Premio Nobel de Fisiología y Medicina (Robert F. Furchgott, Louis J. Ignarro y Ferid Murad, en 1998). A partir de estas investigaciones, este gas incoloro y difusible, fue calificado en 1992 como “molécula del año” en la revista Science, y hasta el día de hoy se han publicado decenas de miles de artículos sobre su importancia en la biología humana y vegetal. Dependiendo de su concentración en la célula, órganos y tejidos, como ocurre con su nivel en la atmósfera, de su oxidación a dióxidos y- trióxidos de nitrógeno y de su compartimentación, actúa de una forma u otra. Como molécula beneficiosa, actúa como antioxidante, en desarrollo, reproducción y defensa frente a patógenos, sequía o salinidad en plantas; actuando en humanos, como neurotransmisor, en la relajación del endotelio vascular, en la producción de energía o regulando el sistema inmune, entre otras funciones. También puede ser pro-oxidante inductor de estrés y generar especies reactivas de nitrógeno, modulando la expresión de genes y la actividad de proteínas, o participar en senescencia y en muerte celular. Por tanto es importante que sus niveles estén perfectamente controlados, en las células y a nivel global.   Esto lleva a considerar seriamente el estudio de su función biológica y no menos importante, el control de su emisión a la atmósfera.

¿Será posible cambiar mitocondrias defectuosas por mitocondrias funcionales?, por el Prof. Dr. D. Cecilio Vidal Moreno, académico numerario

Cecilio J

Hace unos 10 años, el biólogo molecular Darwin Prockop y sus colaboradores de la Universidad de Tejas (USA) observaron un fenómeno que llamó poderosamente su atención. Algo inesperado ocurría en los cultivos de células de rata dañadas, cuando se intentaban reparar añadiendo células madre mesenquimales humanas (human mesenchymal stem cells, hMSCs). Al cabo de un tiempo, vieron con asombro que las células de rata habían incorporado DNA mitocondrial humano. Aunque sorprendente e inesperado, tenía lógica que las células sanas, con mitocondrias ‘vivas’, fueran capaces de ‘resucitar’ a las mitocondrias dañadas.

Conviene recordar, que la mitocondria es la ‘central térmicas’ de la célula; el orgánulo intracelular en donde se genera la ‘moneda’ de intercambio y aporte de energía, que no es otra que el ATP. Todo ello, sin olvidar la importancia de la mitocondria para eliminar las peligrosas especies reactivas de oxígeno (ROS), unos radicales libres capaces de destrozar la delicada ultra-estructura de la mitocondria y, de este modo, dañar la función mitocondrial y atentar contra la supervivencia de las células.

Para entendernos, se puede decir que la mitocondria es como un organismo dentro de otro mayor. La mitocondria goza de cierta autonomía, pero permanece en comunicación con otros orgánulos celulares. Desarrolla actividades propias, pero siempre supeditadas al bien común, esto es, a la armonía y eficiencia del conjunto de procesos que ocurren en cada tipo celular. La mitocondria es muy sensible a los cambios en el medio que la envuelve y figura entre los primeros orgánulos que se dañan en condiciones de estrés. Es lo que ocurre ante la escasez de oxígeno (isquemia) o la entrada súbita de sangre al quitar una obstrucción en las arterias (reperfusión), como por ejemplo, tras un infarto de miocardio. Si las mitocondrias se dañan de modo irreversible, la célula no tiene más remedio que proceder a su propia destrucción, a través de la apoptosis.

Para averiguar cómo las células humanas transferían mitocondrias a las de rata, Prockop y su grupo tomaron fotos de mitocondrias de hMSCs entrando en las células de rata. Lo más llamativo fue que las mitocondrias sólo pasaban a las células dañadas, no a las sanas. Dicen las crónicas, que cuando los investigadores vieron el fenómeno exclamaron ‘este es el tipo de cosas que no se pueden creer a menos que las veas con tus propios ojos’. Después de diez años y cuando se han publicado varias decenas de artículos sobre el asunto, todavía no se ha logrado aclarar cómo transcurre la transferencia de mitocondrias. Si las mitocondrias dañadas pudieran ser sustituidas por otras plenamente operativas ¡¡ qué magnífica solución para devolver la funcionalidad a un órgano no funcional por razones genéticas o a consecuencia de isquemia, inflamación o simplemente por envejecimiento ¡¡.

Los científicos intentan dar respuesta a cientos de preguntas relativas a la transferencia de mitocondrias y al papel que tal proceso juega en la reparación de los tejidos con la ayuda de células madre mesenquimales (hMSCs). En 2012, el Prof. Bhattacharya y su equipo de la Universidad de Columbia (USA) aportaron resultados sumamente valiosos acerca del paso de mitocondrias desde hMSCs a células de ratón en el artículo ‘Mitochondrial transfer from bone-marrow-derived stromal cells to pulmonary alveoli protects against acute lung injury’. Islam, Das et al., J. Nature Medicine. 2012, 18:759-65. doi: 10.1038/nm.2736. En él, Bhattacharya señalaba que ciertas células de la médula ósea de ratón normal y las células madre mesenquimales humanas eran capaces de transferir mitocondrias a células epiteliales dañadas de pulmón de ratón. Así conseguían restaurar la funcionalidad del pulmón lesionado y alargar la supervivencia del animal. Sus estudios revelaron que las células madre se fijaban a los alveolos lesionados y generaban nanotubos y microvesículas, las cuales contenían las mitocondrias a transferir de unas células a otras. Lo más llamativo fue la constatación de que si en lugar de utilizar ratones enfermos usaban ratones sanos, las mitocondrias de las células madre viajaban a través del pulmón libremente, o sea, sin fijarse a los alveolos. Al parecer, la célula dañada manda señales para la captura de mitocondrias.

Además, científicos de la Universidad de Shandong en China vieron que en cultivos de células madre mesenquimales mezcladas con células epiteliales de cordón umbilical se formaban nanotubos y se producía transferencia de mitocondrias desde las células madre a las de cordón umbilical, con más frecuencia si las células de cordón se sometían a estrés, por hipoxia y escasez de glucosa, seguidos de re-oxigenación. Además, se ha visto que las neuronas de ratas sometidas a daño celular con luz ultravioleta forman nanotubos de actina y que los nanotubos son canales o túneles por los que se desplazan las mitocondrias desde las células sanas a las lesionadas. De momento, los autores dicen que no saben a ciencia cierta qué ocurre a nivel molecular. Sólo ven el resultado.

El Dr. Bhattacharya sugiere que la transferencia mitocondrial debe ser un proceso activo. Con una micra de diámetro, parece muy improbable que la mitocondria pase libremente al interior de otra célula. De hecho, este investigador ha visto que el tránsito de mitocondrias cesa con agentes que bloquean la endocitosis. Se sabe también que el paso de mitocondrias por las ‘guías’ de actina de los nanotubos depende de la Rho-GTPasa Miro1, de forma que a medida que aumenta la cantidad de Miro1 también lo hace la capacidad de las células madre mesenquimales para ceder mitocondrias y reparar in vitro e in vivo células epiteliales dañadas en ratones con el pulmón afectado. El procedimiento ha permitido mejorar lesiones pulmonares a causa del humo de cigarrillos. Los excelentes datos sobre la recuperación de la función mitocondrial en células que carecían de su propio DNA mitocondrial han abierto el camino a la exploración de terapias con células madre en patologías producidas por fallos en genes mitocondriales.

La inyección de mitocondrias sanas, en vez de células completas, podría ser una alternativa en algunos casos. El Dr. McCully y otros prefieren esta opción por el peligro que entraña el uso de células completas, cuya biología y respuesta al medio del aceptor son inciertas. A favor de los defensores de terapias con mitocondrias enteras juega el hecho de que se tarde menos tiempo en aislar mitocondrias que en propagar células madre. Por ahora, se ha visto que una inyección de mitocondrias en el corazón de conejos en isquemia logra proteger a los cardiomiocitos de los devastadores efectos de la reperfusión y mejora notablemente la función cardíaca un mes después. Al igual que la célula madre, parece que la mitocondria aislada entra en la célula aceptora por endocitosis. McCully y su equipo exploran ahora técnicas que permitan obtener cantidades masivas de mitocondrias, con vistas a su empleo en corazones de cerdo en isquemia. Su propósito es comenzar los ensayos clínicos cuanto antes. Mientras tanto, Bhattacharya y otros tratan de conocer las bases moleculares del tránsito de mitocondrias de unas células a otras, la señal que envía la célula dañada, cómo transcurre la vida en células con mitocondrias defectuosas, y en qué medida el paso de mitocondrias puede contribuir a la reparación de los tejidos, no sólo en condiciones de estrés, sino también en condiciones normales.