viernes, 2 de diciembre de 2016

Los parques urbanos pueden ser un buen lugar para buscar nuevos antibióticos y antitumorales


La solución puede estar en el jardín de tu casa

Los productos naturales sintetizados por las bacterias ambientales han servido muchas veces de inspiración para desarrollar nuevos agentes terapéuticos, como antibióticos, antifúngicos y antitumorales. El descubrimiento de un nuevo agente bioactivo suele comenzar con el cultivo en el laboratorio de bacterias de ambientes naturales ricos en biodiversidad. Una vez obtenido el cultivo puro de la bacteria, se analizan las propiedades del nuevo compuesto. Para esto, muchas veces los investigadores han buscando bacterias en ecosistemas remotos o extremos, en los fondos marinos, en los suelos de selvas tropicales, en el interior de animales exóticos, o en cuevas subterráneas, lugares donde se pensaba que podría haber mayor diversidad microbiana. Sin embargo, en algunos casos los resultados obtenidos han sido los mismos que empleando bacterias aisladas de ecosistemas más cercanos y menos complejos. Por ejemplo, las macrolactinas son un tipo de sustancias antivirales aisladas originalmente de microorganismos de los fondos marinos, pero que más tarde se encontraron en una especie común del género Bacillus que se encuentra en cualquier suelo cerca de casa.

Por esto, un grupo de científicos neoyorquinos (1) se preguntaron si los suelos de los parques de la ciudad de Nueva York podrían ser una buena fuente de nuevos y diversos productos naturales bacterianos con actividad biológica importante. Para ello, tomaron 275 muestras de suelos de diferentes parques de la ciudad, extrajeron el DNA total y, por técnicas de secuenciación masiva, buscaron genes bacterianos relacionados con la biosíntesis de estas pequeñas moléculas de interés biomédico (antibióticos, antifúngicos y sustancias antitumorales). Además, para comparar resultados, emplearon también 96 muestras de suelos no urbanos. No emplearon las técnicas clásicas del cultivo bacteriano porque, como ya hemos dicho otras veces, en la naturaleza existen muchos microorganismos no cultivables y que solo podemos detectar, de momento, por técnicas moleculares.

La cura natural de muchas enfermedades puede estar escondida en las bacterias del suelo de Nueva York, o de cualquier otra ciudad



En la ciudad de Nueva York viven cerca de 9 millones de personas y sus parques albergan una gran colección de flora y fauna, con 2.000 especies de plantas y 350 especies de pájaros.

Los resultados sugieren que los suelos de Nueva York son una fuente muy rica de biodiversidad y distinta de las de los suelos no urbanos. Por ejemplo, los investigadores mapearon los genes de 11 productos naturales de uso clínico, entre los que se encontraban agentes antitumorales, antibacterianos, inmunosupresores, antifúngicos y antiparasitarios, que había sido originalmente descubiertos en bacterias cultivadas de ambientes naturales de distintas parte del planeta. Los resultados demostraron que bacterias con esos genes estaban presentes también en muestras del suelo de un parque de Brooklyn. Esto sugiere que los suelos de una ciudad son un gran reservorio de bacterias productoras de nuevos agentes terapéuticos.



Distribución de los genes de productos naturales de origen bacteriano en los suelos de Nueva York (1). Los genes de 11 agentes antimicrobianos, inmunosupresores y antitumorales encontrados en distintas partes del mundo también están en los suelos de Nueva York.

Los parque urbanos pueden ser un buen lugar para buscar nuevos fármacos y medicamentos. Es muy probable que los microbios del suelo de una sola ciudad proporcionen la misma información que muestras de suelos de ambientes muy diferentes y alejados. Puede ser más productivo, por tanto, dedicarnos a estudiar en profundidad una muestra de un ambiente concreto en vez de analizar muchas muestras diferentes de un gran número de ambientes distintos. Conclusión: no hace falta bajar a las profundidades marinas, igual en el jardín de tu casa está ese nuevo fármaco que curará el cáncer.

NOTA: este artículo me recuerda la apasionante iniciativa Small World Initiative (@SWISpain) que en España lidera mi amigo y colega Víctor Cid (@VictorJCid) de la Universidad Complutense de Madrid. Small World Initiative es un proyecto participativo dirigido a la comunidad educativa para la exploración de la biodiversidad microbiana en los suelos en busca de nuevos microorganismos productores de antibióticos.


(1) Urban park soil microbiomes are a rich reservoir of natural product biosynthetic diversity. Charlop-Powers, Z., et al. PNAS November 28, 2016. doi: 10.1073/pnas.1615581113

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jueves, 1 de diciembre de 2016

El origen del VIH

Hoy en el día mundial de la lucha contra el SIDA hablamos en #microBIOscope sobre el origen del virus VIH y enviamos un mensaje de esperanza:



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miércoles, 23 de noviembre de 2016

¿Y si los Neandertales nos contagiaron el virus del papiloma?

Los humanos modernos adquirimos el virus del papiloma por contacto sexual con poblaciones de Neandertales y Denisovanos

Se han descrito más de 300 tipos distintos de papilomavirus de los cuales más de 200 se han aislado de humanos. Los papilomavirus humanos (VPH, virus del papiloma humano) infectan las células epiteliales en división y las mucosas. La inmensa mayoría de los humanos sufrimos infecciones a lo largo de nuestra vida, la mayoría de las veces sin notar ningún síntoma. Este balance entre la replicación del virus y nuestra tolerancia inmunológica sugiere que ha habido una larga coexistencia entre el virus y los humanos.


En algunos casos, los VPH pueden causar una infección productiva y formar lesiones benignas como los papilomas o verrugas cutáneas. Existen unos doce tipos de VPH de “alto riesgo” que están asociados algún tipo de cáncer: cuello de útero, vulva, vagina, ano, pene, boca y faringe.  En concreto, los VPH tipo 16 y 18 son los responsables de cerca del 70% de los cánceres de cuello de útero.

Dentro del linaje de VPH del tipo 16 existen a su vez siete variantes: A1-4, B, C y D.  Estas variantes tienen distinto potencial oncogénico y diferente distribución geográfica en la población humana. El diferente potencial oncológico de las distintas variantes parece depender de la genética de las poblaciones hospedadoras a las que se ha ido adaptando con el tiempo. Esto sugiere que la evolución de estos linajes de VPH16 ha podido estar influida también por una diferente respuesta inmune del hospedador. Ahora, un grupo de investigadores (1), entre los que se encuentra nuestro paisano Ignacio González Bravo del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), han analizado por primera vez datos genómicos humanos y del virus para deducir el origen, la dispersión y la historia evolutiva del VPH16.

Para ello, han utilizado la mayor colección de secuencias del genoma del VPH16 (118 genomas completos y 1601 secuencias parciales de otros tantos aislamientos). Además, han empleado datos genómicos de 938 individuos de 51 poblaciones humanas de todo el mundo, extraídos de las bases de datos del llamado Proyecto de la Diversidad del Genoma Humano. También han empleado secuencias de los genomas de humanos arcaicos (Neandertales y Denisovanos) disponibles en las bases de datos.

El análisis de las secuencias del VPH16 les ha permitido conocer la distribución geográfica mundial de las distintas variantes del virus. Los linajes VPH16 A son los más agresivos, los más distantes filogenéticamente de los linajes B, C y D, y más frecuentes fuera de África. En concreto, los linajes VPH16 A1-3 están presente en todos los continentes, pero con una baja prevalencia en el África subsahariana. El VPH16 A4 es el linaje más frecuente en el este de Asia, está presente también en América del Norte y ausente en el resto. La variante D también está presente en todos los continentes, con muy baja presencia en África subsahariana y alta frecuencia en América central y sur. Por el contario, las variantes B y C del VPH16 están prácticamente restringidas a África, sobre todo al África subsahariana, aunque también se observa en América del norte. La diversidad genética del VPH16 es mucho mayor, por tanto, fuera del África subsahariana.




Distribución geográfica de las distintas variantes del VPH16 (1)

Para explicar esta diversidad geográfica de los distintos linajes y poder deducir su evolución, los autores presuponen dos posibles escenarios: que la divergencia de los distintos linajes de VPH16 ocurriera junto con los humanos modernos después la última salida de África de los humanos hace entre 60-120 mil años; o que la divergencia fuera anterior y hubiera una transmisión de virus entre poblaciones humanas arcaicas y modernas.


Diseminación de los humanos modernos

Los análisis filogenéticos y las comparaciones sugieren que hubo una coevolución entre el virus VPH16 y los humanos, de forma que hubo una divergencia del VPH16 con las poblaciones humanas arcaicas y seguida de eventos de intercambio del virus por transmisión sexual entre poblaciones ancestrales de humanos modernos y arcaicos, que ocurrieron a lo largo de la evolución humana. Recientemente se ha confirmado que hubo intercambio de genes y por tanto contacto sexual entre los Neandertales/Denisovanos y nuestros ancestros modernos, después de la salida de África y la migración por Europa y Asia (se calcula que entre un 2-4% de nuestro genoma es de origen humano ancestral). Por eso, estos autores proponen que además de genes, debió de existir una trasmisión sexual del VPH16, en concreto del linaje A.



La variante A del VPH16 no se originó en los humanos modernos, sino que es mucho más antigua, y se adquirió por contacto sexual con homínidos arcaicos (Neandertales y Denisovanos) (1)

El VPH16 existía ya hace unos 460 mil años, antes de la última salida de los humanos de África. El ancestro del VPH16 ya infectaba a los homínidos arcaicos Neandertales/Denisovanos. La evolución de los genomas de VPH16 en las poblaciones de homínidos que permanecieron en África dieron lugar a los actuales linajes B y C. Conforme los humanos modernos se fueron expandiendo, el linaje D se extendió por Europa y Asia. Durante esta expansión, los humanos modernos adquirieron el linaje A por contacto sexual con poblaciones de Neandertales y Denisovanos. Este linaje se extendió rápidamente entre la población y acabó siendo dominante en Eurasia y América. Por eso, el linaje A apenas existe en el África subsahariana, ya que se originó una vez fuera del continente africano y los Neandertales/Denisovanos nunca volvieron a él.

No obstante, los autores reconocen ciertas limitaciones y que esta codivergencia entre el virus del papiloma y los humanos no explica al 100% la distribución geográfica de los distintos linajes del VPH16.

Algunas conclusiones que podemos sacar de este estudio:
- la relación entre los virus y el cáncer es algo muy antiguo,
- nuestra historia es también la historia de los virus que nos infectan,
- el sexo con los Neandertales no solo nos dejo algunos genes en nuestro genoma sino también papilomavirus

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(1) Transmission Between Archaic and Modern Human Ancestors During the Evolution of the Oncogenic Human Papillomavirus 16. Pimenoff, V. N., et al. Mol Biol Evol (2016). doi: 10.1093/molbev/msw214

martes, 15 de noviembre de 2016

10 consejos sobre la resistencia a los antibióticos

Lo que se debe saber sobre la RESISTENCIA A LOS ANTIBIÓTICOS

1. Sólo las infecciones provocadas por BACTERIAS pueden ser tratadas con antibióticos.

2. Cualquier antibiótico NO vale para cualquier infección bacteriana.

3. Los antibióticos NO sirven para curar infecciones virales. Usar antibióticos para tratar una infección viral facilita la aparición de resistencias.

4. La resistencia a los antibióticos SE TRANSMITE entre las bacterias y las cepas resistentes se difunden entre nosotros por el aire, el agua, los alimentos y el contacto físico.

5. El mal uso de los antibióticos favorece la aparición de bacterias MULTI-RESISTENTES a varios antibióticos a la vez.

6. Cada año mueren en Europa más de 25.000 personas por infecciones de bacterias resistentes a los antibióticos. 

7. NO te automediques ni te autodiagnostiques.

8. NO reutilices restos de antibióticos, NO guardes antibióticos, NO utilices los de otras personas. 

9. Acaba siempre los tratamientos y NO suspendas el tratamiento antes de tiempo.

10. NO presiones a tu médico ni al farmacéutico, los antibióticos SIEMPRE con receta.

El video de #microBIOscope sobre la resistencia a los antibióticos:


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La superbacteria resistente a los antibióticos aislada en EE.UU.

Las cinco bacterias más peligrosas que se han hecho resistentes a los antibióticos.

La amenaza de infecciones de gonorrea sin tratamiento.

Super Salmonella: se originó en Egipto y ya se ha extendido por Europa y EE.UU.




¿Cómo se extiende la resistencia a los antibióticos?






Descarga aquí la infografía (ECDC)

martes, 8 de noviembre de 2016

Las bacterias de tu boca pueden producirte dolor de cabeza


Las migrañas se correlacionan con un aumento en la boca 
de las bacterias reductoras del nitrógeno

Cada vez sabemos más de las bacterias que viven de forma natural en nuestro cuerpo (la microbiota), y cada vez entendemos mejor qué papel juegan. Ahora un grupo de investigadores californianos sugieren que las molestas migrañas que algunas personas padecen se pueden relacionar con una mayor presencia en la boca de bacterias reductoras de compuesto del nitrógeno, las bacterias denitrificantes.


La migraña o jaqueca (del árabe 'media cabeza') tiene como síntoma principal el dolor de cabeza, normalmente muy intenso que puede llegar a ser incapacitante. Puede llegar a afectar a más de un 15% de la población, siendo más frecuente en mujeres. Las migrañas tienen un componente hereditario y su aparición está influenciada por muchos factores: psicológicos, alimentación, hábitos de vida, horas de sueño, cambios atmosféricos, etc.

Ya se sabía que los compuestos que contienen nitrógeno son responsables de que se produzcan dolores de cabeza. Algunos alimentos pueden favorecer los dolores de cabeza en aquellas personas que sufren de migrañas y algunas medicaciones para el corazón que contienen nitratos pueden causar fuertes dolores de cabeza, como efecto secundario. Los dolores de cabeza relacionados con los compuestos nitrogenados se manifiestan típicamente de dos formas: de forma inmediata como un dolor suave o medianamente severo poco después de haber ingerido el compuesto, o de forma mucho más severa varias horas después de tomarlo. Estos dolores de cabeza parecen estar relacionados con fenómenos de vasodilatación o activación de otros compuestos dependientes de la presencia del óxido nítrico (cuya fórmula es NO).

La denitrificación es la reducción de los nitratos hasta nitrógeno y es llevada acabo en condiciones de ausencia de oxígeno y de forma secuencial por varios tipos de Proteobacterias, que contienen distintos genes de enzimas reductasas del nitrógeno.

Como solo las bacterias, y no las células humanas, son capaces de reducir los nitratos a nitritos, estos investigadores han buscado la presencia y abundancia de los genes de la nitrato, nitrito y óxido nítrico reductasa en muestras de la microbiota de heces y de la cavidad oral de dos tipos de personas: los “migrañosos” que sufren dolores de cabeza frecuentemente y los que no lo son. Para ello, han empleado los datos del proyecto de secuenciación masiva (metagenómica) del American Gut Project. Su hipótesis de partida era que la abundancia de estos genes que generan compuestos reducidos del nitrógeno en las bacterias de la cavidad oral y de las heces debería ser diferente entre personas con y sin migrañas.

Los resultados demuestran que hay un pequeño pero significativo aumento de estos genes del metabolismo del nitrógeno en los “migrañosos”, más en las muestras de la boca que en las heces. O sea que las personas que padecen migrañas tienen una mayor abundancia de los genes bacterianos de las reductasas del nitrato, nitrito y óxido nítrico en las muestras de la cavidad oral, respecto de las personas “sanas” que no tienen migrañas.


Pregunta: ¿Existen diferencias en la cantidad de bacterias reductoras de nitrato, nitrito u óxido nítrico en la boca entre personas “migrañosas” y no “migrañosas”? Respuesta significativa: SI. (Referencia 1)

Las migrañas se correlacionan con un aumento en la boca de las bacterias reductoras del nitrógeno

Además, el estudio demuestra una mayor presencia de los géneros Streptococcus y Pseudomonas en las muestras de los “migrañosos”, ambas bacterias con capacidad de reducir los nitratos. También detectaron otras bacterias (como Rothia mucilaginosa y Haemophilus parainfluenza) que ya se había descrito previamente como reductores del nitrato en la cavidad oral humana.

Todos estos resultados muestran por primera vez que existe una relación entre las bacterias reductoras de nitratos, nitritos y óxido nítrico y las migrañas, al demostrar una mayor abundancia de estas bacterias en la boca de personas que sufren de dolor de cabeza, respecto de personas “sanas”.

Supongo que saber que ese dolor de cabeza intenso que padeces es culpa de las bacterias de tu boca no te quitará el dolor, pero la próxima ya sabrás que la culpa la tienen tus microbios y no ese pelmazo que tienes a tu lado dándote todo el día la tabarra.


La boca, después del intestino grueso, es la zona del cuerpo más poblada, donde más tipos de bacterias diferentes hay.

domingo, 6 de noviembre de 2016

La belleza del mundo microbiano (3ª parte)


El grupo de Docencia y Difusión de la Microbiología, de la Sociedad Española de Microbiología, acaba de hacer publico en su página de Facebook el resultado de la 3ª fase del concurso bimestral ImágeneSEMicro.

De todas las fotografía recibidas se seleccionaron cinco y por votación popular las dos ganadores son: 

Colonias de Bacillus subtilis



Macrofotografía de colonias de Bacillus subtilis, aislado del alga nori deshidratada, en PCA (plate count agar). Las placas se incubaron a 45 ºC durante 2 días y posteriormente a 25 ºC, dando lugar al desarrollo de colonias blancas, umbonadas, lobuladas, con fenómeno “swarming”. Autoría: Ana del Olmo Sánchez, Dpto. de Tecnología de Alimentos, del INIA (Madrid).
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Fungus vulcano


Contaminación fúngica de una placa de agar con tripticasa soja. Espectacular forma de volcán del hongo. Autoría: Alberto Delgado, Departamento de Microbiología y Parasitología, Universidad de Navarra.
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Y los finalistas han sido: 


Colonias de Exiguobacterium oxidotolerans


Macrofotografía de colonias de Exiguobacterium oxidotolerans, aislado del alga dulce deshidratada, en PCA (plate count agar). Se aprecian colonias redondas, convexas y pigmentadas, que van aumentando de tamaño y adquiriendo apariencia lobulada conforme disminuye la competencia por el espacio y los nutrientes en la periferia de la placa. Autoría: Ana del Olmo Sánchez, Dpto. de Tecnología de Alimentos, del INIA (Madrid).
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Storm Trooper


Storm Trooper de La Guerra de las Galaxias, realizado con las bacterias Serratia plymuthica (roja) y una bacteria ambiental (blanca). La placa se ha incubado durante 7 dias a temperatura ambiente. Autoría: Dr. Jose Ramos Vivas, Laboratorio de Microbiología Celular, Instituto de Investigación Biomédica Valdecilla (Cantabria).
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Colonias de Bacillus mycoides


Macrofotografía de colonias de Bacillus mycoides, aislado del alga nori deshidratada, en PCA (plate count agar). Se aprecia el crecimiento típico rizoide del microorganismo, dando lugar a colonias blancas, arborescentes, que rápidamente se extienden y colonizan la superficie de la placa. Autoría: Ana del Olmo Sánchez, Dpto. de Tecnología de Alimentos, del INIA (Madrid).
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Y aquí puedes ver los finalistas de la 1ª fase y de la 2ª fase del concurso #ImágeneSEMicro

domingo, 30 de octubre de 2016

Murciélagos y virus

¿Por qué los murciélagos son portadores de tantos virus?

El reservorio o almacén donde se esconde el virus Ébola en la naturaleza probablemente sean los murciélagos frugívoros, que se alimentan de fruta, como las especies Hypsignathus monstrosus, Epomops franqueti y Myonycteris torquata. Aunque en realidad todavía no se ha aislado el virus en ellos, sí que se han detectado anticuerpos contra el virus y ARN genómico del virus.

Los murciélagos, cuyo nombre científico es quirópteros (Chiroptera), son un tipo de mamíferos cuyas extremidades superiores se desarrollaron como alas. No son roedores, son los únicos mamíferos voladores. Quizás no sepas que existen más de 1.200 especies de murciélagos distintos y representan aproximadamente un 20% de todas las especies de mamíferos. Dentro de los mamíferos, son después de los roedores el grupo más numeroso. Están presentes en todos los continentes, excepto en la Antártida.

Los murciégalos juegan un papel ecológico muy importante y son beneficiosos para el hombre. Actúan como agentes de control biológico de plagas limitando la población de algunos insectos. Además, su papel es muy importante en la polinización de la plantas y en la dispersión de semillas. Sin embargo, los murciélagos también son un reservorio natural para gran número de microbios patógenos y desgraciadamente juegan un papel esencial en la transmisión de muchas enfermedades infecciosas.


Recientemente se ha estudiado el viroma (el conjunto de genomas de los virus) de un murciélago gigante denominado Pteropus giganteus (el zorro volador de la India). Han encontrado 55 virus distintos, 50 de ellos nuevos, de siete familias de virus: Coronavirus, Paramyxovirus, Astrovirus, Bocavirus, Adenovirus, Herpesvirus y Polyomavirus. 

Se ha demostrado que los murciégalos son el huésped natural de muchos virus zoonóticos que causan infecciones algunas muy graves en humanos: desde los recientes casos de filovirus Ébola y Marburg, hasta el virus de la rabia y otros Lyssavirus, coronavirus que causan síndromes agudos respiratorios como el SARS o el MERS, y muchos tipos de Paramyxovirus como los virus Nipah y Hendra.




Murciélagos y virus: ¿por qué si te encuentras con un murciélago
 no tienes que tocarle las narices?

A pesar de ser portadores de tanto virus, parece que los murciélagos son inmunes a su infección. ¿Por qué los murciélagos son portadores de virus? ¿por qué ellos mismos no se infectan y mueren por la acción de tanto virus? ¿qué tienen de especial? Algunos investigadores piensan que no tienen nada de especial, es cuestión de número, hay tantas especies de murciélagos distintas y tantos individuos que no es sorprendente de que tengan tantos virus. Algunas colonias de murciélagos pueden estar formadas por millones de individuos!

Sin embargo, hay otros investigadores que sí piensan que los murciélagos tiene algo peculiar que les hace ser reservorio de tanto tipo distinto virus. Por ejemplo, se ha secuenciado el genoma de un par de especies de murciélagos y se ha encontrado que, a diferencia de otros mamíferos, los genes del sistema de detección y reparación de daños en el ADN está activo de forma constitutiva. Se especula que esto pueda estar relacionado con el tipo de vuelo de los murciélagos que consume mucha energía, requiere un metabolismo muy activo que genera mucho estrés que a su vez causa daño en el ADN de las células, que rápidamente es detectado y reparado. Esos sistemas suelen ser además la diana que utilizan muchos virus, por lo que tenerlos tan activos ha podido hacer a los murciélagos inmunes y capaces de ser portadores de virus sin sufrir ellos las consecuencias.

Otra hipótesis, sugiere que el vuelo de los murciélagos que genera un metabolismo tan activo puede producir también un aumento de temperatura similar a la fiebre. La temperatura corporal de los murciélagos durante en vuelo puede llegar a los 40ºC. En la mayoría de los mamíferos, la fiebre está relacionada con la estimulación y activación del sistema inmune y ayuda a combatir las infecciones. Amentado su temperatura corporal, los murciélagos podrían ser capaces así de controlar sus virus.

Seguimos sin saber por qué, pero los murciélagos son una fuente de gran cantidad de virus peligrosos. Y no solo los murciélagos, algunos autores estiman que en los mamíferos puede haber unos 320.000 virus distintos, la inmensa mayoría desconocidos. Todo un arsenal que muy probablemente  se volverá contra nosotros, solo es cuestión de tiempo. La solución?: hay que invertir más ciencia!

A Strategy To Estimate Unknown Viral Diversity in Mammals. Anthony, S. J., et al. 2013. mBio 4(5): e00598-1

Comparative Analysis of Bat Genomes Provides Insight into the Evolution of Flight and Immunity. Zhang, G., et al. Science, 2013. 339(6118): 456-460

Bat flight and zoonotic viruses. O’Shea, T. J., et al. Emerg Infect Dis. 2014. 20(5) May

miércoles, 26 de octubre de 2016

Un nuevo vistazo al árbol de la vida en alta definición HD

Los microorganismos no cultivables 
aparecen en la nueva versión del árbol de la vida

El árbol de la vida (The tree of life) es uno de los  sistemas de organización de los seres vivos más importantes en biología. Los primeros intentos de clasificar los organismos en un “árbol de la vida” se basaba en sus características físicas y metabólicas. Con los métodos moleculares basados en la comparación de secuencias de genes aumentaron la diversidad de las ramas del árbol porque ya no era necesario la observación directa de los organismos. Hasta ahora estas comparaciones se limitaban a un gen, el de la subunidad pequeña del RNA ribosomal (SSU rRNA, small subunit ribosomal RNA). Para ello, a partir de una muestra de DNA del organismo, se amplificaba el gen SSU rRNA con oligonucleótidos (primers) específicos y universales (en principio para todos los organismos), se secuenciaba y se comparaba con las secuencias del mismo gen del resto de organismos. La comparación de las secuencias del gen SSU rRNA demuestra que la vida se organiza en tres líneas evolutivas, denominadas dominios: BacteriaArchaea (que representan células procariotas, es decir sin núcleo), y Eukarya (células eucariotas, con núcleo). Este árbol filogenético universal reveló dos hechos evolutivos importantes: no todos los procariotas están estrechamente relacionados desde el punto de vista evolutivo, y el dominio Archaea presenta una relación más próxima al dominio Eukarya que al dominio Bacteria.


El árbol filogenético universal, basado en la comparación de las secuencias del gen SSU rRNA.

Sin embargo, este método también tienen sus limitaciones. Por una parte, existen muchos organismos en la naturaleza (sobre todo microbios) que todavía no somos capaces de cultivar en el laboratorio y no los podemos aislar y de los que hasta ahora no teníamos información sobre ellos (la “materia oscura” del mundo microbiano). Por otra, los primers no son tan universales como se creía al principio: existen organismos cuyas secuencias divergen de esos primers universales y no podemos tener información sobre su gen SSU rRNA.

Existen más de 30.500 genomas secuenciados de los tres dominios de la vida, Bacteria, Arquea y Eukarya (datos de septiembre de 2015).

La metagenómica se basa en la secuenciación masiva de todo el DNA de una muestra ambiental. El resultado son cientos de miles de secuencias de fragmentos del genoma. Luego, nuevos métodos bioinformáticos permiten enlazar esos fragmentos (como un puzle) y completar (o casi completar) la secuencia de todo el genoma de un organismo concreto. Con esta técnica no es necesario aislar el organismo, no tenemos necesidad de cultivarlo en el laboratorio. Ni siquiera es necesario tener un genoma de referencia previo para compararlo. Además, esta aproximación genómica nos proporciona información sobre el potencial metabolismo del organismo, información que puede ser empleada para relacionarlo con el resto de organismos y clasificarlo.

Ahora, un grupo de californianos (junto con algún japonés) han empleado la tecnología metagenómica para proponer una nueva versión del árbol de la vida en alta definición, como si viéramos el árbol con una mayor resolución. Y el resultado es muy interesante.

Han construido su árbol de la vida usando unos 2.000 genomas completos obtenidos de bases de datos públicas más otros 1.011 nuevos genomas reconstruidos a partir de muestras de DNA obtenidas de diferentes ambientes. Estos eran por tanto genomas de organismos no cultivados en el laboratorio. Las muestras de DNA las han obtenido de varios ecosistemas: un sistema acuífero superficial, simas profundas marinas del Japón, cortezas salinas del desierto de Atacama, suelo de verdes praderas californianas, un geiser rico en CO2 y hasta de la boca de un par de delfines (como ves los autores se han divertido de lo lindo en la fase de recogida de muestras).

Una vez obtenidas las secuencias de DNA y montados los genomas, compararon las de 16 proteínas ribosomales de cada organismo. De esta forma, obtuvieron un árbol en HD (alta definición), con mucha mayor resolución que los árboles clásicos obtenido al comparar una sola secuencia del gen 16S rRNA. Usaron secuencias de proteínas ribosomales para evitar artefactos que se podrían originar si se emplean genes con funciones distintas y sujetos a diferentes procesos evolutivos. Además, los genes ribosomales siempre están localizados juntos en una pequeña región del genoma en Bacteria y Archaea. Para la construcción del árbol se incluyeron un representante por género de todos los géneros para los que existe un genoma completo secuenciado (o al menos un borrador de alta calidad).

En esta nueva versión del árbol de la vida se han incluido 3.083 organismos.


El nuevo árbol de la vida en alta definición. Incluye 92 phyla de Bacteria, 26 de Archaea, y los cincos supergrupos de Eukarya. Se señala con un punto rojo los linajes que no tienen un representante aislado y cultivado.

Se trata del primer árbol de la vida publicado desde el desarrollo de las técnicas metagenómica. Ha requerido un total de 3.840 horas de trabajo computacional del superordenador CIPRES.

En nuevo árbol demuestra que el dominio Bacteria es el que más linajes tiene, el más diverso. La mayor biodiversidad genética se encuentra entre las bacterias. Archaea es menos abundante y menos diverso que Bacteria. La baja diversidad genética de Eukarya es esperable, debido a su comparativamente reciente evolución.

El resultado es compatible además con la idea de que los eucariotas evolucionaron como quimeras vía fusiones endosimbiónticas en las que participaron tanto bacterias como arqueas. El dominio Eukarya incluye protistas, hongos, plantas y animales, y se ramifica a partir de Archaea, en concreto del grupo TACK. Estos análisis filogenéticos apoyan la hipótesis de que la arquea Lokiarchaeota y Eukarya poseen un mismo ancestro común.

Otro dato interesante, es que a diferencia de los que se pensaba, la clase Proteobacteria del dominio Bacteria, no es un grupo monofilético, sino que tiene orígenes evolutivos más diversos.

Pero lo más innovador de este árbol en alta definición es la aparición en escena de un gran número de linajes sin representante aislado, no cultivados (los puntos rojos en la figura de arriba). La mayoría de estos se agrupan además dentro de una misma región del árbol, denominada CPR (Candidate Phyla Radiation). Según esto el domino Bacteria se divide claramente en dos linajes. Los géneros incluidos en este nuevo grupo CPR tiene algunas características comunes (además de ser no cultivables): todos tiene el genoma pequeño, la mayoría poseen capacidades metabólicas restringidas, carecen del ciclo del ácido cítrico, cadena respiratoria y tienen una limitación de síntesis de nucleótidos y aminoácidos, por lo que muchos son simbiontes. No está claro si esto es debido a pérdida progresiva de capacidades o que por el contrario son características heredadas de una forma ancestral de vida con un metabolismo primitivo muy simple.

En resumen, la inclusión de nuevos genomas de linajes microbianos previamente desconocidos ha expandido enormemente el árbol de la vida. Esto demuestra la importancia de incluir datos genómicos independientes del cultivo para tener una imagen más real del árbol de la vida.

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A new view of the tree of life. 2016. Hug, L. A. y col. Nature Microbiol. Article number: 16048 (2016). doi:10.1038/nmicrobiol.2016.48