sábado, 16 de junio de 2012

microADNs: variabilidad entre células del mismo tejido



Tendemos a pensar que todas las células de nuestro cuerpo  tienen  genomas idénticos. Sin embargo, cada célula de un tejido tiene historia propia y puede presentar características  genéticas únicas. Ahora, un estudio publicado en la revista Science ha identificado un elemento genético nuevo que podría ser responsable de variaciones entre células somáticas  de mamíferos: pequeños ADNs extracromosómicos circulares que resultan de deleciones en el genoma.

Imagen mostrando microDNAs (Shibata et al.2012)
El equipo de investigadores encabezado por  Yoshiyuki Shibata aisló el ADN extracromosómico circular  (ADNecc)  de cerebro de ratones embrionarios así como de otras líneas celulares, incluyendo líneas de tejidos adultos humanos y líneas de cáncer. Se aseguraron de eliminar el ADN genómico lineal, amplificaron el ADNecc y rompieron los productos de amplificación en fragmentos de 500 pb. Después comprobaron que efectivamente se trataba de fragmentos de origen circular, los secuenciaron siguiendo distintos procedimientos y finalmente los identificaron utilizando diferentes algoritmos. Descubrieron que, a diferencia de  ADNecc descritos anteriormente, eran mayoritariamente de pequeño tamaño (200-400 pb) y se trataba de secuencias no repetitivas  que correspondían con sitios únicos del genoma. En base a estas características los denominaron microADNs.

Analizando las secuencias de los microADNs comprobaron que la mayoría provienen de genes, estando especialmente enriquecidas en la región 5’, en exones y en islas CpG.  Además encontraron que al inicio y al final de los microADNs suele haber repeticiones cortas y directas (por ejemplo: ccga-microDNA-ccga). También descubrieron que hay más microADNs en las líneas de cáncer y que coexisten microADNs de doble cadena y de cadena sencilla. ¿Por qué se producen estas deleciones? ¿Por qué tienen tamaños tan pequeños? ¿Qué sucede con las células que pierden fragmentos de sus genes?

Hasta ahora solamente se tienen hipótesis. El grupo postula entre otras teorías que las repeticiones que se encuentran al inicio y al final de los microADNs pueden ser indicio de que se formen por una parada en la horquilla de replicación del ADN o a través de los procesos de reparación del ADN en caso de daño.  También sugieren que el enrollamiento del ADN en nucleosomas podría facilitar su circularización.  Lo cierto es que según este estudio las células de un mismo tejido no son todas iguales y por tanto cada una puede tener características propias, si bien es cierto que somos diploides (tenemos dos juegos de cromosomas con dos alelos para cada gen) y la deleción de un fragmento de alguno de nuestros genes no siempre tendría que suponer un gran cambio.
Por otro lado los investigadores también señalan que las deleciones de pequeño tamaño encontradas en línea germinal en el proyecto de los 1000 genomas tienen características similares a los microDNAS y podría tratarse del mismo fenómeno. En este caso no se trataría de una única célula perdiendo un fragmento de su gen sino que la pérdida de este fragmento se transmitiría a todo el tejido al haberse producido en la célula progenitora. ¿Qué implicaciones podría tener este fenómeno? ¿Cómo se mantienen los microDNAs en la célula? ¿Podrán replicarse? ¿Tendrán orígenes de replicación? ¿Cumplirán alguna función en la célula los microDNAs? ¿existen en otros organismos?
El campo está abierto, hagan sus apuestas o mejor, hagan algún experimento.

Sigue el blog en twitter en @xcienciainfusa

Agradecimientos a Joana, que trajo este trabajo a nuestro seminario y revisó este post!

microADNs: variabilidad entre células del mismo tejido



Tendemos a pensar que todas las células de nuestro cuerpo  tienen  genomas idénticos. Sin embargo, cada célula de un tejido tiene historia propia y puede presentar características  genéticas únicas. Ahora, un estudio publicado en la revista Science ha identificado un elemento genético nuevo que podría ser responsable de variaciones entre células somáticas  de mamíferos: pequeños ADNs extracromosómicos circulares que resultan de deleciones en el genoma.

Imagen mostrando microDNAs (Shibata et al.2012)
El equipo de investigadores encabezado por  Yoshiyuki Shibata aisló el ADN extracromosómico circular  (ADNecc)  de cerebro de ratones embrionarios así como de otras líneas celulares, incluyendo líneas de tejidos adultos humanos y líneas de cáncer. Se aseguraron de eliminar el ADN genómico lineal, amplificaron el ADNecc y rompieron los productos de amplificación en fragmentos de 500 pb. Después comprobaron que efectivamente se trataba de fragmentos de origen circular, los secuenciaron siguiendo distintos procedimientos y finalmente los identificaron utilizando diferentes algoritmos. Descubrieron que, a diferencia de  ADNecc descritos anteriormente, eran mayoritariamente de pequeño tamaño (200-400 pb) y se trataba de secuencias no repetitivas  que correspondían con sitios únicos del genoma. En base a estas características los denominaron microADNs.

Analizando las secuencias de los microADNs comprobaron que la mayoría provienen de genes, estando especialmente enriquecidas en la región 5’, en exones y en islas CpG.  Además encontraron que al inicio y al final de los microADNs suele haber repeticiones cortas y directas (por ejemplo: ccga-microDNA-ccga). También descubrieron que hay más microADNs en las líneas de cáncer y que coexisten microADNs de doble cadena y de cadena sencilla. ¿Por qué se producen estas deleciones? ¿Por qué tienen tamaños tan pequeños? ¿Qué sucede con las células que pierden fragmentos de sus genes?

Hasta ahora solamente se tienen hipótesis. El grupo postula entre otras teorías que las repeticiones que se encuentran al inicio y al final de los microADNs pueden ser indicio de que se formen por una parada en la horquilla de replicación del ADN o a través de los procesos de reparación del ADN en caso de daño.  También sugieren que el enrollamiento del ADN en nucleosomas podría facilitar su circularización.  Lo cierto es que según este estudio las células de un mismo tejido no son todas iguales y por tanto cada una puede tener características propias, si bien es cierto que somos diploides (tenemos dos juegos de cromosomas con dos alelos para cada gen) y la deleción de un fragmento de alguno de nuestros genes no siempre tendría que suponer un gran cambio.
Por otro lado los investigadores también señalan que las deleciones de pequeño tamaño encontradas en línea germinal en el proyecto de los 1000 genomas tienen características similares a los microDNAS y podría tratarse del mismo fenómeno. En este caso no se trataría de una única célula perdiendo un fragmento de su gen sino que la pérdida de este fragmento se transmitiría a todo el tejido al haberse producido en la célula progenitora. ¿Qué implicaciones podría tener este fenómeno? ¿Cómo se mantienen los microDNAs en la célula? ¿Podrán replicarse? ¿Tendrán orígenes de replicación? ¿Cumplirán alguna función en la célula los microDNAs? ¿existen en otros organismos?
El campo está abierto, hagan sus apuestas o mejor, hagan algún experimento.

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Agradecimientos a Joana, que trajo este trabajo a nuestro seminario y revisó este post!

domingo, 10 de junio de 2012

Las células de microglía, ¿simples policías o también jardineros?


Hasta hace poco se pensaba que la única función de las células de microglía consistía en eliminar patógenos o restos de tejido dañado del sistema nervioso central. Ahora diversos estudios apuntan que estas células podrían estar implicadas en eliminar las conexiones neuronales más débiles.

Células de microglía
Las células de microglía son las células defensivas encargadas de proteger el cerebro y la médula espinal, fagocitando patógenos o restos celulares  en el cerebro dañado. Tienen forma irregular con finas ramificaciones alargadas  pero adoptan una forma globosa cuando se activa su función defensiva. Hasta 2005 poco se sabía  de la actividad de las microglía en el cerebro sano: se dañan fácilmente y observarlas en tejido vivo había sido tarea imposible.  Todo cambió cuando se consiguió  grabar las células de microglía en un cerebro vivo de ratón. Se descubrió que no eran células estáticas esperando entrar en acción sino las más dinámicas del cerebro, moviéndose constantemente por el tejido cerebral. ¿Por qué se mueven tanto? ¿Son simples policías haciendo la ronda?

En el cerebro inmaduro las neuronas establecen en un principio muchas más conexiones (sinapsis) de las que luego permanecerán en el cerebro adulto. Durante el desarrollo muchas de estas conexiones se eliminan de forma permanente mientras que otras se refuerzan. La eliminación específica de las conexiones neuronales débiles (poda o pruning en inglés) es un proceso importante para la memoria y el aprendizaje pero no se conocen los mecanismos celulares ni moleculares que lo llevan a cabo.  Se sabe que las células de microglía establecen contactos transitorios y frecuentes con sinapsis neuronales  y que además se comunican entre sí intercambiando moléculas. Estos datos unidos a la gran movilidad de estas células y a su capacidad fagocítica las convierten en candidatos idóneos para realizar la poda. El tema ha ganado fuerza entre los científicos y muchos grupos  están investigando el papel de las microglía en el cerebro sano. Se han aportado evidencias que apoyan la implicación de las células de microglía en la poda, pero aún no se ha conseguido captar una microglía realizando el proceso en tiempo real y algunos tienen dudas: podría ser que las células de microglía simplemente estuvieran en el lugar adecuado en el momento adecuado, iniciando el proceso o limpiando los restos pero no realizándolo. Además aún quedan muchas preguntas por resolver ¿cómo se relacionan las microglía con las neuronas? ¿hay alguna señal que marque las conexiones neuronales defectuosas? 

Paciente afectado por tricotilomania
Lo cierto es que en enfermedades como la esquizofrenia o el autismo no se eliminan eficientemente las conexiones neuronales débiles y que las células de microglía se han implicado en  trastornos obsesivo-compulsivos como la tricotilomanía (los pacientes se arrancan el pelo) o en el síndrome de Rett (un tipo de autismo asociado a mutaciones en un gen del cromosoma X, mortal en varones y que afecta a 1 de cada 20.000 niñas), revirtiéndose los síntomas de estas enfermedades tras remplazar las células de microglía de los ratones afectados con un trasplante de médula ósea que es luego capaz de generar células de microglía sanas.
Saber más sobre las funciones de las células de microglía permitirá en el futuro obtener herramientas para el tratamiento de estas enfermedades y comprender mejor el funcionamiento del cerebro.


Para saber más: 
http://www.jneurosci.org/content/31/45/16064.full.pdf+html
http://www.nature.com/news/microglia-the-constant-gardeners-1.10732

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Las células de microglía, ¿simples policías o también jardineros?


Hasta hace poco se pensaba que la única función de las células de microglía consistía en eliminar patógenos o restos de tejido dañado del sistema nervioso central. Ahora diversos estudios apuntan que estas células podrían estar implicadas en eliminar las conexiones neuronales más débiles.

Células de microglía
Las células de microglía son las células defensivas encargadas de proteger el cerebro y la médula espinal, fagocitando patógenos o restos celulares  en el cerebro dañado. Tienen forma irregular con finas ramificaciones alargadas  pero adoptan una forma globosa cuando se activa su función defensiva. Hasta 2005 poco se sabía  de la actividad de las microglía en el cerebro sano: se dañan fácilmente y observarlas en tejido vivo había sido tarea imposible.  Todo cambió cuando se consiguió  grabar las células de microglía en un cerebro vivo de ratón. Se descubrió que no eran células estáticas esperando entrar en acción sino las más dinámicas del cerebro, moviéndose constantemente por el tejido cerebral. ¿Por qué se mueven tanto? ¿Son simples policías haciendo la ronda?

En el cerebro inmaduro las neuronas establecen en un principio muchas más conexiones (sinapsis) de las que luego permanecerán en el cerebro adulto. Durante el desarrollo muchas de estas conexiones se eliminan de forma permanente mientras que otras se refuerzan. La eliminación específica de las conexiones neuronales débiles (poda o pruning en inglés) es un proceso importante para la memoria y el aprendizaje pero no se conocen los mecanismos celulares ni moleculares que lo llevan a cabo.  Se sabe que las células de microglía establecen contactos transitorios y frecuentes con sinapsis neuronales  y que además se comunican entre sí intercambiando moléculas. Estos datos unidos a la gran movilidad de estas células y a su capacidad fagocítica las convierten en candidatos idóneos para realizar la poda. El tema ha ganado fuerza entre los científicos y muchos grupos  están investigando el papel de las microglía en el cerebro sano. Se han aportado evidencias que apoyan la implicación de las células de microglía en la poda, pero aún no se ha conseguido captar una microglía realizando el proceso en tiempo real y algunos tienen dudas: podría ser que las células de microglía simplemente estuvieran en el lugar adecuado en el momento adecuado, iniciando el proceso o limpiando los restos pero no realizándolo. Además aún quedan muchas preguntas por resolver ¿cómo se relacionan las microglía con las neuronas? ¿hay alguna señal que marque las conexiones neuronales defectuosas? 

Paciente afectado por tricotilomania
Lo cierto es que en enfermedades como la esquizofrenia o el autismo no se eliminan eficientemente las conexiones neuronales débiles y que las células de microglía se han implicado en  trastornos obsesivo-compulsivos como la tricotilomanía (los pacientes se arrancan el pelo) o en el síndrome de Rett (un tipo de autismo asociado a mutaciones en un gen del cromosoma X, mortal en varones y que afecta a 1 de cada 20.000 niñas), revirtiéndose los síntomas de estas enfermedades tras remplazar las células de microglía de los ratones afectados con un trasplante de médula ósea que es luego capaz de generar células de microglía sanas.
Saber más sobre las funciones de las células de microglía permitirá en el futuro obtener herramientas para el tratamiento de estas enfermedades y comprender mejor el funcionamiento del cerebro.


Para saber más: 
http://www.jneurosci.org/content/31/45/16064.full.pdf+html
http://www.nature.com/news/microglia-the-constant-gardeners-1.10732

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lunes, 4 de junio de 2012

domingo, 27 de mayo de 2012

Pasteur y Koch: genios enfrentados


La ciencia avanza gracias al trabajo de hombres y mujeres que cada día, desde el laboratorio, aportan su granito de arena al conocimiento común. Así, no podía faltar en este blog una sección dedicada a los grandes científicos que con sus descubrimientos han marcado un antes y un después en la historia de la ciencia.  Como además según un estudio publicado recientemente por la fundación BBVA casi la mitad de los españoles no es capaz de recordar el nombre de ningún científico eminente, esta sección se hace imprescindible.

Mientras que en 1822, el año en que  nació Louis Pasteur,  ya funcionaba el ferrocarril y se había adoptado el sistema métrico,  el origen de las enfermedades era aún desconocido. Leeuwenhoek  había pasado su vida observado animalillos a través de las lentes que él mismo tallaba, Spallanzani había tratado de refutar la teoría de la generación espontánea y Edward Jenner vacunaba contra la viruela sin comprender el fundamento último de la inmunización: la microbiología y la inmunología estaban aún pañales.
  
Louis Pasteur
Pasteur era de carácter impetuoso  y en su juventud se formó como químico. No tardó en obtener su primer éxito al descubrir los isómeros ópticosmientras trabajaba con cristales de ácido tartárico.  Por diferentes razones era un férreo detractor de la teoría de la generación espontánea y comenzó a hacer incursiones en el mundo de la biología.  Distintos industriales vinieron a pedirle ayuda para paliar las pérdidas económicas que les afectaban. Pasteur no sabía decir que no y fue así como, armado con su microscopio y con la ayuda de sus colaboradores y mucha paciencia, descubrió los microrganismos responsables de la fermentación del ácido láctico que estropeaban la cerveza y los que volvían el vino amargo, agrio o graso.  Comparando muestras de cubas enfermas y sanas, estableció que así como unos fermentos  beneficiosos  eran los responsables de producir cerveza o vino otras poblaciones de microbios los estropeaban.  También descubrió que una vez terminada la fermentación, si se calentaba el vino lo suficiente, se acababa con las poblaciones de microbios perjudiciales y el producto se mantenía intacto, el proceso que actualmente se conoce como pasteurización.  

Su fama iba aumentando y recibió una petición aún más insólita procedente de la industria de la seda francesa: los gusanos estaban muriendo de lo que se conocía como pebrina. Poco se sabía objetivamente de esta enfermedad y Pasteur tuvo que empezar de cero. Junto con sus ayudantes descubrió que los gránulos microscópicos que tenían los gusanos en su cuerpo no eran sólo consecuencia de la enfermedad sino la causa ya que allí se encontraba el parásito. Seleccionando hojas de morera no contaminadas por los restos de los gusanos enfermos era fácil mantener una población sana y asegurar la producción.  Debido a sus éxitos Pasteur había conseguido que Napoleón III se comprometiera a construir un gran laboratorio donde pudiera trabajar a sus anchas y sin riesgo para la salud pública, pero en 1868 sufrió una hemorragia cerebral que lo dejó temporalmente sin habla y con parálisis en su lado izquierdo.  Cuando despertó las obras de su laboratorio se habían detenido, lo que provocó su ira y las disculpas del emperador, que ordenó reanudar los trabajos. Sin embargo, para gran disgusto de Pasteur, que seguía con su lado izquierdo afectado, la construcción de su laboratorio se vio interrumpida una vez más en 1870 por la invasión alemana que tuvo lugar durante la guerra Franco-Prusiana.  En Octubre de ese año el emperador había sido capturado, el hijo de Pasteur, que había  luchado en la guerra, estaba enfermo de tifus y el laboratorio seguía sin construirse.  Así comenzó el odio de Pasteur  hacia todo lo alemán y planeó su patriótica venganza: convertir la cerveza francesa en la mejor del mundo para atacar a la economía alemana, que acaparaba el mercado europeo, pues las cervezas alemanas eran ligeras y duraban más tiempo que el resto.  Buscó cepas que fermentasen más rápido sin aportar sabor y difundió sus descubrimientos por toda Europa, incluyendo un libro que se convirtió en la biblia de las cerveceras y cuya traducción al alemán no fue autorizada.

Robert Koch
Mientras Pasteur desarrollaba su venganza, el joven Robert Koch que había servido como médico voluntario en las filas alemanas que habían invadido Francia, regresó tras la guerra a su rutinaria vida como médico rural, viajando a caballo de una cama a otra sin muchas soluciones que aportar: a pesar de los trabajos de Pasteur poco se sabía aún sobre la verdadera causa de las  enfermedades humanas.  Koch empezó a interesarse por el carbunco, una enfermedad que podía llegar a diezmar al ganado. Observó la sangre de animales enfermos y descubrió en ella la presencia de unos bacilos que otros ya habían apuntado como los causantes de la enfermedad, sin haber logrado demostrarlo.  Koch ideó un método para infectar animales sanos, que enfermaban y en cuya sangre volvía a encontrar los bacilos multiplicados.  Después consiguió cultivar los bacilos entre láminas de cristal durante varias generaciones, al cabo de las cuales seguían conservando su capacidad infectiva. Además observó que los bacilos del carbunco eran capaces de hacerse más resistentes y conservar sus propiedades infecciosas transformándose en esporas.  Con sus cultivos, las preparaciones para el microscopio y unos cuantos animales sanos,  Koch desveló al mundo la causa del carbunco y dio las claves para que los ganaderos pudieran eliminar los nidos de bacilos en que se convertían los animales muertos.  

Mientras el metódico Koch desarrollaba medios sólidos de cultivo a base de patata, nuevas tinciones y empezaba a investigar la tuberculosis, Pasteur siguió por su lado investigando el carbunco. Junto con sus ayudantes descubrieron casualmente que si infectaban animales con cultivos de bacilos envejecidos a temperaturas que no permitían la formación de esporas, éstos desarrollaban la enfermedad pero se recuperaban rápidamente y resistían después una inoculación con bacilos normales. Habían descubierto uno de los factores de la inmunidad.  Afectados por una fuerte epidemia de carbunco, los ganaderos de Budapest pidieron ayuda a Pasteur, que envió a uno de sus jóvenes ayudantes a vacunar decenas de ovejas. La primera prueba funcionó correctamente pero en la segunda vacunación murieron ovejas vacunadas. Enterado del fracaso de Pasteur, Koch examinó la vacuna y encontró en ella dos tipos de bacilos: sin que Pasteur lo supiera, su ayudante Chamberland había estado inoculando otra especie benigna de bacilos para impedir mayor atenuación del ántrax. Koch atacó duramente los métodos de Pasteur, acusándole de mala praxis y le retó a probar la eficacia de la vacuna en suelo alemán.

Lo cierto es que la  fortuna seguía sonriendo a Robert Koch: tras desarrollar medios de cultivo que contenían suero sanguíneo, Koch había conseguido aislar el microrganismo responsable de la tuberculosis, enfermedad que en aquella época provocaba una de cada siete muertes. Presentó sus descubrimientos al mundo en 1982 y la noticia corrió como la pólvora. Ese mismo año, en septiembre, se celebró  en Ginebra el IV Congreso sobre Higiene.  Pasteur, dolido por el varapalo de Hungría, aprovechó para defenderse de las críticas de su enemigo alemán. Koch respondió que el francés no había aportado nada nuevo sobre la atenuación de los virus y que no iba a responder a sus críticas, prefiriendo reservar sus palabras para las páginas de las revistas de medicina.

A pesar de los ataques contra Pasteur y de seguir con su lado izquierdo afectado por la parálisis éste no cesó nunca su actividad. En 1885, tras años de duro trabajo, Pasteur y su equipo inmunizaron a un niño que había sido mordido por un perro rabioso con el virus atenuado. Éste sobrevivió a la enfermedad y tras él vinieron buscando la salvación otras muchas personas que habían sido atacadas por animales rabiosos, sobreviviendo igualmente.

Murió Pasteur en 1895, habiendo desterrado de Europa la cerveza alemana y habiendo cumplido casi todo lo que se propuso. Koch continuó investigando el cólera y en 1905 recibió el premio Nobel, falleciendo 5 años después. Pasteur y Koch nunca se llevaron bien pero fueron dos genios cuyas aportaciones cambiaron el mundo para siempre.