30 de marzo de 2012

El extraño dentro de ti

Mi sistema inmunitario me conoce perfectamente. Aunque me transplantaran un hígado de una persona de misma edad, peso, estado de salud, origen y color de ojos, al sistema inmune no le pasaría en absoluto desapercibido e intentaría de forma sistemática deshacerse del extraño invasor. Por eso en los transplantes hay que inmunodeprimir al receptor antes, durante y después de la operación. Y aún así hay que buscar el órgano más compatible posible. 

Teniendo esto de referencia, pensemos en el embarazo. Durante 9 meses una mujer alberga en su interior a otra persona, un bebé genéticamente distinto a ella porque la mitad de los genes que expresa provienen del padre. Como un súper-transplante natural.

El feto no se encuentra en una cavidad totalmente estanca, existe un intercambio para que la madre aporte nutrientes a través de la placenta. Así, al mismo tiempo que depende del intercambio para sobrevivir, el feto debe sortear el sistema inmunitario materno para evitar un rechazo y, en consecuencia, un aborto.

¿Cómo se da el diálogo entre madre y feto? ¿Cómo consiguen llevarse bien, inmunológicamente hablando? El mecanismo global no está claro, porque los principales directores de orquesta son complejos y finamente regulados, como el sistema inmune y el sistema endocrino. Existen evidencias de que por un lado hay una cierta inmunodepresión materna mediada por hormonas. Ha de ser muy ligera y lo más específica posible para el feto, porque la madre tiene que continuar haciendo frente a los patógenos externos. Por tanto, el éxito del embarazo se debe principalmente a una defensa activa del feto contra la inmunidad de la madre.

En esta defensa intervienen multitud de elementos inmunitarios en distintos niveles que además van variando a lo largo de las etapas del embarazo. 

Un ejemplo es el de los antígenos leucocitarios humanos (HLA) y su interacción con las células Natural Killers o NK. Las NK son células patrulla que se dedican a supervisar la superficie de todas nuestras células en busca de la proteína HLA-I. Si está, es que es una célula propia y no hay que destruirla. Si no está o es una HLA-I de otra especie o individuo, hay que atacar y eliminar esa célula. El HLA-I sirve además para avisar a la NK de si esa célula está siendo invadida por algún virus o bacteria. Si el HLA-I es el correcto pero presenta la marca de estar siendo invadida, la célula se dejará atacar por la NK y se destruirá -en un sacrificio por el bien común-. ¿Qué sentido tiene? Si la célula es atacada por un patógeno es porque éste necesita de la célula para sobrevivir. Si muere la célula, el patógeno probablemente muera con ella. 

En la interfase entre feto y madre, las células son especiales porque no expresan la HLA-I, ya que de expresarlo, éste sería distinto al de la madre. Pero si no lo expresan, las NK también se activan y atacan. 
La solución pasa por la expresión de HLA-G, que no permite distinguir entre individuos y que es capaz de inhibir la acción de las NK. 

Como éste, existen otros mecanismos de evasión del sistema inmune tanto o más complejos y que en última instancia dan lugar a un embarazo con éxito. Conocerlos a fondo puede suponer avances importantes en los tratamientos inmuno-reguladores que se dan en transplantes. Se trata del único caso en que el cuerpo, de algún modo, divide el sistema inmunitario en dos: uno se mantiene alerta y a la defensa de agentes externos, y otro se adormece para permitir que crezca el bebé.

22 de marzo de 2012

Los bichos buenos

Biotecnología: uso de organismos (bacterias, algas, levaduras, plantas, etc) para beneficio humano, para la obtención de un bien o servicio. Aunque suene muy reciente, no lo es. Aunque suene a transgénicos, son minoría. Un ejemplo fantástico es el control biológico de plagas mediante el uso de depredadores o parásitos naturales. 

Tanto si se trata de un cultivo de cientos de hectáreas o de un sencillo jardín, es importante conocer los insectos que habitan en él. Aunque algunos causan estragos, no todos van en perjuicio nuestro. Un habitante poco deseado en nuestras plantas es el pulgón. Es parásito en diversos cultivos (pimiento, fresa o berenjena) y también en plantas ornamentales. Se alimenta de la savia que extrae de hojas, brotes y tallos provocando un decaimiento de la planta. Además, secreta una melaza que atrae a hormigas y que favorece el crecimiento de un hongo (la fumagina o negrilla) que cubre las hojas y dificulta la fotosíntesis. Y si el pulgón ha succionado savia de una planta que padecía una enfermedad vírica, en la siguiente planta en la que se pose  inyectará el virus y transmitirá la enfermedad.

Por suerte el pulgón tiene múltiples enemigos naturales, entre ellos depredadores como la mariquita o la crisopa, que devoran vorazmente sus larvas. También existen parásitos suyos como Aphidius colemani, una avispa, que pone sus huevos dentro del pulgón. Las larvas al nacer se alimentarán del interior del pulgón hasta dejar sólo la carcasa, llamada "momia". Una avispa es capaz de poner unos 400 huevos, esto es, 400 pulgones que sucumbirán y morirán sin remedio. Y 400 avispas en busca de nuevos pulgones.

Estimular estos mecanismos naturales puede mantener a raya muchísimas de las plagas que nuestros cultivos padecen sin hacer uso de agentes químicos. 

¿Qué ventajas hay en el control biológico frente al químico convencional? Primero, seguridad. Aplicar estos controles biológicos no requiere ropas especiales ni mascarillas, no hay riesgo de inhalaciones ni problemas de salud porque se trata de insectos inocuos para las personas. Además, se necesitan dosis iniciales muy bajas ya que estos insectos, al encontrar alimento o huésped para reproducirse lo harán hasta extenderse a lo largo de todo el cultivo, y su población decaerá una vez la plaga decaiga, pues dejará de haber alimento.

Segundo, resistencias. De la misma manera que las bacterias desarrollan resistencias a los antibióticos, las plagas la desarrollan frente a los pesticidas. En cambio, las resistencias en el control biológico son extremadamente raras, porque se trata de la evolución misma. Esos organismos existen desde hace miles y miles de años y su uso en el control de plagas no supone una alteración de esta relación.

Tercero, consumo. A ojos de un consumidor es muy difícil determinar si lo que compramos presenta contaminación por pesticidas, sin embargo, es sencillo ver si tiene un insecto entre sus hojas o frutos. Además, dado que los insectos que se usan se alimentan del insecto que provoca la plaga, no afectan la planta ni el fruto. 

Cuarto, contaminación. Los pesticidas pueden filtrarse a través del suelo a acuíferos o ríos, esparciendo de forma incontrolada estos componentes en otros ecosistemas y posiblemente intoxicando otras especies.

Quizá no se puedan aplicar en el 100% de los casos, pero si se puede en un 80%, ¿por qué no aplicarlo? cultivos 80% más seguros, 80% menos resistencias a pesticidas, 80% más   ecológicos, 80% menos contaminantes. Y más baratos. Y aunque algunos estudios demuestran que la tasa de éxito del control biológico de plagas ronda el 75-80%, seamos menos optimistas, pongamos un 50%. Sigue mereciendo la pena.

Existen empresas que se dedican a criar estos insectos beneficiosos para los cultivos, pero su uso continúa poco extendido frente al de los pesticidas químicos. Estas empresas no lo tienen fácil para hacerse un hueco en un mercado dominado por gigantes de la industria química como Dow Chemical o Monsanto. Pero quien finalmente decide es el consumidor: si cambia la demanda, empezarán a cambiar los porcentajes.

Nota: He querido recopilar algunas empresas que ofrecen estos productos. Los he escogido porque distribuyen en España y porque tienen página web con mucha información. A través de ellos o de alguna cooperativa de agricultores podréis profundizar más en el tema.
Distiagro - Control biológico de plagas
Koppert - Biological systems

16 de marzo de 2012

Luces del mar

En aguas poco profundas de la costa de Hawaii vive un calamar (Euprymna scolopes) que durante el día se entierra en la arena y cuando anochece abandona el refugio y sale a buscar comida. Con tal de comer y no ser comido, este calamar tiene un mecanismo de camuflaje peculiar. Presenta unos lóbulos en la parte inferior de su cuerpo que albergan bacterias de la especie Vibrio fischeri capaz de emitir bioluminiscencia. Luz.

En noches de luna, la claridad penetra hasta la profundidad en la que el calamar vive. Esto hace que cuando sale a cazar, la parte de su cuerpo que queda en sombra permite a los predadores del fondo localizarlo fácilmente. Para evitarlo ha desarrollado una especie de obturador que controla el paso de luz que generan estas bacterias bioluminiscentes. El obturador se regula mediante la señal que recibe de unas proteínas sensoras en la parte posterior, que detectan la luz que se filtra en el agua. Permitiendo la salida de mayor o menor cantidad de luz por la parte inferior, el calamar se contrailumina y visto desde el fondo es confundido con la superficie del agua, evitando así ser presa fácil. De esta simbiosis el calamar obtiene un sistema eficaz de camuflaje y las bacterias alimento. 

Cuando sale el sol el calamar expulsa alrededor del 90% de las bacterias albergadas. Esto puede deberse a una cuestión de ahorro de energía, para no tener que mantener el 100% durante el día, cuando no son necesarias, o bien para liberar bacterias que sirvan de inóculo para los calamares jóvenes. 

Cuando las bacterias se encuentran libres en el medio dejan de emitir luz. La emisión de luz está regulada por quorum sensing, es decir, es necesaria una cierta densidad de población para que se active la bioluminiscencia. El 10% remanente que queda en los lóbulos se encuentra tan diluido que tampoco emite luz. A lo largo del día estas bacterias irán duplicándose hasta alcanzar una densidad óptima al anochecer, cuando el calamar necesita de ellas. 

Vibrio fischeri no es el único caso de bioluminiscencia marina. Se cree que los mares de ardora o milky seas se deben a una especie llamada Vibrio harveyi. No se conoce una simbiosis como en el caso anterior, pero la teoría del quorum sensing no se podría aplicar si nos imaginamos estas bacterias en suspensión libre en el mar. Algo tiene que agruparlas en una densidad suficiente para activar la luminiscencia. 

La teoría más aceptada indica que Vibrio harveyi aprovecha los periodos de crecimiento de una microalga (Phaeocystis) para asociarse a ella y alimentarse de la materia orgánica que se va descomponiendo, fabricando una especie de film sobre la microalga para crecer en él. Estas estructuras permitirían la concentración de los inductores de bioluminiscencia y explicaría la extensión de los mares de ardora, ya que algunas floraciones de fitoplancton -que incluye Phaeocystis- pueden extenderse hasta cientos de kilómetros.


Luz del mar, por Casandra 
"[...] A unos dos cables del Abraham Lincoln y por estribor, el mar parecía estar iluminado por debajo. No era un simple fenómeno de fosforescencia ni cabía engañarse. El monstruo, sumergido a algunas toesas de la superficie, proyectaba ese inexplicable pero muy intenso resplandor que habían mencionado los informes de varios capitanes. La magnífica irradiación debía ser producida por un agente de gran poder luminoso. La luz describía sobre el mar un inmenso óvalo muy alargado, en cuyo centro se condensaba un foco ardiente cuyo irresistible resplandor se iba apagando por degradaciones sucesivas."
Veinte mil leguas de viaje submarino (1869), Julio Verne 

8 de marzo de 2012

El lenguaje de las bacterias

Las bacterias son organismos muy sencillos, unicelulares con una sola molécula de ADN, es decir, un único cromosoma. Tienen poco más de unos cientos de genes, a diferencia de nuestros cerca de 20,000. Debido a esta sencillez, por muchos siglos se han entendido las bacterias como organismos extremadamente simples, primitivos y asociales, que incorporaban nutrientes del medio, doblaban su tamaño, se dividían y vuelta a empezar, sin conocimiento  de la voluntad del resto de bacterias.

Si tenemos en cuenta que cada humano presenta unas 10 células bacterianas por cada célula propia, éstas han de tener un papel significativo en el organismo. Y, de hecho, lo tienen. Las bacterias, famosas por su mala prensa al ser causantes de algunas enfermedades, son a la vez esenciales para la vida: forman una especie de escudo que nos protege de agresiones externas, nos facilitan la digestión de alimentos y entrenan a nuestro sistema inmunitario para mantener otras bacterias perjudiciales a raya. ¿Cómo son capaces de tanto si las hemos definido como unicelulares, asociales y primitivos? 

Imaginemos una guerra. Un único soldado, en este contexto, es capaz de muy poco. Si él solo decidiera cargar y hacer frente al otro bando rápidamente sería arrasado. Es necesaria una actuación en equipo, un ejercito coordinado para llevar a cabo la batalla con éxito.

Lo mismo las bacterias. Además, resulta que no son tan primitivas como se pensaba, sino que se comunican entre ellas con un lenguaje químico. Por ejemplo, si una bacteria penetra en nuestro organismo, antes de intentar atacarlo ella sola, activando todos los genes implicados y arriesgándose a que el sistema inmunitario la detecte y la elimine, se dedica a sintetizar una sola molécula muy sencilla que libera en el medio continuamente. A la vez, ella misma tiene receptores para esta molécula pero lo que es capaz de sintetizar una única bacteria no es suficiente para activar estos receptores. Sólo cuando la densidad de población llegue a unos mínimos, la concentración de estas moléculas será suficiente. Esta señal avisará a la bacteria de que la población es lo suficientemente numerosa como para llevar a cabo acciones conjuntas. 

A este mecanismo de control de la expresión de los genes dependiente de la densidad celular se le llama quorum sensing. No sólo se da en bacterias: la respuesta a hormonas y a feromonas es un tipo de quorum sensing, pero sorprende que se dé también en bacterias.

Sorprendente fue también descubrir que cada especie segrega dos tipos de moléculas (y sus respectivos receptores): una molécula específica de especie, para mantener conversaciones privadas entre sus iguales, y otra universal al resto de bacterias. La utilidad de esto es conocer la densidad de la propia especie frente a otras poblaciones, es decir, ver si tiene competencia en un hábitat o si se encuentra en mayoría. Esto determinará, por ejemplo, la activación de la síntesis de antibióticos para eliminar otras especies de bacterias que estén compitiendo por el alimento.

¿Se pueden manipular estas conversaciones?¿Podemos confundir los mensajes para evitar infecciones? Sintetizar compuestos análogos a estas moléculas que inhiban la comunicación bacteriana o añadirlos a la pasta de dientes para inhibir las bacterias causantes de caries. Y no sólo pensando en las bacterias "malas", ¿Podríamos enviar señales para estimular nuestra flora intestinal? Está de camino. Estos mecanismos de saboteo de los mensajes ya se dan en la naturaleza y entre distintas especies de bacterias segregan compuestos que anulan los mensajes de las otras. Actualmente se han aislado distintos compuestos que presentan actividad protectora frente a infecciones en experimentos con ratón pero no se han probado como fármacos en humanos. 

El quorum sensing permite hacer de las bacterias un "organismo multicelular". El estudio de estos mecanismos contribuye también a entender mejor como funcionan las células de nuestros distintos órganos y su organización en el cuerpo.


Bacteria, por Casandra

3 de marzo de 2012

Gotas de vida

La sangre del cordón umbilical que queda en el cordón y en la placenta después del parto es rica en unas células madre llamadas progenitores hematopoyéticos, precursores de las células sanguíneas, es decir, los glóbulos rojos (hematíes), los glóbulos blancos (leucocitos) y las plaquetas (trombocitos) que principalmente se forman en la médula ósea. Esta fuente de células madre es útil a la hora de realizar transplantes en pacientes con enfermedades del sistema inmune, metabólicas o de la sangre, como es el caso de la leucemia. 

Para que un transplante hematopoyético tenga éxito el donante ha de ser compatible con el receptor. El concepto es sencillo, pero conseguirlo no es trivial. Los antígenos HLA (unas proteínas en la superficie de los leucocitos que diferencian las células propias de las ajenas) han de ser lo más similares posibles. Idénticos sólo lo son en el caso de hermanos gemelos univitelinos. A partir de ahí la probabilidad de encontrar donantes compatibles baja, siendo de un 25% en el caso de hermanos, y un 5% en el de familiares directos. Cuando un enfermo que requiere de un transplante carece de donante compatible entre sus familiares, su única posibilidad es localizar un donante voluntario no emparentado. Por eso, a mayor sea el abanico de donantes, más posibilidades de encontrar aquel que sea compatible. 

Donaciones hematopoyéticas hay de tres tipos: de médula ósea, de sangre periférica y de cordón umbilical. Las ventajas de usar sangre del cordón umbilical frente a las donaciones de médula o periféricas es que se trata de una técnica menos invasiva y con menos complicaciones tanto en la extracción como en el transplante. Se extrae y almacena en bancos, de manera que se dispone de ella rápidamente si en un futuro se necesita. 

La sangre del cordón umbilical puede almacenarse en bancos públicos o privados. En los bancos privados se establece un contrato de exclusividad de la muestra que supone un coste de unos 1500€ por extracción y un mantenimiento aproximado de unos 100€ anuales. En los públicos se trata de una donación, por tanto gratuita, y la muestra está a disposición de pacientes de todo el mundo. 

En España es el REDMO (Registro Español de Donantes de Médula Ósea) quien coordina las búsquedas tanto de donantes de médula ósea como de unidades de sangre de cordón. Desde 2006 todas las unidades de sangre de cordón umbilical conservadas en territorio nacional tienen que ponerse a disposición del registro REDMO para su uso altruista en una donación. Por eso, los bancos privados que existen para su uso autólogo -del propio donante- almacenan sus unidades en el extranjero salvo que la familia diga lo contrario.

Aunque en los bancos públicos la muestra sea pública, si se trata de una donación dirigida (es decir, la donación de un hermano para su uso en un hermano enfermo) la muestra se reserva para ese paciente. O si en un futuro el propio donante necesitara una donación y la suya no se hubiera empleado, iría destinada a él. Estos casos en los que el donante es el receptor preferente hacen que disminuya aún más la necesidad de almacenar la muestra en un banco privado. Si se tratara de una enfermedad de origen genético, como en el caso de algunas leucemias congénitas, posiblemente se hubiera detectado en los análisis previos a la donación. Como la sangre del cordón también estaría afectada, una muestra autóloga no serviría y se necesitaría una muestra de un donante sano.

Debido a la cantidad de células madre que se obtienen, su uso se limita generalmente a niños y jóvenes. Por eso es importante que mientras ésta no tenga un uso más extendido se complemente con los otros tipos de donaciones. 

Las donaciones que no superan los requisitos mínimos de calidad para ser transplantados -porque no presenten la celularidad adecuada o se hayan deteriorado en el traslado- se utilizan, bajo consentimiento, para la investigación de tratamientos para enfermedades como el Párkinson o la diabetes. Así que también sirven.

No es un procedimiento que se realice de forma rutinaria pero muchos pediatras y obstetras consideran que es una buena práctica siempre que se done a bancos públicos. Si la técnica es buena no compromete la salud de la madre ni del bebé en absoluto y sin embargo, este material, antes descartado, puede resultar vital para otros muchos pacientes que esperan un tratamiento. Les puede, de hecho, salvar la vida.


Gotas de vida, por Casandra