CIVIL WAR: Bacterias vs. virus.

Estamos acostumbrados a escuchar la palabra inmunidad frecuentemente, en medios de comunicación, en centros médicos, en la misma calle a diario y en otras numerosas situaciones y sitios. Sin embargo, puede que la tendencia antropocéntrica del ser humano, no nos haya dejado plantearnos las siguientes preguntas: ¿Solo nosotros tenemos sistema inmune? ¿Somos los únicos seres vivos capaces de defendernos frente a una invasión vírica? ¿Cómo ha perfeccionado la evolución el sistema inmune?

Si te has quedado con ganas de saber la respuesta a estas preguntas y te invade la curiosidad, continúa leyendo este post. Te adelanto que te sorprenderá saber lo “armada” y las capacidades guerrilleras que una pequeña bacteria puede tener.

Podemos comenzar dando rienda suelta a la imaginación y suponer la siguiente situación:
Nos encontramos en un frente de guerra, a un lado bacterias, y a otro lado los famosos bacteriófagos, virus capaces de infectar bacterias. Cada uno de los combatientes de esta minúscula “guerra” posee sus propias armas, las cuales veremos a continuación.

Los bacteriófagos más simples poseen como arma su propio material genético, el cuál puede ser ADN o ARN y una envoltura proteíca que comúnmente denominamos cápside. Sin embargo, la bacteria, el organismo procariota que va a ser infectado por un virus, posee una arma mucho más poderosa y avanzada, lo que podríamos considerar como una bomba atómica, el denominado sistema CRISPR/Cas.

Antes de dar el pistoletazo de salida para que comience la batalla, tenemos que hablar acerca de este sistema mencionado anteriormente. Los CRIPSRs (en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats, o bien, repeticiones cortas palindrómicas agrupadas regularmente interespaciadas) son loci de ADN que contienen repeticiones cortas de secuencias de bases, tras las cuales siguen otros segmentos de ADN espaciador, parecido a secuencias encontradas en virus y bacterias. Además, existe una secuencia líder que se encuentra antes de estas repeticiones y del ADN espaciador.

Estos CRISPRs están frecuentemente asociados con los genes cas, que codifican para proteínas nucleasas denominadas proteinas Cas relacionadas a los CRISPRs. De hecho, en conjunto, forman un dominio de secuencia que se encuentra en numerosos organismos procariotas.

Representación de distintos domminios CRISPR/Cas en diferentes organismos. Imagen obtenida de Pfam. http://pfam.xfam.org/family/PF09485#tabview=tab1

En definitiva, podemos decir que el sistema CRISPR/Cas es un sistema inmune procariótico que confiere resistencia a agentes externos como plásmidos y fagos y provee una forma de inmunidad adquirida.

Pero prosigamos con lo bueno, las diferentes batallas que pueden surgir entre estos dos combatientes. Toma aire, hazte unas palomitas, y ¡no pierdas detalle!

BATALLA 1ª: En un primer lugar, el virus intenta infectar a la bacteria desarrollando su ciclo lítico. Coge su escudo, la cápside, y mediante él se une a la bacteria. Posteriormente, inyecta a modo de espada el material genético dentro de la bacteria. Una vez allí, el material genético vírico toma el control de la maquinaria celular bacteriana, y la pone a trabajar para él. De este modo, la bacteria se convierte en esclava y dedica su energía metabólica a replicar el material genético del virus y a sintentizar proteínas virales para generar un nuevo ejército vírico. Finalmente, los nuevos virus harán estallar a la bacteria provocando su lisis y muerte.

 

Ciclo lítico de un bacteriófago. Imagen obtenida de una página web de animaciones biológicas. http://www.iesalbayzin.org/descargas/AnimacionesBio-Geo/WebBiologia08/CICLVIR.jp

En ésta primera batalla, el vencedor ha sido el virus, pero la guerra no ha acabado aquí, la batalla continúa.

BATALLA 2ª: Tras una nueva infección de virus, la bacteria es capaz de usar su sistema inmune de defensa adaptativo, el sistema CRISPR/Cas. Es entonces cuando expresa y procesa el conjunto de repeticiones-ADN espaciador mencionado anteriormente para transformarlo en su forma madura, crRNA, que formará un complejo con las proteínas Cas. Cuando el material genético del virus contacta con éste complejo, las bacterias llevan a cabo su golpe maestro, inactivando y degradando este material, impidiendo así la infección del virus. Además, como prueba de su victoria, desenvainan de nuevo su hacha de guerra, las proteínas Cas, para tomar un pequeño fragmento de DNA viral e integrarlo dentro de su secuencia CRISPR. De este modo, es como las bacterias adquieren inmunidad adaptativa frente a ese virus, obteniendo así un escudo aún más fuerte frente a una nueva infección por ese mismo virus.

Diagrama del posible mecanismo de los CRISPRs. Imagen obtenida de Pfam. http://pfam.xfam.org/family/PF08798

De este modo, se da por finalizada la «guerra», aunque siempre queda algún que otro frente abierto entre estos dos magníficos seres vivos.

Si os ha gustado, aquí os muestro una animación del Instituto McGovern dónde se puede ver cómo funciona el sistema CRISPR/Cas para que no olvides que no eres el único capaz de defenderte de un virus.

Alejandra Aroca Crevillén.

Los tatuajes desde un punto de vista científico.

Los tatuajes están de moda, pero no es algo nuevo ni muchísimo menos, han servido para decorar la piel de distintas culturas a lo largo de la historia de la humanidad y la primera evidencia de la que se tiene constancia es del año 6000 a.C., ¡casi nada!.

Para aquellos que les interese esta “moda” quédense a leer este post porque no tiene desperdicio.

Vamos a abordar el tema haciendo reflexionar al personal. ¿Qué me dirían si les cuento que la epidermis no tiene vasos sanguíneos, nervios ni glándulas?, y más aún, ¿y si les digo que esa misma capa de piel pierde 1 millón de células al día?. Lo único que se me vendría a la cabeza con tales datos sería preguntarme por qué los tatuajes duelen y hacen sangrar, y por otro lado, por qué son permanentes.

Pues bien, la respuesta a ambas cuestiones es la misma, la máquinas de tatuajes atraviesan esa capa llamada epidermis y perforan la piel más profundo, a nivel de la dermis donde sí que hay vasos sanguíneos y nervios y además hay células que están formando parte del tejido conjuntivo que no se mueven de ahí, los fibroblastos, que serán los responsables de la durabilidad de los tatuajes.

Empecemos paso a paso, la aguja perfora la piel entre unas 50 y 3000 veces por minuto insertando tinta en la dermis y esto provoca una respuesta inmunitaria como cabría esperar. Están perforando nuestra piel rompiendo vasos, nervios y tejidos exponiendo al organismo a agentes externos, uno de ellos la propia tinta del tatuaje. Todo eso origina una respuesta llevada a cabo en primer lugar por citocinas que son liberadas por las células residentes en el tejido afectado, tales como las células de los endotelios de los vasos y glóbulos blancos como macrófagos y mastocitos. Estas sustancias, principalmente IL-1 e IL-6 hacen que se recluten más macrófagos para poder eliminar el agente extraño, la tinta.

Complejo de señalización de IL-1. Imagen obtenida del PDB. http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=4DEP

Así pues, llega la caballería y los macrófagos se ponen a trabajar como locos, reconocen a estas citocinas que les dan la señal para actuar y se ponen a engullir la tinta como locos, pero el exceso del pigmento hace que no se pueda llegar a fagocitar toda por parte de los macrófagos y ese exceso de tinta es absorbido también por los fibroblastos, de modo que algunos macrófagos pueden eliminar parte de la tinta pero otros cuantos quedan en el tejido haciendo que la tinta sea visible.

Los fibroblastos acaban muriendo, pero son engullidos por otros jóvenes y de este modo la tinta permanece en lo que es un equilibrio constante entre la respuesta inmune y la tinta invasora. Pero conforme pasa el tiempo las partículas de tinta van siendo destruidas y transportadas por el sistema linfático y por eso los tatuajes pierden intensidad paulativamente.

Aquí dejo un vídeo de una ilustración realizada por TED Ed. En él se describe cómo hay un equilibrio entre el sistema inmune y la tinta, luchando por eliminar el agente extraño de por vida.

Alberto Caballero Leal.