Publicaciones de la categoría: Bioquímica

Factor IX-Padua: gene therapy and hemophilia

26 jueves Jul 2018

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sangre

Hemophilia is a Mendelian disease (which is inherited by the mutation of a single gene) on the X chromosome, the disease is transmitted as a sex-linked character, occurs mainly in males.
It is a recessive genetic disease that prevents the proper coagulation of blood. As a result, the wounds of those affected bleed for a longer period of time, leading to hemorrhages both externally and internally.

 

The mechanism of «coagulation» responsible for the formation of fibrin (produces the definitive clot of lax aggregate of platelets) involves a series of reactions in «cascade», accepting a numerical system for the different coagulating factors.

 

There are several types:

 

Hemophilia A: when there is a deficiency of coagulation factor VIII (glycoprotein), 1 person per 10000 males, plays a fundamental role in the transformation of prothrombin into thrombin intrinsic pathway.

 

Hemophilia B: deficit in coagulation factor IX (beta antihemophilic factor), 1 person for every 32,000 males, stimulates factor X.

 

Hemophilia C: deficiency in the clotting agent XI (plasma thromboplastin), 1 person per 15,000, stimulates factor IX.

 

There is currently no curative treatment available (with the exception of a liver transplant), the hemorrhagic tendency can be corrected by intravenously administering the missing coagulation factor, factor VIII or IX.

In recent years, the development of genetic engineering has made it possible to start a new era in the treatment of the disease. It consists in the introduction of genes in the patient’s determined cells that are able to combine with the existing genetic material, providing the missing information to make the deficient protein that causes the disease.

 

Researchers at Children’s Hospital of Philadelphia (USA) seem to have found a way to do it. The study published in the journal «The New England Journal of Medicine» (December 7, 2017) presented by Dr. Lindsey A. George, assistant physician of the Hematology Division principal investigator of the trial: 10 patients treated in the study experienced a sustained clinical benefit after a single infusion, in this case adults with hemophilia B can synthesize coagulation factor IX in a safe way. The study carried out is of the so-called «phase I / II».

 

They used the «factor IX-Padua«, a coagulation factor discovered in 2009 and produced naturally by members of a family in the Italian city of Padua, which has a coagulation capacity up to 10 times higher than factor IX «Normal», the goal of the new therapy was to «introduce» the gene that codes for «factor IX-Padua» in patients with hemophilia B so that they could synthesize it by themselves. The authors used as a vector an adeno-associated virus (AAV) that carried the gene responsible for the expression. The 10 treated adult males maintained coagulation factor levels close to 33%, enough to eradicate most episodes of bleeding. After the 78 weeks of study, the levels of the coagulation factor remained stable.

 

In parallel Spark Therapeutics and Pfizer on December 20, 2017 announced the preliminary data of a phase 1/2 clinical trial conducted with a gene therapy for hemophilia B. Published in the «New England Journal of Medicine» on July 25, 2017: led by Dr. Katherine A. High president and director of research and development of Spark Therapeutics and co-author of the article, in this open, non-randomized, multicenter clinical trial, 10 adult male patients receive an infusion of SPK-9001, the annual bleeding rate (TSA) decreased by 97%, after a cumulative follow-up period of 492 weeks of observation factor IX was 34% of normal., they could have the potential to safely maintain the level of coagulant activity.

 

In July, Pfizer initiated an open-label, multicenter phase III study (NCT03587116) with experimental gene therapy (elaparvovec fidanacogen) to evaluate the efficacy and safety of the current treatment for factor IX replacement.

 

Glossary:

 

AAV adeno-associated viruses: viruses similar to those that cause colds, which have a very small genome, the great advantage is that they have the ability to integrate their genome into non-dividing cells, used as a vector to introduce the gene.

Multicenter study: it is carried out in more than one medical institution

Non-randomized study: participants are not randomly assigned.

Open study: both the researcher and the patient know the identity of the drugs used.

 
Phase I study: first studies involving humans, usually of small dimensions. The way to administer the drug and the highest dose that can be administered without risk is studied.

Phase II study: the effectiveness of the new treatment is monitored, it is observed if any benefit occurs.

Phase III study: they compare safety and effectiveness of the new treatment with the current reference treatment, they are large, they are carried out in several places.

 
Bibliography:
Timothy M.Cox & John Sinclair; «Molecular Biology in Medicine», Ed. Blackwell Science, 1997

 

• Valder Arruda & Ben J. Samelson-Jones; «Factor IX Padua: From Biochemistry to Gene Therapy»; Blood; 2016
http://www.bloodjournal.org/content/128/22/SCI-9?sso-checked=true
• Lindsey A. George et al.; “Hemophilia B Gene Therapy with a High-Specific-ActivityFactor IX Variant; The New Journal of Medicine”;; December 7, 2017

Haz clic para acceder a Hemophilia-B-Gene-Therapy-with-a-High-Specific-Activity-Factor-IX-Variant.pdf

 

• Clinical Trial NCT03587116

Clinical Trials. gov; July 2018
https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03587116

FDAAA Trials Tracker; July 2018
http://fdaaa.trialstracker.net/trial/NCT03587116/

Disruption Type 1 diabetes mellitus

21 sábado Abr 2018

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Current therapies in type I diabetes suppress immune attack or neutralize substances that promote inflammation. This is an innovative strategy that decreases the immune process and promotes the survival and function of beta cells, which produce insulin.
Researchers from the Andalusian Center for Molecular Biology and Regenerative Medicine (Cabimer) in Seville and the Biomedical Research Institute of Malaga (Ibima) have identified a molecule that reverses the symptoms of type I diabetes in laboratory mice, published on April 16 in «Nature Communications».
On the surface of the beta cells of pancreatic islets is the LRH-1 protein whose activation is produced by the experimental molecule BL001, supplied by injections, activating LRH-1 favors the inflammatory medium and promotes the regeneration of beta cells. This molecule slows the type I diabetic.
Diabetes mellitus (DM), is a group o metabolic disorders in which there are high blood sugar levels over a prolonged period. Diabetes is due to either pancreas not producing enough insulin or the cells of the body not responding properly to the insulin produced.

 

There are three main types of diabetes mellitus:
a) Type I DM results from the pancreas´s failure to produce enough insulin.
b) Type 2 DM begins with insulin resistance, a condition in which cells fail to respond to insulin properly.
c) Gestational diabetes is the third main form, and occurs when pregtnant women without a previous history of diabetes develop high blood sugar levels.

As of 2015, an estimated 415 million people had diabetes worldwide, with type 2DM marking up about 90% of the cases, and 10% 1DM.

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Type 1 diabetes mellitus is characterized by loss of the insulin-producing beta cells of the pancreatic islets, leading to insulin deficiency. This type can be further classified as immune-mediated or idiopathic, in which a T cell-mediated autoinmune attack leads to the loss of beta cells and thus insulin. Type 1 diabetes can affect children or adults, but was traditionally termed “juvenile diabetes” because a majority of these diabetes cases were in children. Type 1 diabetes is partly inherited, with multiple genes, including certain HLA genotypes, known to influence the risk of diabetes.
Current therapies focused on repressing the immune attack or stimulating beta cell regeneration still have limited clinical efficacy.

 
Liver receptor homologue-1 (LRH-1) is a nuclear receptor that repress inflammation in digestive organs and protects pancreatic islets against apoptosis. BL001 a small LRH-1 agonist, impedes hyperglycemia progression and the immune-dependent inflammation of páncreas, while incrasing beta cell mass and insulin secretion.
The liver receptor homolog-1 (LRH-1, or NR5A2) is a memeber of the NR5A family of nuclear receptors, which plays a pivotal role in early embryonic development, and specifies the endodermal lineage. In the páncreas, LRH-1 regulates the expression of genes involved in digestive functions, and protects endocrine islets against cytokine-and streptozotocinglucocorticoids biosynthesis.

Long –term in vivo administration of BL001 prevents the development of diabetes in mice, throught the combined maintenance of a functional islet beta cell mass and the release of antiinflammatory factors. BL001 activates LHR-1 without cytotoxic or metabolic effects. BL001 protects human islets against apoptosis and rescues insulin secretion in islets of type 2 diabetic donors.
The new drug has been successfully tested in mice and human cell cultures, needs to demonstrate the efficacy and safety of clinical trials, to be used in humans, thus preventing and treating the disease. The drug causes the transformation of alpha cells into beta cells, a phenomenon known as «transdifferentiation«.

Bibliography:

• LRH-1 agonism favours an immune-islet dialogue which protects against diabetes mellitus; nature comunicationsNature Communicationsvolume 9, Article number: 1488 (2018)
doi:10.1038/s41467-018-03943-0
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03943-0

• WHO diabetes mellitus
http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs138/en/

 

 

 

Cortisol la hormona del estrés

17 sábado Mar 2018

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El cortisol (hidrocortisona) es una hormona esteroidea o glucocorticoide, producida por la glándula suprarrenal, que se libera como respuesta al estrés y a un nivel bajo de glucocorticoides en la sangre, a través de gluconeogénesis, suprime el sistema inmunológico y ayuda al metabolismo de grasas, proteínas y carbohidratos, disminuye la formación ósea e interviene en los ritmos circadianos.

 
Setchell ha visto como en mandriles juegan los niveles de cortisol un papel en la conducta social y serias consecuencias para la salud. Cuando la dominancia jerárquica es estable los niveles son más altos en los machos más bajos del ranking, sin embargo cuando la jerarquía es inestable, los machos más altos en el ranking tienen niveles más altos de cortisol. El cortisol es también más alto en machos dominantes que en periodos de machos durante la subordinación, lo cual sugiere que los machos dominantes están más estresados que los subordinados durante tales periodos. Cuando los mandriles macho tienen altos niveles de cortisol sufren mas infecciones por parásitos.

 
Revisando la historia de los corticoides en el siglo XX tuvo varios nobel relacionados con este campo. Empezó con Thomas Addison que describió la enfermedad que lleva su nombre, pasando por Edward Kendall quien fue el primero en sintetizar el compuesto E o cortisona, Phillipe Hench que hace la aplicación clínica de los glucocorticoides en pacientes con artritis reumatoide, hasta llegar a Meyer Hermann con los conceptos actuales de ciclo circadiano. Aplicaciones a enfermedades como la artritis reumatoide y el lupus eritematoso sistémico.

cortisol
El cortisol es liberado en respuesta al estrés y actúa para restablecer la homeostasis. Pero la secreción prolongada de cortisol, debida a un estrés crónico o una secreción excesiva observada en el síndrome de Cushing, da lugar a importantes cambios fisiológicos.

 
Hidrocortisona es el término farmacéutico que designa al cortisol usado para administración oral, inyección intravenosa o aplicación tópica. Se utiliza como inmunosupresor, en anafilaxia y angiodema, también como peri-operatorio en pacientes con síndrome de Addison. Tópicamente para reacciones alérgicas, eczemas, psoriasis y otras inflamaciones cutáneas.

 

 

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El control primario del cortisol es el péptido de la glándula pituitaria, la hormona adrenocorticotrópica (ACTH), a su vez estimulada por la hormona liberadora de corticotropina (CRH) que el hipotálamo libera. El cortisol es metabolizado por el sistema 11-beta hidroxiesteroide deshidrogenasa (11-beta HSD), que consta de dos enzimas: 11-betaHSD1 y 11-beta HSD2. Se ha sugerido que una alteración en la 11-beta-HSD1 puede jugar un papel en la patogénesis de la obesidad, la hipertensión y la resistencia a la insulina, denominado también “síndrome metabólico”. En la respuesta de los macrófagos la hormona liberadora de corticotropina CRH, que está bajo control nervioso, aumenta sinérgicamente la ACTH, cuando los macrófagos empiezan a secretar interleuqina-1 (IL-1) y el cortisol tiene un efecto de “retroalimentación negativa” en la interleuquina, útil en enfermedades que fuerzan al hipotálamo a secretar demasiado CRH, como con la bacteria endotoxina.

 
El cortisol se une a proteínas en el plasma sanguíneo, principalmente a la globulina fijadora de cortisol (CBG) y un 5% a la albúmina. La vida media del cortisol es de 60 a 90 minutos.
Las funciones principales de la hidrocortixona en el cuerpo son:
• Metabolismo de hidratos de carbono, proteínas y grasas.
• Homeostasis del agua y los electrolitos.
• Incrementar el nivel de azúcar en la sangre a través de la gluconeogénesis.
• Suprimir la acción el sistema inmunitario.

 
Los niveles de la hormona cortisol en la sangre están sometidos a variación diurna, con niveles más altos por la mañana y niveles más bajos entre las 12-4 horas de la noche, o 3-5 horas después de la aparición del sueño. La información sobre el ciclo luz/oscuridad se transmite desde la retina hasta el núcleo supraquiasmático del hipotálamo. Como decíamos con el estrés psicológico, factores de estrés fisiológico (hipoglucemia, fiebre, traumatismos, cirugía, miedo, dolor, esfuerzo físico, etc…) influye en los niveles de cortisol sérico. También son diferentes en personas con autismo o síndrome de Asperger.

 
Edward Calvin Kendall (1886-1972) fue un bioquímico estadounidense. Que trabajó como investigador, en distintos hospitales y universidades. Aisló la hormona de la glándula tiroides, a la que llamó tiroxina. Junto con Philip S. Hernch y Tadeus Reichstein ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1950 por sus investigaciones en la Clínica Mayo de la estructura y efectos biológicos de las hormonas de la corteza adrenal. Obtuvo el premio por el descubrimiento de la hormona Cortisona. En 1951 Kendall se retiró de Mayo y fue profesor visitante en el departamento de Bioquímica en la Universidad de Princeton. Falleció en 1972 a los 86 años. Con el uso de la tiroxina y de la cortisona ayudo a millones de seres humanos para resolver sus enfermedades.

 

 

Bibliografía:
• Alfredo, Jacomé Roca; “Fisiología endocrina”, Ed. Manual Moderno, 2017

• Humberto, Martínez Cordero et al. ;”Historia de los glucocorticoides”, Revista Colombiana de Reumatología,2010

• Wikipedia

 

 

Links relacionados:

 

• Clinica Mayo: Telegrama premio nobel Kendall
http://history.mayoclinic.org/historic-highlights/nobel-prize-telegram.php

 

• Durham University: Mandriles y cortisol

Haz clic para acceder a 17009.pdf

 

• Edward C. Kendall nobelprize
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1950/kendall-facts.html

 

Woodward padre de la química orgánica: quinina, clorofila, vit.B12

25 domingo Feb 2018

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Robert_Burns_Woodward_in_1965

Uno de los químicos orgánicos más brillantes y creativos del siglo XX, ha desarrollado la Química Orgánica, la Biología y la Medicina.

En colaboración con Roald Hoffman enunció las “reglas de Woodward y Hoffman” (1964-69) sobre la simetría orbital.

Nació el 10 de Abril de 1917 en Boston. Fue un niño prodigio que formuló la síntesis total de la quinina a la edad de 14 años, ingresó en el Institute of Technology de Massachussets (MIT) a los 16 años y se doctoró a los 20. Desde 1941 fue profesor de química en la Universidad de Harvard. En 1963 dirigió el Instituto de Investigación Woodward de Basilea, Suiza. Falleció el 8 de julio de 1979 en Cambridge. Era muy exigente en su trabajo, un orador con una gran elocuencia explicando en la pizarra: esquemas multicolores de reacciones y mecanismos. Recibió el Premio Nobel de Química en 1965 por los avances en “el arte de la síntesis orgánica”.

Durante las décadas de los años 40 y 50 se producen grandes avances tecnológicos: espectroscopia ultravioleta, infrarroja, resonancia magnética nuclear y cromatografía.

Pertenece a una generación de químicos orgánicos estructurales estadounidenses, que desarrollaron la investigación “pura” después de los años 50: a partir de los estudios mecanicistas y estructurales se impulsó un enfoque tradicional “práctico”, respondiendo a intereses bioquímicos, biomédicos y sociales: la ocupación japonesa de las Indias orientales holandesas había imposibilitado el acceso de los suministros naturales de quinina, que se obtenía de la corteza de los árboles de quina que crecían en la India. Como la quinina era un valioso fármaco contra la malaria, necesario para llevar a cabo una guerra en el trópico. Woodward consiguió persuadir a Polaroid para que financiara la investigación de la síntesis, a cambio Woodward halló los sustitutos para las polarizaciones de luz en 1942.

Interesado en la síntesis química de sustancias orgánicas, consiguió sintetizar:
• Quinina (1944)
• Colesterol y cortisona (1951)
• Ácido lisérgico y la estricnina (1954)
• Reserpina (1954)
• Clorofila (1960)
• Antibióticos de la tetraciclina (1962)
• Cianocobalamina o vit. B12 (1971)

 

Hizo contribuciones importantes a la química orgánica:
• Las reglas de Fieser-Woodward
• Regla del octante para correlacionar la configuración absoluta con el signo del efecto Cotton en dicroísmo circular
• Biogenética para alcaloides, esteroides y macrólidos
• Elucidación estructural de numerosos productos naturales basándose en razonamiento biogenético y mecanismo.
• Diseño sintético basado en propuestas mecanísticas
• Aromaticidad del ferroceno y de otros metalocenos
• Métodos sintéticos para péptidos
• Teoría de la conservación de la simetría orbital en reacciones pericíclicas (reglas de Woodward-Hoffman).

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Las reglas de Woodward-Hoffmann, propuestas por Robert Burns Woodward y Roald Hoffmann, son un conjunto de reglas en química orgánica que predicen la esteroquímica de las reacciones pericíclias, basándose en la simetría de los orbitales. Incluyen:
• Reacciones electrocíclicas
• Cicloadiciones
• Reacciones sigmatrópicas

 

Las reglas se aplican a la estereoespecificidad de las reacciones electrocíclicas de apertura de anillo y cierre de anillo en el extremo de los polienos conjugados de cadena abierta, tanto por aplicación de calor (reacciones térmicas) o por aplicación de luz (reacciones fotoquímicas).
Fueron establecidas tres reglas:

 

1. En un sistema de cadena abierta que contiene 4n electrones, la simetría orbital del orbital molecular ocupado más alto en el estado fundamental es tal que una interacción enlazante entre los extremos debe involucrar el traslape entre las regiones de los orbitales en caras opuestas del sistema, y esto puede lograrse solamente mediante un proceso conrotatorio.

 

2. En sistemas abiertos que contienen 4n+2 electrones, la interacción terminal de enlace entre moléculas en estado basal requiere el traslape de las regiones de los orbitales de la misma cara del sistema, y esto es alcanzable sólo por desplazamientos disrotarorios.

 

3. En una reacción fotoquímica, un electrón en el HOMO del reactante es promovido a un estado excitado, conduciendo a la inversión de las relaciones de simetría terminal, y la inversión de la estereoespecificidad.

 

 

BIBLIOGRAFÍA:

 

• “Química Orgánica”Ed. Reverte. Stephen J.Weininger, Frank R. Stermitz, 1988

• “Tratado de Química Orgánica”Ed. Reverte. Federico Klages, 1968

• “¿Qué sabemos de? Los avances de la química, CSIC. Bernardo Herradón García, 2011

• “Química. La Ciencia Central”. Ed. Addison-Wesley.Theodore L. Brown, 2013

• “Historia de la Química” Alianza Editorial, William H. Brock, 1992

• Wikipedia

 

 

LINKS relacionados:

 

• CSIC. Instituto de química orgánica General
http://www.iqog.csic.es/iqog/es/informaciongeneral

 

• Universidad Autónoma. Departamento de química orgánica
https://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/QOT/T5/periciclicas_exported/index.html

 

• Universidad Complutense. Departamento de química orgánica
https://www.ucm.es/quimica-organica-1/lineas-de-investigacion-del-departamento-borrada

 

• Woodward. MIT
https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/12465

 

• Robert Burns Woodward lectura at Harvard

 

• Nobelprize. Org Robert Burns Woodward
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1965/

 

Diagnóstico enfermedad autoinmunitaria: Anticuerpos Antinucleares

10 sábado Feb 2018

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El sistema inmunitario produce una gran cantidad de proteínas llamadas anticuerpos, los anticuerpos son formados por glóbulos blancos (leucocitos). Estos anticuerpos son los que reconocen y luchan contra los organismos infecciones que hay en el cuerpo. Pero a veces identifican proteínas normales como “extrañas”: autoanticuerpos y se inicia “la cascada de la inflamación” y el cuerpo se ataca a sí mismo.
Los anticuerpos antinucleares o ANA (antinuclear antibodies) que actúan contra el contenido del núcleo celular, una presencia alta indica procesos de enfermedades autoinmunes.
El test de ANA (son pruebas analíticas de sangre), mide el patrón y la cantidad de autoanticuerpos, resultando positivo cuando los títulos se encuentran aumentados en comparación con la población normal. Un resultado positivo no indica la presencia de una enfermedad autoimunitaria o la necesidad de someterse a tratamiento.
Los ANA indican al cuerpo que se pueden producir enfermedades autoinmunitarias como lupus, esclerodermia, síndrome de Sjögren, polimiositis/dermatomiositis y en la artritis reumatoide juvenil.
Productos del metabolismo del ácido araquidónico: prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos son vasoactivos y mediadores antiinflamatorios, muy interesantes como blanco de medicamentos que tienen efecto terapéutico.
El estudio de los anticuerpos antinucleares (ANA) comenzó con los estudios por Hargraves en 1948 del lupus eritomatoso sistémico (LES), en las célula LE de la médula ósea. En 1959, Holman demostró que ese fenómeno se debía a la acción de anticuerpos que reconocen antígenos nucleares.

 

Actualmente la medición de los ANA a nivel sanguíneo se realiza por:
• Inmunofluorescencia indirecta IFI: determina patrones de tinción asociados a diferentes enfermedades. En la muestra de sangre del paciente se identifican los anticuerpos circulantes y se marcan con un colorante fluorescente cada uno de los anticuerpos, luego se mezcla esta sangre en un recipiente con un cultivo de células humanas (Hep2). Si hay anticuerpos contra las estructuras de la célula humana, estos se fijan a ellas, haciéndolas fluorescentes. Los resultados se repiten después de varias diluciones de la sangre hasta que desaparece la fluorescencia, si permanecen brillando tras 1/40 diluciones (resultado 1/40 o 1:40). Valores mayores o iguales a 1/320 indican enfermedad autoinmune en más del 97% de los casos.

 

• ELISA: menos sensible, pero es de bajo costo y fácil de llevar a cabo. Se emplean como sustratos las líneas celulares: HEp-2 y HeLa, siendo la primera la más utilizada.
• EIT (Western blot): está más enfocado a la investigación debido al coste y la complejidad técnica.

 

 

• Microinmunoensayos enzimáticos y técnicas luminométricas de detección múltiples: se detectan múltiples antígenos en un solo ensayo.

 

 

Enfermedades relacionadas:
El título de referencia para los ANA es de 1:40 para adultos y 1:20 para niños. Títulos mayores son indicativos de una enfermedad autoinmune. Luego de la detección de un título alto de ANAs en el suero de un paciente (por ejemplo 1:160), se determinan cuales son los subtipos implicados, por lo general se realiza en las células de la línea HEp-2:
Anti-ENA (Antígenos nucleares extraíbles)
• Anti-Ro (SS-A): antígeno diana RNPs
• Anti-La (SS-B): antígeno diana RNPs
• Anti- Sm (antígeno Smith): antígeno diana proteína central de las riboproteinas nucleares pequeñas (snRNPs)
• Anti-Nrnp (Riboproteína nuclear)
• Anti Scl-70: antígeno diana topoisomerasa tipo I
• Anti-Jo-1: antígeno diana Histidina-ARNt ligasa
Anti-gp-210 (glicoproteína de poro nuclear gp-210): antígeno diana topoisomerasa tipo I
Anti-p62 (Nucleoproteína 62)
Anti-dsDNA (ADN doble cadena): antígeno ADN doble cadena
Anticuerpos anticentrómeros: antígeno proteínas centroméricas
Los ANAs sugieren la presencia de un lupus eritomatoso sistémico (en más del 90% de los pacientes diagnosticados),

 

aunque también pueden aparecer otras patologías autoinmunes reumatológicas:
• Enfermedad mixta del tejido conectivo (90% de los casos)
• Síndrome de Sjögren (60%)
• Artritis reumatoie
• Esclerodermia
• Polimiositis
• Dermatomiositis (30%)
Otras no reumatológicas:
• Hepatitis autoinmune
• Enfermedad de Addison
• Púrpura trombocitopénic idiopática (PTI)
• Enfermedad de Hashimoto
• Anemia hemolítica autoinmune
• Esclerosis múltiple
• Diabetes mellitus tipo I

 

Bibliografía:

 

• Javier Cabiedes; Carlos A. Núñez-Álvarez
“Anticuerpos antinucleares”, Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán. México. 2009

 

• Julio José Ordovas Belio
“El anticuerpo”Ed. Anagrama.2014

 

• Timothy M.Cox; John Sinclair
“Molecular Biology in Medicine”Ed. Blackwell Science.1997

 

 

Links relacionados:

• Sociedad Española de Bioquímica Clínica y Patología Molecular
http://www.seqc.es/

 

• Reumatología Clínica: anticuerpos antinucleares
http://www.reumatologiaclinica.org/es/anticuerpos-antinucleares/articulo/S1699258X09002435/

 

• Jano: interpretación de las pruebas inmunológicas en atención primaria

Haz clic para acceder a 00290033_LR.pdf

 

 

Ejercicio físico y salud mental

03 sábado Feb 2018

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ejercicio

El ejercicio físico provoca en los sujetos efectos beneficiosos desde el punto de vista fisiológico, psicológico y social. El ejercicio ha demostrado ser un método excelente de protección frente a enfermedades neurodegenerativas.

El Homo sapiens de la era Paleolítica necesitaba un nivel alto de actividad física a lo largo del día para su supervivencia (49 kcal/kg/día): correr, cazar, trepar y construcción de refugios.

Nuestra sociedad actual ha llegado a un grado de sedentarismo, con la perdida de esa actividad física para la que estaba diseñado. Mientras que los hábitos han cambiado la fisiología sigue siendo la misma. Realizar ejercicio físico moderado es beneficioso para mantener el cerebro sano y prevenir enfermedades neurodegenerativas.

El ejercicio estimula al cerebro de dos formas principales:

  • Mantiene un aporte adecuado de nutrientes interviniendo en la homeostasis de la glucosa, del oxígeno y en los procesos de vascularización cerebral

 

  • Optimiza la eficacia funcional de las neuronas interviniendo en procesos de excitabilidad neuronal y de plasticidad sináptica

 

La actividad físico-deportiva está vinculada a la satisfacción con la vida, medido por el “autoconcepto físico”, autopercepción física: a mayor práctica de actividad físico deportiva, mejor autoconcepto y mejores niveles de satisfacción. Obteniéndose valoraciones más positivas en aquellos que llevan más tiempo realizando este tipo de actividad, crear hábitos de vida activos aumenta el bienestar psicológico en las personas (mejora de la percepción de salud, la habilidad y apariencia física).

“Estilos de vida sedentarios se convierten en la norma en todo el mundo y las tasas de crecimiento de la depresión, estos resultados subrayan que incluso pequeños cambios en el estilo de vida pueden cosechar beneficios significativos para la salud mental”, añade Samuel B. Harvey et al. en The American Journal of Psychiatry, (Octubre, 2017), profesor de la Universidad de Nueva Gales del Sur y autor principal del trabajo, después de analizar los datos relacionados con la práctica de ejercicio físico así como los síntomas de depresión y de ansiedad de un total de 33.908 adultos noruegos a lo largo de 11 años y recogidos en el estudio de salud del condado de Nord-Trondelag (HUNT), hallaron que las personas que no hacían ningún tipo de ejercicio físico tenían un 44 por ciento más de posibilidades de desarrollar depresión en comparación con los sujetos que realizaban deporte de una a dos horas semanales. Los resultados también confirman que se podían haber prevenido un 12 por ciento de los casos de depresión, practicando al menos una hora de deporte al día. La actividad corporal aporta beneficios para la salud mental a cualquier edad y tanto en hombres como en mujeres.

La profesora Liliam Barrios y Miguel Angel López establecen en el estudio “Aportes del ejercicio físico a la actividad cerebral” (Septiembre, 2011), en Educación Física y Deportes los siguientes efectos beneficiosos:

1. Mejora la condición física al incrementar el VO2 max (un 30% aproximadamente).

2. Retrasa la aparición de fatiga al disminuir el volumen de oxígeno para una determinada carga de trabajo, con lo que hay una mayor independencia funcional.

3. Disminuye y retrasa el declinar fisiológico de la condición física asociado a la edad, aumentando las expectativas de vida activa al prolongar la independencia funcional.

4. Reduce la morbi-mortalidad consecutiva a las modernas enfermedades crónicas, favoreciendo de esta forma, una mayor longevidad.

5. Protección miocárdica por: menor frecuencia cardiaca y consumo de oxígeno, tanto en reposo como a ejercicio submáximo, mayor calidad de la circulación colateral coronaria.

6. Estimula la respuesta inmune, el ejercicio moderado eleva la proteína Hsp72 en la circulación periférica que estimula la respuesta inmune con una mayor resistencia a las infecciones virales de vías respiratorias altas.

7. Controla la ansiedad y la depresión.

8. Aumenta la autoestima.

9. Mejora la cognición y la eficacia del recuerdo.

10. Ocupa el tiempo de ocio y satisface las necesidades lúdicas.

 

Cuando corremos o caminamos rápido llega más oxígeno al cerebro, se forman nuevos vasos sanguíneos y aumentan los niveles de: serotonina, de factores de crecimiento neuronales y de una proteína llamada BDNF (factor neurotrófico derivado del cerebro) que se vierte al torrente sanguíneo y se une a receptores de determinadas células para estimular su supervivencia, crecimiento o diferenciación, que dirige el desarrollo neuronal en el hipocampo. Las personas mayores de 65 años que hacen ejercicio como mínimo tres veces por semana tienen 30-40% menos de probabilidades de padecer demencia y Alzheimer que las que sólo practican algún tipo de actividad física con menos frecuencia.

 

También se sabe que el cerebro de las personas adultas tiene las células madres neuronales en estado “durmiente”, sin dividirse, debido a la acción inhibidora sobre la nuerogénesis de la proteína BMP (proteína morfogenética del hueso), una citoquina que se une a los receptores situados en la membrana de las células madres, se ha visto como con el ejercicio se despiertan regenerándose nuevas neuronas que rejuvenecen el cerebro pudiendo frenar: Alzheimer, Parkinson o Esclerosis Múltiple. Manteniendo un equilibrio entre el ejercicio, el envejecimiento y la formación de nuevas neuronas, en el hipocampo, sitio principal que se deteriora con la edad y donde se asientan la mayoría de las células madre.

El ejercicio activa así una serie de procesos encargados de mantener y proteger a las células nerviosas, lo que se llama sistemas de neuroprotección fisiológica. En 1995 se publicó en la revista Nature un estudio en ratones que demuestra la relación entre el ejercicio físico y el funcionamiento cerebral.

 

cerebro ejercicio 1 OK

El ambiente incide de forma importante en el desarrollo y mantenimiento de la capacidad de aprendizaje y memoria. Se dice que es un ambiente “enriquecido”. Efectos beneficiosos sobre el cerebro de este ambiente “enriquecido” se deben a que este ambiente siempre incluye realizar una mayor actividad física. El ejercicio estimula la liberación a la sangre de hormona de crecimiento (GH), que es la principal responsable del crecimiento del cuerpo. La GH hace que el hígado produzca el factor de crecimiento IGF-I hace que el músculo crezca en tamaño, es un factor neurotrófico muy potente, cuando se realiza ejercicio, el cerebro acumula más IGF-I producido por el hígado, con efectos protectores del cerebro:

  • Incrementa la actividad de las neuronas
  • Mejora la capacidad del cerebro de recibir información del resto del cuerpo (información propioceptiva)
  • Estimula el flujo de sangre al cerebro
  • Aumenta el consumo de glucosa por las neuronas
  • Protege a las neuronas de todo tipo de alteraciones de funcionamiento y de su muerte.

 

La actividad física y el deporte están vinculados al modelo funcional de los servicios de Salud Mental existentes en un determinado territorio. Se denomina igual “Programa de Deportes” o “Plan de actividades Físicas”:

a) Actividades estructuradas y mantenidas en el tiempo, con distintas modalidades deportivas, realizadas en instalaciones normalizadas, con personal de apoyo social y monitores deportivos, coordinados con los servicios de Salud Mental Comunitarios.

b) Ocasionales prácticas de actividad física (habitualmente vinculado al fútbol) en el contexto de instituciones sanitarias.

 

 

INSPORT es un programa europeo que plantea la promoción de la inclusión social de las personas con discapacidad mediante el uso de la actividad física, especialmente aquellas que presentan problemas de salud mental. Dentro del proyecto participan diferentes entidades a nivel europeo como: Handi Jobs (República Checa), Oxford City Council (Reino Unido), Municipality of Prato (Italia), Feafes (Andalucía-España), entre otros.

 

Bibliografía:

Marta Marquez Rosa; Rene Gonzalez Boto
“Relación entre actividad física y salud mental”
Ed. Diaz de Santos, 2013

Liliam Barrios Herrero; Miguel Angel López
“Aportes del ejercicio físico a la actividad cerebral”
http://www.efdeportes.com/efd160/aportes-del-ejercicio-fisico-a-la-actividad-cerebral.htm
Eduación Física y Deportes. Revista Digital. Buenos Aires. Septiembre-2011

Samuel B. Harvey et al.
“Exercise and the prevention of depression: Results of the HUNT cohort study”
The American Journal of Psychiatry. Octubre-2017

M.Concepción Hernandez Escayola
“Ejercicio y calidad de vida: claves para mantener la salud mental y física” Ed. S.A. EUNSA. Ediciones Universidad de Navarra.2005

William Walter Atkinson
“El poder natural del ejercicio físico y mental”
Ed. Humanitas. 2015

 

Eider Goñi; Guillermo Infante
“Actividad físico-deportiva, autoconcepto físico y satisfacción con la vida”
https://doi.org/10.30552/ejep.v3i2.52

 

Rafael Reigal Garrido; Antonio Videra García; José Luis Parra Flores; Rocio Juárez Ruiz de Meir
“Actividad físico deportiva, autoconcepto físico y binestar psicológico en la adolescencia”
Retos. Nuevas tendencias en Educación Física, Deporte y Recreación. 2012

 

S.A. Neeper; Fernando Gomez-Pinilla; J. Choi & Cotman
“Exercise and brain neurotrophins” Nature, January-1995.

 

Eva Carro Díaz; José L. Trejo Perez; Ignacio Torres Alemán
“Efectos beneficiosos del ejercicio sobre el cerebro”
Ciencia al día. Internacional. Abril-2003.

 

 

Links relacionados:

Proyecto de integración europeo INSPORT
http://feafesandalucia.org/prensa/noticias/proyecto-insport-promoting-social-inclusion-through-sport-el-proxima-martes-13-y-miercoles-13-de-junio-malaga-acoge-el-proyecto-insport-promoting-social-inclusion-through-sport-en-el-instituto-andaluz/

 

Actividad física y prevalencia de patología en la población española

Haz clic para acceder a 01E9D3AC.pdf

 

Confederación de Salud Mental
https://www.facebook.com/ConfederacionSaludMental/

 

 

 

Chloroplasts: vaccines antibodies

28 domingo Ene 2018

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cloroplasto foto

Plant-made pharmaceuticals (PMPs), is a sub-sector of the biotechnology industry that involves the process of genetically engineering plants so that they can produce certain types of therapeutically important proteins and associated molecules such as peptides and secondary metabolites. The proteins and molecules can then be harvested and used to produce pharmaceuticals.
In recent biotechnological innovative era, chloroplasts have been explored for the expression of foreign proteins, industrially and pharmaceutically important compounds such as antibodies, growth factors, enzymes, hormones, cytokines, and antigens.
Transgenic chloroplasts are ideal bioreactors for production of functional human and animal therapeutic proteins in an environmentally friendly manner. Transgenic plants have been identified as promising expression systems for vaccine production. Complex plants such as tobacco, potato, tomato, and banana can have genes inserted that cause to produce vaccines usable for humans.

cloroplasto

 

Chloroplasts are organelles, specialized compartments, in pant and algal cells, present in leaves and other green parts that carry out photosynthesis. Chloroplasts have other functions including fatty acid synthesis, much amino acid synthesis, and the immune response in plants.
A chloroplast is a type of organelle known as a plastid, characterized by its two membranes and a high concentration of chlorophyll. Contain their own DNA, which is thought to be inherited from their ancestor- a photosynthetic cyanobacterium that was engulfed by an early eukaryotic cell. Chloroplasts cannot be made by the plant cell and must be inherited by each daughter cell during cell division.

 

 

List o Algal-produced vaccines in Pre-clinical studies:
• Foot-and-mouth disease
• Hepatitis B
• Classical swine fever virus
• White spot syndrome virus
• Staphylococcus aureus
• Malaria
• HPV

 
Algae as an expression system overcomes several challenges other recombinant vectors suffer from:
• Infectious diseases pose an increasing risk to health, especially in developing countries. Vaccines are available to either cure or prevent many of these diseases. Limitations related to these vaccines, mainly the costs. These costs are mainly related to production and purification of the products manufactured from fermenter-based systems. Plastid biotechnology has become an attractive platform to produce biopharmaceuticals in large amounts and cost-effectively. Plastids DNA in mature chloroplasts, a characteristic particularly important for vaccine production in large amounts. Green biofactories an attractive platform for vaccine production. The production of therapeutic proteins, including vaccines, often requires costly purification steps. The elimination of a purification procedure reduces the total cost of a recombination edible vaccine significantly.
• Algae as a plant microorganism is also relatively inexpressive to produce.
• Proteins expressed inside the chloroplast of algae do not undergo glycosylation, a form of posttranslational modification.

 

Transgenic plants offer many advantages:
• Low cost of production
• Storage and transportation
• Heat stability

 

cloroplasto DNA

Chloroplast genetic engineering offers several advantages:
• High levels of transgene expression
• Transgene containment via maternal inheritance
• Multi-gene expression in a single transformation event

 

 

Hyper-expression of vaccine antigens against: cholera, tetanus, anthrax, plague or canine parvovirus in transgenic chloroplasts or non-green plastids, as well as the availability of antibiotic-free selectable markers or the ability to excise selectable marker genes, facilitate oral delivery.
Hyper-expression of several therapeutic proteins: human serum albumin, somatotropin, interferon-gamma, anti-microbial peptide, facilitates efficient and economic purification.

 

 

There are mainly two methods that are used for plastid genome transformation:
• Polyethylene glycol (PEG)-mediated transformation
• Gene gun-mediated transformation
Integration of expression cassette in plastid genome takes place via homologous recombination. Highest expression for a vaccine antigen, which is 72% of TLP, was achieved by using insertion sites trn1 and trnA under the control of psba promoter with 5´ regulatory elements from psbA gene. Normally, revised medium for organogenesis of plants (RMOP) is used, supplemented with appropriate concentration of hormones to promote callogenesis and shooting. Complete transplastomic plants are regenerated under aseptic controlled conditions and acclimatized to green house for further growth.

 

The potential oral delivery of plant-based vaccines, which if possible in reality, will also greatly reduce the costs due to elimination of costly downstream processing. This feature is expected to further reduce costs at production level because more protein will be produced per kilogram weight of plant.

 

This characteristic of plastids to express many coding sequences as single operon can also be utilized to develop bivalent to multivalent vaccines, in which two or more vaccine antigens against different diseases can be co-expressed. Another advantage of using biological adjuvants and their direct coupling is potential safety and efficacy. Use of biological adjuvants will help to eliminate toxic chemical adjuvants such as aluminium hydroxide and aluminium phosphate which commonly cause many adverse side effects such as local irritation and carcinogenesis. Plant-based vaccines have the potential to be used for oral administration. Plants are safe for human consumption as plants are not host for human pathogens and many plant species such as lettuce are consumed in normal diet as raw.

 

 

History of edible algae vaccine:
In 2003: foot-and-mouth disease antigen complexed with the cholera toxin subunit B which delivered the antigen to digestion mucosal surfaces in mice. The vaccine was grown in C. reinhardtii algae.
In 2007: a classical swine fever virus (CSFV) was produced in C. reinhardtii, providing immunity in mice that were subcutaneously administered.

 

In 2012: pre-clinical trials in mice involving an edible algae based malaria vaccine were successful in a limited capacity.

Now the need is to investigate immunogenicity and safety of some prominent vaccine candidates in humans.

 

 

Bibliography:
• Production of biopharmaceuticals and vaccines in plants via the chloroplast genome

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17004305
• Plastids: The Green Frontiers for Vaccine Production
Mohammad T. Waheed, Hammad Ismail, Johanna Gottschamel, Bushra Mirza, and Andreas
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4646963/
• Chloroplast
Frederic P. Muller, Agnes F. Vandome, John ; Lap. Lambert. Academic Publishing; 2010

 

• Plant-produced Microbial Vaccines
Alexander V. Karasev; 2009

 

• Algae-based oral recombinant vaccines; Frontiers in Microbiology
Elizabeth A. Specht; Stephen P. Mayfield; 2014
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2014.00060/full
• Production of therapeutic proteins in algae, analysis of expression of seven human proteins in the chloroplast of Clamydomonas reinhardtii; Plant Biotechnology Journal,
Rasala, Beth A.; Muto, Machiko; Lee, Philip A.; Jager, Michal; Cardoso, Rosa M.F.; Behnke, Craig A.; Kirk, Peter; Hokanson, Craig A.; Crea, Roberto; Mendez, Michael; Mayfield, Stephen P. 2010
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2918638/

 

 

 

Relation links:

 

• PBVAB 2017 Plant-Based Vaccines Antibodies and Biologics European Comission
http://ec.europa.eu/research/index.cfm?pg=events&eventcode=8FBB0C1C-BE26-4BA0-BB51FE25B34AF9F7

 

• Engineering the Chloroplast Targeted Malarial Vaccine Antigens in Chlamydomonas Starch Granules

http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0015424

 

 

 

Detección de enfermedades: sondas fluorescentes de óxido nítrico

20 sábado Ene 2018

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flulorescente

 

En el estudio del metabolismo celular, ahora se pueden medir procesos relacionados con el grado de acidez o pH intracelular.

 

Investigadores de la Universitat Jaume I de Castellón (UJI) han diseñado, junto con científicos de la Universidad East Anglia (Reino Unido), una molécula fluorescente que mide el pH intracelular. La molécula emite luz fluorescente de mayor o menor intensidad según el grado de acidez de la muestra. Al tratarse de una pseudoproteína, es compatible con los organismos vivos. Investigación del “Grupo de Fotoquímica y Sensores” junto con el “Grupo de Química Sostenible” de la UJI y responsable de la investigación el catedrático de Química Orgánica Santiago Luis Lafuente.

 

El compuesto desarrollado por los investigadores de la UJI: derivados de TRIARILPIRILIO, permite detectar el óxido nítrico de forma más selectiva y eficiente, de gran utilidad para la industria médica y farmacéutica ya que el óxido nítrico está implicado en diversos procesos de bioquímica celular.

 

En la actualidad se conocen numerosas funciones del NO en los seres vivos, tanto en animales como en plantas. Se ha detectado NO en neuronas, macrófagos, hepatocitos, células de músculo liso, miocitos cardíacos, etc. La variedad de funciones del NO en seres vivos va desde:
• Neurotransmisor
• Sistemas de transducción intra e intercelulares
• Cardiovascular: control de la presión sanguínea
• Contracción del músculo cardíaco
• Movilidad gástrica
• Respiración
• Regulación de la contracción del músculo esquelético
• Regulación de la actividad plaquetaria
• Sistema inmunitario y neurológico: Párkinson o el Alzhéimer
• Agente antimicrobiano y antitumoral
• Procesos cancerígenos

 

Así resulta fundamental para la prevención y tratamiento de numerosas enfermedades, de gran utilidad en la industria médica y farmacéutica.
Cuenta con la ventaja de que:
• Es altamente selectivo, al no reaccionar con otros interferentes típicos que pueden encontrarse en el medio biológico (especialmente con el ácido deshidroascórbico ADHA), que suele ocurrir con muchas de las sondas de óxido nítrico actuales. Puede resultar de gran utilidad en la industria médica y farmacéutica.

 

• Gran versatilidad de síntesis, importante para seleccionar la molécula más apropiada según la fuente de excitación disponible, ya sea láser u otra fuente de luz.

 

• Las moléculas desarrolladas se obtienen mediante un procedimiento sencillo, que permite sintetizar gran cantidad de producto en pocos pasos y de forma económica a partir de productos comercialmente accesibles.

 

Fluorescencia Triarilpirilio

La presencia de óxido nítrico a nivel biológico se detecta actualmente mediante el uso de moléculas denominadas “sondas fluorescentes”, cuyo principal problema es que reaccionan con otros compuestos, dando falsos positivos.
Dichas sondas pertenecen a dos grupos principalmente:
a) Sondas basadas en complejos oganometálicos, las cuales al reaccionar con NO dan lugar a la aparición de fluorescencia.
b) Sondas basadas en un anillo aromático con dos grupos amina en posición orto. Este tipo de sondas reaccionan con NO en medio aeróbico para dar compuestos fluorescentes.

 

En un futuro sería interesante a nivel celular desarrollar nuevos sensores con gran potencial diagnóstico, el sensor de acidez podría llegar a utilizarse como una herramienta para el diagnóstico de cáncer, ya que las células tumorales presentan una mayor acidez que las normales. Sería deseable que la síntesis de la sonda se realizara en pocos pasos y con alto rendimiento mediante un método que permita introducir modificaciones estructurales.

 
El gas sencillo óxido nítrico (NO) es una molécula señalizadora paracrina fundamental en los sistemas nervioso, inmune y circulatorio. Es capaz de difundirse directamente a través de la membrana plasmática de sus células diana. En vez de unirse a un receptor que regule la transcripción, el NO altera la actividad de enzimas diana intracelulares.
El óxido nítrico se sintetiza a partir del aminoácido arginina mediante la enzima nítrico sintasa. Una vez sintetizado, el NO difunde fuera de la célula y puede actuar localmente afectando a células próximas. Su acción se restringe a estos efectos locales ya que el NO es extremadamente inestable, con una vida media de sólo unos pocos segundos. El NO difunde hasta las células vecinas del músculo liso donde reacciona con el hierro unido al centro activo de la enzima guanilato ciclasa. Esto aumenta la actividad enzimática, dando lugar a la síntesis del segundo mensajero GMP cíclico, el cual induce en la relajación de las células musculares y la dilatación de los vasos sanguíneos.

 

Los procedimientos químicos específicos pueden proveer información detallada acerca de la función de las células, los métodos histoquímicos y citoquímicos pueden tener su fundamento en la unión específica de un colorante, en la actividad inherente de un elemento constitutivo de las células. Muchos de estos procedimientos pueden usarse en preparados tanto para la microscopia óptica como para la microscopía electrónica. Los colorantes fluorescentes (fluorocromos) son sustancias químicas que absorben luz de longitudes de onda diferente y luego emiten luz visible de una longitud de onda específica (verde, amarillo, rojo).

 

Bibliografía:

 

• Luis Lafuente, Santiago Vicente; Burguete Azcarate, María Isabel; Altava Benito, Belén; “Introducción a la Química Orgánica”, Ed. Universitat Jaume I, 1997.

 

• Beltran, Alicia; Burguete Azcarate, María Isabel; Abánades, Daniel R; Pérez-Sala, Dolores; Luis Lafuente, Santiago Vicente; Galindo, Francisco;“Turn-on fluorescent probes for nitric oxide sensing based on the ortho-hydroxyamino structure showing no interference with dehydroascorbic acid” Chemical Communications, 2014
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/cc/c3cc49555h#!divAbstract

 

• Michael H. Ross, PhD; Wojciech Pawlina, MD; “Histología”, Ed. Panamericana, 2013.

 

• Geoffrey M. Cooper; Robert E. HausMan; “La Célula”, Ed. Marban, 2016

 

Links relacionados:

• Instituto de Biología Integrativa de Sistemas. Valencia
https://www.uv.es/instituto-biologia-integrativa-sistemas-i2sysbio/es/investigacion/programas-investigacion/programa-biologia-sistemas-aplicada-biologia-sintetica/grupos-investigacion.html

 

• Fotoquímica y Sensores para Aplicaciones Ambientales y Biomédicas. Universitat Jaume I

http://www.uji.es/serveis/ocit/base/grupsinvestigacio/detall/?codi=266&p_idioma=es&antiguedad=10

 

• Fluorescencia Wikipedia

https://es.m.wikipedia.org/wiki/Fluorescencia

 

Un gen un enzima

13 sábado Ene 2018

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gen enzima

A Edward L. Tatum, George W. Beadle y Joshua Lederberg les fue concedido el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1958 compartido por sus contribuciones al conocimiento del mecanismo genético, trabajos con los mutantes nutricionales de Neurospora crassa y por la formulación de la Hipótesis “un gen-una enzima”: hay una relación entre los genes y las enzimas que gobiernan los pasos metabólicos, de manera que la alteración en un gen produce el bloqueo de un determinado paso metabólico que está controlado por un enzima. Establece el modelo de relación entre el genotipo (los genes) y el fenotipo (rasgos externos).
El desarrollo y funcionamiento de un organismo consiste en un sistema integrado de reacciones químicas controladas por los genes. Estos genes controlan o regulan reacciones específicas al actuar como enzimas: genética fisiológica.

 

 
La primera mitad del siglo XX se desarrollaron las dos disciplinas base de la biología molecular: la genética y bioquímica. Uno de los principales estudios fue realizado por Beadle y Tatum en 1941. Demostraron esta correlación entre los genes y los enzimas a través de las rutas metabólicas que se dan en la síntesis de aminoácidos. Los procesos celulares pueden estudiarse como reacciones químicas.

 

 
Su hipótesis se basa en los estudios de nutrición de mutantes bioquímicos del moho rojo del pan Neurospora crassa, un tipo de molde de pan rojo del phylum Ascomyceta. . Un organismo haploide, con un solo juego de cromosomas, que en un determinado momento de su ciclo vital pasa por un estado diploide, con dos juegos de cromosomas, sufre la meiosis para originar las esporas sexuales. Su genoma completo de siete cromosomas ha sido secuenciado. Estos experimentos fundaron la ciencia llamada “genética bioquímica” convirtiéndose en genética molecular.

 

Ciclo neurospora

neurospora
Los mutantes nutricionales son incapaces de crecer en medios mínimos, mientas que las cepas normales de Neurospora pueden crecer en medios mínimos que contienen sustancias simples como azúcar, algunas sales y ácidos orgánicos, una fuente de nitrógeno (nitrato y tartrato amónicos) y la vitamina biotina. Se han establecido tres capas mutantes:
• Capacidad de sintetizar B6
• Capacidad de sintetizar la mitad de tiazol de la molécula B1
• Para-aminobenzoico no está sintetizado

 

 
Mutaciones provocadas experimentalmente por los rayos X. Las esporas irradiadas se hacían crecer en un medio mínimo. En el que solo crecían las esporas que carecen de alteraciones en las rutas metabólicas:
• las esporas normales (prototrofas)
• las esporas mutantes (auxótrofas) no generan hifas.

 

 
Cada espora se ponía a crecer en un medio completo y se cruzaba por una estirpe normal. El siguiente paso consistía en averiguar el paso metabólico volqueado de cada estirpe mutante. Para ello tomaban esporas individuales (normales y mutantes) descendientes de los cruzamientos y las crecían:
a) primero en medio completo para multiplicarlas
b) replicaban las muestras en medio mínimo (solo crecen las normales), identificando como mutantes las cepas que no crecen en el medio mínimo
c) Las estirpes mutantes se sembraban:
– Medio mínimo
– Medio mínimo suplementado con todas las vitaminas
– Medio completo

Experimento neurospora
De esta manera se identifica si el paso bloqueado pertenecía a alguna ruta de síntesis de aminoácidos o de vitaminas. Si la estirpe mutante solo crecía en el medio completo y en el suplementado con todos los aminoácidos, deducían que el bloqueo se encontraba en alguna ruta de síntesis de aminoácidos. Posteriormente, crecían la cepa mutante en medio mínimo y en medios suplementaos con cada uno de los 20 aminoácidos. Así identificaban el aminoácido que no podían sintetizar y que necesitaban para crecer.

 

 
Supusieron que cada mutante tenía un paso metabólico bloqueado distinto. Supusieron que cuando se suplementa el medio mínimo con un compuesto posterior al punto de bloqueo el mutante puede producir el compuesto final y crecer, mientras que si se suplementa con un compuesto anterior al punto de boqueo no puede crecer.
Cuantos menos mutantes crecen con una sustancia, tanto más hacia el principio de la ruta estará esa sustancia.

 

 

 

Precursor…………arginina 1…….Ornitina……….arginina 2…….Citrulina….arginina 3.….Arginina
El mutante arginina1 debe estar bloqueado en un paso anterior a ornitina, ya que crece con todas las sustancias posteriores (Ornitina, Citrulina y Arginina)
El bloqueo de una reacción o paso de una ruta metabólica, por falta de enzima o fallo en el funcionamiento del enzima que controla ese paso , produce la acumulación en las células del compuesto inmediatamente anterior al paso alterado.

 

 

 

Neurospora crassa es muy útil para el estudio de eventos genéticos que ocurren en meiosis individuales. Los estudios de este tipo, establecieron el fenómeno de la “conversión de genes” cuando ocurre un evento de recombinación molecular cerca de los marcadores genéticos en estudio, los estudios sobre la conversión de genes permitieron conocer los detalles del mecanismo molecular de recombinación. La comprensión de la recombinación es interesante en problemas biológicos, como en la recombinación y reparación recombinatoria en el cáncer (BRCA1) y la función adaptativa de la meiosis.

 

 

George Wells Beadle
Estudio Ciencias en la Universidad de Nebraska, comenzó a trabajar en el Instituto de Tecnología de Caliornia en 1936, fue profesor adjunto de Genética de la Universidad de Harvard y de Stanford. En 1956 presidió la American Association for the Advancement of Science (AAAS). Falleció en 1989.

 

 

Edward Lawrie Tatum
Biólogo y químico estadounidense, estudió Química, Biología y Microbiología en Chicago y Wisconsin, doctorándose en nutrición y metabolismo de las bacterias. A partir de 1957 trabajó de profesor en el Instituto Rockefeller de Nueva York. Falleció en 1975.

 

 

Joshua Lederberg
Medico estadounidense, estudió Medicina en la Universidad de Columbia, en Nueva York. Trabajó como profesor de Genética en la Universidad de Wisconsin-Madison, fue nombrado director del Departamento de Genética de la Universidad de Stanford y director de los laboratorios Kennedy de Biología Molecular. Falleció en 2008.

 

 

Bibliografía:

• Beadle GW, Tatum, EL; “Genetic Control of Biochemical Reactions in Neurospora”; Proc. Natl. Acad. Sci USA; 1941

Haz clic para acceder a pnas01634-0009.pdf

 

• Adriana María Salazar Montes, Ana Soledad Sandoval Rodríguez, Juan Socorro Armendáriz Borunda; “Biología Molecular. Fundamentos y aplicaciones en las ciencias de la salud”, 3ª edición, Ed. Mc. Graw Hill; 2016

 

• Carlos Beas, Daniel Ortuo, Juan Armendáriz; “Biología Molecular. Fundamentos y aplicaciones”, Ed. Mc Graw Hill; 2009.

 

Links relacionados:

 

• Fungal Genetics Stock Center
http://www.fgsc.net/

 

• Ingeniería molecular de enzimas. IATA
https://www.iata.csic.es/es/colaboracion/capacidades-de-los-grupos-de-id/ingenier%C3%ADa-molecular-de-enzimas

 

 

 

 

 

Superbacterias en busca de antibióticos

11 sábado Mar 2017

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school-40847_1280

Con la llegada de los antibióticos se produjo un cambio en la historia de la medicina, a partir de los años cuarenta del siglo XX, disminuye considerablemente el número de fallecimientos. Pero con el abuso, están perdiendo efectividad. Aumentando las infecciones por microorganismos resistentes a los antibióticos: “bacterias multiresistentes” o “superbacterias”. Aumentan las infecciones y aumentan las muertes.

Koch, publicó un artículo en 1879 “Etiología de las enfermedades infecciosas traumáticas”, donde demuestra que la bacteria podía causar la enfermedad cuando se inoculaba a un animal sano y que para que un microorganismo produzca una enfermedad se tiene que cumplir cuatro requisitos o “postulados”:

  1. El agente patógeno debe estar presente en los animales enfermos y ausentes en los sanos.
  2. El agente debe ser cultivado en un cultivo axénico puro aislado del cuerpo del animal.
  3. El agente aislado en un cultivo axénico debe provocar la enfermedad en un animal susceptible al ser inoculado.
  4. El agente debe ser aislado de nuevo de las lesiones producidas en los animales de experimentación y ser idéntico al inoculado originalmente.

Caracterizó los organismos responsables de tuberculosis, cólera; y sus discípulos identificaron: los microorganismos causantes del tifus, la difteria, la neumonía, la gonorrea, la fiebre ondulante, la meningitis, la lepra, el tétanos, la peste, la sífilis, la tos ferina y otras muchas causadas por estafilococos y estreptococos.

El término “antibiosis” se refiere a cuando se destruye la vida de un organismo por otro organismo para preservar su propia vida, y Selman Waksman (1888-1973) acuñó la palabra “antibiótico” (destructor de la vida). El primer antibiótico fue la penicilina, un producto derivado de un hongo del género Penicillium, Fleming un bacteriólogo escocés que trabajaba en el Hospital de St. Mary´s de Londres, comunicó su descubrimiento sobre la penicilina en el British Journal of Experimental Pathology en 1929, al inspeccionar los cultivos antes de destruirlos vio que la colonia de un hongo había crecido espontáneamente, como un contaminante, en una de las placas de Petri sembradas de Staphylococcus aureus, compartió el Premio Nobel de Medicina en 1945 junto a Ernst Boris Chain y Howard Walter Florey.

El peptidoglicano o mureína es un copolímero formado por una secuencia alternante de N-acetil-glucosamina y el Ácido N-acetilmurámico unidos mediante enlaces B-1,4. Es muy resistente y protege a las bacterias de una ruptura osmótica en ambientes acuáticos y da a los tipos diferentes de bacterias sus formas. La cadena es recta y no ramificada. Constituye la estructura básica de la pared celular de las bacterias.

La pared celular Gram-positiva, contiene una capa de peptidoglicano muy gruesa, muy desarrollada, y llega a tener hasta 40 capas. Responsable de la retención de los tintes violetas durante la tinción de Gram. La constitución de la estructura química es característica de la especie y constituye un buen parámetro taxonómico.

La pared celular Gram-negativa, contiene una capa fina de peptidoglicano adyacente a la membrana citoplasmática, presenta una sola capa. La constitución es igual en todas las bacterias Gram negativas. Responsable de la incapacidad de la pared celular para conservar el color violeta en la decoloración con etanol durante la tinción de Gram. La pared celular Gram-negativa contiene una membrana externa adicional compuesta por fosfolipidos y lipopolisacáridos que hacen frente a las condiciones exteriores.

La OMS (Organización Mundial de la Salud) ha afirmado que en la etapa de los posantibióticos las infecciones comunes volverán a ser potencialmente mortales. Sí en los próximos años no se desarrollan nuevos antibióticos que sustituyan a los que están perdiendo su efectividad, morirán millones de personas por infecciones bacterianas.

La mayor amenaza a la que se enfrenta Europa es la de las superbacterias resistentes a un grupo de antibióticos muy potentes llamados “de último recurso”, los carbapenémicos. Hay un grupo de enterobacterias productoras de carbapenemasas (CPE), las carbapenemasas son unas enzimas que inactivan al que prácticamente es el último escalón terapéutico frente a los microorganismos multirressitentes. Las bacterias gramnegativas son resistentes a múltiples antibióticos, tienen la capacidad de encontrar nuevas formas de resistir a los tratamientos y pueden transmitir material genético que hace a otras bacterias farmacorresistentes.

La OMS ha publicado una lista de las bacterias para las que necesitan urgentemente antibióticos, se divide en tres categorías con arreglo a la urgencia en que se necesitan los nuevos antibióticos: prioridad crítica, alta y media.

La lista se elaboró con la División de Enfermedades Infecciosas de la Universidad de Tübingen (Alemania). Los criterios para incluir patógenos en la lista fueron los siguientes:

  • El grado de letalidad de las infecciones que provocan
  • El hecho de que el tratamiento requiera o no una hospitalización larga
  • La frecuencia con que presentan resistencia a los antibióticos existentes cuando infectan a las personas de las comunidades
  • La facilidad con la que se transmiten entre animales, de animales a personas y entre personas
  • Si las infecciones que provocan pueden o no prevenirse
  • Opciones terapéuticas que quedan
  • Si se están investigando y desarrollando nuevos antibióticos para tratar las infecciones que causan

El grupo de prioridad crítica: bacterias multirresistentes, que son peligrosas en hospitales, residencias de ancianos y pacientes que necesitan ser atendidos con dispositivos como ventiladores y catéteres intravenosos. Han adquirido las bacterias resistencias a una gran cantidad de antibióticos, como los carbapenémicos y las cefalosporinas de tercera generación.

Prioridad 1: CRÍTICA

  • Acinetobacter baumannii, resistente a los carbapenémicos
  • Pseudomonas aeruginosa, resistente a los carbapenémicos
  • Enterobacteriaceae, resistente a los carbapenémicos, productoras de ESBL

Los niveles segundo y tercero, categorías de prioridad alta y media: bacterias que exhiben una farmacorresistencia creciente y provocan enfermedades comunes como la gonorrea o intoxicación alimentarias por salmonela.

Prioridad 2: ELEVADA

  • Enterococcus faecium, resistente a la vancomicina
  • Staphylococcus aureus, resistente a la meticilina, con sensibilidad intermedia y resistencia a la vancomicina.
  • Helicobacter pylori, resistente a la claritromicina
  • Campylobacter spp. Resistente a las fluoroquinolonas
  • Salmonellae, resistentes a las fluoroquinolonas
  • Neisseria gonorrhoeae, resistente a la cefalosporina, resistente a las fluoroquinolonas

Prioridad 3: MEDIA

  • Streptococcus pneumoniae, sin sensibilidad a la penicilina
  • Haemophilus influenzae, resistente a la ampicilina
  • Shigella spp, resistente a las fluoroquinolonas

Bibliografía:

  • OMS
  • Wikipedia

Links relacionados:

  • OMS: Bacterias de nuevos antibióticos

http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2017/bacteria-antibiotics-needed/es/