Archivos de etiqueta: Genética

Edición genética CRISPR/Cas9 en cerveza

30 domingo Oct 2022

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Los investigadores de KU Leuven nos demuestran la aplicación del análisis poligenético y la modificación genética en cervezas de levadura de cerveza industrial dando características del sabor mejoradas.


Han mejorado la cerveza mediante la identificación de un gen responsable de la mayor parte del sabor de la cerveza
Comenzaron estudiando cepas de levadura Saccharomyces cerevisae que fueran resistentes al CO2 y en su producción de acetato de isoamilo que da al la cerveza el sabor afrutado similar al plátano.
Después de encontrar una cepa robusta, analizaron la secuencia del genoma completo, identificaron una mutación en el gen MDS3 que codifica un regulador involucrado en la producción de acetato de isoamilo.

Usaron la técnica de edición de genes CRISPR/Cas9 para diseñar la misma mutación en otras cepas de levadura, que resistieron mejor la presión del CO2 y conservaron mejor su sabor.

La levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae Meyen ex E.C.Hansen, de Saccharo azúcar, myces hongo y cerevisiae cerveza) es un hongo unicelular, un tipo de levadura utilizado industrialmente en la fabricación de pan, cerveza y vino. El genoma de saccharomyces cerevisiae fue el primero de entre los eucariotas en ser secuenciado.


Reino: Fungi
División: Ascomycota
Clase: Saccharomycetes
Orden: Saccharomycetales
Familia: Saccharomycetaceae
Género: Saccharomyces
Especie: S. cerevisiae
Meyen ex E.C.Hansen


El genoma de esta levadura contiene aproximadamente 12.156.677 pares de bases (12 Mb) con 6.275 marcos abiertos de lectura, o genes, de los que se cree que solo 5.800 son genes realmente funcionales. Está organizado en un conjunto de dieciséis cromosomas completamente caracterizados con tamaños entre 200 a 2200 kb. Se estima que comparte aproximadamente el 23 % del genoma con el ser humano.

La tecnología CRISPR (clustered regularly interspaced short palindormic repeats) es una reciente herramienta de edición del genoma que actúa como unas tijeras moleculares capaces de cortar cualquier secuencia de ADN del genoma de forma específica y permitir la inserción de cambios en la misma.
Para manipular secuencias del genoma de organismos vivos destacan actualmente:
• las nucleasas de dedos de zinc (ZFN): proteínas sintéticas cuyas regiones de unión a ADN les permiten cortar el ADN en puntos específicos.
• las nucleasas sintéticas tipo activadoras de transcripción (TALEN)
• las nucleasas de secuencias palindrómicas inversas (CRISPR-Cas): son más eficientes y pueden llegar a más genes que ambas técnicas.

El sistema CRISPR-Cas es un mecanismo de defensa procariótico empleado por algunas bacterias para eliminar virus o plásmidos invasivos, estas regiones eran un sistema inmune para microorganismos.
El sistema consta de un componente proteico Cas9 con actividad nucleasa, que corta el ADN, un ARN, conocido como ARN guía, que dirige al anterior dominio catalítico hacia la secuencia de ADN que se quiere editar. Cas9 es una nucleasa, una enzima especializada en cortar ADN, con dos sitios de corte activos (HNH y RuvC), uno para cada cadena de doble hélice.

BIBLIOGRAFÍA:

Mojica, Francisco J.M; Almendros, Cristobal; “Los orígenes de CRISPR”, Investigación y Ciencia; Octubre 2017, nº 493
https://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/los-orgenes-de-crispr-716

QUIMICA.ES; «Saccharomyces cerevisiae»
https://www.quimica.es/enciclopedia/Saccharomyces_cerevisiae.html

Parapouli M, Vasileiadis A, Afendra AS, Hatziloukas E.; » Saccharomyces cerevisiae and its industrial applications». AIMS Microbiol, 11;6(1):1-31. doi: 10.3934/microbiol.2020001. PMID: 32226912; PMCID: PMC7099199, 2020
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7099199/


📕 Magnus Lundgren; “CRISPR: methods and Protocols”, Ed. Human Press; 2015

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La visión tricolor éxito en la evolución de los Primates

08 domingo May 2022

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A lo largo de su evolución, mientras que los Primates se iban independizando progresivamente del sentido del olfato se hacían dependientes del de la vista. Los primates para discriminar los colores rojo-verde tenían más ventaja para detectar frutas maduras u hojas jóvenes, con una mayor supervivencia y heredando los genes que permiten la visión tricromática.

La visión de los colores en los humanos y otros primates es diferente de la de los mamíferos no primates. Parece que la tricomacia (tres pigmentos activados por la luz en la retina del ojo) de los primates es una cosa exclusiva, las investigaciones sobre la genética, biología molecular y neurofisiología nos ayudan a entender su evolución.

La tricromacia se debe a que la retina (la capa de células nerviosas del ojo que captura la luz y transmite la información visual al cerebro) utiliza para la visión de los colores solo tres tipos de pigmentos que absorben la luz.
La teoría más aceptada (Young-Helmholtz) o tricromía explica los tres tipos de receptores para los colores principales: rojo, verde y azul. En 1802, Thomas Young sugirió que la visión de los colores en los seres humanos es tricromática. Debido a que los conos de la retina contienen tres tipos de receptores, los cuales corresponden a una longitud de onda larga (rojo), mediana (verde) o corta (azul).

Los espectros de absorción están solapados para los tres fotorreceptores, poseen un pico para longitud de onda:
– 420 nm azul pigmento S (onda corta)
– 530 nm verde pigmento M (onda media)
– 560 nm rojo pigmento L (onda larga)

La tricromacia no es general en el reino animal. La tricromacia de los primates parece una cosa insólita, el ojo tricromático podría distinguir entre 1559 tonalidades diferentes, pude percibir una infinita gama de colores entre el amarillo, el azul y el rojo. Los mamíferos no primates son dicrómatas (dos tipos de pigmentos visuales el amarillo y el azul) como el perro y el gato. Algunos mamíferos nocturnos solo tienen un pigmento: monocromacia. La tetracromacia se da en peces de aguas dulces y en reptiles y aves diurnas. Los seres acromatópsicos no tienen capacidad de precepción del color y se desarrollan en medios sin luz como peces abisales o rapaces nocturnas.

Los monos de gran tamaño como macaco y chimpancé de Asia y África del Viejo Mundo o catarrinos, tienen visión tricromática. Los monos de pequeño tamaño de América del sur del Nuevo Mundo o platirrinos, son dicromáticos.

El receptor azul: está codificado por un gen autosómico localizado en 7q31.3-q32, para el pigmento S localizado en un cromosoma no sexual.
Los genes para los receptores del rojo y el verde: se localizan en el cromosoma X en Xq28, para la longitud de onda L localizado en el cromosoma X.

Hace 800 millones de años, un pigmento visual ancestral divergió por duplicación que originó el pigmento de los bastones (la rodopsina) y otro pigmento de los conos sin diferenciar.
Hace 500 millones de años, por duplicación se originó un gen para el pigmento azul (bajas longitudes de onda) y otro gen para un pigmento verde-rojo (medianas longitudes de onda).
Hace 30-40 millones de años, después de la separación de los monos del Viejo Mundo y el Nuevo Mundo, se duplicó el gen para el pigmento verde-rojo, haciendo portadora de dos alelos diferentes del gen para el pigmento onda media-larga. De esta forma los monos del Viejo Mundo poseen visión tricolor y los del Nuevo Mundo tienen visión dicromática (azul y verde-rojo).

Así la Tectónica de Placas nos explica como los monos del Viejo y Nuevo Mundo empezaron a separarse hace 40 millones de años, divergiendo en dos mecanismos diferentes de visión.

Los Primates nocturnos poseen grandes ojos y prácticamente solo hay bastones, con poco poder de resolución pero que responden a bajas intensidades de luz. Los primeros mamíferos evolucionaron en una explosión durante el periodo Jurásico, para encontrar comida y sobrevivir frente a los dinosaurios depredadores dominantes durante el día.

Los análisis de los genes nos aportan información sobre la evolución de la tricromacia a partir de la visión de los colores en los mamíferos no primates. A partir de ratones transgénicos (a los que se les ha insertado un gen de un pigmento humano) estos roedores distinguen más colores.
Amanda Melin llevo a cabo un estudio con dos grupos de monos:
– dicromáticos del Nuevo Mundo (catarrinos), con canal cromático “blue-yellow”
– tricomáticos del Viejo Mundo (platirrinos), que tienen canal cromático “red-green” y su capacidad para distinguir la fruta del follaje herbáceo, con variación del alelo L-M del gen opsina del cromosoma X vio que el “contraste de luminosidad” (propio de la visión acromática) es lo que determinaba la eficiencia en la variación, contrario a lo que se pensaba de la cromática que aporta más definición en tonalidad y saturación del color.

En el fondo del ojo existen millones de células especializadas en detectar longitudes de onda procedentes del entorno. Estas células son principalmente los conos y los bastones, recogen los elementos del espectro de luz solar y las transforman en impulsos eléctricos, que son enviados al cerebro a través de los nervios ópticos. El cerebro a través de la corteza visual del lóbulo occipital, hace consciente la percepción del color.

Los conos se concentran en una región cercana al centro de la retina llamada fóvea. La cantidad es de 6 millones. Son los responsables de la visión del color, sensibles al rojo, verde y azul. Son los responsables de la definición espacial, intensidad de la luz y proporcionan visión fotópica (visión a altos niveles).


Los bastones se concentran en las zonas alejadas de la fóvea y son los responsables de la visión escotópica (a bajos niveles). La cantidad de bastones se sitúa alrededor de 100 millones y no son sensibles al color, son más sensibles a la intensidad luminosa que los conos.


Las alteraciones genéticas llevan asociadas patologías como el daltonismo: alteración de la capacidad de discriminar los colores. También hay “acromatopsias”: falta de visión de los colores; «discromatopsias»: cegueras parciales de los colores.
El “fenómeno de adaptación de los conos”, se agotan de mirar un mismo color y entonces el cerebro lo ve con un brillo menor. Se tiene la ilusión óptica de que los colores o dibujos se están moviendo.
La entrada de la luz también está regulada por la pupila, que pude producir “midriasis” (aumenta la entrada de luz) o “miosis” (disminuirla).

Bibliografía:

• Valls, Arturo; “Introducción a la antropología”, Ed. Labor; 1980

• Guyton y Hall; “Fisiología del ojo” Ed. Elsevier; 2016

Fisiologia ojo cap 50 guyton from Rocio Delgado
http://ual.dyndns.org/biblioteca/fisiologia/Pdf/Unidad%2010.pdf

• Gerald H. Jacobs & Jeremy Nathans; “Evolución de la visión de los colores en los primates”; Investigación y Ciencia; 2009


• Urtubia Vicario, Cesar; “¿Por qué los primates son los únicos mamíferos que poseen visión tricromática”; Congreso Nacional del Color; Universidad de Alicante; 2010


• Fernández Jacob, Carmen; “Evolución y filogenia de la visión cromática”; Hospital La Paz; 2014


• Amanda Melin y cols.; “Importance of achromatic contrast in short-range fruit foraging of primates”; PLoS One 3; 2008


• Benjamin A. Pierce“Genética” Ed. Panamericana; 2010


Nuestra primera madre: La Eva mitocondrial

01 domingo May 2022

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Las mitocondrias están relacionadas con el oxígeno y la liberación de la energía de los alimentos, son pequeñas se encuentran en el interior de la célula.
Las investigaciones sobre el genoma indican como el «ADN de las mitocondrias» se hereda exclusivamente por vía materna, apoyando que todos venimos de la misma mujer Africana: la Eva mitocondrial, hace unos setenta mil años.


La Eva mitocondrial neanderthal, el ancestro femenino común de la población actual. Según las últimas dataciones, la Eva mitocondrial fue una mujer de origen africano que vivió en África hace entre 100.000 y 200.000 años.


Homo sapiens luego se extendió por todo el planeta: vivió hasta hace cuarenta mil años en África y Eurasia, después de alcanzar Siberia y atravesar el estrecho de Bering, llegó a Norteamérica y desde allí a Suramérica hace unos trece mil años.


Allan Wilson (1934-1991) aplicó los métodos de la genética molecular a la evolución humana en la Universidad de Berkeley, California. En 1982 se incorporó la genetista Rebecca Cann.

Cann, Stonehing y Wilson comenzaron a estudiar el ADN que reside en las mitocondrias: el ADNmt. Las mitocondrias son orgánulos intracelulares . En cada célula puede haber miles o decenas de miles de mitocondrias cada una con una copia de ADNmt (igual para todas) .


Una característica muy destacada de las mitocondrias, es que sólo se heredan por vía materna. Las células reproductoras, o sea, el óvulo y el espermatozoide poseen sus respectivas mitocondrias,, la contribución masculina de ADNmt no entra en el óvulo durante la fecundación, y si lo hace de alguna manera es destruido y se pierde, la descendencia sólo será portadora del ADNmt de origen materno.


Cann y sus colaboradores vieron que los hermanos presentan el ADNmt prácticamente idéntico, pero el grado de proximidad decrece paso a paso, según se retrocede en el parentesco, desde los primos hermanos que descienden de la misma abuela materna hasta los primos segundos que descienden de la misma bisabuela, y así sucesivamente.
El número de genes en el ADN mitocondrial es de 37 y el ADN cromosómico humano tiene 20.000 – 25.000 genes.

Un trabajo de invstigación llevado a cabo por Consejo Superior de Invstigaciones Científicas (CSIC) con el Instituto Max Planck alemán y la Universidad de Oviedo, han analizado el genoma del ADN mitocondrial de neanderthales: los cinco individuos analizados pertenecen uno al yacimiento de El Sidrón, otro al yacimiento de Vindija (Croacia), dos al de Feldhofer (Alemania) y uno a Mezmaiskaya (Rusia). Los análisis han demostrado que la Eva Mitocondrial de los Neandertales es mucho más joven que los humanos modernos, que se datan en 150.000 años.


El aislamiento de los Neanderthales fue la causa de su extinción al perder «competitividad evolutiva» despareciendo hace 25.000 años.


El CSIC ha usado la ´técnica de ulatrasecuenciación masiva (PEC) que seleccionan partes del «cromosoma mitocondrial» exclusivamente.

Bibliografía:


Cann, R., Stoneking, M. & Wilson, A. «Mitochondrial DNA and human evolution». Nature 325, 31–36 ,1987.
https://doi.org/10.1038/325031a0

Cann, Rebecca. “All about mitochondrial eve: an interview with Rebecca Cann. Interview by Jane Gitschier.” PLoS genetics vol. 6,5 e1000959. 27 May. 2010,

doi:10.1371/journal.pgen.1000959
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2877732/

Wood, R.E. et al.; A new date for the neanderthals from el Sidrón cave (asturias, northern spain), Archaeometry, 20 March 2012
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1475-4754.2012.00671.x

Cañaveras, J. C. et al. «Estudio geoarqueológico de la cueva de El Sidrón (Piloña, Asturias)».
Boletín Geológico y Minero, Universidad de Almería, CSIC, 1129(1-2):107-128;March 2018
DOI:10.21701/bolgeomin.129.1.005
https://www.igme.es/boletin/2018/129_1/BGM_129-1-2_Art-5.pdf

Ganten, Detley; «Vida, naturaleza y ciencia», Ed. Santillana, 2005

Cruz Gallastegui y la «Misión Biológica de Galicia»

19 domingo Dic 2021

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Gallastegui (Guipúzcoa, 1891- Pontevedra, 1960) considerado como uno de los pioneros de la mejora genética en España y el introductor de los híbridos de maíz en Europa.
Estudió agronomía en Francia, Alemania, Dinamarca, Suecia y Estados Unidos donde trabajó con Thomas Hunt Morgan, uno de los genetistas más prestigioso del momento futuro Premio Nobel en 1933,


Habiendo estudiado la carrera de ingeniero agrónomo en Alemania se desplazó a los Estados Unidos para trabajar con el Dr. Morgan, Premio Nobel de Medicina y uno de los genetistas más prestigiosos de la época, con el que amplió conocimientos de genética aplicada a la agricultura y la ganadería.
En 1921 volvió a España, se instala en la Escuela de Veterinaria en Santiago de Compostela, donde abre un laboratorio de biología aplicado a la agricultura: «La Misión Biológica de Galicia», la primera en España y la segunda en Europa. En 1939 se transfiere al Congreso Superior de Investigaciones Científicas.

Allí realizó una gran labor, no solo dedicada a la mejora genética del maíz (sus híbridos fueron los primeros en ser introducidos en Francia), sino también a la mejora de la patata, castaño y ganado porcino y la transmisión del conocimiento al sector agrario.


Esta labor se ha continuado hasta la fecha en “La Misión”, el principal centro del CSIC dedicado a la mejora vegetal, adscrito al área de Ciencias Agrarias, situado en la Provincia de Pontevedra, en la Comunidad Autónoma de Galicia, se ocupa de los principales cultivos de la región, tanto conservación como caracterización de recursos fitogenéticos. Procesos genéticos, bioquímicos, metabólicos, moleculares y ecológicos.
El servicio está estructurado en dos departamentos:

  • Genética y Mejora Vegetal
  • Viticultura y Forestal.
    Han puablicado 236 artículos, desarrollando diez patentes y dirigido 12 tesis doctorales. Cuenta con 76 profesionales, repartido en ocho grupos de trabajo:
  1. Procesos genéticos y metabólicos que intervienen en la adaptación y evolución de los cultivos.
  2. Mecanismos de resistencia a estreses bióticos y abióticos.
  3. Procesos y rutas bioquímicas que afectan a la calidad de los cultivos.
  4. Relaciones entre el genotipo y el fenotipo para determinadas características metabólicas, morfológicas, fisiológicas y agronómicas de interés.
  5. Usos alternativos o aprovechamientos múltiples que incrementen el valor añadido de los cultivos tanto desde un punto de vista de rentabilidad económica como ambiental.
  6. Conservación y caracterización de la biodiversidad de los cultivos como base para desarrollar nuevas variedades que posibiliten un sistema agrario-forestal más sostenible social, económica y ambientalmente.
  7. Transferencia al sector productivo de los avances.
  8. Mejora de cultivos herbáceos y leñosos: rendimiento, calidad y tolerancia al estres.

Thomas Hunt Morgan (1866-1945) estudió en la Universidad de Johns Hopkins, catedrático de Zoología experimental en la Universidad de Columbia en Nueva York estudió las «mutaciones» con sus investigaciones en «Drosophila melanogaster» (la mosca del vinagre): con agentes físicos: calor, rayos X o químicos.

Consideró mutación al cambio y cruzó un macho mutante con una hembra normal (de ojos rojos), todos los descendientes mostraron el rasgo normal, los ojos rojos. Después cruzó miembros de la primera generación entre sí y aparecían especímenes con los ojos blancos, siempre en los ,machos. Morgan encontró que estos resultados explicaban la teoría mendeliana-cromosómica.

Bibliografía:

CSIC: «La Misión Biológica de Galicia – Misión Biológica de Galicia»
http://www.mbg.csic.es/es/la-mision-biologica-de-galicia/

CSIC: «Misión biológica de Galicia (Cruz Gallastegui)»
http://www.mbg.csic.es/es/la-mision-biologica-de-galicia/historia/

Amigos de la Historia de la Veterinaria: «Cruz Gallastegui Unamuno»
https://historiadelaveterinaria.es/publicacion/cruz-gallastegui-unamuno-un-veterinario-guipuzcoano-en-galicia-1891-1960/

Boletín de la RSBAP:«José Manuel Etxaniz MakazagaCruz Gallastegui Unamuno. Un veterinario guipuzcoano en Galicia», Tomo LX-1-2004, de junio de 2004
https://historiadelaveterinaria.es/wp-content/uploads/Cruz-Gallastegui.pdf

Cuaderno de cultura científica, Ciencia Infusa: «La historia de Cruz Gallastegui y el maiz híbrido», Noviembre 2020
https://culturacientifica.com/2020/11/05/la-historia-de-cruz-gallastegui-y-el-maiz-hibrido/

Thomas Morgan: «Lecture Nobel Prize»(1933)
https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/morgan-lecture.pdf

Adaptación del SARS-CoV-2

02 domingo May 2021

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El análisis filogenético de los coronavíridos (Coronaviridae) indican un nuevo linaje del subgénero Sarbecovirus dentro del género Betacoronavirus, son virus ARNm monocatenarios positivos (ARNmc+ o virus (+) ssRNA), no se replica usando ADN intermediario. Pertenecen al Grupo IV de la clasificación de Baltimore. Con más de 12 patógenos específicos de mamíferos y aves. El ARN es de simple hélice, sentido positivo de 27 a 31 kilobases, con superficies reunidas de 120 a 160 mm de diámetro. Ambos 5´y 3´terminales de genoma tienen una cubierta y un politracto (A) respectivamente.

Las mutaciones se producen en todos los organismos a medida que las células se replican. Los virus ARN mutan más deprisa, cuando el virus hace copias, la enzima que replica el genoma comete errores. La molécula de ADN esta formada por 4 bases: A, G, C y U. La sustitución de los aminoácidos que forman las proteínas superficiales del virus, pueden cambiar las características de propagación y su reacción ante medicamentos antivirales y vacunas.
Los virus de ARN suelen tener tasas más elevadas de mutación que los virus ADN, sin embargo; los coronavirus producen menos mutaciones que la mayoría de los virus ARN porque codifican una enzima que corrige errores cometidos durante la replicación. Incrementa en frecuencia una mutación.

El destino de la mutación esta determinado por la selección natural: si tiene ventaja competitiva respecto a la replicación viral: mejora la transmisión o esquiva la inmunidad; aumentará en frecuencia.
Las mutaciones se suelen producir en la «glicoproteina de pico» que media la unión a las células y es un objeto principal de los anticuerpos neutralizantes. Una mutación puede mejorar la adaptación del virus (unión a receptor) pero también puede perjudicarle si reduce la resistencia a los anticuerpos generados por el huésped.
La genética confirma que aunque los virus viven mutando, su frecuencia de mutación no es muy alta. Es un tipo de virus de ARN que utiliza sus propias enzimas para crear copias de genoma, muta y esa capacidad de mutación es su mayor peligro.

El genoma del virus está asociado con la proteína de la nuclecápside (N).

Esta formado por una cadena de RNA monocatenario de polaridad positiva (+ssRNA) de aproximadamente 30.000 pares de bases.


El genoma se puede dividir en 3 tercios:

  • Los dos primeros tercios (próximos al extremo 5´) codifican para el gen de la replicasa viral (constituido por dos ORF (ORF1a y ORF1b), al comienzo de la infección, se traducen en 2 poliproteínas pp1a y pp1ab, procesadas proteolíticamente para generar 16 proteínas no estructurales (nsps) implicadas en la replicación del genomal viral y en la transcripción del RNAm subgenómicos.

  • El último tercio del genoma (cercano al extremo 3´) codifica los genes de las 4 proteínas estructurales principales (proteína (S), proteína (M), proteína (E) y proteína (N) y los genes de las proteínas accesorias.


  • La nueva variante India esta detrás del auge de la pandemia en el sur de Asia(doble mutante del coronavirus la mutación L452R y la mutación E484Q) que le permiten acoplarse con mayor facilidad a las células, como antes fue la británica, subafricana (N501Y) y brasileña. Se ha expandido desde China a los demás continentes.

La teoría de Darwin de la evolución presentada en 1859 requiere variaciones hereditarias de la especie para adaptarse al medio. Se relaciona con las mutaciones del gen, con efectos hereditarios, así con cambios causados en nuevos alelos con fenotipos nuevos podemos identificar el gen. Como las mutaciones son deletéreas, una mutación demasiado frecuente supondría una desventaja para los individuos que la sufriesen. Una tasa de mutación demasiado baja no aporta novedades ventajosas adaptativas para el avance evolutivo en condiciones nuevas, las velocidades de mutación suelen ser óptimas para el organismo.
Todos los organismos tienen aproximadamente la misma frecuencia de mutación por replicación, tanto si son grandes como si son pequeños. La tasa de mutación del genoma como un todo consiste en la suma de las tasas de mutación de todos los genes.


N: número total de genes
U: Tasa de mutación de todos los genes juntos
u: genes aislados con tasa de mutación
N= U/u
Drake ha estimado una tasa de mutación por par de bases mucho mayor para genes particulares de los virus que de las bacterias. No da diferencia significativa si se tiene en cuenta que los números de pares de bases son mayores en las bacterias que en los virus.

CEPA: es cuando los cambios en la virulencia tienen diferentes propiedades biológicas hasta ahora SARS-CoV-2 tiene diferentes secuencias de genomas pero las mismas propiedades biológicas, son la misma cepa.


VARIANTE: cuando los virus tienen varias mutaciones que hacen que se vayan agrupando en ramas filogenéticas.


TASA DE MORTALIDAD: se toma como referencia la población total.


TASA DE LETALIDAD: solo se tiene en cuenta las personas afectadas por la enfermedad.


TASA DE MUTACIÓN: frecuencia de más mutaciones en un solo gen u organismo a lo largo del tiempo.


LA TASA DE MUTACIÓN ALTA: aumenta el número de mutaciones perjudicales o deletereas de los individuos. Cada especie tiene una «tasa de mutación» que ha sido modulada por la «seleccion natural» para enfrentarse a la estabilidad de cambio en el ambiente.
Las tasas de mutación espontáneas son 10 elevado a -5 o 10 elevado a -6 por gen y generación.

Bibliografía:


International Committee on Taxonomy of Viruse: ICTV: «Coronavirus»
https://talk.ictvonline.org/search-124283882/?q=coranovirus#gsc.tab=0&gsc.q=coranovirus&gsc.page=1

Nuno, Rodrigues Faria, “COVID-19 complete virus genomes,” University Oxford, United Kingdom- Univ. Sao Paulo, Brasil, Virological.org 2020
http://virological.org/t/first-cases-of-coronavirus-disease-covid-19-in-brazil-south-america-2-genomes-3rd-march-2020/409

OMS: «Tasa de letalidad COVID-19 «
https://www.who.int/bulletin/volumes/99/1/20-265892-ab/es/

GISAID
https://www.gisaid.org/


Drake, J.W. , “Comparative rates of spontaneous mutation”. Nature., 1969


Strickberger, Monroe W.“Genética” Universidad de Missouri. Ed. Omega, 1978

La teoría de la síntesis moderna o el Neodarwinismo

04 viernes Sep 2020

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Las especies del planeta Tierra: plantas, animales, bacterias y virus se han desarrollado durante millones de años desde que se poblaron los mares. El proceso de extinción y especiación ha sido continuo: Darwin con su “selección natural” nos enseña como hay una adaptación al medio en un proceso continuo y gradual; Mendel «la herencia de los caracteres adquiridos» y Dobzhansky «la evolución genética de las poblaciones». Dobzhansky genetista ruso-estadounidense publica en 1937 su obra “Genética y el origen de las especies”: “nada tiene sentido en biología si no es bajo la luz de la evolución”.  en su obra introduce la teoría de “la síntesis moderna” que aglutina: los genes y la selección natural en la genética experimental de las poblaciones.

La observación de registro fósil muestra periodos de estabilidad evolutiva con otros de evolución rápida, así paleontólogos como S. Gould (1980) y S.M. Stanley (1979) proponen el “modelo de los equilibrios intermitentes”.

No todo es estático, existe un proceso ESPECIACIÓN:  proceso mediante el cual una población da lugar a otras poblaciones, aisladas de la población anterior y entre sí. Se produce de dos maneras diferentes:

  1. Evolución filética: como consecuencia de una acumulación de cambios genéticos
  2. Evolución cladogénesis: por divergencia de poblaciones en un periodo largo o corto de generaciones

La EXTINCIÓN: es lo contario de la especiación

El concepto del proceso EVOLUTIVO, se puso en marcha con Charles Darwin y Alfred R. Wallace en 1858, con el concepto de “selección natural”, que fue complementado por Gregor Mendel con sus estudios sobre la herencia genética, con la transmisión de los caracteres genéticos. En los años 30 Fisher, Haldane y Wright aportan modelos matemáticos desarrollando: “Teoría Sintética de la Evolución o teoría Neodarwinista” también conocida como: nueva síntesis, síntesis moderna, síntesis evolutiva, teoría sintética, síntesis neodarwinista o neodarwinismo.

Los principios de la “síntesis moderna” establece que la variación genética de las poblaciones surge por azar mediante la mutación y la recombinación, la evolución así se produce por deriva genética, flujo genético y selección natural. Los cambios graduales y la selección natural sobre ellos son el mecanismo principal del cambio evolutivo.

La teoría sintética supone la integración de la selección natural de Charles Darwin y la teoría genética de Gregor Mendel, uniendo ramas de la biología como genética, citología, botánica y paleontología. Con Thomas Hunt Morgan que estudio la mosca del vinagre o Drosophila melanogaster se produce una cohesión entre la biología experimental y la evolución; entre la genética mendeliana, la selección natural y la teoría cromosómica de la herencia.  Ronald Fisher con su artículo “The Correlation Between Relatives on the Supposition of Mendelian Inheritance” (1918) unifica” la herencia mendeliana” (modelo estadístico) con el modelo de “la selección natural”, la variación continua puede ser resultado de muchos loci discretos, punto inicial de la síntesis.

Un alumno de Morgan Theodosius Dobzhansky genetista ruso-estadounidense, fue el primero en aplicar la teoría cromosómica de Morgan y la matemática de la genética de poblaciones, su obra “Genetics and the Origin of Species” en 1937; es considerado el primer trabajo maduro del neodarwinismo. Aborda temas como la diversidad, leyes de la herencia, mutación, selección natural y la especiación. Extendió la teoría sintética de la evolución a la especiación.

Bibliografía:

Dobzhansky, Theodosius; “Genética y el origen de las especies”, Círculo de lectores, 1979

Dobzhansky; Theodosius; “La base genética de la Evolución” 1959; Investigación y Ciencia, Facetas de la genética, 1978

Universidad Complutense de Madrid. Genética Evolutiva; “Especiación”https://www.ucm.es/data/cont/media/www/pag-56185/26e-Genética%20Evolutiva.-Especiación.pdf

Alonso, Luis; “Darwiniana”. Teorías que conforman la biología evolutiva. Investigación y Ciencia. Libros, abril-2016

https://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/en-busca-del-planeta-x-669/darwiniana-14087

Arsuaga, Juan Luis; “El reloj de Mr. Darwin”; Temas de hoy; 2009

La biopsia líquida: oncología de precisión

10 domingo Dic 2017

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Hasta hace poco las pruebas diagnósticas evolutivas oncológicas eran más invasivas (punción, incisión o cirugía); requerían extraer una muestra del tejido tumoral, actualmente se pueden realizar con una analítica.

“Si el ADN relacionado con el cáncer puede encontrarse en la sangre de un individuo, es muy probable que la persona tenga cáncer”, dice Bert Vogelstein, codirector del Centro Ludwig en John Hopskins.

Cuando se produce una metástasis en un tumor, las células tumorales se desprenden del foco primario, circulando por la sangre, para llegar a otro órgano, anidar y crecer. La biopsia líquida permite analizar las células tumorales o el material genético (ADN, ARN, etc.) que circula en la sangre o en otros fluidos y conocer el estado molecular de los tumores. Permitiendo analizar tumores de difícil acceso quirúrgico. Es una realidad en el diagnóstico y tratamiento del cáncer de colon y de pulmón, se irá extendiendo al diagnóstico de otros tumores.

 

“La biopsia líquida”, “test de ADN tumoral circulante” o “test de biomarcadores basados en la sangre” es una prueba que se realiza en una muestra de sangre con el fin de buscar células cancerosas tumorales que están circulando en la sangre o trozos de ADN de células tumorales que circulan por la sangre. Una biopsia líquida se puede utilizar para ayudar a encontrar un cáncer en un estadio temprano. También puede ser útil para ayudar a planificar el tratamiento, determinar su eficacia y averiguar si el cáncer volvió. También puede ayudar a los médicos a entender la clase de cambios moleculares que están ocurriendo en un tumor.

 

Vogelstein es una de las principales referencias en investigación oncológica por sus trabajos en la identificación y caracterización de los genes cuya alteración causa el cáncer de colon. Doctorado en Medicina en la Universidad Johns Hopkins. Descubridor del gen APC (que controla el mecanismo de crecimiento celular en el colon); y aportaciones en el conocimiento del gen p53. En 2004 fue galardonado con el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica.

 

Los estudios del equipo de Vogelstein y otros han demostrado que el ADN puede identificarse en la sangre de más del 85% de los pacientes con cánceres avanzados. Pero se desconoce la sensibilidad de estos pequeños fragmentos en la sangre de pacientes con cánceres precoces, sin conocimiento previo el estado genético de los cánceres. Utilizaron un sistema de código de barras molecular que desarrollaron para asegurar que cada mutación KRAS que detectaron era real y no un artefacto. Mostraron que había una concordancia completa entre las mutaciones detectadas en la sangre y las mutaciones halladas en los tumores.

 

Las pruebas más sensibles no permiten detectar muchas mutaciones en paralelo, mientras que las pruebas que si detectan muchas mutaciones no son tan sensibles. De más a menos sensibilidad y de menos a más capacidad para detectar muchas mutaciones, están las pruebas de PCR digital, las pruebas basadas en PCR y la ultrasecuenciación. La biopsia líquida no se puede aplicar a todos los pacientes, porque no todos presentan ADN tumoral circulante.

 

Aplicaciones de la biopsia líquida:

 

• HM Hospitales y Atrys Health: desarrollo del primer kit para un marcador tumoral cerebral en sangre, un marcador dentro de los exosomas para este cáncer (isocitrato deshidrogenasa IDH), una proteína cuya mutación tiene valor pronóstico positivo.

 

• Instituto de Oncología de Vall d´Hebron: primer centro científico en el mundo en utilizar la técnica, para detectar biomarcadores RAS (KRAS y NAS) en pacientes con cáncer colorrectal metastásico.

 

• En la Universidad Johns Hopkins: han desarrollado un análisis de sangre que detecta los biomarcadores de ADN y proteínas específicas de tumores para el cáncer de páncreas en estadio temprano.

 

 

Bibliografía:

 

  • Luis Alcocer; “Biopsia líquida”, Ed. Permanyer, 2017

 

 

 

Links relacionados:

 

• Genyo; biopsia líquida y metástasis
http://www.genyo.es/content/grupo?id=5418510491203516074183821231043099121133

 

 

• Universidad de Granada
http://www.ugr.es/universidad/noticias/la-obra-social-la-caixa-y-la-universidad-de-granada-se-alian-en-la

 

 

• Jhons Hopkins University

https://www.hopkinsmedicine.org/news/media/releases/blood_test_to_detect_dna_fragments_shed_from_colon_cancers_accurately_predicts_diseases_recurrence

 

 

• Dr. Antonio Camargo: diagnóstico de precisión y biopsia líquida

 

 

 

 

 

 

Resistencia de las bacterias a los antibióticos

01 sábado Oct 2016

Posted by in Bioquímica, CIENCIA

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La llegada de los antibióticos ha sido una gran herramienta para las enfermedades bacterianas pero no la definitiva. La mutación espontánea de una bacteria haciéndose resistente al medicamento y la multiplicación, no es suficiente para explicar la resistencia tan elevada. La mutación de un gen ocurre una vez cada 10 a 1.000 millones de divisiones celulares, existen mecanismos de transferencia de transmisión genética en las bacterias que tienen que ser considerados como posibilidades.

 

El informe de la Organización Mundial de la Salud (OMS): “Antimicrobial resistance: global reporto n surveillance” la resistencia está afectando a muchos agentes infecciosos distintos, pero se centra en la resistencia a los antibióticos en siete bacterias de infecciones comunes graves: la septicemia, la diarrea, la neumonía, infecciones urinarias o la gonorrea.

Los principales puntos del informe son:

  • Resistencia a los antibióticos carbapenémicos: Klebsiella pneumoniae (bacteria intestinal), pneumoniae (infecciones nosocomiales- neumonías, las septicemias, las infecciones de los recién nacidos, pacientes ingresados en unidades de cuidados intensivos).
  • Resistencia a las fluoroquinolonas: tratamiento de las infecciones urinarias por coli.
  • Resistencia a las cefalosporinas: tratamientos de gonorrea.
  • Resistencia a los antibióticos en enfermedades de larga duración aumentando el riesgo de muerte. Staphylococcus aureus.

 

Datos de resistencias por regiones de la OMS

  • Región de África: coli, S. aureus
  • Región de las Américas: E.coli, K.pneumoniae, S.aureus
  • Región del Mediterráneo Oriental: penumoniae, S.aureus
  • Región de Europa: pneumoniae, S.aureus
  • Región de Asia Sudoriental: E.coli, K.pneumoniae
  • Región del Pacífico Occidental: E.coli, K. pneumoniae, S.aureus

 

 

 

 

Cronología de la resistencia a antibióticos (Wikipedia)

Antibiótico                        Descubrimiento       Introducción      Resistencia

  • Sulfonamidas                 1932                          1936                    1942
  • Betalactámicos              1928                          1938                    1945
  • Aminoglucósidos           1943                          1946                    1946
  • Cloranfenicoles             1946                          1948                    1950
  • Macrólidos                       1948                          1951                    1955
  • Tetraciclinas                   1944                          1952                     1950
  • Rifamicinas                     1957                          1958                    1962
  • Glucopéptidos                 1953                          1958                    1960
  • Quinolonas                      1961                           1968                    1968
  • Estreptograminas         1963                           1998                    1968
  • Oxazolidinonas              1955                            2000                    2001
  • Lipopéptidos                   1986                           2003                   1987
  • Fidaxomicina                  1948                           2011                     1977
  • Diarilquinolina               1997                           2012                    2006

 

Mecanismos de resistencia

El antibiótico se convierte en el primer factor de selección. La resistencia no es igual para toda la población, con diferencias morfológicas o bioquímicas, puede haber susceptibilidades totalmente diferentes, incluso en dosis bajas del antibiótico. Las resistencias no aparecen tan difundidas en Gram positivas, ya que no son capaces de incorporar plásmidos. En el caso de Gram negativos la resistencia se disemina ampliamente y se transfiere con facilidad.

1.Resistencias cromosómicas

Dan lugar a cambios estructurales, graduales, debidas a mutaciones en el proceso de replicación del ADN, por ejemplo a la estreptomicina, rifampicina, ácido nalidíxico y la vancomicina.

2. Resistencias transferibles

La bacteria adquiere información genética transferida de otra bacteria, que es resistente.  Puede prevenir ese material de microorganismos resistentes o de bacterias que producen antibióticos, a través de mecanismos de picking-up y recombinación de genes.

Según la “hipótesis del reservorio” (Sundin and Bender, 1996; Hayward and Griffin, 1994; van der Waaji et al, 1971; Stobbering et al, 1999), cierta concentración umbral de antibiótico es necesaria para inducir y luego mantener resistencias, sería aquella capaz de seleccionar bacterias, aún saprófitas. La supresión del uso del antibacteriano al que los microorganismos han desarrollado resistencia, bebería generar un fenómeno inverso, a través del cual, la población resistente, lentamente dejaría lugar a cepas susceptibles.

 

Mecanismos de transferencia de resistencias

  • Plásmidos: porciones circulares de ADN extracromosómico que puede estar codificado para resistencia a un determinado antibiótico. Cuando codifican resistencias se los denomina plásmidos R.
  • Transposones: genes saltarines, cadenas cortas de ADN que saltan de cromosoma a plásmido, en uno u otro sentido, entre plásmidos o entre plásmidos y bacteriófagos.
  • Integrones y casetes genéticos: se recombinan en un sitio específico y codifican resistencias a un solo antibiótico, junto con los transposones son los que más actúan en la adquisición de resistencias por parte de los plásmidos.

Mecanismos de resistencia

  • Inactivación enzimática: como en el caso de las betalactamasas, la bacteria la inactiva sin poder actuar.
  • Impermeabilidad de la membrana o pared celular: por ejemplo modificaciones en las porinas, lo que repercute en resistencias de bajo nivel a diversos antimicrobianos.
  • Expulsión por mecanismos activos del antibiótico: por ejemplo las resistencias a las tetraciclinas.
  • Modificación del sitio blanco del antibiótico en la bacteria: en algunos casos disminución de la afinidad del receptor por la molécula antimicrobiana.

 

Bacterias resistentes en la población humana

1.Infecciones hospitalarias 

  • Estafilococos meticilino-resistentes
  • Enterobacter cloacae
  • Enterococos
  • Pseudomonas aeruginosa

 2.Población urbana o rural

  • Streptococcus pneumoniae
  • Streptococcus pyogenes
  • Escherichia coli
  • Mycobacterium tuberculosis
  • Neisseria gonorrheae
  • Salmonella
  • Campylobacter

 

Bacterias animales en la población humana

  • Escherichia coli
  • Salmonella typhimurium
  • Campylobacter

Está ligado a eventuales transferencias entre especies,  humanos y animales. En EE.UU más del 70% de los antibióticos producidos se usan para alimentación animal (pollos, cerdos y vacas) en ausencia de enfermedad.

 

 

Instrumentos para hacer frente a la resistencia de antibióticos (OMS)

          Las personas

  • Utilizar solo antibióticos bajo prescripción médica
  • Completar el tratamiento prescrito
  • No dar los antibióticos a otras personas, ni utilizar los sobrantes

         Profesional sanitario y farmacéutico

  • Mejorar la prevención y el control de las infecciones
  • Prescribir y dispensar antibióticos solo cuando son necesarios
  • Prescribir y dispensar antibióticos adecuados para la enfermedad en cuestión

        Planificadores de políticas

  • Reforzar el seguimiento de la resistencia y capacidad de laboratorio
  • Regular el uso apropiado del medicamento

        Planificadores de políticas y la industria

  • Fomentar innovación y desarrollo de nuevos instrumentos
  • Promover cooperación y el intercambio de información entre todas las partes 

 

Links relacionados: 

  • Antibióticos Ministerio de Sanidad

http://www.antibioticos.msssi.gob.es/home.html 

  • Resistencia a los antibióticos

https://www.youtube.com/watch?v=5Mb0ICsd3L8