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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