26 abril, 2013

Una chaperona para varias proteínas

Investigadores españoles han identificado una zona en una chaperona que le permite unirse a diversas proteínas y cambiar con ello su forma y su función.

chaperona

Según se van sintetizando las proteínas en los ribosomas, éstas tienen que ir tomando la forma adecuada para poder ejercer su función. Aunque las características físico-químicas de los aminoácidos que las forman determinan en gran parte la forma que adquieren, hay muchas proteínas que necesitan ayuda extra de parte de un grupo de proteínas conocidas como chaperonas.

Para comprender mejor cómo funcionan estas proteínas, en su laboratorio del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC (CNB), el grupo dirigido por José María Valpuesta ha utilizado la microscopía electrónica. Gracias a esta técnica han podido determinar por primera vez la estructura de un complejo formado por la chaperona DnaJ y su sustrato, lo que les ha permitido observar cómo la chaperona cambia la estructura del sustrato y con ello su función.

En colaboración con la Universidad del País Vasco, el investigador postdoctoral del CNB Jorge Cuéllar ha identificado además en dicha chaperona una zona de gran flexibilidad que le permite adaptarse a la forma de distintas proteínas. Como se puede apreciar en la imagen de portada, la forma que adopta la chaperona DnaJ (en azul) cambia radicalmente en función del sustrato al que se une (RepE1-144, RepE o Rep54; en amarillo). De este modo, una misma chaperona es capaz de unirse a una variedad de proteínas diferentes, consiguiendo en todas ellas que adquieran la forma necesaria para funcionar.


Referencia:

Cuéllar J, Perales-Calvo J, Muga A,Valpuesta JM, Moro F. Structural insights into the chaperone activity of the 40 kDa heat shock protein DnaJ. Binding and remodeling of a native substrate. J Biol Chem 2013 Apr 11. [doi: 10.1074/jbc.M112.430595].

Cortesía del CNB CSIC.

25 abril, 2013

60 años después…

Un día como hoy en 1953, tres breves artículos publicados en Nature: uno por Francis Crick y James Watson, otro por Maurice Wilkins y colaboradores y otro por Rosalind Franklin; revolucionó todo el campo de la biología porque significó nada menos que el inicio de la “era de la genómica”. La estructura del ADN era finalmente revelada siendo considerado como uno de los más grandes logros científicos del siglo XX.

dna_structureImagen | Intech.

La historia de este notable descubrimiento es muy interesante y está lleno de drama y mucha controversia, donde la valiosa contribución de Rosalind Franklin inicialmente no fue reconocida como debió ser. Eran tiempos muy difíciles para las mujeres científicas.

Nominados al Nobel de Química

El 22 de enero de 1960, Watson y Crick fueron nominados por primera vez al Premio Nobel de Fisiología o Medicina de ese año por el virólogo británico Michael Stoker. A esta nominación les siguieron otras dos ese mismo año y tres más al año siguiente. Finalmente, en 1962, Watson, Crick y Wilkins recibieron el Nobel por su importante descubrimiento. Rosalind Franklin no lo recibió porque murió en 1958 y una de las reglas de este galardón es que no se entrega de manera póstuma.

Sin embargo, lo que pocos saben es que Watson, Crick y Wilkins también fueron nominados al Nobel de Química de 1962 según revela una carta firmada por Jacques Monod, Peter Campbell, William Stein, Harold Urey, John Cockroft y Stanford Moore, que fue dirigida al Comité Nobel y que fueron halladas en los archivos del Instituto Pasteur de Francia.

Captura de pantalla (6)Imagen | Nature.

El Nobel de Química de 1962 cayó finalmente en manos de Max Perutz y John Kendrew por la determinación de las estructuras de la hemoglobina y la mioglobina.

Los gloriosos años 70’s

Esta década fue de las más importantes para la biología molecular. Gracias al descubrimiento de la estructura del ADN veinte años atrás, se lograron muchos avances en el estudio de los genes a nivel individual: cómo almacenaban la información, cómo se expresaban, que proteínas codificaban, qué relación tenían con el fenotipo de un organismo, etc. Sin embargo, aún quedaban muchas interrogantes, entre ellas, la forma cómo eran encendidos o apagados, cómo estaba distribuidos en los cromosomas y a qué distancias se encontraban unos de otros, qué efectos tenían las mutaciones, cómo se daba la evolución éste nivel, etc.

A inicios de la década de 1970, los microbiólogos Hamilton Smith y Kent Wilcox aislaron y caracterizaron la primera enzima de restricción que son como unas tijeras biológicas que cortan el ADN en regiones con secuencias muy específicas. Gracias a esta enzima y el desarrollo una técnica que permitía separar por tamaño los fragmentos de ADN cortados (electroforesis), los científicos empezaron elaborar mapas de restricción (lugares del genoma donde actúa la enzima) y establecer la distancia física entre distintos genes. En otras palabras, los genes dejaron de ser algo abstracto. Ahora ya tenían una ubicación física dentro del genoma.

hamilton_enzima restriccion

En 1975, Fred Sanger desarrolló una técnica que le permitía leer los genes letra por letra (nucleótido por nucleótido). Dos años después presentó por primera vez la secuencia completa de un pequeño genoma: el del fago φX174. Así nació la secuenciación del ADN. Esta técnica original era sumamente laboriosa, requería el uso de sondas radiactivas y muchas horas de trabajo para leer pequeñas secuencias de ADN. Sin embargo, el método de Sanger sentó las bases para los primeros equipos de secuenciación automáticos que ya permitían leer miles de pares de base en algunas horas a inicios de la década de 1990. Actualmente, los secuenciadores de última generación permiten leer millones de secuencias —incluso genomas completos— en pocas horas y por una ridícula fracción del costo que tenía hace 10 años.

En 1977, dos equipos de investigadores, uno liderado por Rich Roberts y el otro por Phil Sharp hicieron un extraño descubrimiento: las moléculas de ARN mensajero (ARNm) de un adenovirus eran más pequeñas que sus genes correspondientes. Esto indicaba que los genes tenían regiones que eran removidas durante la formación del ARNm. Al año siguiente, el Walter Gilbert escribió un artículo de opinión sobre este descubrimiento y propuso llamar a esas regiones “intrones” (por intragenic regions).

A pesar que no se conocían muchos genes en 1978, el Dr. Gilbert predijo que existía al menos 10 veces más intrones que exones (las regiones que llegan a expresarse en forma de proteínas) y que algunas porciones de los intrones podrían llegar a actuar como exones, lo que ahora se conoce como splicing alternativo. Este mecanismo permite ampliar la diversidad de proteínas y regular la actividad de un gen para que cumpla diferentes funciones según el tejido donde se exprese.

No codifica pero regula

En el 2003 se presentó el genoma humano. Había grandes expectativas en torno a él porque se creía que por fin encontraríamos las causas que provocan el cáncer, el envejecimiento celular, los desórdenes metabólicos, entre otras cosa. Sin embargo, ya pasaron más de 10 años y aún no tenemos respuestas.

Prácticamente, todo el genoma humano (~98%), y en general, de todos los organismos superiores no son codificantes, en otras palabras, nunca llegan a formar proteínas, ni siquiera péptidos. Por algunos años lo consideraron como “ADN basura”, un mal nombre porque el hecho de no saber para que sirve no significa que no sirve para nada. Entonces, ¿qué hace ahí? Para resolver esta interrogante, en el 2003 se formó un consorcio internacional de investigadores que se pusieron a trabajar en un proyecto llamado ENCODE cuya finalidad era encontrar todos los elementos funcionales en el genoma humano.

Los resultados que aparecieron publicados en 30 artículos científicos a fines de 2012 fueron muy interesantes. En resumen se determinó que el 20% del ADN no codificante es funcional y que un 60% adicional llega a ser transcrito hasta ARN pero se desconoce cuál es su función real. La mayor parte de ese 20% se encarga de regular la expresión de genes codificantes, incluso actuando a largas distancias y de manera coordinada con otros factores. Incluso estas regiones no codificantes presentan mutaciones que podrían estar asociadas con el desarrollo de ciertas enfermedades.

Como podemos ver, el descubrimiento de la estructura del ADN hace 60 años nos ha abierto una verdadera caja de pandora. Se han generado muchas más preguntas que respuestas, similar a lo que fue el descubrimiento de la expansión acelerada del universo para la cosmología. El camino iniciado en el siglo XIX por Mendel, Darwin y Wallace no parece tener aún un destino a la vista, el viaje continua y eso es bueno. Es lo bello que tiene la ciencia.

11 abril, 2013

Origen y evolución del virus H7N9

Hace unos días comentamos acerca de un nuevo brote de gripe aviar en China. A la fecha, ya se han reportado 38 casos de los cuales 10 ya han muerto. El gobierno chino sigue investigando el origen y los reservorios de este virus y la Organización Mundial de la Salud está siguiendo los casos desde muy cerca y a la fecha no se han reportado casos de contagio de humano a humano. Sin embargo, aún se desconoce dónde y cómo se originó este brote de gripe aviar.


Ver H7N9 map China en un mapa ampliado

Un reciente estudio pre-publicado el 9 de abril en ArXiv da las primeras pistas sobre el origen y la evolución genómica de este virus H7N9. Según el Jiankui He, científico de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur de China y líder del equipo de investigación, el H7N9 deriva de una recombinación de tres cepas de virus de la gripe aviar con una serie de mutaciones sustanciales que favorecen su infectividad en humanos.

Captura de pantalla (5)Reconstrucción de los eventos de recombinación que condujeron a la aparición del tipo H7N9.

He y su equipo obtuvieron y compararon las secuencias genéticas de seis aislamientos del virus —cuatro de origen humano y dos de aves— depositados en la base de datos del GISAID. El análisis genético mostró que el gen de la Hemaglutinina (HA) viene de la familia de los virus H7 muy relacionada con el virus H7N3 aislado en noviembre del 2011 de un pato silvestre en Zhejiang (China), que es la misma región donde aparecieron los primeros casos. La Neuraminidasa (NA), por su parte, viene de los virus del tipo N9 muy relacionado con el virus H11N9 aislado en el 2010 de otro pato silvestre, esta vez en la República Checa. Las secuencias de los seis genes restantes son muy similares (>98%) a los genes de la cepa H9N2 aislada de un pollo también de la región de Zhejiang. Esta cepa ha estado circulando por el este asiático por muchos años.

Si bien los virus típicos del tipo H7N9 han sido reportados desde 1999 en patos silvestres, estos nunca antes habían infectado a humanos. He y sus colegas creen que es muy poco probable que el brote ocurrido en China sea debido a mutaciones adquiridas por esta cepa. Más bien los resultados apuntan a que esta nueva cepa H7N9 ha sufrido una recombinación de tres tipos diferentes de gripe aviar al este de China.

Lo que ha llamado la atención de los investigadores es que uno de los aislamientos secuenciados —el procedente de Shanghái— presenta ocho mutaciones mientras que los otros cinco aislamientos sólo tienen cinco mutaciones. Esto puede convertirse en una preocupación porque el indicaría que el virus está mutando muy rápido y podría volverse más transmisible y virulento.

Además recordemos que el virus apareció en tres regiones diferentes de China al mismo tiempo y, según las investigaciones, las aves de corral no muestran síntomas de la enfermedad por lo que el virus podría no ser detectado y estos animales convertirse en un buen reservorio, provocando brotes esporádicos de la enfermedad en humanos.

Los investigadores recomiendan realizar programas de vigilancia sistemáticos porque estos virus pueden recombinarse unos con otros con relativa facilidad y provocar la aparición de variantes con potencial pandémico en humanos.


Referencia:

ResearchBlogging.orgJiankui He, Luwen Ning, & Yin Tong (2013). Origins and evolutionary genomics of the novel 2013 avian-origin H7N9 influenza A virus in China: Early findings ArXiv 1304.1985v2

08 abril, 2013

Distribución global del dengue

Estudio revela que los datos manejados por la OMS estarían subestimados.

mosquito_dengueFoto | RPP.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que al año se reportan entre 50 y 100 millones de casos de dengue en el mundo. Pero ¿sabías que este dato es una estimación poco exacta de la realidad, que no considera los casos asintomáticos y que está hecha de manera informal ya que no existen evidencias científicas sólidas que la respalden? Pues, así es. Lo cierto es que la distribución geográfica del riesgo de infección por el virus del dengue y su carga sobre la salud pública está poco entendida.

Un grupo de investigadores, liderados por el Dr. Samir Bhatt de la Universidad de Oxford (Reino Unido), han desarrollado mapas globales del riesgo de dengue, presencia o ausencia de la enfermedad en cada país y una estimación de los del número total de infecciones en base a la población mundial del 2010. Los datos fueron obtenidos a partir de unos 8300 registros georreferenciados presentes en unos 2800 artículos científicos publicados entre 1960 y 2012, así como de otros recursos disponibles en línea. Los resultados fueron publicados el 7 de abril en Nature.

Los mapas revelan que los altos niveles de precipitación y temperaturas son las variables más fuertemente asociadas con el riesgo de transmisión del dengue, así como también, la proximidad a las zonas urbanas más pobres y periféricas de las ciudades.

Bhatt y su equipo estimaron que, en base a la población del 2010, hay 96 millones de casos aparentes de dengue en el mundo (casos sintomáticos), los cuales están distribuidos de la siguiente manera: Asia el 70% (sólo en la India se concentra el 34%), América el 14% (la mitad de ellos en Brasil y México) y África el 16% restante (Oceanía contribuye con menos del 0,2%). No sorprende que en Asia, especialmente en al India, se concentre el mayor número de casos de dengue debido a la gran cantidad de ciudades densamente pobladas que existen en esas regiones.

Por otro lado, los investigadores también estimaron que habría unos 294 millones de casos de infecciones no aparentes de dengue (casos asintomáticos o enmascarados por otras infecciones) que podrían representar un gran reservorio potencial de la infección. En total, sumando los casos aparentes y no aparentes, esta estimación supera tres veces a la estimación considerada por la OMS, lo cual es alarmante porque las estrategias para la controlar las infecciones por este virus están subestimando el número total de infectados y personas en riesgo que hay en el mundo.

Mapas:

Captura de pantalla (3)Consenso basado en evidencias sobre la presencia (rojo) o ausencia (verde) del dengue en el mundo [Click para ampliar].

Captura de pantalla (2)Mapa de probabilidad de infección por el virus del dengue. Mayor probabilidad en rojo [Click para ampliar].

Captura de pantalla (4)Número de infecciones estimadas para el 2010 por país [Click para ampliar].

Más mapas en la información suplementaria del artículo (pdf aquí).


Referencia:

Bhatt, S., Gething, P. W., Brady, O. J., Messina, J. P., Farlow, A. W., Moyes, C. L., Drake, J. M., et al. (2013). The global distribution and burden of dengue. Nature. doi:10.1038/nature12060

05 abril, 2013

Nueva cepa de gripe aviar cobra sus primeras víctimas

Cada vez que salta a las noticias un caso de gripe aviar se nos pone la piel de gallina (irónico ¿no?). Recientemente, un brote de gripe aviar provocada por el subtipo H7N9 ha puesto en alerta a las autoridades sanitarias mundiales porque a la fecha ya se han reportado al menos 16 casos de personas infectadas y 6 muertes confirmadas en China.

new_flu

El 31 de marzo se notificaron los tres primeros casos de personas infectadas —dos en Shanghái y una en Anhui, China— por un subtipo de la gripe aviar nunca antes reportada en humanos. Se trata de la H7N9.

Primera vez en humanos

Los virus de la gripe A H7 circulan normalmente entre las aves. Dentro de este grupo existen varios subtipos de los cuales algunos de ellos (H7N2, H7N3 y H7N7) han llegado a infectar ocasionalmente a ciertas personas provocando cuadros leves de conjuntivitis y algunos problemas respiratorios. Sin embargo, el subtipo H7N9, nunca antes ha sido reportado en humanos.

Los síntomas generales de la enfermedad son severos cuadros de neumonía, además de fiebre, tos y dificultades para respirar. Aún se desconoce la fuente original de la infección pero algunos de los casos confirmados tuvieron algún tipo de contacto con aves de corral que pudieron haber estado infectados con este virus. Además, se ha encontrado una paloma portando el virus H7N9 en un mercado de Shanghái. Más información AQUÍ.

Según reporta New Scientist, los casos no parecen estar conectados. La presencia del virus en Shanghái y dos provincias vecinas simultáneamente indicaría que el H7N9 podría estar extendida ya por toda esa región.

Origen y virulencia

Estudios genéticos de muestras aisladas de los tres primeros muertos indica que esta cepa ha combinado elementos de tres virus diferentes. Algunos de sus genes parecen proceder del subtipo H9N2, endémico de esa región. El componente H7 corresponde a un tipo de Hemaglutina —una glicoproteína presente en la superficie del virus que es responsable de su unión a la célula— es similar al H7 encontrado en la cepa H7N3 presente en ciertas aves asiáticas. Sin embargo, el origen del componente N9 correspondiente a la neuraminidasa —una enzima presente en la envoltura viral cuya función es romper la unión entre la hemaglutinina y ácido siálico de la membrana celular— es mucho más misterioso, aunque su secuencia genética muestra cierta relación con la N9 encontrada en la cepa H11N9 aislada hace tres años de patos silvestres en la República Checa.

También se ha identificado una mutación en el componente PB2 que facilita su replicación en el tracto respiratorio de los mamíferos. Sin embargo se desconoce si la mutación fue adquirida antes o después de infectar a las personas. Si fue antes haría más probable su transmisión a otras personas.

Actualmente se está haciendo un seguimiento a las personas que estuvieron en contacto con los infectados para buscar signos de transmisión de persona a persona que podría aumentar la alerta por parte de las autoridades sanitarias mundiales. Hasta el momento, éste no parece ser el caso. Es probable que hayan más personas infectadas por el H7N9 que no presenten algún síntoma y, por lo tanto, el virus esté pasando desapercibido.

Por suerte, el virus H7N9 parece ser susceptible a los antivirales usados contra otras variantes de la gripe, tales como el Tamiflu® (oseltamivir) y el zanamivir. Además, ya se han producido anteriormente vacunas contra otras cepas del grupo de las H7 por lo que quedaría investigar si también son eficaces contra esta nueva variante.

04 abril, 2013

¿Qué tan lejos está Marte?

Si la Tierra tuviera tan sólo 100 pixeles de diámetro…

earth

la Luna estaría a 3000 pixeles de distancia y tendría sólo 27 pixeles de diámetro.

moon

En cambio, Marte…

en su punto más cercano a la Tierra…

y viajando a una velocidad de 7000 pixeles por segundo…

nos tomaría un minuto en alcanzarlo.

A esta escala, Marte, con sus 53 pixeles de diámetro, estaría ubicado a nada menos que 428.000 pixeles de distancia.

mars

Con la tecnología actual, podemos alcanzar Marte en 150 días.

No se pierdan esta espectacular animación hecha por David Paliwoda: How Far is it to Mars?

Captura de pantalla (1)

Link | http://www.distancetomars.com/

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