El útil corta-pega de las bacterias

El pasado mes de diciembre la prestigiosa revista Science eligió lo que considera el avance científico más importante del 2015: la técnica de edición genética CRISPR, que en los últimos años se ha consagrado como una de las principales herramientas para modificar el DNA. Su gran versatilidad, eficacia, fiabilidad, fácil manejo y bajo coste han hecho que científicos de todo el mundo le dieran la bienvenida con los brazos abiertos. Y ha sido este pasado año cuando ha salido a relucir su gran potencial.

El origen de esta técnica lo encontramos en el sistema inmune adaptativo de las bacterias, denominado CRISPR/Cas. El primer vocablo son las siglas de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat (en español es algo así como Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas) mientras que Cas (CRISPR associated) es el nombre dado a una serie de proteínas implicadas en el proceso.

Las primeras referencias a este sistema datan de 1987 cuando un grupo de investigadores japoneses que estudiaban el genoma  de E. Coli se percataron de la existencia de secuencias cortas de DNA palindrómicas, separadas entre sí por segmentos únicos a los que se les designó “espaciadores”. Por aquel entonces se desconocía el significado biológico de dichas secuencias. Años más tarde, se descubrieron estas secuencias en otras bacterias y arqueas además de advertir la similitud entre las secuencias espaciadoras y las secuencias encontradas en virus y plásmidos. Todo ello llevó a sugerir que el sistema CRISPR estaba implicado en la defensa contra material genético extraño.

Expliquemos un poco cómo es y cómo funciona el sistema CRISPR/Cas bacteriano. Además de las secuencias palindrómicas repetidas y espaciadores (se transcriben conjuntamente), el locus del sistema incluye una secuencia líder, importante para la incorporación de nuevos espaciadores y próximos se encuentran genes cas, que van a codificar para las diversas proteínas Cas. El mecanismo puede dividirse en dos etapas: adquisición de espaciadores y biosíntesis de crRNA seguida de la degradación del DNA exógeno.

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Fuente de la imagen: F.V. Karginov y G.J. Hannon doi: 10.1016/j.molcel.2009.12.033.

Vayamos poco a poco.

Las secuencias espaciadoras son los “recuerdos” de las invasiones pasadas. Es como nuestro sistema antígeno-anticuerpo (salvando las distancias). Para que el locus CRISPR adquiera nuevos espaciadores, debe haberse dado previamente una infección de por ejemplo, un fago, cuyo DNA haya sido degradado por otros mecanismos  de defensa (como el sistema restricción/modificación). A los fragmentos víricos susceptibles de ser incorporados como nuevos espaciadores justo al lado de la secuencia líder se les denomina proto-espaciadores. Ahora bien, esta incorporación no es al azar. Sólo van a ser incorporados aquellos fragmentos que presenten una secuencia adyacente nombrada PAM (Proto-spacer associated motif), reconocida por una serie de proteínas Cas tales como Cas1 y Cas2 que van a empalmar ese proto-espaciador al locus tras su procesamiento. Este motivo PAM no se incorpora.

Sigamos con el ejemplo del virus. Cuando vuelva a producirse una infección por el mismo fago, se transcribirá a RNA todo el conjunto repetición-espaciador. Este largo RNA precursor será procesado por otra serie de proteínas Cas, como el complejo Cascade de E. Coli, en fragmentos correspondientes al intervalo entre repeticiones de manera que se obtiene el crRNA (CRISPR RNA) maduro. Este crRNA va a servir de guía a las Cas endonucleasas (con las que forma un complejo), que van a hacer el corte en el DNA vírico reconocido por el crRNA debido a la complementariedad de bases. En este punto es preciso señalar que dependiendo del tipo de mecanismo (se conocen tres), puede aparecer un fragmento adicional en el procesamiento del RNA precursor: tracrRNA, que hibrida con el crRNA maduro y ayuda a dirigir a Cas a la diana.

resumen

Fuente de la imagen: F.V. Karginov y G.J. Hannon  doi: 10.1016/j.molcel.2009.12.033.

En resumen , mediante este mecanismo de inmunidad los procariotas pueden incorporar fragmentos de material genético extraño, secuencias espaciadoras, a su propio DNA de manera que cuando sufran una nueva invasión por ese mismo fago o plásmido, van a ser capaces de degradar el material genético de un modo más eficaz y rápido.

Pues bien, en 2012 los grupos de investigación de Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna publicaron un artículo donde postularon el uso de este sistema para la edición genética y a partir de entonces, la técnica ha ido desarrollándose a un ritmo vertiginoso. Muy resumidamente, el método consiste en introducir una secuencia sintética híbrida de RNA complementaria al fragmento de DNA que se quiere modificar. Este RNA sirve de perro lazarillo para la acción de Cas9, que va a abrir la doble cadena y cortar en sitios específicos. Tras la rotura, pueden introducirse modificaciones añadiendo una plantilla que la maquinaria celular usará para reparar el daño.

Fuente de la imagen A: E. Charpentier y J. Doudna. doi:10.1038/495050a

El gran atractivo de esta técnica es su fácil manejo y precisión. Y no nos olvidemos de su bajo coste. Se conocen otras herramientas de edición genética como nucleasas con dedos de Zinc (ZFN) o TALEs (Transcription activator-like effector nucleases) pero son difíciles de diseñar y reconocen un máximo de 3 nucleótidos de DNA. En cambio, los RNA guías reconocen secuencias de mayor longitud y son más fáciles de diseñar.

CRISPR/Cas9 ha abierto un mundo de oportunidades. Las aplicaciones son numerosas y se están llevando a cabo en muy poco tiempo. Puede ser una potente herramienta en medicina, ecología, agricultura, alimentación, pero es quizás su aplicación en el tratamiento contra el cáncer y otras enfermedades lo que suscita un mayor interés.

Es teóricamente posible modificar el genoma de cualquier organismo, incluyendo seres humanos. Y por supuesto, esto no está exento de polémicas. Esto viene de que en China ya han trabajado en la edición del genoma de embriones humanos no viables lo que implica que esa posibilidad está abierta, llevando a una cumbre en la que científicos de todo el mundo debatieron las cuestiones éticas que esto implica.

Ante el entusiasmo de las grandes posibilidades que ofrece CRISPR/Cas9  no podemos olvidarnos de que la técnica no es precisa al 100% a pesar de su rápido desarrollo y expansión y que, por supuesto, quedan detalles por conocer. Luego están las cuestiones éticas y morales que deben ser abordadas. Todavía queda un largo camino por recorrer.

 

Por aquí dejo un vídeo sobre este tema explicado por la propia J. Doudna:

Una entrevista a E. Charpentier y el enlace al artículo de Science que inspiró este post y donde se habla de los numerosos avances que se han realizado con la técnica.

Irene Pérez Novas

Fuentes:

BURMISTRZ, M. & PYRC, K. 2015. CRISPR-Cas Systems in Prokaryotes. Pol J Microbiol, 64, 193-202. PMID: 26638527

CHARPENTIER, E. & DOUDNA, J. A. 2013. Biotechnology: Rewriting a genome. Nature, 495, 50-51. doi:10.1038/495050a

KARGINOV, F. V. & HANNON, G. J. 2010. The CRISPR system: small RNA-guided defense in bacteria and archaea. Mol Cell, 37, 7-19. doi: 10.1016/j.molcel.2009.12.033.

Dormir para vivir

¿Quien no ha llegado cansadísimo a casa después de un día muy largo y ha ido directo a la cama? Quizás necesites ocho horas garfieldde sueño para recuperarte completamente, y levantarte fresco como una lechuga, o tal vez, con cinco horas te sean suficientes. Eso sí, se comprobado que como mínimo una persona debe dormir cinco horas diarias.

La mayoría de investigadores aceptan la división del sueño en dos fases: la fase NREM y la fase REM. Durante la fase NR
EM se produce la regeneración cerebral y del resto de tejidos, cuando se ha producido un aumento de la demanda metabólica durante el tiempo que se permanece despierto por medio del deporte, o tener hambre. Mientras que durante la fase REM se realiza la regeneración de los procesos mentales. Estos incluyen organizar y almacenar todo lo que se ha aprendido, visto, oído, etc, durante el día.

Se suele creer que durante el sueño nuestro cuerpo “desconecta”, incluido el cerebro. Pero no es así. Está demostrado que es cuando dormimos cuando este se encuentra más activo. Al mismo tiempo que nuestro cerebro aumenta su actividad, los músculos se relajan. Esto ocurre como consecuencia de la secreción de melatonina producida por el cerebro, que actúa sobre el sistema nervioso. Entre los efectos que llega a producir, de manera directa o indirecta, se encuentra la disminución del ritmo cardíaco y de la presión sanguínea, lo que provoca una ralentización del organismo.

Pero la melatonina no es la única sustancia que interviene en el sueño.descarga Noradrenalina, dopamina, acetilcolina y una familia de amidas recién descubiertas intervienen a lo largo del proceso. La dopamina en bajas concentraciones dificulta o impide el sueño, como ocurre con la noradrenalina, pero aunque no se han encontrado evidencias de que intervenga en ninguno de los procesos que se llevan a cabo, es necesaria su presencia para poder dormir.

Por su lado, la acetilcolina, que es un neurotransmisor liberado por las neuronas en una cantidad considerable durante la vigilia, durante el sueño sus niveles son bajos aunque aumentan durante la fase REM. Esto se asocia a la generación de los sueños durante esta fase.

A través de los último
s se han descubierto una serie de amidas, como la cis-9,10-octadecenoamida, que se acumulan durante la vigilia. Pero también se han encontrado enzimas que las degradan. Aun no se conoce su función exacta, ya se especula con poder tratar enfermedades como el insomnio o la narcolepsia, por medio del control de la concentración de estas amidas.

Pero también hay otras sustancias, que podríamos llamar “basureros”, que se encargan de limpiar, de eliminar, los desechos que generan las neuronas durante la vigilia dentro de los que se pueden encontrar las amidas antes mencionadas, durante todas las millones, billones, millones de billones de sinapsis que se producen. Estos basureros actúan durante el sueño, dejando nuestro cerebro “limpio”, libre de sustancias de desecho.

Ahora imaginemos lo que ocurre cuando una persona no duerme. Si no dormimos, por los motivos que sea (sufra alguna enfermedad, este en huelga de sueño, estudiando una noche antes de un examen o de fiesta…), estos basureros no podrán llevar a cabo su función y estos desechos se acumularan. La acumulación de desechos en el cerebro puede afectar a la función neuronal, al interferir en la sinapsis neuronal. Una de las consecuencias que puede tener esto es que nos volvamos más lentos, más torpes.

Un efecto que puede llegar a tener el no dormir, y que nuestras neuronas no lleguen a  entrar en su proceso de “puesta a punto”, es que las zonas asociadas a los sentidos (vista, oído, gusto, tacto, olfato) comiencen a interaccionar de modo erróneo y den lugar a alucinaciones.136222017

Por otro lado, una de las funciones del sueño es la de organizar recuerdos y almacenarlos junto con las cosas que aprendemos. ¿Que ocurre si no dormimos? Ocurre que no va a producir esa organización y almacenaje de información, o van a ser muy lentos, porque aunque nuestro cerebro  está muy desarrollado, no es perfecto, y no se puede hacer carg
o de todo. Es decir, si te vas a pasar una noche sin dormir para estudiar, puede que te sirva utilizando la memoria a corto plazo, pero al día siguiente o a la semana, no te vas a acordar de mucho.

También hay que tener en cuenta, que el dormir poco debilita el sistema inmune, por lo que la  persona se vuelve más propensa a las enfermedades.

Y ahora imaginemos que una persona duerme demasiado. Como ya se ha mencionado antes, cuando dormimos el ritmo cardíaco y la presión sanguínea disminuyen. Esto puede llegar a tener consecuencias graves como puede ser sufrir un accidente cerebrovascular.

En ambos casos, si se alarga demasiado el dormir poco o mucho, la consecuencia más grave en lo que pueden derivar es la muerte.

En conclusión seas de dormir más horas o menos, lo importante es que dormir.

Almudena Ponce Esteban

Bibliografía

http://suite101.net/article/la-quimica-del-sueno-a24458#.Vn2aLhXhDIV

http://www.cbsnews.com/news/lack-of-good-sleep-could-shrink-your-brain-study-suggests/

http://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/03/150310_vert_fut_sueno_dormir_lp

http://www.elnuevoherald.com/vivir-mejor/salud/article13219826.html

 

¿Te desagrada la grasa? ¿La conoces bien?

 

El tejido adiposo, o la grasa como nos referimos a él,  es algo que no nos gusta, ¿quién no se mira al espejo y lo primero que piensa es que le sobra  algo de cualquier sitio? Claro que esto es normal en una sociedad como la actual, donde las modelos, estrelimageslas de cine, cantantes…, muestran sus cuerpos perfectos que despiertan nuestra envidia. Esto suele llevarnos a despreciar el tejido adiposo, a considerarlo algo inútil que solo nos perjudica, ya que no parece tener utilidad aparente, como por ejemplo, los músculos. O es algo que en nuestro subconsciente asociamos con una vida insana, sedentaria, falta de ejercicio y enfermedades. En el mejor de los casos nos molesta porque nos impide entrar en nuestros vaqueros favoritos. Pero, ¿de verdad conocemos tanto  esa parte de nuestro cuerpo, como para que se haga merecedora de ese desprecio?                           Bueno, empecemos a conocerlo por el principio aunque sea de manera humilde.

El tejido adiposo es un tipo especializado de tejido conjuntivo y es la principal reserva energética de nuestro cuerpo. Las células que lo forman se llaman adipocitos. Este tejido puede ser de dos tipos: blanco o pardo.

El tejido adiposo pardo, en humanos, aparece sobre todo en las primeras etejido_graso_3tapas del desarrollo, y se va perdiendo conforme crecemos. La persona adulta casi carece de él. Los adipocitos de este tejido son ricos en mitocondrias desacopladoras, y poseen muchas pequeñas gotas de grasa. Las proteínas desacoplantes (UCP-1) que poseen estas mitocondrias permiten a los protones escapar de la cadena de transporte electrónico mitocondrial -que es la que suministra la energía a nuestras células en forma de ATP cuando no se da esta fuga de protones- de forma que de esta manera se disipa la energía en forma de calor, cumpliendo con su función termogénica. Es el abrigo ideal para el invierno.

Ahora vayamos con el tejido adiposo blanco, el que más nos molesta y desagrada, sobre todo a las personas que pretendemos un cuerpo “10”.

Los adipocitos que forman el tejido adiposo blanco son difeT10rentes a los anteriores, tienen muchas menos mitocondrias y lo más característico de ellas es la enorme gota de grasa que ocupa la célula casi en su totalidad. Estas células tienen la capacidad de acumular grasas cuando el aporte energético es excesivo, es decir, cuando aportamos a nuestro organismo más de lo que necesita, pero también es capaz de movilizarlas cuando se necesita energía, para ello posee todas las enzimas de la lipólisis y de la lipogénesis.

Pero quedarnos aquí sería un error: Pensar que solo sirve para almacenar grasas. No debiéramos olvidar que el tejido adiposo es un importante órgano secretor de péptidos y hormonas. Entre las sustancias que secreta se encuentran moléculas que regulan el peso corporal, como la leptina y la adiponectina; que participan en las respuestas del sistema inmune, como las interleucinas 1 y 6; o que participan en el desarrollo de la resistencia a insulina, entre otras cosas.

Veamos de forma resumida a una de estas moléculas para que comprendamos mejor la importancia de nuestro, y espero que cada vez menos desagradable, tejido adiposo.

La leptina es una hormona peptídica de 167 aminoácidos y es secretada fundamentalmente por los adipocitos del tejido adiposo blanco. Esta hormona desempeña un importantepapel en la regulación del apetito y en la estimulación del gasto energético.

la-leptina-2-728La cantidad de leptina liberada por el tejido adiposo a la sangre, depende tanto del número como del tamaño de los adipocitos, cuando se reduce la masa de tejido adiposo baja la leptina en sangre y disminuye el metabolismo. Así regula el tejido adiposo, de forma natural, la ingesta de alimentos.

La leptina actúa sobre los centros del hipotálamo que regulan el apetito, transmitiéndole al cerebro que las reservas de grasa son suficientes, con lo que se promueve una disminución del apetito y un aumento del gasto energético. Estimulándose el sistema nervioso simpático, aumentando la presión sanguínea, el ritmo cardíaco y la termogénesis, consumimos energía.

Si nuestro tejido adiposo no produjese la leptina, sufriríamos obesidad. Resulta bastante irónico que aquello que asociamos al sobrepeso y la obesidad juegue un papel tan importante en mecanismos destinados a evitarlos, ¿verdad?

Un pasito más.

La leptina viaja hasta el núcleo arcuato del hipotálaLos-niveles-de-leptina-en-los-primeros-dias-de-vida-marcan-el-perfil-metabolico-del-adulto_image_380mo. En este núcleo encontramos dos tipos de células neurosecretoras: las anorexigénicas y las orexigénicas. La leptina actúa sobre las células anorexigénicas incitando la producción de α-MSH, que envía señales neuronales que reducen la sensación de apetito y a la metabolización de más combustible. Y todavía más: también actúa sobre las células orexigénicas (que son las que estimulan el apetito, mediante la secreción de péptido Y) inhibiéndolas. Cuando disminuye el tejido adiposo y en consecuencia la leptina en sangre, esta inhibición sobre las células orexigénicas cesa. Se secreta el neuropéptido Y, y se estimula el apetito, al tiempo que nuestro organismo disminuye el gasto energético.

Es importante comprender que la leptina no surgió en la naturaleza para tratar los problemas de obesidad de nuestra sociedad actual, sino para ajustar la actividad corporal durante los períodos de inanición, ayuno e ingesta.

Ahora ya conocemos que el tejido adiposo es algo más que el bolsillo de grasa de nuestro cuerpo y la importancia que tiene en la regulación de nuestro apetito, entre otras cosas:  ¿vamos a seguir despreciándolo y negando su importancia en el maravilloso mundo de rutas que constituyen nuestra vida?

Espero que no.

María Pérez Guirao.

Bibliografía:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26093665

http://soched.cl/Revista%20Soched/2_2014/4.pdf

http://www.clc.cl/Dev_CLC/media/Imagenes/PDF%20revista%20m%C3%A9dica/2012/2%20marzo/Dra_Reyes-6.pdf