Reconstruyen el genoma de la bacteria que causó la primera pandemia de peste de la historia

Os dentes de dúas vítimas da praga de Justiniano, considerada a primeira pandemia de peste bubónica da historia, serviron a un equipo de investigadores para reconstruír o genoma da bacteria causante da enfermidade (Yersinia pestis). A cepa resultou ser totalmente independente da que orixinou a peste negra 800 anos despois. A primeira das tres grandes pandemias de peste da historia xurdiu en torno ao ano 541 e estendeuse por Asia, o norte de África e Europa durante uns 200 anos. As súas consecuencias na historia de Europa foron devastadoras. "Afectou aos territorios ocupados polo Imperio romano, incluída España, e causou entre 50 e 100 millóns de mortes", explica a Sinc Hendrik Poinar, un dos autores e investigador da Universidade McMaster (Cánada).

A praga de Justiniano relaciónase co colapso do Imperio romano de Occidente ou Imperio bizantino e a transición a éraa medieval.

Os científicos utilizaron para o seu estudo as pezas dentales de dúas persoas que morreron por mor da patología. Os restos, duns 1.500 anos de antigüidade, estaban enterrados nun cemiterio da cidade de Aschheim (Alemania) e ambas vítimas faleceron nas últimas fases da epidemia. Concretamente, cando esta chegou ao sur da rexión alemá de Baviera, aproximadamente entre os anos 541 e 543.

[Img #17923]
Os investigadores obtiveron o ADN bacteriano dos dentes de dúas vítimas da peste. (Foto: McMaster University)

Tras illar pequenos fragmentos de ADN de Yersinia pestis atopados nos dentes, reconstruíron o genoma completo do microorganismo e comparárono cos rexistrados nunha base de datos dos genomas de máis de cen cepas posteriores.

As análises demostraron que, aínda que tamén se orixinou en Chinesa, a primeira variante non tiña relación cos outros dous grandes brotes da historia: a peste negra ?que se desenvolveu sobre todo entre 1347 e 1351? e a pandemia máis recente, que se estendeu ao redor de 1855.

?Agora podemos comparar este genoma cos das cepas actuais e pescudar por que as variantes antigas eran tan mortíferas?, asegura Poinar.

Malia a gran cantidade de vítimas que ocasionou, a praga de Justiniano desapareceu por si soa, o que continúa sendo enigmático para os científicos.

?O traballo suscita preguntas sobre por que un patógeno que era tan forte e mortífero desvaneceuse ?afirma Edward Holmes, outro dos autores e investigador na Universidade de Sidney?. Probablemente as poboacións da época evolucionaron ata ser menos susceptibles á enfermidade?.

?Outra posibilidade é que os cambios no clima fixesen que a bacteria non puidese sobrevivir na natureza?, sinala pola súa banda outro membro do equipo, Dave Wagner, da Universidade do Norte de Arizona.

A bacteria Yersinia pestis, que é transmitida ao home a través das picaduras de pulgas que viven en roedores, continúa causando miles de mortes ao ano nalgunhas rexións de África, Asia e América.

?Si a praga de Justiniano puido xurdir entre a poboación, causar unha pandemia masiva e despois desaparecer, podería ocorrer de novo ?sinala Wagner?. Afortunadamente, agora temos antibióticos para tratar a enfermidade, o que diminúe a posibilidade doutra pandemia humana a gran escala?.

Las abejas usan una especie de piloto automático biológico para aterrizar

 

As abejas están dotadas dunha especie de piloto automático biolóxico que lles permite aterrar sen problemas, segundo un estudo divulgado hoxe en Australia no que se analiza esta habilidade nos insectos de face a desenvolver novos sistemas de aterrizaje para robots aéreos.

O neurocientífico australiano Mandyam Srinivasan da Universidade de Queensland e varios dos seus compañeiros analizaron a habilidade para aterrar con precisión deste insecto, que ten un cerebro do tamaño dunha semente de sésamo e carece dunha visión binocular.

Para a investigación, os científicos utilizaron cámaras de alta velocidade para gravar os aterrizajes das abejas nas súas panales e posteriormente calcular as diferentes velocidades utilizadas en distintos puntos da traxectoria aérea, segundo a cadea local ABC.

Srinivasan explicou que cando unha persoa achégase cara a un obxecto, este parece máis grande e si o movemento dáse a un índice constante, aumenta de tamaño con maior velocidade e a un índice exponencial.

No entanto, as abejas graduan a velocidade reducíndoa a medida que se aproximan ao obxectivo e logran facela proporcional á distancia do punto de aterrizaje. "E si a distancia duplícase, as abejas aumentan a súa velocidade de achegamento ao dobre", agregou o científico ao enfatizar que este mecanismo de regulación é como un "fermoso autopiloto automático".

Así mesmo, os científicos utilizaron unha pista de aterrizaje co deseño dunha espiral giratoria para alterar a impresión do tamaño obxectivo segundo o ángulo de aterrizaje e nalgúns casos provocou que as abejas freasen ou acelerasen ata estrelarse na superficie.

Actualmente, Srinivasan e os seus colegas intentan aplicar estes coñecementos para desenvolver sistemas de aterrizajes para aparellos voladores autónomos que non dependan de radares ou soares.

Identifican un 'arma' natural contra las plagas agrícolas

Un equipo do Instituto de Ciencias da Vide e do Viño (Goberno da Rioja, Universidade da Rioja, CSIC, España) desenvolveu a primeira investigación mundial sobre a interacción entre os genomas dunha planta e dun ácaro ?concretamente a araña vermella, Tetranichus urticae? e identificou unha molécula que resulta mortal para esta praga que afecta a máis de 150 cultivos e provoca danos por valor de 1.000 millóns de dólares cada ano.

A molécula ?indol-3-glucosinolato? está presente en plántaa obxecto da investigación genómica, a Arabidopsis thaliana, e noutras como o brócoli, e ten a calidade de non ser tóxica para os humanos, e ata se lle atribúen propiedades anticancerígenas. Os glucósidos son moléculas compostas por un glúcido (generalmente monosacáridos) e un composto non glucídico. Os glucósidos desempeñan numerosos papeis importantes nos organismos vivos.

Moitas plantas almacenan os produtos químicos importantes en forma de glucósidos inactivos; si estes produtos químicos son necesarios, se hidrolizan en presenza de auga e unha enzima, xerando azucres importantes no metabolismo da planta. Moitos glucósidos de orixe vegetal utilízanse como medicamentos.

Os resultados publícanse no artigo da revista Plant Physiology Review da American Society of Plant Biologists. O equipo, liderado pola investigadora Vojslava Grbic, está formado por Miodrag Gbric, Marie Navarro, Marc Cazaux e Cristina Rioja do Instituto de Ciencias da Vide e o Viño (Goberno da Rioja-CSIC-Universidade da Rioja) e a Universidade de Western Ontario (Canadá), entre outros centros. Esta investigación foi financiada por Genoma Canada e Ontario Genomic Institute.


A investigación genómica centrouse na planta Arabidopsis thaliana, e na dun ácaro. (Foto: Universidade da Rioja)

A maioría dos estudos xenéticos moleculares dirixidos á defensa das plantas a pragas centrouse ata agora nos insectos. Con todo, os ácaros tamén son pragas que producen múltiples danos nas follas das plantas, favorecidos nos últimos anos polo calentamiento global. Doutra banda, tamén se comprobou que aumentou a súa resistencia contra os acaricidas sendo capaces de xerar novas resistencias cada 2-4 anos.

Os resultados desta investigación demostran, por primeira vez, que a interacción genómica entre a planta Arabidopsis thaliana e o ácaro Tetranychus urticae é unha fórmula eficaz de loita biolóxica, que evita o uso de pesticidas e fitosanitarios, contra este tipo de pragas.

Esta molécula ?indol-3-glucosinolato? ?un azucre que tamén se atopa en plantas como o brócoli e que, ata, pode ter propiedades anticancerígenas- abre un campo de estudo e de traballo para poder modificar genéticamente as plantas atacadas polo ácaro Tetranychus urticae para que ditas plantas obteñan unha defensa de tipo natural.


A secuencia do genoma da araña vermella foi publicada a finais de 2011 na revista Nature, froito da investigación dun consorcio internacional liderado polo doutor Miodrag Grbi? (Universidade de Western Ontario ?Canadá- e ICVV). Era a primeira vez que se secuenciaba completamente o genoma dun quelicerado (subfilo que inclúe aos arácnidos como as arañas, ácaros e escorpiones; a algúns cangrejos e ás arañas de mar).

A araña vermella extrae os nutrientes que necesita das follas de máis de 1.000 especies distintas de plantas, entre as que se atopan unhas 150 especies cultivadas de gran importancia económica como o tomate, o pimiento, o pepino, a fresa, o manzano, o peral, o maíz ou a soia, provocando perdas económicas superiores aos 1.000 millóns de dólares anualmente en todo o mundo.

A araña vermella é capaz de multiplicar e diferenciar novos xenes para superar os mecanismos de defensa dos vegetales, e, de forma aínda máis sorprendente, esta especie integra na súa genoma algúns xenes responsables de procesos de detoxificación procedentes de bacterias, hongos ou ata plantas, que lle permiten combater as respostas de defensa das plantas. A detoxificación consistiría precisamente na capacidade da araña vermella para resistir e sobrepoñerse ás toxinas coas que a planta pretende escudarse do seu ataque.

O achado da molécula indol-3-glucosinolato na Arabidopsis thaliana supón o descubrimento dun talón de Aquiles da araña vermella que podería ser estendido ás principais plantas cultivadas afectadas polo ácaro.

Un vexetal que se ha apropiado de mucho y muy distinto ADN ajeno

A Amborella trichopoda, unha planta que crece só nunha remota illa do Pacífico Sur, é a única especie na súa familia e xénero. Tamén é unha das máis antigas plantas con flores, cuxa bifurcación evolutiva con respecto ao resto produciuse fai uns 200 millóns anos.

Agora, o equipo de Jeffrey D. Palmer, da Universidade de Indiana na cidade estadounidense de Bloomington, ha documentado unha notable expansión do genoma das estruturas críticas para a xeración de enerxía da planta. Os seus mitocondrias, orgánulos productores de enerxía, nunha demostración case épica de transferencia horizontal de xenes, adquiriron ADN de seis genomas distintos, un dun musgo, tres de algas verdes e dúas doutras plantas de flores.

A transferencia horizontal de xenes é unha forma pouco habitual pero importante de transferencia de xenes entre especies. Prodúcese cando unha porción de ADN dunha especie introdúcese no doutra.

O novo e espectacular caso de transferencia horizontal de xenes agora documentado constitúe a primeira vez en que se comproba que un orgánulo capturou genomas mitocondriales alleos completos, e a investigación ofrece a primeira descrición dunha planta terrestre que adquire xenes de algas verdes.


Entre as epífitas típicas na Amborella figuran musgos, hepáticas, helechos e outras plantas de flores. As follas e ramas da Amborella están cubertas predominante de líquenes, C e F, hepáticas, D, e musgos, E. (Fotos: Jérôme Munzinger)
O ADN que as mitocondrias da Amborella absorberon mediante a transferencia xenética horizontal, e que conservaron ata agora, suma un total de polo menos un millón de pares de bases, incrementando a súa genoma mitocondrial ata o enorme tamaño de 3,9 millóns de pares de bases, en marcado contraste co genoma mitocondrial dunha planta típica, cuxo tamaño é de ao redor de 500.000.


Os resultados da investigación aportan evidencias a favor da hipótese de que as mitocondrias das plantas poden adquirir novos trazos a través da fusión coas mitocondrias doutras especies. Na Amborella, as mitocondrias teñen amplas oportunidades de entrar en contacto coas doutras plantas, por exemplo, epifitas, plantas que crecen sobre outras plantas. Cando sofren unha ferida, as Amborella a miúdo activan un crecemento rápido no sitio afectado, o que pode funcionar como unha placa de Petri virtual para as mitocondrias de diferentes especies que entran en contacto directo unhas con outras. Isto, xunto cunha baixa taxa de perda de xenes mitocondriales co paso do tempo, permitiu unha enorme acumulación de ADN mitocondrial alleo na Amborella.

Na investigación tamén traballaron Danny W. Rice, Andrew J. Alverson, Aaron Ou. Richardson, Gregory J. Young, M. Virginia Sánchez Porta e Eric B. Knox, da Universidade de Indiana en Bloomington, Estados Unidos; Jérôme Munzinger, do Laboratorio de Botánica e Ecología Vegetal Aplicadas de Nova Caledonia (territorio isleño adscrito a Francia e situado no sector sudoeste do Océano Pacífico); Kerrie Barry e Jeffrey L. Boore, do Instituto Conxunto do Genoma en Walnut Creek, California, así como Yan Zhang e Claude W. de Pamphilis, da Universidade Estatal de Pensilvania, en University Park, estas dúas últimas institucións en Estados Unidos.

Descubren a causa da extraordinaria lonxevidad das células nai sanguíneas

As células nai do sangue que viven na medula ósea están na cima dunha árbore genealógico complexo. Tales células sofren diversas vías de división ata que finalmente producen glóbulos vermellos, glóbulos brancos e plaquetas. Estas células "fillas" deben ser producidas a un ritmo de aproximadamente 1 millón por segundo para repoñer constantemente o sangue do corpo.

Os científicos preguntáronse desde fai moito tempo que é o que permite a estas células nai persistir durante décadas, cando a súa progenie vive só algúns días, semanas ou meses antes de que deban ser reemplazadas. Agora, nun estudo atopouse un dos mecanismos que permiten que estas células nai sigan dividíndose a perpetuidad.

O equipo de Dennis Discher, da Universidade de Pensilvania en Filadelfia, descubriu que unha forma da proteína motora que permite aos músculos contraerse, axuda a que estas células divídanse asimétricamente, de tal modo que unha parte siga sendo unha célula nai, mentres que a outra se converta nunha célula filla. O achado nesta investigación podería conducir á obtención de novos e reveladores datos sobre cancros do sangue, como a leucemia, e tamén abrir a porta cara ao desenvolvemento de métodos eficaces para cultivar en laboratorio células sanguíneas aptas para a súa transfusión a pacientes.
Unha célula nai sanguínea dividíndose. A proteína motora miosina IIB, marcada en cor verde, concéntrase no lado que seguirá sendo unha célula nai. (Foto: Universidade de Pensilvania)



Unha célula nai sanguínea dividíndose. A proteína motora miosina IIB, marcada en cor verde, concéntrase no lado que seguirá sendo unha célula nai. (Foto: Universidade de Pensilvania)

Na investigación tamén traballaron, Jae-Won Shin, Amnon Buxboim, Kyle R. Spinler, Joe Swift, Dave P. Dingal, Irena L. Ivanovska e Florian Rehfeldt, da Universidade de Pensilvania en Filadelfia, Estados Unidos, así como científicos da Universidade de Estrasburgo en Francia, o Laboratorio Nacional estadounidense Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), en California e a Universidade de California en San Francisco.

LA PROTOCELULA PREBIOTICA DE LA QUE SURGIÓ LA PRIMERA CELULA VIVIENTE DE LA TIERRA

Ata onde se sabe, a aparición da vida na Terra foi un acontecemento no cal interveu de xeito destacado a replicación espontánea do ARN dentro dalgún tipo de compartimiento, o máis probable unha vesícula de ácidos grasos. Pero, posto que tal replicación espontánea require altos niveis de iones de magnesio, os cales son coñecidos por desestabilizar as membranas de ácidos grasos, a comunidade científica foi incapaz de reproducir esta "protocélula" prebiótica no laboratorio.

Agora, Katarzyna Adamala e Jack W. Szostak, ambos do Instituto Médico Howard Hughes (fundado polo brillante enxeñeiro, aviador e cineasta Howard Hughes en 1953), en Chevy Chase, Maryland, Estados Unidos, descubriron que un tipo de molécula, o citrato, pode protexer ás membranas de ácidos grasos fronte á acción dos iones de magnesio, permitindo así mesmo a actividade das moléculas de ARN encerradas dentro desas membranas.

Este descubrimento podería axudar á comunidade científica a xerar un modelo máis plausible de protocélula, capaz de permitir o mesmo tipo de replicación de ARN que teóricamente actuou como catalizador da vida na Terra.


O novo estudo revela a identidade máis probable dun compoñente fundamental da protocélula prebiótica da que xurdiu a primeira célula viviente da Terra durante unha época remota do pasado. (Imaxe: Cortesía de K. Adamala)

Os investigadores suxiren que os precursores de citrato puideron ser parte do sistema autorreplicante primordial que puxo en marcha a vida no planeta.

Adamala e Szostak primeiro buscaron moléculas capaces de protexer ás vesículas de ácidos grasos fronte á acción de iones de magnesio, e identificaron citrato, isocitrato e oxalato, entre outros. Logo descubriron que, a diferenza das outras moléculas, a de citrato é capaz de dar un paso máis no camiño cara á vida, ao salvagardar tamén a integridad de moléculas de ARN dunha soa hebra.

O XENOMA DO TIBURON ACLARA A EVOLUCION DOS OSOS E O SISTEMA INMUNE

Adoitamos imaxinar a historia do planeta como un ascenso gradual aos ceos da excelencia biolóxica ?representada pola nosa especie na maioría dos mapas?, pero o certo é que o pasado está salpicado de innovacións puntuales de especial transcendencia: momentos brillantes do noso pasado biolóxico sen os que non existiriamos. Un deses fitos é a invención evolutiva dos gnatostomados (?Gnathostomata?, literalmente os que teñen mandíbulas na boca), o grupo de vertebrados ao que pertencemos, que inclúe aos mamíferos, as aves, os reptiles e a maioría dos peixes. Ata entón só había agnados, ou vertebrados sen mandíbulas.

Os gnatóstomos somos unha superclase de gran éxito, ata o punto de que damos conta do 99,9% dos vertebrados vivos actualmente. Desde a nosa orixe, non só contamos cunha mandíbula móbil moi útil para a manduca, senón tamén con aletas apareadas a ambos os dous lados do corpo ?das que proveñen os nosos brazos e pernas? e un prodixioso sistema inmune, do que aínda gozamos, baseado nas inmunoglobulinas, os receptores das células T e un complexo maior de histocompatibilidad que custou Deus e axuda describir e empezar a comprender. A evolución sempre é máis intelixente que as súas criaturas.

Como ocorreu esta crucial innovación histórica, ou prehistórica? Como a evolución baséase en cambios no ADN, a forma ideal de responder esa pregunta sería secuenciar (?ler?) o genoma do primeiro gnatostomado que nadou polos océanos ancestrales; pero iso ocorreu fai máis de 400 millóns de anos, e a paleogenética, ou lectura directa do ADN fósil, está moi lonxe de soñar con esa proeza (o récord de antigüidade está de momento tres ordes de magnitude por baixo desa cifra, á altura do home de Atapuerca).

A seguinte mellor estratexia, que é a que viñeron aplicando os evolucionistas moleculares, e con gran éxito, nos últimos tempos, é secuenciar o genoma das especies vivas actualmente, pero que proveñen en liña directa dos primeiros representantes da familia en cuestión. Os primeiros gnatóstomos, por todo o que sabemos, deberon ser parecidos aos peixes cartilaginosos actuais, como os tiburones: peces que, pese a contar xa con mandíbulas, aletas apareadas e sistema inmune, aínda non inventaran o óso propiamente devandito, e posuían aínda un esqueleto de cartílago.

O primeiro genoma dun peixe cartilaginoso (o tiburón-elefante Callorhinchus milii) preséntase este mércores en Nature coa vontade de aclarar a evolución dos ósos e o sistema inmune. Como queda devandito, os vertebrados con mandíbulas, ou gnatóstomos, son de dous tipos: os que teñen un esqueleto de cartílago, como os tiburones, e os que o teñen de óso, como nós. O genoma do tiburón aclara o que lles faltaba aos primitivos cartilaginosos: os xenes das fosfoproteínas que se unen ao calcio.

Os científicos, coordinados polo premio Nobel Sydney Brenner, do Laboratorio de Genómica Comparativa de Singapur, e Wesley Warren, da Universidade de Washington en Saint Louis, e entre os que se contan Belén Lorente-Galdós, Javier Quilez e Tomás Marques-Bonet, do Institut de Biología Evolutiva (UPF-CSIC) e a Institució Catalá de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), demostrou que, si quítaslle eses xenes a un vertebrado óseo como o peixe cebra, o pobre animal perde o óso.

Os tiburones tamén carecen de xenes esenciais para o sistema inmune. O genoma do tiburón é o que mostra unha evolución máis lenta de todos os vertebrados, e ?precisamente por iso? servirá como un modelo xenético ideal dos nosos devanceiros do pasado remoto.