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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

La evolución de Escherichia coli

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Cuando escribo estas líneas, cree haberse descubierto el origen de la mortífera bacteria Escherichia coli (E. coli) enterohemorrágica (EHEC), cepa 104:H4. Parece ahora claro que antes de señalar finalmente como culpables, tras varias semanas de estudio, a los brotes de semillas germinadas alemanas, los científicos albergaron numerosas sospechas acerca del origen de la bacteria, aunque nunca la certeza. Esto contrasta con la seguridad y rapidez con la que las autoridades políticas atribuyeron el origen del foco infeccioso a los pepinos españoles.

Al margen de problemas políticos y económicos, lo que nos interesa aquí es el problema científico que, bien es cierto, de resolverse ayudará igualmente a resolver los anteriores. ¿Cómo es posible que, de repente y sin previo aviso, aparezcan cepas de bacterias mortíferas y resistentes a una gran cantidad de antibióticos conocidos, como ha sido el caso con E. coli EHEC 104:H4?

Esta bacteria es cuando menos sorprendente. De alguna manera ha adquirido un gen que le permite liberar la toxina causante de la diarrea hemorrágica. Esta toxina penetra en las células e impide que puedan fabricar las proteínas que necesitan para vivir, por lo que mueren, lo que beneficia la penetración de las bacterias. Las primeras células en morir son las de la pared intestinal, lo que causa la diarrea. Además, la toxina mata también a las células de los capilares sanguíneos, penetra así en el torrente sanguíneo desde el intestino y ataca a las células de los vasos sanguíneos de otros órganos, en particular a las del riñón, que posee numerosos capilares para el filtrado de la sangre. Igualmente, la bacteria ha adquirido genes de resistencia a nada menos que ocho antibióticos (aunque algunas fuentes indican que son hasta catorce). Se ha calculado que tan solo 50 bacterias E. coli de esta cepa son suficientes para causar una infección que, en algunos casos, acaba con la muerte.

La evolución vuelve a explicarlo

Podrá sorprender a muchos que una bacteria con capacidades tan extraordinarias haya aparecido repentinamente. Sin embargo, para quienes estudian y van desvelando las capacidades evolutivas de las bacterias, la aparición de esta o de otras cepas bacterianas no es tan sorprendente. Es, simplemente, el resultado de la normal evolución de estos microorganismos en un entorno hostil al que aprenden a adaptarse.

Algunos investigadores llevan estudiando cómo evolucionan las bacterias durante más de 20 años. Es el caso del laboratorio de Richard Lenski, de la Universidad de Michigan. En 1988, Lenski inició unos cultivos de bacterias E. coli de una cepa inofensiva en 12 frascos y en las mínimas condiciones nutritivas para permitir su crecimiento. El objetivo era estudiar cómo, a partir de un ancestro bacteriano común, las bacterias evolucionaban en los frascos, y si esta evolución producía cepas más capaces que otras para sobrevivir frente a condiciones difíciles del entorno como, por ejemplo, una menor cantidad de alimento. Hoy, 23 años más tarde, las bacterias siguen creciendo y se han producido cerca de 50.000 generaciones en cada uno de los frascos.

¿Qué han descubierto?

Tras solo 10.000 o 12.000 generaciones, los investigadores comprobaron que las bacterias de todos los frascos habían evolucionado hacia variantes más eficientes en la obtención de energía a partir de glucosa, la molécula alimenticia preferida de las bacterias. Sin embargo, no todas eran igual de eficientes y si se ponían en competición unas con otras en un medio nutritivo limitado algunas eran capaces de llevar a la extinción a sus competidoras. En otros casos, las bacterias de uno de los frascos habían producido variantes “parásitas”. Una de las variantes que había evolucionado era capaz de nutrirse eficazmente a partir de la glucosa, pero secretaba algún producto de deshecho que servía de alimento a otra variante, aparecida en el mismo frasco, como la otra, por mecanismos aleatorios de mutación génica. Se establecía así una relación de dependencia entre las dos, un pequeño ecosistema bacteriano en el frasco.

La evolución no se limitó solo a aumentar la eficacia de utilización de glucosa. Tras 31.500 generaciones, súbitamente, sucedió algo sorprendente: una de las bacterias se convirtió en otra de una especie diferente. Esta bacteria era capaz de alimentarse no solo de glucosa, sino de otra molécula: el ácido cítrico, o citrato. Ninguna cepa de E. coli conocida es capaz de alimentarse a partir de citrato, lo que es una característica propia de otras especies de bacterias.

Esta transformación había sucedido mediante una acumulación de mutaciones génicas, una de las cuales, la última, confirió por fin la nueva capacidad a la bacteria. La nueva capacidad proporcionó una ventaja sustancial frente a otras bacterias en las condiciones de cultivo en las que crecían. Lo más impactante fue que esta nueva capacidad había aparecido en un entorno cerrado, en el que las bacterias no podían incorporar genes a partir de otras bacterias, como sucede en la Naturaleza, lo que permite una evolución aún más rápida.

La capacidad evolutiva de las bacterias es, por consiguiente, extraordinaria. Nuevas especies pueden aparecer o desaparecer en cuestión de solo años. Las profundas modificaciones que hemos producido al medioambiente bacteriano, desde la alimentación de las vacas con piensos, que modifican las condiciones de sus intestinos donde crecen las bacterias, hasta el empleo masivo de antibióticos, han generado un entorno evolutivo propio a la aparición de nuevas cepas bacterianas, algunas de las cuales, como EHEC 104:H4 son patógenas. En este entorno, el empleo de abonos orgánicos que favorecen el crecimiento bacteriano puede también, paradójicamente, ayudar a la difusión de la enfermedad. Decididamente, este brote bacteriano no será el último.

OBRAS DE JORGE LABORDA.

Una Luna, una civilización. Por qué la Luna nos dice que estamos solos en el Universo

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Adenio Fidelio

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