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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

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Universidad de Castilla - La Mancha

La maliciosa nanomáquina de Salmonella

La maliciosa nanomáquina de Salmonella - Quilo de Ciencia podcast - CienciaEs.com

Al microscopio, puede verse cómo las bacterias se iluminan en el interior de los macrófagos

La bacteria Salmonella entérica es tal vez la mayor causante de envenenamientos alimenticios. Según la Organización Mundial de la Salud, esta bacteria causa decenas de millones de casos de salmonelosis al año en todo el mundo. Por fortuna, la mayoría de estos son leves. De 12 a 72 horas tras la infección, causada en general por comer carne, pescado, pollo o huevos en mal estado, el infortunado sufre de diarreas, vómitos, dolor abdominal y fiebre. De cuatro a siete días después, los síntomas desaparecen y la enfermedad remite, salvo en algunos casos en los que la deshidratación es tan importante que el afectado debe ser hospitalizado. Si el paciente sufre otras enfermedades o se encuentra inmunodeprimido, la salmonelosis puede conducir a la muerte.

Es hoy evidente que si Salmonella y otras bacterias son capaces de causar enfermedades es gracias a que poseen mecanismos, muchos francamente sorprendentes, que les permiten escapar a todas las dificultades que el organismo les presenta para evitar ser infectado. Estas no son pequeñas.

En primer lugar, al ser ingerida, Salmonella se encuentra en el inhóspito, ácido y digestivo ambiente del estómago. No obstante, Salmonella resiste a la digestión y es capaz de alcanzar el intestino delgado, e infectarlo. Desde el intestino, Salmonella intenta penetrar al resto del organismo y diseminarse por la sangre. Afortunadamente, contamos con las defensas del sistema inmune para frenar el progreso de la bacteria. Estas incluyen a las células llamadas macrófagos, capaces de fagocitar, es decir, envolver con su membrana celular a las bacterias, ingerirlas y luego matarlas y digerirlas con poderosos enzimas digestivos. Igualmente, las células centinelas, llamadas células dendríticas, localizadas justo detrás de las células de la superficie epitelial del intestino, e incluso infiltradas entre las células de las vellosidades intestinales, dan la alarma al detectar a la bacteria y participan en la puesta en marcha de los mecanismos de la inmunidad. Estos generarán, entre otras cosas, anticuerpos que neutralizarán la capacidad infectiva de las bacterias recubriéndolas e impidiendo que se adhieran a las células, lo cual resulta imprescindible para el progreso de la infección. Al mismo tiempo, los anticuerpos facilitarán también la fagocitosis por los macrófagos.

Sin embargo, en numerosas ocasiones, la fagocitosis de Salmonella por los macrófagos no solo no conduce a la muerte de la bacteria, sino a su reproducción y expansión. ¿Cómo se las arregla la bacteria para sobrevivir y reproducirse no ya en el interior de nuestro estómago, sino en el interior de un macrófago que la ha ingerido?

Las bacterias son ciegas y sordas, claro está, pero para poder adaptarse a un cambio en el entorno, como el que supone pasar de encontrarse en los fluidos externos de la sangre o los tejidos a encontrarse en el interior de una vacuola digestiva de un macrófago, deben ser capaces de detectar este cambio y de poner en marcha un curso de acción que les permita adaptarse a él. Su supervivencia depende de ello.

Ataque desde dentro.

Investigadores de las universidades de Singapur y de Illinois, en Chicago, deciden estudiar esta intrigante cuestión. Los científicos ya sabían que la fagocitosis de Salmonella por los macrófagos consigue que esta se convierta en más virulenta y ataque a la célula que la ha ingerido desde el interior, impidiendo ser digerida y aprovechándose de sus nutrientes para reproducirse. Los investigadores también sabían que tras ser ingerida por un macrófago, este pone en marcha mecanismos que incrementan la acidez de las vacuolas que contienen a las bacterias, para poder así digerirlas mejor, mediante el ataque de los ácidos.

Por esta razón, los investigadores supusieron que tal vez la bacteria fuera capaz de detectar los cambios de acidez en su entorno y de responder frente a ellos, ya que son estos los que amenazan con acabar con su vida. De hecho, estudios anteriores habían demostrado que, una vez fagocitada, Salmonella secreta proteínas al interior del macrófago que funcionan como una nanomáquina, la cual impide la digestión de la bacteria por el macrófago y le permite reproducirse en su interior.

Para comprobar si Salmonella puede detectar los cambios de acidez y responder a ellos, los investigadores generan un sistema molecular, basado en las propiedades químicas del ADN, capaz de generar una luz de color en respuesta a los cambios de acidez. Este sistema molecular es introducido en el interior de bacterias Salmonella, las cuales son subsiguientemente expuestas a macrófagos para que las fagociten. De este modo, al microscopio, puede verse cómo las bacterias se iluminan en el interior de los macrófagos dependiendo del grado de acidez al que están expuestas.

Los investigadores esperaban que si la bacteria detectaba el incremento de acidez al que la somete el macrófago, pondría en marcha mecanismos para neutralizarlo. Sin embargo, al contrario, el aumento de acidez de la vacuola digestiva del macrófago se acompaña de un aumento de la acidez incluso más rápido en el interior de la bacteria. Los científicos descubren que este cambio activo de la acidez por parte de la bacteria es necesario para la generación de las proteínas de la nanomáquina que la protege, las cuales son secretadas entonces al citoplasma del macrófago.

El descubrimiento de este nuevo mecanismo de resistencia a la digestión y de las proteínas que lo hacen posible puede permitir el desarrollo de fármacos que lo bloqueen, lo que conducirá a que Salmonella sea mucho más sensible a la digestión por los macrófagos que la fagociten y a que la infección por esta bacteria sea más eficazmente combatida.

Referencia: Chakraborty S. Et al. A FRET-Based DNA Biosensor Tracks OmpR-Dependent Acidification of Salmonella during Macrophage Infection. PLoS Biol 13(4): e1002116. doi:10.1371/journal.pbio.1002116.

Obras de divulgación de Jorge Laborda

Quilo de Ciencia Volumen I. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen II. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen III. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen IV. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen V. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VI. Jorge Laborda
Quilo de Ciencia Volumen VII. Jorge Laborda

Circunstancias encadenadas. Ed. Lulu

Circunstancias encadenadas. Amazon

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

One Moon one civilization why the Moon tells us we are alone in the universe

Adenio Fidelio

El embudo de la inteligencia y otros ensayos

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