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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

Guerra por los antioxidantes

Guerra por los antioxidantes - Quilo de Ciencia podcast - CienciaEs.com
Debido al enorme problema sanitario que supone la aparición de bacterias resistentes a los antibióticos, últimamente, la investigación en este campo está siendo bastante intensa, en particular sobre las especies bacterianas que se han convertido en resistentes a mayor variedad de ellos. Tal vez la especie bacteriana que muestra mayor capacidad de resistencia a los antibióticos sea Staphiloccocus aureus. Esta bacteria, que convive con al menos la mitad de la población mundial, está causando devastadoras infecciones en muchos lugares del mundo, en particular en aquellos con alta densidad de contacto humano y en los que las personas no se encuentran en óptimas condiciones, como puede ser el caso de las residencias de ancianos, hospitales o prisiones y ahora también los campos de refugiados. Las investigaciones, sin embargo, han revelado que S. aureus no solo utiliza la resistencia a los antibióticos para sobrevivir y reproducirse, sino que emplea varios ingeniosos mecanismos para evadir la acción de las defensas, algunos de los cuales ya he descrito en esta sección (ver el artículo Muerte Aúrea). Ahora, varios investigadores estadounidenses y británicos descubren aún otro interesante mecanismo de resistencia de esta bacteria que nada tiene que ver con los antibióticos, sino con la lucha por los antioxidantes. Veamos de qué se trata.

Es importante recordar que, durante el desarrollo de una infección bacteriana, tiene lugar una guerra feroz por los nutrientes. Las bacterias deben conseguir nutrientes del hospedador al que infectan, no hay otra posibilidad. Entre estos nutrientes adquieren vital importancia aquellos que se encuentran en menor cantidad, pero que son fundamentales para la vida, como son algunos átomos metálicos tales como el hierro y el manganeso. Un tercio de las proteínas bacterianas necesitan un átomo de metal para funcionar correctamente. Si el hospedador impide de alguna forma que las bacterias consigan esos átomos metálicos, las bacterias no podrán reproducirse y morirán. Por esta razón, nuestro organismo posee herramientas moleculares capaces de impedir que los átomos metálicos se fuguen del interior de las células, mientras que las bacterias ponen en marcha mecanismos de contraataque que intentan soslayarlos para conseguir esos metales, preciosos para su vida.

Por otra parte, estamos familiarizados, en general, con algunas de las acciones de nuestras defensas contra los microorganismos. Así, nadie se sorprenderá si mencionamos que las defensas poseen células que se comen a las bacterias (los fagocitos) y otras células (los linfocitos B) que generan anticuerpos contra ellas, los cuales se unen a su superficie y las neutralizan, y ayudan también a que los fagocitos las capturen. Sin embargo, puede resultar más sorprendente saber que los fagocitos no solo se comen a las bacterias, sino que producen una serie de moléculas superoxidantes que las atacan y las matan. Entre ellas, se encuentran el llamado superóxido, el óxido nítrico y el agua oxigenada.

Uno o el otro

Ante la presencia de estos compuestos dañinos, las bacterias se defienden generando enzimas que los inactivan. Una de estas enzimas es la llamada superóxido dismutasa, que lo que hace es simplemente producir la dismutación, es decir, la separación e inactivación de las moléculas superoxidantes.
Nuestro propio organismo también genera superóxido dismutasa para inactivar los superoxidantes que produce en el proceso de lucha contra la infección. Curiosamente, la superóxido dismutasa no puede funcionar sin la incorporación en su estructura de un átomo de metal, que en nuestro caso suele ser el cobre o el zinc, pero que en el caso de las bacterias suele ser el manganeso. Por consiguiente, si el hospedador puede mantener a buen recaudo el manganeso, evitando que las bacterias lo capturen y, al mismo tiempo, produce adecuadas cantidades de moléculas superoxidantes, las bacterias estarán indefensas frente a ellas, pero nuestro organismo podrá defenderse de estas sustancias, ya que no requiere de manganeso para conseguirlo.

Por esta razón, la guerra por el control del manganeso es un aspecto fundamental para la defensa antibacteriana, en particular en el caso de infecciones por S. aureus. O eso se pensaba hasta ahora.
Resulta que esta bacteria posee no uno, sino dos genes para generar superóxido dismutasa. Se desconocía la razón, pero se sospechaba que tenía que ver con una mayor capacidad de esta bacteria para degradar las sustancias superoxidantes. En sus estudios, los investigadores confirman ahora que, en efecto, el segundo gen de la superóxido dismutasa de S. aureus hace a esta bacteria más resistente a la ausencia de manganeso.

La razón de esta mayor resistencia se desconocía, puesto que se creía que ambos genes de superóxido dismutasa producían enzimas que requerían manganeso para su funcionamiento, por lo que, en ausencia de manganeso, el segundo gen no debería generar ninguna ventaja adicional. Por este motivo, los científicos deciden estudiar si realmente las dos enzimas requieren manganeso para su funcionamiento.
Lo que encuentran se revela como una nueva y sorprendente capacidad de adaptación de esta bacteria. Mientras una de las enzimas requiere manganeso de manera exclusiva, la otra puede utilizar un átomo de hierro en ausencia del primero. El hierro, aunque sea menos eficaz para hacer funcionar al enzima, es más abundante en nuestro organismo que el manganeso y más fácil de conseguir. De este modo, S aureus posee un segundo mecanismo de defensa cuando el primero falla, si no puede obtener suficiente manganeso.

La existencia de esta enzima superoxido dismutasa que puede usar dos átomos metálicos diferentes se sospechaba, pero hasta ahora no había podido ser confirmada. Investigar la manera de bloquear su actividad puede ser una estrategia inteligente para frenar el, hasta ahora, imparable avance de esta bacteria.

Más información en el Blog de Jorge Laborda: Guerra por los antioxidantes

Referencia: García YM, et al. (2017) A Superoxide Dismutase Capable of Functioning with Iron or Manganese Promotes the Resistance of Staphylococcus aureus to Calprotectin and Nutritional Immunity. PLoS Pathog 13(1): e1006125. doi:10.1371/journal.ppat.1006125.

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
Quilo de Ciencia Volumen VIII. Jorge Laborda

Matrix de la homeopatía

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