Virus, Coronavirus y Vacunas

Y tras más de año y medio de pandemia…, ¿sabemos realmente lo que es un virus? ¿y el ARN mensajero? ¿y coronavirus? Durante los últimos meses estas palabras se han convertido en una constante en medios comunicación, revistas, libros, prensa, está en el boca a boca y hasta las nombramos con total propiedad durante el desayuno o la cervecita del medio día, pero…. ¿sabemos realmente qué significan?

Debemos comenzar por la palabra que ya sale de nuestra boca en cada conversación: “Virus”. ¿Y qué es un virus? Muchos, como mis queridos padres, piensan en los virus como bichitos que corren, comen y nos atacan intencionadamente para provocarnos enfermedades. Nada más lejos de la realidad, para hablar de los virus lo primero que debemos saber es diferenciar entre lo que está vivo y lo que no lo está. ¿Y cómo define la biología la diferencia entre la materia viva y la inerte? Pues en función de si se cumplen las tres funciones vitales básicas que son nutrición, relación y reproducción. Las bacterias por ejemplo son microorganismos con estructura celular procariota (no tienen un verdadero núcleo celular), se mueven y responden a los cambios del medio, se alimentan de nutrientes del medio aunque también las hay autótrofas que realizan la fotosíntesis, y por último se reproducen mayoritariamente por reproducción asexual. No todas las bacterias son patógenas, de hecho nuestro cuerpo esta invadido de bacterias que son beneficiosas para mantener nuestra homeostasis interna. ¿Pero qué pasa con los virus? Los virus a diferencia de las bacterias o de cualquier otro ser vivo no realizan la función de nutrición, no se alimentan, su función de relación es muy limitada ya que no producen grandes respuestas a los cambios del medio, y para reproducirse necesitan invadir otra célula viva para utilizar su maquinaria celular. Por todo esto se dice que los virus son seres que están entre la línea de la vida y la no vida, sólo cumplen una función vital que es la reproducción y para ello necesitan invadir otra célula, por lo que son parásitos obligados. 

ADN/ARN

Los coronavirus son por tanto un tipo de virus que reciben este nombre por una característica peculiar de su composición. Al ser los virus unos microorganismos que sólo realizan una función vital, la reproducción, tienen una estructura muy sencilla. Se componen básicamente de una molécula de ácido nucleico, una cubierta de proteínas que protege al ácido nucleico llamada cápsida, y en algunos virus como el coronavirus una membrana externa de lípidos que rodea a la cápsida. El ácido nucleico es de lo que está hecho nuestro genoma, nuestros genes, los genes que están en los cromosomas de nuestras células. El ácido nucleico de los virus puede ser de dos tipos, ADN o ARN. El ADN sí lo tenemos más identificado (sus siglas significan Ácido Desoxirribonucleico), es una doble cadena cada una formada por la unión de nucleótidos que contienen una base nitrogenada que puede ser Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) o Timina (T), según el orden en el que se dispongan estas bases la información es una u otra, igual que al escribir un libro: por ejemplo la secuencia AGGTCCTGGAATCC indica una cosa y GGCTTAGGCCCTTAA indica otra. ¿Y qué es lo que indican?, pues son las instrucciones para fabricar proteínas que al fin y al cabo son las biomoléculas que realizan todas las funciones de nuestro cuerpo y que determinan que seamos como somos y tengamos el color de pelo o de ojos que tenemos. El otro tipo de ácido nucleico que pueden tener los virus es el ARN (Ácido Ribonucleico), es parecido al ADN pero se diferencia en que no son dos cadenas, sólo una, y que no tiene Timina, en su lugar tiene otra base nitrogenada que es Uracilo (U). Y ya en este punto podemos hacer un inciso para aclarar lo que es el ARN mensajero tan nombrado actualmente y la base de las vacunas de Pfizer y Moderna. El ARN mensajero es la molécula intermediaria que se sintetiza antes de formar las proteínas en base a la información almacenada en el ADN. Es una molécula intermedia entre donde se guarda la información, que es el ADN en el núcleo de nuestras células, y quien lleva a cabo una actividad determinada que son las proteínas. Las vacunas llamadas de “nueva generación” utilizan esta molécula biológica para introducirla en nuestro cuerpo y que sirva como manual de instrucciones para que nuestro cuerpo fabrique las proteínas víricas frente a las que originar anticuerpos específicos. De esta forma cuando entra en nuestro cuerpo el virus ya tenemos todo un ejército preparado para combatirlo.

ADN – ARN – Proteínas

La característica diferencial de los coronavirus es una proteína que tienen en su membrana llamada proteína S (spike en ingles) o espiga. Esta proteína es la que se une a unos receptores de nuestras células y abren las puertas al virus para entrar, dividirse y al salir provocar la muerte de la célula y por tanto el daño en nuestro organismo. Es esta proteína la que nuestro cuerpo fabrica con las vacunas de Pfizer y Moderna a partir del ARN mensajero.

Estructura de una Coronavirus

Y tras esto ahora sí podemos tener una visión conjunta de todos esos términos de los que no paramos de hablar y de los que hemos dudado sobre el significado de cada uno.

Jugando a ser Dios – CRISPR/Cas9

No fue hasta 1993 con el estreno de Parque Jurásico de Steven Spielberg cuando la población mundial pudo esbozar en la imaginería mental una pequeña idea de la gran magnitud que puede alcanzar el uso de la ingeniería genética. Fue su actor secundario Jeff Goldblum, interpretando al Doctor Ian Malcolm, quien alertó en la mejor escena de toda la trilogía de los riesgos de “Jugar a ser Dios”.

parque
Escena de la película “Parque Jurásico”, de Steven Spielberg.

Han pasado veinticinco años del estreno de la película y, como casi siempre, la realidad ha superado la ficción; aunque las bases científicas y tecnológicas desarrolladas actualmente difieran de lo expuesto por Spielberg.

Fancisco J.M. Mújica, profesor de la Universad de Alicante, fue quien sobre los años 90 descubrió unas secuencias características en el genoma bacteriano que años más tarde (2002) bautizaría como CRISPR. CRISPR (Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas) son secuencias de ADN bacteriano que contienen fragmentos de ADN vírico que previamente han infectado a dicha célula. Constituyen un papel fundamental como sistema de defensa bacteriano y están presentes en el 40% del genoma de todas las eubacterias, y en el 90% del genoma de las arqueobacterias. Estas secuencias de ADN bacteriano se asocian con proteínas de los genes Cas que actúan como nucleasas. En conjunto (CRISPR/Cas) forman un perfecto sistema inmunitario procariota que proporciona a las células una magnífica inmunidad adquirid

 

CRISPR-Cas9_in_action
Complejo CRISPR/Cas9 interaccionando con una doble hélice de ADN.

 

Gracias a su descubrimiento, desde 2013 se está utilizando como herramienta de edición genética. Al administrar la proteína Cas9 y los ARN guías apropiados del gen que queremos editar esta técnica permite cortar el ADN en el sitio exacto, y reemplazar esa secuencia por aquella que nos intereses. Las aplicaciones de esta técnica pueden ser infinitas, desde eliminar secuencias de ADN que producen enfermedades hasta fabricar seres humanos a la carta con todas las atribuciones físicas que deseemos. Dicho en otras palabras, “jugar a ser Dios”.

Manos

Pero siempre que queremos “jugar” a algo debemos conocer con exactitud todas las reglas del juego. En los primeros ensayos realizados se ha comprobado que el uso de esta técnica potencia a corto plazo el desarrollo de tumores. Y el por qué de este hecho ya se conoce. Para permitir que CRISPR/Cas9 pueda actuar libremente debemos desactivar previamente un mecanismo de control celular esencial: P53.

P53 es un gen perteneciente al grupo de genes supresores de tumores que tienen una función primordial en el control de la expresión génica, control del ciclo celular, la apoptosis (muerte celular programada) y la estabilidad del genoma. Exactamente P53 es un gen implicado en el control del ciclo celular y en la supervivencia de células expuestas a agentes que dañan el ADN. P53 controla el ciclo celular en la fase G1-S, impidiendo que las células repliquen su ADN cuando este presenta daños y permitiendo que sea reparado. En caso contrario P53 activa la apoptosis celular, impidiendo que una célula con el ADN defectuoso se multiplique. Su ausencia provoca una proliferación incontrolada de la célula, origen de neoplasias y tumores malignos.

p53
P53 reconociendo un fragmento de ADN

Si queremos jugar a ser Dios debemos conocer todas las reglas del juego pues, en caso contrario, el desconocimiento de una regla traerá un castigo severo… En palabras de Albert Einstein: “Dios no juega a los dados…”

La Panspermia, una teoría cada día más aceptada.

Fue Louis Pasteur (1822-1895), hacia mediados del siglo XIX, quien desterró definitivamente las “teorías abiogenistas”  que defendían la generación espontánea y establecía de una vez por todas la “biogénesis” como teoría fundamental para explicar el origen de la vida. En base a esto, la vida proviene de la vida, y no de materia inerte como proponía el abiogenista Jan Baptiste van Helmont (1577-1644) en su obra “Ortus Medicinae” (1667). Toda célula proviene de otra célula por división de la primera; sin embargo esta teoría dejaba sin respuesta la idea principal: ¿cuál fue el origen de la primera célula?, y aún más interesante ¿se originó esta primera célula en la Tierra o proviene del espacio exterior? Los últimos estudios revelan que la vida apareció en la Tierra hace unos 3.800-3.600 millones de años según estudios de rocas sedimentarias en Groenlandia y estromatolitos en Australia, y posteriormente se fue diversificando alcanzando una explosión de diversidad en el Cámbrico, hace unos 500 millones de años, como demuestra el paleontólogo Stephen Jay Gould (1941-2002) en su obra “La vida maravillosa” centrada en el estudio de los fósiles encontrados en 1909 en Burgess Shale (Canadá).

panspermia_meteorito_tierra

Para responder a estas preguntas actualmente se proponen dos teorías. La primera, que sitúa el origen de la primera célula primitiva (LUCA) en la Tierra mediante un proceso de abiogénesis particular, que implicaría síntesis biótica, polimerización y evolución pre y protocelular, pero diferente a la generación espontánea expuesta anteriormente. O una segunda teoría basada en la Panspermia.

La Panspermia es una  teoría propuesta por el biólogo alemán Hermann Richter en 1865, que establece que la vida llegó a la Tierra por medio de meteoritos o cometas desde el espacio a la Tierra. Según esta teoría los cometas o asteroides serían portadores de moléculas orgánicas o incluso bacterias provenientes de otros cuerpos celestes, y actuarían como vectores fecundando planetas potencialmente habitables. Las últimas investigaciones realizadas por algunos de los investigadores más prestigiosos del mundo como Edward Steele o Chandra Wickramasinghe confirman no sólo esta teoría, sino que también proponen que a nuestro planeta podrían haber llegado organismos completos como podrían ser los cefalópodos (pulpos) mediante huevos fecundados criopreservados que habrían atravesado nuestra atmósfera. Por otra parte la explosión del cámbrico habría sido posible gracias a la entrada en la Tierra de retrovirus, que habrían originado mayor variedad genética a las especies preexistentes y causado esa diversidad de vida.

En base a esto todas nuestras teorías acerca del origen de la vida y la evolución deberían ser revisadas, estableciendo la panspermia como una teoría factible y considerando la existencia de una Biosfera intergaláctica que va sembrando vida y aportando diversidad, estableciéndose como principal fuente de variación genética por encima de las mutaciones y la recombinación sexual meiótica.  Citando a Pasteur: “Desgraciados los hombres que tienen todas las ideas claras”.

Telómeros y la inmortalidad.

Decía Arthur Schopenhauer: “Desear la inmortalidad es desear la perpetuación de un gran error”. Para que exista evolución es necesaria la muerte:  poco sabía Shopenhauer que la clave de la inmortalidad radica en los “telómeros”.

telomeros

Las  bacterias, los primeros microorganismos procariotas que habitaron la Tierra hace unos 3.800 millones de años se caracterizaban por poseer un material genético circular disperso por el citoplasma en una región denominada nucleoide. Un único cromosoma, circular y sin extremos, con una elevada tasa de replicación. Esta replicación es la que permite crear copias identicas del mismo material genético.

Nuestras células en cambio contienen el material genético en una región protegida de la célula, el núcleo. No es circular, poseemos 46 cromosomas, 23 de cada progenitor, y cada cromosoma es lineal con dos extremos. Y aquí es donde radica la importancia de los telómeros, son las regiones últimas de ADN que se encuentran en cada extremo de nuestros 46 cromosomas lineales. Estos telómeros protegen los extremos de nuestro material genético y evitan su degeneración. Se podrían considerar como las fundas protectoras de nuestros cromosomas.

Los telómeros son sintetizados en nuestra etapa embrionaria, gracias a la enzima “telomerasa”, pero esta enzima deja de ser funcional alrededor de los 6 meses de vida. ¿Cuál es la función por tanto de estos telómeros? Son necesarios para una correcta replicación de nuestros cromosomas, pero en cada replicación celular, en cada copia de nuestras células, los telómeros se van acortando poco a poco debido a la acción de la “ADN polimerasa” (enzima que replica el ADN), y dado que la enzima “telomerasa” ya no está activa no se pueden volver a regenerar.

A mayor número de divisiones celulares más se van acortando los telomeros, hasta que llega un punto decisivo donde la célula no se puede dividir más y muere. Esta es la clave del envejecimiento, la muerte celular debido a la inestabilidad cromosómica por el acortamiento de los telómeros.

La inmortalidad y su posibilidad de alcanzarla radica en poder controlar la enzima telomerasa, activarla en momentos clave, alargar los telómeros, y convertir una célula anciana en embrionaria. Quizás sea un sueño aún, y puede que nos quede lejos llegar a este control, pero ya hay células que tienen el poder de reactivar la “telomerasa”, son las células cancerígenas y gracias a esto se hacen inmortales. Inmortalidad a cambio de un mal mayor.

Ya lo dijo Schopenhauer: “Desear la inmortalidad es desear la perpetuación de un gran error”.

Cáncer…

80 billones de células, 80 billones componen el promedio de células de cáda ser humano. Sólo una, el egoísmo o la independencia de una sola célula puede desencadenar el peor de los males. Eso es el cáncer, la liberación de una célula para tomar vías independientes, romper la homeostasis interna del organismo y decidir simple y llanamente realizar una única función: “dividirse”.

Cáncer

Dividirse sin control, utilizando todas las herramientas posibles y a costa de la vida del propio individuo, buscar las formas de nutrirse y respirar mediante una angiogénesis tan brutal capaz de ahogar y asfixiar el órgano de procedencia, desdiferenciarse y….dividirse, sólo dividirse…Decía Edward Paul Abbey: “Crecer por crecer es la ideología de la célula del cáncer”.

La pregunta es ¿por qué?. ¿Qué hace que una célula pulmonar, hepática o epitelial decida romper con todo e iniciar el camino a la larga de su propia autodestrucción?. La respuesta no es sencilla, incluso se recurrimos a Dawkins y su “gen egoista” la respuesta tampoco parece satisfactoria. Teorías que apuntan a una base puramente genética, a una base ambiental, o a una mezcla de ambas, todo influye o quizás no, como indican afirmaciones actuales que recurren al azar.

Desde el punto de vista molecular nuestro sistema dispone de mecanismos para evitar el daño, La replicación de nuestro material genético, realizada por la ADN polimerasa tiene una tasa de error de 0,00000001, prácticamente 0%. Por si esto fuera poco nuestro genoma dispone de genes específicos para prevenir tumores, los llamados “genes supresores de tumores”, y si aún algo falla existe una maquinaria excepcional de seguridad última, la proteína p53 o “guardián del genoma”, que desencadena la muerte celular programada o “apoptosis” cuando la cosa pinta mal. Nuestro sistema inmunológico también dispone de células especiales antitumorales, unos linfocitos llamados “células NK” o “asesinas naturales”, cuya función únicamente es destruir células cancerígenas.

Tenemos mecanismos y herramientas naturales para evitarlo, pero aún así ocurre, el cáncer mata y no disponemos de medios artificiales efectivos para eliminarlo. Según los últimos informes, uno de cada dos niños que nace a día de hoy sufrirán cáncer en algún momento de su vida debido al aumento de la esperanza de vida. Confiar y apostar por la ciencia debe ser nuestra principal arma para encontrar la solución.

 

 

Entre lo autótrofo y la quimiosíntesis.

Siempre han existido varios términos para la clasificación de las bacterias que han supuesto un verdadero calvario para su estudio, de ahí que haya decido elaborar esta nueva entrada para clarificarlos y mostrar un poco de luz a aquellos alumnos especialmente de bachillerato.

Bacterias

La clasificación de las bacterias se suele realizar tradicionalmente en base a dos parámetros, según su forma de obtener el carbono (C),  y según la forma de obtener la energía.

Según la forma de obtener el carbono se diferencian:

  • Autótrofas: Obtienen el carbono directamente del CO2 atmósferico.
  • Heterótrofas: Obtienen el carbono alimentándose de sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos.

Según la forma forma de obtener la energía se diferencian en:

  • Fotosintéticas: Obtienen la energía directamente de fotones de la luz solar.
  • Quimiosintéticas: Obtienen la energía de la oxidación de compuestos inorgánicos.

Conjugando los cuatro términos anteriores obtenemos las cuatro combinaciones posibles para clasificar:

  1. Quimioautótrofas (quimiosintéticas y autótrofas): Su fuente de C es el CO2 atmosférico; mientras que su fuente de energía proviene de la oxidación de compuestos inorgánicos tales como NH3, NO2-, H2 ó H2S. A este grupo pertenecen las bacterias incoloras del azufre, bacterias del nitrógeno, bacterias del hierro y bacterias del hidrógeno.
  2. Quimioheterótrofas (quimiosintéticas y heterótrofas): Su fuente de C son moléculas orgánicas: y su fuente de energía proviene de la oxidación de estas mismas moléculas orgánicas ( glucosas en la glucólisis, triglicéridos en la beta-oxidación, o aminoácidos en la desaminación oxidativa). Este grupo también es conocido como heterótrofos puros, al que pertenecen animales y hongos.
  3. Fotoautótrofas (Fotosintéticas y autótrofas) Su fuente de C es el CO2 atmosférico: su fuente de energía son los fotones de la luz solar. Pertenecen todas las bacterias que realizan la fotosíntesis, o bien fotosíntesis oxigénica donde el donador de electrones es la molécula de H2O (como es el caso de las cianobacterias, plantas superiores y algas), o bien fotosíntesis anoxigénica donde no se libera O2 (como las bacterias verdes sulfurosas, bacterias púrpuras del azufre y bacterias púrpuras no sulfurosas)
  4. Fotoheterótrofas: (Fotosintéticas y heterótrofas) Su fuente de C son moléculas orgánicas; su fuente de energía son los fotones de la luz solar. Son organismos aerobios. A este grupo pertenecen las bacterias púrpuras aerobias y heliobacterias.

Duones y el nuevo lenguaje del código genético.

Las últimas investigaciones y el descubrimiento realizado por la Universidad de Washington hacen indicar que la forma de interpretar el lenguaje contenido en el ADN basándonos en el código genético ha cambiado.

La información contenida en la secuencia de nucleótidos ha sido interpretada gracias a los descubrimientos de Severo Ochoa, de esta forma cada triplete de nucleótidos constituye un “codón” que posteriormente codificará un aminoácido determinado para la cadena polipeptídica en formación. La correlación entre cada codón y el aminoácido correspondiente viene determinada por el código genético.

codigo genético

Dado que el número de codones posibles es 64, y nuestro cuerpo se constituye de 20 aminoácidos, hay ciertos codones diferentes que codifican para el mismo aminoácido. Esto indica que el código genético es “redundante”, varios codones codifican para el mismo aminoácido. Véase el ejemplo del aminoácido prolina, que es codificado tanto por el codón CCC, CCG, CCT, y CCA.  Así para el aminoácido prolina cualquiera de los codones expuestos anteriormente es valido, y la estructura primaria de la proteína, y por tanto su estructura cuaternaria y funcional final será la misma.

Los nuevos descubrimientos indican que hay ciertos codones que tienen una función doble. Por una parte codifican para un aminoácido, y por otra influyen en la función (estructura tridimensional) final de la proteína. Estos codones con una doble funcionalidad son llamados “duones” y pueden sugerir por tanto que el código genético no es redundante, y que cada codón tiene una función específica no descubierta hasta ahora, además de codificar un aminoácido, y que influye en la actividad final de la proteína.

Esto nos permite tener una nueva visión del funcionamiento de la traducción, desterrar ideas anteriores, y una vía alternativa para el estudio de enfermedades.

30 años de SIDA (VIH)

Con motivo de que este año se cumplen tres décadas desde los primeros casos de SIDA registrados en el mundo, os pongo un resumen de los principales acontecimientos ocurridos durante estos años:

– 1981: Aparecen casos raros de neumonía y de Sarcoma de Kaposi en jóvenes homosexuales. Más tarde se identificaron como los primeros pacientes con Sida.

– 1982: Se bautiza la nueva enfermedad con el nombre de SIDA: Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida.

– 1983: Se aisla el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH).

– 1985: Rock Hudson el el primer actor famoso que muere de Sida.

– 1986: Se descubre una nueva especie de VIH en África Occidental, que se denomina VIH 2.

– 1987: Sale a la luz el primer fármaco antirretroviral en EEUU que retrasa la evolución de la enfermedad: la Zidovudina (AZT).

– 1988: Se demuestra a través de un estudio que el uso de preservativos es eficaz para prevenir la infección. Se establece el 1 de Diciembre como Día Muncial del Sida.

– 1989: El actor porno John Holmes muere a causa de la enfermedad. También el fotógrafo Robert Mapplethorpe.

– 1991: Se adopta el lazo rojo como símbolo de la enfermedad. El jugador de baloncesto de Los Angeles Lakers, Magic Johnson, anuncia que es seropositivo y se retira de la competición. Muere Freddie Mercury a causa de la enfermedad.

– 1992: Primeros ensayos con una terapia combinada para el Sida.

– 1993: Se aprueba el preservativo femenino para prevenir la enfermedad.

– 1994: Se crea el primer tratamiento para reducir la transmisión de la enfermedad de madres a hijos.

– 1995: Aparece el primer fármaco inhibidor de proteasa para tratar la enfermedad, denominado Saquinavir.

– 1996: Se crea ONUSIDA, la agencia de las Naciones Unidas contra el Sida. Se introduce el tratamiento antirretroviral de gran actividad (TARGA).

– 1997: Primer ensayo en humanos de una vacuna contra el Sida.

– 1998: ONUSIDA elabora su primer informe: 33.4 millones de personas viven con el VIH en el mundo.

– 1999: Primeras pruebas que demuestran que el virus ha saltado en tres ocasiones de los chimpancés a los humanos.

– 2000: Se acuerda rebajar el precio de los antirretrovirales para los países en desarrollo por parte de cinco grandes farmacéuticas.

– 2002: Se crea el Fondo Global de la Lucha contra el Sida, la Tuberculosis y la Malaria.

– 2003: Aparecen los antirretrovirales de fusión. Se aprueba que los paises pobren puedan importar genéricos contra el Sida.

– 2004: Se extiende la infección por Europa del Este, y también aumenta el número de mujeres infectadas.

– 2005: Nelson Mandela anuncia que su hijo a muerte de Sida. Se pretende romper los tabúes que en África rodean a la enfermedad.

– 2006: El Ministerio de Sanidad de España lanza la primera campaña de prevención dirigida al colectivo homosexual.

– 2007: Se aprueba la píldora Atripla, una píldora diaria tres en uno para tratar la enfermedad.

– 2008: Luc Montagnier y Francoise Barre-Sinoussi reciben el Nobel de Medicina por el codescubrimiento del VIH.

– 2009: Descifran el genoma completo del virus. Una vacuna probada en Tailandia reduce por primera vez el riesgo de infección.

– 2010: Un microbicida, el Caprisa, muestra por primera vez cierta eficacia.

– 2011: Primera transmisión por trasplante de donante vivo en EEUU.