Microbiología ( IV ) Una introducción a la Peste

Detalle de El triunfo de la muerte, de Pieter Brueghel 

Aunque para los griegos y los romanos acudir a los baños era algo inherente a su cultura (con una connotación no solo higiénica, sino sobre todo social) no siempre ha estado bien vista la limpieza corporal. Dice Bill Bryson en su libro “En casa” que el cristianismo nunca vio con buenos ojos la limpieza y “desde el principio desarrolló la extraña tradición de equiparar la santidad con la suciedad”. Y pone un ejemplo muy significativo: “Mucha gente peregrinaba desde Inglaterra a Tierra Santa, pero cuando un monje llamado Godric lo hizo sin mojarse ni una sola vez, se convirtió, de forma inevitable en San Godric”. También explica que cuando otro santo (Santo Tomás Becket) murió en 1170, los que arreglaron su cuerpo destacaron con aprobación que “su ropa interior bullía de piojos”.

En la Edad Media, uno de los métodos infalibles para asegurarse el Cielo era hacer el juramento de no lavarse. Con la propagación de la Peste Negra, en esa época, algunas personas propusieron revisar esta creencia, pero enseguida los “lobbies” más influyentes de la época insistieron en reafirmar las bondades de que el personal fuera tan marrano, diciendo que el agua abría los poros de la piel y fomentaba que los “vapores mortales” entraran en el organismo. La mejor estrategia, pues, era taponar los poros con suciedad.  Hay que destacar que esta idea perduró durante los seiscientos años siguientes y se extendió a todas las clases sociales. La reina Isabel de Inglaterra, según cuenta una célebre cita, se bañaba fielmente una vez al mes, “lo necesite o no”. Y en Francia, el Rey Luis XIII no se bañó hasta el día que cumplió siete (mugrientos) añitos.

Pero regresemos a la edad Media, y a la terrible enfermedad que arrasó a aquellos europeos que huían del agua y de la higiene, incluso aunque tuvieran los medios para acceder a esas prácticas. La enfermedad era la Peste, una palabra que curiosamente tiene una acepción que significa mal olor. Si consiguiéramos viajar con una hipotética máquina del tiempo a la Edad Media, lo primero que nos haría apretar el botón para regresar inmediatamente sería el tufo insoportable procedente de cualquier ser humano con el que nos pudiéramos cruzar. La novela “El perfume” describe esa sensación de manera impresionante, aunque esté ambientado en una época posterior.

A tale from the Decameron , de John William Waterhouse

Pero, ¿qué era exactamente esta enfermedad que conocemos como la Peste? A lo largo de la historia de la humanidad ha habido diferentes registros de epidemias calificadas como Peste por los cronistas de la época. Algunos de estos episodios, en especial los anteriores a la Edad Media, a posteriori se han podido asociar a otras enfermedades infecciosas como el tifus, la viruela o el sarampión. El criterio para descartarlos como Peste es la no existencia de los “bubones” ( bultos inflamados en el cuello , en las axilas y en las ingles, del tamaño  de un huevo o una manzana, que corresponden a los ganglios linfáticos hipertrofiados intentando defenderse del microorganismo invasor) que dan nombre a la Peste bubónica, cuya manifestación más devastadora fue la llamada Peste Negra ( negra, por otro de los síntomas: las manchas oscuras que salían en la piel como un aviso más de muerte inminente), que en el siglo XIV se cebó especialmente en la población europea matando  a un tercio de su población. Florencia fue uno de los lugares más castigados. Giovanni Boccaccio, en su “Decamerón” narra las peripecias de un pequeño grupo de habitantes de esa ciudad que se entretienen contándose historias durante el periodo en el que se aislaron (una propuesta magnífica a tener en cuenta para sobrellevar el confinamiento ante el coronavirus). Se calcula que mató a treinta y siete millones de europeos. 
Pero la peste no se originó en Europa. En lo que podríamos calificar como la “globalización” de la época, la extensión de la epidemia traza el camino de las principales rutas comerciales, cuyo origen estaba en China. Primero en caravanas y después en barcos (algunos de ellos perdían a toda la tripulación en el viaje y navegaban a la deriva), la enfermedad viajó en primera instancia a las islas del Mediterráneo (diezmando sus poblaciones) y más tarde alcanzó la Italia continental, llegando a Florencia a comienzos de la primavera de 1348. Si hacemos la suma total, añadiendo a los asiáticos y otros países azotados por la plaga, casi todas las fuentes hablan de cien millones de muertos.

La siguiente gran epidemia de Peste ocurrió tres siglos después en la ciudad de Londres, conocida como la Gran Plaga o la Gran Peste. En este caso fue Daniel Defoe (que se conoce más por su Robinson Crusoe) quien, aunque es una ficción posterior a los hechos, dejó registro de la situación en la ciudad con gran verosimilitud. Las estadísticas muestran que cuando una plaga de este calibre se extiende en una población mueren nueve de cada diez personas infectadas. Una vez instaurada, la neumonía asociada a la enfermedad hace que el contagio sea muy alto. En el Londres de 1665 fallecieron cerca de 150.000 personas, un tercio de la población. Pero, supuestamente tendrían que haber sido muchas más. La peste debería haberse extendido hasta contagiar a toda la comunidad. Pero no fue así. La pregunta del millón es la siguiente: ¿Por qué tanta gente que estuvo en contacto con la bacteria más letal de toda la historia, sobrevivió sin recibir ningún tratamiento? Durante muchos años se creyó que la epidemia afectó sobre todo a las clases bajas de Londres, debido a las condiciones insalubres en las que vivían.  Las personas de las clases altas parecían estar menos expuestas. Si bien es cierto que las condiciones higiénicas favorecían la propagación de la enfermedad, el hallazgo contemporáneo de un enterramiento sembró la duda sobre esta hipótesis. 

Fosa con esqueletos de la época de la peste. 

Unos obreros, excavando junto a una iglesia antigua, descubrieron un grupo de 57 esqueletos que provenían de la época de la Gran Peste. Resultó que el estudio de los esqueletos dio indicios de que esas personas pertenecían a la clase alta (se puede deducir muchas cosas a partir de los huesos, y estos no tenían signos de enfermedades ni desgastes óseos típicos de la clase pobre). Esto cuestiona que la riqueza supusiera una protección contra la peste bubónica. Entonces, si no es la clase social ni la higiene lo que marca la diferencia, la pregunta sigue vigente: ¿por qué solamente murió un tercio de la población de Londres? ¿Qué diferenciaba a los muertos de los supervivientes? El genetista americano Stephen O‘Brian realizó un estudio genético en un grupo de personas descendientes de supervivientes a esta enfermedad procedentes de una comunidad pequeña y cerrada de Inglaterra, y comprobó que esa “resistencia” natural a no infectarse está grabada en el ADN,  y por lo tanto se hereda. Se demostró que muchos de ellos tenían una mutación en un gen del cromosoma 3 llamada Delta-32, que les hacían invulnerables no solo a la peste, sino que sorprendentemente también a otras enfermedades infecciosas como el SIDA (afecta a las proteínas receptoras a las que se une el virus). Una mutación que se había producido al azar ya en la Peste Negra medieval y que, debido a la presión selectiva en un entorno en el que los que no la tenían morían, fue favorecida por la selección natural. Los supervivientes a esa plaga se pudieron reproducir y en las siguientes generaciones estuvieron más representados de lo que hubieran hecho en condiciones normales. Esta es la explicación evolutiva de que en la Gran Peste del siglo XVII muriera mucho menos proporción de gente de la que se dio la Peste Negra de la Edad Media.  Este vínculo entre la inmunidad a la Peste bubónica y la inmunidad al VIH es uno de los resultados más sorprendentes e interesantes de la investigación genética reciente. Aprender cómo funciona esta inmunidad a nivel celular está siendo muy útil para diseñar tratamientos en la lucha contra el SIDA. Entender los mecanismos moleculares y celulares en la relación entre los microorganismos y sus huéspedes es lo que dará la clave para luchar contra infecciones y pandemias como la actual. Por eso es importante la investigación básica, porque nos va la vida en ello.

Microbiología ( III) Pasteur y los tetrabriks de leche que hay en tu despensa

Los pocos médicos que estaban de acuerdo con las medidas higiénicas propuestas por Semmerweiss, tenían el mismo problema que él: no podían explicar por qué era tan importante lavarse las manos y, sobre todo, qué era lo que causaba la enfermedad. La solución llegó unos años más tarde, en 1865, casualmente el mismo año en que falleció Semmerweiss. Louis Pasteur era un químico y físico al que le gustaba involucrarse en problemas “aplicados” de diferentes ámbitos (como la agricultura, la industria de la seda o de la cerveza) y que encontró la solución a este misterio médico en un tonel de vino. 

Pasteur realizando experimentos

Pero antes de explicar en este texto qué fue lo que el vino le desveló a Pasteur, resulta crucial contar que en 1862 fue el ganador de un importante concurso que planteó la Academia de las Ciencias de París para solucionar la ancestral disputa −científica, pero sobre todo filosófica y religiosa− sobre la existencia o no de la generación espontánea. Dicha teoría propugnaba que existe un “principio vital” en el aire que, en contacto con la materia orgánica, hace que la vida aparezca de forma espontánea. Es muy fácil juzgar y despreciar a la gente del pasado, mirándolos por encima del hombro y pensando: pero ¿cómo podían creer en semejantes supercherías? Siempre hay que contextualizar. La experiencia de lo que cualquier individuo podía observar en su vida diaria apuntaba a que la cosa funcionaba de esta manera. En las carnicerías, las carcasas de carne sin refrigerar originaban gusanos, en los establos donde se guardaba trigo acababan apareciendo ratas, tras una inundación aparecían gran cantidad de ranas…Parecía que la materia orgánica, en contacto con ese invisible principio vital (algo así como unos polvitos mágicos que concentraran la fuerza de la vida) fuera la causa de esta nueva generación de vida en todos estos casos. Que los seres vivos se originaban a partir de la materia orgánica de forma espontánea.

En 1668 Francesco Redi hizo un experimento que asestó un golpe mortal a la teoría de la generación espontánea: quería demostrar que los “gusanos” que aparecían en la carne en descomposición no eran más que larvas que habían dejado las moscas que habían desovado allí. El experimento de Redi se considera el primero en seguir de forma impecable los principios del diseño experimental hipotético- deductivo (con sus hipótesis, sus réplicas, su grupo control …etc)

Demostró que, si se impedía el acceso de las moscas a la carne, aunque el aire (con su supuesto principio vital incorporado) pudiera entrar a través de la redecilla del experimento C del dibujo, no aparecían larvas de moscas (los “gusanitos”) en la superficie de la carne.  Lo cual demostraba que las larvas no aparecían de manera espontánea, sino que procedían de las moscas. O, dicho de otra forma, que un ser vivo siempre procede de otro ser vivo.

Tuvieron que pasar casi dos siglos, en los que todavía había mucho partidario de la generación espontánea, hasta que la Academia de la Ciencia de París retara a los científicos a demostrar definitivamente la falsedad de semejante teoría. Uno de los problemas que existían en aquel momento era que en muchos lugares en los que se producía vino y otros “caldos” a veces se les estropeaban y se les pudrían haciendo que los viticultores perdieran mucho dinero. En aquel entonces ya se habían observado los microorganismos con el microscopio óptico. Las dos alternativas para explicar el problema eran: que la fuerza vital del aire generaba microorganismos en contacto con el caldo (generación espontánea), o bien que las esporas de otros microorganismos previos al caer en el caldo generaban nuevos microorganismos. Pasteur era partidario de esta segunda hipótesis.

Pasteur ganó el premio con un experimento muy simple pero a la vez muy ingenioso.

Se llenaban unos matraces con caldo nutritivo (con materia orgánica). A continuación se esterilizaban para eliminar los microorganismos que pudiera haber, que serían los causantes de la putrefacción. Con un mechero se deformaba el cuello de algunos de los matraces hasta darle un aspecto de “cuello de cisne”, con lo cual se conseguía que los microorganismos que pudieran entrar por el orificio se quedaran en el codo de este cuello deformado y no pudieran llegar al caldo subiendo en contra de la gravedad el último tramo, mientras que el aire ( con el hipotético principio vital) sí que llegaba al líquido. Pues bien, lo matraces con cuello de cisne permanecieron estériles durante mucho tiempo, mientras que si se cortaba el cuello y se dejaba pasar directamente aire y microorganismos se podrían enseguida. Lo cual demostraba de manera contundente que la causa de la putrefacción era el contacto con las esporas de microorganismos que flotan el aire, no el propio aire con su principio vital.

Y ahora volvamos con los otros caldos: los alcohólicos. Volvamos con los vinicultores que tenían problemas en su economía porque de vez en cuando se contaminaban las cubas, se agriaba el vino y, como no era posible beberlo ni venderlo, perdían millones de francos.  El problema fue planteado al joven decano de la facultad de ciencias de Lila que, ¿adivináis?, se llamaba Louis. Pasteur estudió con el microscopio las células de levadura en el vino. Se dio cuenta de que todos los vinos tenían levaduras (necesarias para la fermentación del mosto de la uva), pero aquellos que se agriaban además contenían otro tipo de microorganismos. A Pasteur le pareció que el vino no se agriaba hasta que finalizaba la fermentación En este caso, como que ya no se necesitaba más levadura ¿por qué no desembarazarse de todos los microorganismos una vez estuviera fermentado, subiendo la temperatura de los caldos? Los de la industria vinícola escucharon horrorizados esta propuesta, pero una vez cedieron (de todas formas las cosechas estaban perdidas) se dieron cuenta de que efectivamente cesaba de agriarse el vino, mientas que su aroma no se alteraba en absoluto con el calentamiento.  La industria del vino se había salvado y a esta técnica se le llamó “pasteurización”. Sirve, entre otras cosas, para que los tetrabriks de leche que llegan a nuestras casas no tengan ningún microbio y se puedan conservar en perfecto estado hasta que se abra el recipiente.  

Microbiología ( II) El gran invento de lavarse las manos (Ignaz Semmerweiss)

En 1847, cincuenta años después de que Jenner encontrara la solución a la viruela con su vacuna, los médicos seguían sin conocer qué era lo que causaba las enfermedades infecciosas. Por lo que respecta al resto de enfermedades, lo único que podían hacer los médicos por sus pacientes era recomendarles reposo, buena alimentación, ambientes puros y, como mucho, podían incidir forúnculos, soldar huesos rotos y prescribir remedios con plantas medicinales.

Lo curioso es que en esa época ya existían los microscopios, y se habían observado “gérmenes”, hongos y “animales unicelulares”. Incluso los habían clasificado en bacilos y espirilos según su forma y se les había dado el nombre genérico de “microbios” (vida pequeña), y más tarde de microorganismos.  El problema es que nadie había establecido una relación entre los microorganismos y la enfermedad. Lo hizo de forma contundente Pasteur más adelante (1865) (será la siguiente historia, queridos lectores), pero el primer paso crucial para asestar un ataque efectivo contra las bacterias lo dio un médico húngaro llamado Ignaz Semmerweiss. Aunque, por supuesto, ignorando contra qué luchaba. 

El avance médico que evitó numerosísimas muertes consistió en obligar a los médicos a que se lavaran las manos.

Semmerweis trabajaba en un hospital de Viena, en la sección de maternidad. En esa sección, un 12% o más de las parturientas morían de fiebres “puerperales” (una infección generalizada que se producía tras el parto debido a mala higiene y las heridas causadas por el parto). Muchísimas mujeres han muerto a lo largo de la historia por esta causa, y siguen muriendo en la actualidad en algunos países sin recursos. Una nota autobiográfica: mi propia abuela materna ( a la cual debo mi nombre) murió de fiebres puerperales, tras un legrado ( un raspado en el útero) que le perforó el intestino, dejando cuatro hijos pequeños, entre ellos mi madre que tenía cuatro añitos.

El médico observó que las mujeres que daban a luz en sus casas casi nunca contraían fiebres puerperales. Decidió iniciar una investigación. En el hospital en el que trabajaba había dos secciones de maternidad, y se dio cuenta de que en una de ellas morían tres veces más mujeres que en la otra. La sección que tenía una mayor mortalidad estaba atendida por estudiantes, la otra por comadronas. Esta diferencia tan significativa ¿se debía a la mayor experiencia de las comadronas? ¿O había algo que hacían los estudiantes que no hicieran las comadronas? ¿o al revés?  Resultó que los estudiantes, en su aprendizaje rotatorio por todo el hospital, antes de atender a las parturientas iban a diseccionar cadáveres la sala de autopsias. También se dio cuenta de que los estudiantes no se lavaban las manos después de tocar a los cadáveres (ahora nos parece inconcebible, pero recordemos que no relacionaban a los microorganismos con la enfermedad). Era como si hubiera “algo” peligroso en los muertos que pasaba a las manos de los estudiantes. Como si la misma muerte se trasladara de una sala a otra a través de ellos. En cuanto se dio cuenta de esto dio la orden de que los estudiantes se lavaran las manos y se las desinfectaran. 

Tasas de mortalida en las dos secciones del hospital de Viena.

Consiguió disminuir muchísimo la mortalidad (de un 12% a un 1% ) en la sección que atendían los estudiantes. Y causó gran conmoción, como es de imaginar. Pero los médicos veteranos estaban furiosos, indignados. Consideraban que se les había tachado de asesinos por no lavarse las manos. Así que, haciendo gala de un corporativismo a ultranza que todavía persiste en muchas profesiones, lograron expulsar a Semmerweiss del hospital. Se fue a Budapest, donde redujo la mortalidad bajo sus indicaciones, mientras que en Viena las muertes volvieron a subir a los niveles previos. Estableció un protocolo mucho más amplio para todos los trabajadores del hospital y reseñó todas sus investigaciones para dejar constancia de sus impresionantes resultados. A pesar de todo, la mayor parte de los médicos de la época no asumieron las medidas profilácticas de Semmerweiss y continuaron defendiendo que las fiebres puerperales eran debidas a la “suciedad” de los intestinos, para lo cual prescribían purgantes.  El último tramo de su vida (falleció joven, a los 47 años) estuvo marcado por una gran frustración y enfrentamiento muy virulento y amargo con la opinión médica vigente. Paradójicamente, murió de una septicemia (una infección generalizada semejante a las que producían las fiebres puerperales).  

En el 2015 se conmemoraron los 150 años de su muerte y de alguna manera la comunidad científica le brindó un reconocimiento que nunca tuvo en una vida. Una vida dedicada a explicar algo tan simple y tan básico como que lavarse las manos -de alguna manera que entonces no entendía y que pocos años después Pasteur explicó- salva vidas.

En este enlace podreis encontrar una pregunta de las PAUs de biología sobre este tema, que incluye conceptos de microbiología y de diseño experimental

Microbiología ( I) De cómo Jenner se atrevió a inocular a un niño con viruela y no lo metieron en la cárcel

A finales del siglo XVIII la mayoría de la gente tenía mala salud. Los médicos por entonces sabían bastante sobre el cuerpo humano: conocían su anatomía, sabían que existían células, sabían de la circulación sanguínea y de algunas funciones del cerebro. Pero sobre la enfermedad sabían muy poco. No acababan de entender en qué consistían las enfermedades, en especial las infecciosas. Sí tenían constancia de que algunas enfermedades se podían contagiar y también se habían fijado en que algunas enfermedades sólo se contraen ( este curioso verbo, que solo se usa para enfermedades, deudas…y matrimonios!) una vez.

Esto era precisamente lo que ocurría con la terrible enfermedad de la viruela

Una mano con pústulas de viruela.

Ésta provocaba unas terribles pústulas por todo el cuerpo. Si el paciente conseguía sobrevivir, estaba condenado a mostrar un rostro marcado con marcas de viruela, unos cráteres que desfiguraban su cara de por vida. Los médicos sabían que lo que causaba este contagio era el líquido de los granos, o pústulas. También sabían que era una de esas enfermedades que solo se contraía una vez. Lo que no sabían era QUÉ causaba la viruela.

Los campesinos de Turquía aprendieron (empíricamente, sin conocer el mecanismoque había tras esa acción) a hacer una práctica que les funcionaba bien: cuando alguien tenía una viruela leve, pinchaban una de las pústulas con una aguja y se introducían el líquido bajo la piel tras hacerse un pequeño corte. De esta manera las personas receptoras del líquido contraían la enfermedad pero no morían ni presentaban tantas marcas en la cara.  

Edward Jenner

El médico inglés, Edward Jenner, utilizaba el mismo método para proteger sus pacientes. Esto era una acción algo arriesgada, pues a veces en lugar de quedar protegidos, sus pacientes morían. Pero tan temible era esa enfermedad que muchos preferían correr el riesgo.  

En su práctica en la Inglaterra rural (en Gloucerstershire) se percató de un suceso extraño: cuando inoculaba el líquido de las pústulas de viruela en personas que trabajan con animales, especialmente las que ordeñaban vacas, estas no contraían la enfermedad. La legendaria belleza de las lecheras pintadas en muchos cuadros de la época procedía de esta realidad: eran mujeres que poseían un cutis inmaculado, sin las marcas de viruela que tenían la mayoría de sus compatriotas.

Jenner también sabía que los granjeros contraían una enfermedad parecida a la viruela (aunque con síntomas mucho más leves), que afectaba a las vacas, conocida como viruela vacuna.  Jenner se preguntó:

Jenner inoculando a James Phipps

¿Es posible que la vacuna y la viruela sean tan parecidas que una defensa contra la viruela vacuna protegiera el organismo también de la viruela humana? Y realizó el siguiente experimento, jugándose su reputación y probablemente su integridad física si no funcionaba: inoculó a un chico de 8 años, llamado James Phipps, con fluido procedente de uno de las pústulas de una lechera que padecía viruela vacuna. El niño contrajo la enfermedad, tuvo un poco de fiebre, pero se recuperó en muy poco tiempo. Dos meses más tarde Jenner volvió a inocular al niño, esta vez con la variante mortal de la viruela humana. Si el niño no enfermaba se demostraría su tesis: que la viruela vacuna protegía contra la viruela mortal. Por suerte para él y para la humanidad, el niño sobrevivió (de mayor trabajó como conserje para el instituto Pasteur), y de esta manera Jenner demostró que se podía proteger a la gente de la viruela sin riesgos para su salud, inoculándoles la viruela vacuna. Esta es la razón por la cual a este método se le llamó “vacunación”.

La vacunación se propagó por Europa como un incendio, y en el siglo XIX ya casi no había caras picadas por la viruela. Este es uno de los raros casos de una revolución en medicina adoptada con facilidad y casi al instante. Lo que da perfecta idea del pánico que inspiraba la viruela y la avidez del público por librarse de ella. 

Hoy la viruela ha sido eliminada de la lista de enfermedades activas (¡saluditos a mis amigos antivacunas, que se han librado de ella, igual que de la polio). Todo el mundo fue vacunado y ahora mismo consta como una enfermedad erradicada de la faz del planeta. Solamente existen muestras del virus en laboratorios con fines de investigación, a la espera de que ningún terrorista se acerque a ella con intenciones de montar una guerra bacteriológica que arrasaría a todo el planeta por la falta de anticuerpos específicos en la población ( como está pasando en este momento con el coronavirus, por otros motivos). 
 Jenner, con todo su mérito, nunca averiguó qué era lo que causaba la viruela que ayudó a curar con su vacuna. 



PD: En el siguiente enlace de mi blog Crónicas desenfocadas escribí un relato inspirado en esta historia, desde la perspectiva de la lechera de la cual Jenner sacó el líquido para inoculárselo a James Phipps.

Principales técnicas de biotecnología

Esquema:

   1. Reproducción asistida :

                               -Fecundación in vitro

                               -Selección de embriones.

    2. Clonación reproductiva

    3. Medicina regenerativa :

                               -Clonación terapéutica:

                                               -células madre

                                               -embrionarias

                                               -de tejido

      4. Ingeniería genética:

                               -terapia génica

                               -obtención de organismos transgénicos.

1. Reproducción asistida  

-Fecundación in vitro: Consiste en fecundar un ovocito con un espermatozoide fuera de las trompas de Falopio, en un tubo de ensayo. Se estimulan los ovarios de una mujer mediante un tratamiento hormonal para que se produzca una ovulación múltiple. Los ovocitos maduros se recuperan de 34 a 36 horas después de este tratamiento. Se obtienen espermatozoides y se procede a realizar la fecundación in vitro. Los ovocitos fecundados( entre 5 y 10 )  se dejan desarrollar durante dos o tres días 8 en el estadio de mórula o un poco antes, cuando tienen entre 2 y 8 células ) , y después se introducen en el útero, donde anidarán por ellos mismos y se seguirán desarrollando como si fuera un embarazo natural. Normalmente se transfieren de dos a cuatro embriones, para asegurar que al menos uno anide (un 30 % de las fecundaciones in vitro acaba en embarazos múltiples) .El resto de embriones se congela en nitrógeno líquido, lo cual detiene las funciones vitales del embrión, pero no comporta su muerte (durante los cinco años posteriores a la fecundación in vitro se pueden utilizar). Estos embriones(más de 12.000 en el año 2000 en Cataluña)  crean un problema legal y ético, pues no pueden ser destruidos ni usados.   

-Selección de embriones:

En algunas ocasiones, antes de transferir los embriones al útero de la paciente, se hace un diagnóstico para detectar anomalías genéticas responsables de enfermedades hereditarias. Y se pueden seleccionar los embriones que no tengan ese gen, con la finalidad de tener un hijo sano, y también para salvar la vida a algún hermano previo que tenga la enfermedad.

2. Clonación reproductiva

El clonaje reproductivo es un proceso experimental destinado a producir organismos genéticamente idénticos. Una de las maneras más sencillas de generar animales clónicos es por división del embrión (in vitro). Esto simula la generación espontánea de gemelos univitelinos (se especula con crear clones de embriones congelados como reserva de células madres para auto trasplantes de  tejidos).

Otra manera de hacerlo es generar individuos clónicos a partir de individuos adultos.La primera vez que se consiguió fue en  1996 con la oveja Dolly, desde entonces se han clonado otras ovejas ,terneras, cerdos, ratones , cabras y gatos  ). El procedimiento consiste en obtener el núcleo de una célula cualquiera del individuo que se quiere clonar( el cual contiene el todo el genoma del organismo ) . Se obtiene un ovocito de una donante y se le elimina el núcleo. Se introduce el núcleo del animal a clonar en el ovocito vacío. Se deja que empiece su desarrollo en condiciones de laboratorio . Finalmente se transfiere al útero de una madre adoptiva donde acabará de desarrollarse. El nuevo individuo será un clón del  primero. 

Aquí tienes un esquema de cómo se obtuvo a la oveja Dolly, un clon idéntico a su madre. 

 3. Medicina regenerativa

-Clonación terapéutica: es un proceso experimental destinado a producir células adultas diferenciadas , como neuronas, células del páncreas… genéticamente e inmunológicamente idénticas a las de un organismo ya nacido , para que puedan ser utilizadas para sustituir sus propios tejidos mediante  un trasplante personalizado.

El procedimiento es el siguiente: Se extrae una célula del cuerpo del paciente ( las mejores son las del tejido conjuntivo , el tejido que rellena los intersticios entre la piel y la musculatura) y se obtiene el núcleo. Después se toma un ovocito de una mujer y se elimina el núcleo. Se transfiere el núcleo obtenido al ovocito anucleado y se deja que se desarrolle un embrión en condiciones de laboratorio semejantes a las que se dan en la fecundación in vitro. Una vez el embrión ha adquirido la fase de blastocito, se obtienen las células madre embrionarias , que se cultivan in vitro y se condicionan (mediante la activación de programas génicos específicos de diferenciación celular) para que se diferencien en las células adultas del tejido en cuestión. Después se trasplantan al paciente, que regenera el órgano dañado (piel , páncreas, neuronas…) . El problema actual que existe con este procedimiento es la obtención de ovocitos humanos, la  diferenciación espontánea de las células madre, la dificultad de “orientar “ genéticamente a las células hacia un tejido concreto, y que tienen un potencial cancerígeno mayor de lo normal . 

 A esta técnica también se le llama”transferencia nuclear” y así se elimina el término clónaje que puede llevar a equívocos( en realidad no se acaba obteniendo otro organismo adulto idéntico al original )

Otra opción es utilizar células del propio paciente que ya estén determinadas, como las células madre del tejido, o modificar células adultas ya diferenciadas. Las células madre de tejido tienen la capacidad de diferenciarse en los tipos celulares de un tejido concreto, y se encuentran en mayor o menor medida, en todos los tejidos. Por ejemplo, si un paciente tiene una lesión cardiaca que solo puede ser reparada con un implante de células musculares cardiacas, se podrían obtener células madre del tejido muscular del propio paciente, reproducirlas in vitro hasta obtener un número suficiente, y implantarlas en el paciente, que no las rechazará porque provienen del propio paciente.

Las ventajas son que como estas células ya han iniciado el camino de la diferenciación, es más sencillo condicionarlas para que completen el proceso y se conviertan en células adultas funcionales. Otra ventaja es que no tienen el potencial de crecimiento tan elevado como en las embrionarias , y por lo tanto el riesgo de cáncer es menor.

Los inconvenientes son: que hay muy pocas de estas células y son muy difíciles de obtener. 

4. Ingeniería genética:

La Ingeniería genética consiste en la manipulación y modificación de la información genética, es decir, del ADN, mediante la introducción de genes de otros organismos o la modificación de los genes propios.

Se ha desarrollado gracias a ciertos procesos que se dan en las bacterias. Muchas bacterias usan unas estructuras llamadas plasmidios  para intercambiar información genética entre ellos. Además de estos plasmidios (fragmentos de DNA  que se multiplican independientemente del resto del genoma de la bacteria ) también se usan virus como vectores  ( vehículos para transportar el material genético). Otra opción es introducir el gen directamente en el núcleo por microinyección (sobre todo para células grandes como los óvulos). Además en los años 70 se descubrieron unos enzimas propios de las bacterias llamados “enzimas de restricción”, la función de los cuales era destruir el DNA no propio que penetra en las células.

Los procesos básicos que se siguen en la ingeniería genética son los siguientes:

-Obtención de los fragmentos del DNA que se quiere manipular, por medio de los enzimas de restricción.

-Unión de los fragmentos elegidos en un plasmidio o en un virus (DNA recombinante) .

-Introducción del DNA recombinante dentro de la célula que se quiere manipular ( actualmente casi siempre bacterias).Esta expresara el gen insertado y de esta manera se puede conseguir que una especie produzca proteínas propias de otra especie.

-Terapia génica :

 La terapia génica consiste en la curación de enfermedades hereditarias insertando, en las células con el gen defectuoso ,  genes que puedan hacer correctamente su función . Es el gran reto del futuro . Los vectores que se utilizan para introducir  ADN en las  células humanas son los retrovirus ( virus con RNA capaces de transcribirse inversamente e insertar el material genético dentro del núcleo de la célula) . De momento se han usado en enfermedades hereditarias que afectan a las células sanguíneas , como las hemoglobinopatías: disfunciones en la síntesis de la hemoglobina. Los genes que sintetizan la hemoglobina sólo se expresan en los eritroblastos (células de la médula ósea que dan lugar a los eritrocitos ). Si se extraen  los eritroblastos del enfermo ,se les introduce el gen correcto , se cultivan en laboratorio, y después se reintroducen en el enfermo , hay posibilidades de curar la enfermedad, pues se formarán glóbulos rojos con hemoglobina .

La terapia génica tiene riesgos potenciales: se desconoce cual podría ser el efecto a largo plazo de los retrovirus usados. En el futuro es previsible la aplicación de terapia génica en enfermedades que no son hereditarias , como el SIDA, por ejemplo, introduciendo en los linfocitos genes que lleven la información para sintetizar biomoléculas como las “quimiocinas” que dificultan la infección del virus.

La combinación de las técnicas de terapia génica con las de medicina regenerativa son muy prometedoras en el futuro en casos en los que las células defectuosas son difíciles de obtener, de manipular y de hacer proliferar en el laboratorio.

 -Obtención de organismos transgénicos:     

Los organismos transgénicos son seres vivos que llevan genes de otras especies, introducidos artificialmente por medio de técnicas de ingeniería genética. Los organismos receptores del gen externo incorporan la información en su genoma   y producen las proteínas correspondientes.

Las bacterias transgénicas son muy usadas y muy útiles en la industria farmacéutica para obtener antibióticos, insulina, hormona del crecimiento…etc.

Las plantas transgénicas tienen un uso alimentario,  obteniéndose plantas con diferentes propiedades como un crecimiento más rápido, frutos más resistentes, resistencia a plagas y herbicidas…incluso la obtención de sustancias terapéuticas a partir de plantas. El consumo de plantas transgénicas ha creado mucha polémica. Las ventajas son importantes, debido a las necesidades crecientes de alimentación de la humanidad, pero también hay riesgos de los que aún no se conocen las consecuencias, como el efecto de estos productos en el cuerpo humano, la posible hibridación con plantas de otros ecosistemas, y la pérdida de biodiversidad ( ej: hambre en Irlanda en 1845) . Los genes insertados en estas plantas transgénicas proceden de otras plantas, de bacterias , e incluso de animales. Cualquier alimento con ingredientes transgénicos ha de llevarlo indicado en el etiquetado.

Se han obtenido individuos transgénicos animales en una buena parte de animales de granja para mejorar los productos de consumo como la carne, leche, huevos y lana., por ejemplo cerdos transgénicos con hormona del crecimiento de bovinos , cuya carne tiene menos proporción de grasas. También se han creado aves y peces transgénicos, además de otros mamíferos.

Combinando la trangénesis con la clonación se pueden obtener animales que proporcionen modelos muy valiosos para estudiar enfermedades humanas y encontrar tratamientos, xenotransplantes, y obtención de productos terapéuticos, por ejemplo el factor de coagulación VIII , deficiente en las personas hemofílicas, se obtiene a partir de animales transgénicos a los cuales se ha les ha transferido el gen humano que codifica esta proteína.

Biotecnología ( introducción y esquema)

La biotecnología es el aprovechamiento de los recursos biológicos mediante el control o la modificación de los organismos (bacterias, plantas o animales)

La biotecnología no es algo nuevo, de hecho es muy antigua. Por ejemplo, las técnicas usadas para la elaboración del pan o las bebidas alcohólicas ( fermentación ) se conocen desde hace miles de años.

A lo largo de los siglos, el ser humano ha realizado una selección de plantas y animales (por cruzamientos selectivos ) que les ha permitido acelerar la evolución y crear razas con diferentes características  que le han interesado ( en plantas , animales domésticos, ganado…) como mayor resistencia , producción, estética…

Más adelante, gracias al desarrollo de la tecnología y el conocimiento de la genética, se dio paso a la producción industrial de sustancias y organismos ( bebidas alcohólicas , derivados fermentados de la leche , queso …)

Desde los años 70 del siglo pasado, la ingeniería genética ( manipulación de los genes de un organismo por medio de la técnica del ADN recombinante) ha permitido la obtención a gran escala de sustancias, tras aislar el gen que las codifica e incorporarlo a otros organismos con una mayor tasa de reproducción , como las bacterias ( Escherichia coli). De esta manera se han conseguido sintetizar industrialmente sustancias como la insulina y la hormona del crecimiento para tratamientos hormonales, o el interferón.

Iniciado en 1990, en el año 2003 se consiguió finalizar el mapa completo del genoma humano (Proyecto Genoma ).

En la actualidad la biotecnología se orienta hacia la medicina regenerativa (obtención de tejidos compatibles con el receptor para restituir tejidos /órganos dañados), la reproducción asistida ( fecundación in vitro y selección de embriones ),  terapia génica (incorporación de genes viables en células con genes no funcionales ) y obtención de organismos transgénicos ( incorporación de genes de una especie en otra).   

El avance más revolucionario que ha habido recientemente es la edición genética. La tecnología CRISPR/Cas9 es una herramienta molecular utilizada para “editar” o “corregir” el genoma de cualquier célula. Eso incluye a las células humanas. Sería algo así como unas tijeras moleculares que son capaces de cortar cualquier molécula de ADN haciéndolo además de una manera muy precisa y totalmente controlada. Esa capacidad de cortar el ADN es lo que permite modificar su secuencia, eliminando o insertando nuevo ADN.

Esquema de las principales aplicaciones de la biotecnología en la actualidad:

                   1.Reproducción asistida :

                               -Fecundación in vitro

                               -Selección de embriones.

                2. Clonación reproductiva

                3.Medicina regenerativa :

                               -Clonación terapéutica:

                                               -células madre

                                               -embrionarias

                                               -de tejido

                4.Ingeniería genética:

                               -terapia génica

                               -obtención de organismos transgénicos.

                               - edición genética ( CRISPR/Cas9)

Lee el texto introductorio y contesta a las siguientes preguntas: 

1- Ordena cronológicamente las siguientes aplicaciones de la biotecnología ( de más antigua a más moderna). Ponles una fecha aproximada que indique desde que momento se aplica cada técnica. Documéntate en internet de cada uno de ellos para poder más tarde elegir una de las técnicas.  

Obtención de organismos transgénicos, Producción de vino, Fecundación in vitro,  Obtención de insulina por ingeniería genética, Selección de razas de perros, Posibilidad de eliminar un gen mediante la edición genética, Localización de todos los genes en los cromosomas del ser humano ( Proyecto genoma) , Clonación de la oveja Dolly, Posibilidad de regenerar un tejido a partir de las células madre.  

2- Con tus conocimientos de genética y documentándote en internet , explica: 

a- ¿ Qué diferencia hay entre raza y especie? ¿ Cual es el criterio reproductivo? 

b-¿Cómo se ha conseguido  obtener tantas razas de perro a partir de la selección artificial? . Puedes explicarlo a partir de un ejemplo concreto ( usando las fotos de esta entrada, o el ejemplo que se muestra aquí abajo) o en general. 

c-¿ Qué diferencia la selección natural de la selección artificial? Explícalo comparando los leones con los perros?

d-¿ Qué tienen en común un chihuahua y un gran danés, desde el punto de vista genético? ¿ se podrían cruzar? 

e- Indica cuál de las técnicas has elegido para ampliar. Empieza a ampliar la información sobre la técnica. En la siguiente entrada tienes un resumen de las más importantes. 

¿ Qué son los agujeros negros? ( una aproximación original)

Lanzar piedras al cielo

Es magnífico darse cuenta de que una actividad tan aparentemente estúpida como lanzar hacia arriba piedras pequeñas pueda ser la clave para entender alguno de los más escondidos secretos que guarda el universo.

Empecemos, pues. 

Te he puesto un casco para que la piedra al caer no te dé contra la cabeza. Verás que has conseguido elevarla unos cuantos metros hacia arriba, pero irremediablemente ha regresado. Eso no cuesta demasiado entenderlo. Ahora supón que te conviertes en un superhéroe. La  velocidad que le imprimes al proyectil es inmensa.

También ha vuelto a caer, y ahora con mucha más velocidad, por lo que el casco que he dibujado es mucho más grande y protector. La cuestión que podemos plantearnos en este instante es la siguiente: ¿hay alguna velocidad a la que podamos lanzar la piedra hacia arriba para conseguir que esta no regrese jamás? Es una pregunta extraordinaria, y su respuesta nos ofrece la clave para entender la esencia de algunos fenómenos curiosos del universo. Esta velocidad existe. Incluso tiene nombre. Los físicos la llaman velocidad de escape.

En nuestro planeta, la velocidad de escape es de aproximadamente 11 kilómetros por segundo. Eso significa que, si se lanza con fuerza hacia arriba cualquier cosa a esa velocidad- o a una velocidad superior-, jamás regresara a la Tierra. Continuará en línea recta hacia arriba sin que la gravedad de nuestro planeta pueda hacer nada por recuperarla.

Esos 11 kilómetros por segundo necesarios para que nada regrese al suelo representa una velocidad aplicable sólo a nuestro planeta. Si la tierra fuera más masiva, atraería a los cuerpos con más fuerza-recuerda la ley de Newton- y, por lo tanto, la velocidad de escape tendría que ser mayor. Podemos realizar un ejercicio de imaginación y especular sobre lo que ocurriría en planetas más grandes que el nuestro. Supón que vivimos en un mundo enorme, con una atracción gravitatoria fenomenal que requiera una velocidad de escape de, por ejemplo, unos 100 kilómetros por segundo. Y nada nos impide ir más allá y aumentar todavía más la masa de nuestro planeta imaginario. ¿Qué tal un planeta con mucha masa cuya velocidad de escape fuera, pongamos por caso, 150.000 kilómetros por segundo? Esa es una velocidad enorme, la mitad de la de la luz. En ese caso, sí que tendrías que ser un superhéroe enormemente poderoso para otorgarle a una piedrecita semejante velocidad. Pero podemos imaginarlo sin problema. Tus músculos son impresionantes y lo consigues. La piedra abandona el planeta ultramasivo y no regresa más.

Estamos a punto de llegar a un callejón sin salida, porque si continuamos aumentando la masa de nuestro mundo imaginario, podemos suponer que es tan enorme que la velocidad de escape sea de 300.001 kilómetros por segundo, la velocidad de la luz y un poquito más.

¿Qué pasaría entonces? Muy fácil. Que la velocidad que tendríamos que aplicar a una piedra para que jamás regresara a nuestro masivo planeta sería la de la luz y un poquito más.

Pero, un momento ¿no habíamos demostrado ya que ningún objeto puede viajar más rápido que la luz? En efecto, se trata de un límite de velocidad absoluto. Por tanto, un planeta tan masivo como este tendría una asombrosa cualidad: nada podría escapar de él. Todo regresaría a su superficie siempre.

¿Cómo sería un planeta así? Vamos a suponer que lo tenemos muy lejos de la Tierra y que lo miramos a través de un telescopio. ¿Qué veríamos exactamente?

Para responder a esta pregunta sería bueno que reflexionaras acerca de lo que significa ver. Como ya sabes, ver un objeto implica que unos rayos de luz incidan sobre él, reboten y lleguen a tus ojos para que tu cerebro los convierta en una imagen. ¿Verías ese planeta tan masivo? Para que pudiéramos hacerlo, la luz tendría que llegar hasta él, rebotar y viajar hasta tus ojos. Pero antes hemos dicho que la velocidad de escape de ese mundo hipotético era un poquito más alta que la velocidad de la luz. Por tanto, para que los rayos incidieran sobre su superficie, rebotaran y regresaran a tus ojos, tendrían que salir de allí a la velocidad de escape. Y ahora sabemos que esa velocidad es superior a la velocidad de la luz. La luz tendría que ir más rápido que la luz, lo cual es una contradicción. Conclusión: no podrías verlo jamás.

Un objeto tan masivo, capaz de no dejar escapar nada, ni siquiera la luz, sería perfectamente invisible para ti y para todo el mundo. Resultaría indistinguible del oscuro espacio vacío. Dicho de otro modo: sería negro, completamente negro. Los científicos tienen un nombre para esas cosas tan masivas. Les llaman agujeros negros.

El universo para Ulises    Juan Carlos Ortega