Biotecnología en el espacio: el sistema MELiSSA

Hace un tiempo uno de nuestros más asiduos lectores (Antonio) me contó la historia de un proyecto realmente interesante sobre Biotecnología en el espacio. La verdad es que yo no lo conocía y es verdaderamente prometedor, así que aprovechando la ocasión os cuento de que se trata: el sistema MELiSSA.

MELiSSA (Sistema Alternativo de Soporte Microecológico para la Vida) es un proyecto multidisciplinar que fue lanzado por la Agencia Europea del Espacio en 1989. El objetivo del proyecto MELiSSA era conseguir el reciclaje completo de todos los compuestos químicos que se generan durante los viajes al espacio de manera autosostenible y sin ningún tipo de suministro exterior. Esto permitirá lanzar en un futuro, quizá no muy lejano, viajes espaciales tripulados de larga duración sin necesidad de calcular al detalle cuánta comida subir a bordo  (para una misión a Marte de 1000 días, la carga inicial necesaria sería de 30 toneladas).

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El objetivo de MELiSSA es recuperar todo aquello comestible presente en residuos orgánicos, dióxido de carbono y minerales usando como fuente de energía la luz. MELiSSA se ha desarrollado en forma de distintos compartimentos, en cada uno de los cuales habitan distintas especies de organismo que llevan a cabo actividades complementarias entre sí.

El primer compartimento o tanque contiene bacterias termofílicas anoxigénicas, que transforman los desechos de la tripulación en dióxido de carbono y ácidos grasos. En el segundo compartimento bacterias fotoheterótrofas se encargan de utilizar el dióxido de carbono y los ácidos grasos producidos en el paso anterior para generar compuestos nitrogenados que, las bacterias nitrificantes del tercer paso convierten en minerales. Finalmente, en el cuarto tanque, las plantas y bacterias fotoautótrofas utilizan los minerales y  el dióxido de carbono generado en los demás compartimentos para producir oxígeno, agua y por supuesto alimentos como tomates, lechugas, arroz y espinacas!

Tal y como podéis ver en la siguiente imagen el sistema MELiSSA está inspirado en el ecosistema acuático que se da en los lagos.

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Uno de los aspectos más destacados del proyecto es la construcción de una planta piloto capaz de simular este entorno a pequeña escala que demuestre la viabilidad del proyecto. Los científicos de la Universidad Autónoma de Barcelona trabajan en la construcción de la planta piloto MELiSSA desde 1995. Desde entonces, la planta se ha ido desarrollando para proporcionar un laboratorio único a nivel mundial diseñado para conseguir una integración completa de todos los pasos del proyecto.

Pint of Science 2016

Esta semana no os podéis perder uno de los festivales de ciencia más importantes que se celebra en España (y en muchos otros países de todo el mundo!) durante esta próxima semana.

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Pint of Science es una iniciativa para acercar la ciencia a todo el mundo. Surgió en 2012 en Reino Unido, donde Michael Motskin y Praveen Paul, dos investigadores del Imperial College de Londres, organizaron un evento llamado ‘Meet the Researchers’ (“Conoce a los investigadores”), que reunió a personas afectadas por Parkinson, Alzheimer, enfermedad de la neurona motora y esclerosis múltiple en sus laboratorios, para mostrarles el tipo de investigación que llevaban a cabo.

Después de esta experiencia, tan enriquecedora para los investigadores como para sus visitantes,  ¿por qué no llevar a los científicos a donde está la gente?

Desde 2013, cada mes de Mayo se organizan charlas sobre ciencia en bares y cafés, donde podreis compartir una tarde muy agradable con investigadores profesionales hablando sobre tecnología y ordenadores, biología humana, astronomía, neurociencia, derecho, historia, física y química. Todo acompañado, por supuesto, de una cerveza 😀

Fechas: 23, 24 y 25 de Mayo

Aquí os dejo la lista de ciudades españolas donde podréis asistir a esta fiesta de la ciencia:

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Para conocer el programa en cada una de ellas sólo tenéis que visitar la web oficial del evento aquí: Pint of Science 

¡Espero que no os lo perdáis y que disfrutéis mucho!

¡Biología Sintética en YabberXDivulgame!

Hola a todos 🙂

Esta semana he preparado un artículo especial. Esta vez he escrito sobre Biología Sintética en la plataforma Yabber, participando en el concurso de divulgación científica YabberXDivulgame.

A continuación os dejo el enlace para que lo leáis. ¡ No podéis perdéroslo, le he puesto mucho amor! Si os gusta, ¡dadle a like (justo al final del artículo)! Únicamente los 10 mas votados por vosotros serán evaluados por el jurado.

Artículo aquí

¡Muchas Gracias! 😀

yabber

Fecomagnetoterapia y el arte de inventarse terapias alternativas

“Somos muy exigentes a la hora de hacer cumplir los horarios del transporte publico, deberiamos de ser igual de exigentes a la hora de hacer cumplir las leyes que deberían proteger nuestra salud.”

Hace unas semanas la Universidad Politécnica de Valencia organizó una sesión de charlas TEDx. Para aquellos que no conozcáis qué es TEDx, TED es un evento anual en el que algunos de los pensadores y emprendedores más importantes del mundo están invitados a compartir lo que más les apasiona. TED ha creado TEDx, un programa de conferencias locales y organizadas de forma independiente que permiten disfrutar de una experiencia similar a las conferencias TED, y este es el caso de TEDxUPValencia.

TED-Talks

El pasado 19 de Febrero, Mariano Collantes, fundador de la empresa UVAT Bio y doctorando del Instituto Cavanilles (UV), compartió con toda la audiencia de TEDx una historia muy aguda (y a su vez triste) sobre la facilidad con la que se puede crear una terapia alternativa.

En 2008, Mariano y su compañero de carrera Fernando Cervera, crearon una página web en la que describían una nueva terapia alternativa capaz de curar enfermedades empleando únicamente una mezcla de caca e imanes, la feco-magneto-terapiaTodo empezó como una broma, pusieron diversas pistas a lo largo de la web que permitían al lector deducir que todo era mentira, pero rápidamente la situación se fue haciendo más y más “real”.

Fernando Cervera y Mariano Collantes

Fernando Cervera y Mariano Collantes

Al poco tiempo, varias plataformas de internet vendían sus productos. Escribieron al congreso de los diputados, y la respuesta que recibieron de una portavoz de sanidad fue que efectivamente este tipo de terapias alternativas deberían estar cubiertas por la seguridad social. Dieron charlas sobre su nueva terapia, y no solo nadie se dio cuenta de la trampa, si no que otros terapeutas alternativos les ofrecían colaboraciones. Nadie les preguntaba dónde habían aprendido a diagnosticar y a curar enfermedades, ni cómo habían llegado a desarrollar sus productos, ni mucho menos, si había alguna evidencia científica sobre su función o su efectividad.

Leslie Nielsen y Hugh Laurie

Leslie Nielsen y Hugh Laurie

Por ejemplo, decían que los prestigiosos médicos que habían inventado esta terapia eran Hugh Nielsen y Leslie Laurie, combinación de los nombres de los actores Hugh Laurie y Leslie Nielsen.

Aquí os dejo el video de la magnífica charla de Mariano, espero que lo disfruteis y lo compartáis con aquellas personas a las que apreciais para que nadie se deje engañar por teorías/terapias pseudocientíficas.  

Biocombustibles I: Biohidrógeno

Hoy, con esta entrada, empiezan una serie de artículos, que iré sacando poco a poco, sobre las bioenergías. Sin ninguna duda, la producción de energía de forma totalmente limpia es una de las aplicaciones más importantes de la biotecnología, y es fundamental que todo el mundo conozca el potencial que se esconde tras esta rama de la investigación para poder cambiar, tan pronto como sea posible, el uso actual de los recursos de nuestro planeta.

El hidrógeno será posiblemente el combustible del  futuro. Por muchos motivos representa una alternativa muy conveniente para reemplazar a los combustibles convencionales: es renovable, limpio y produce durante su combustión únicamente vapor de agua y energía. Además  posee el mayor contenido energético por unidad de peso, 122‐142 kJ/g, comparado con cualquier combustible conocido.

¿Cómo se produce el biohidrógeno?

Existen varias alternativas para producir hidrógeno: la electrólisis de agua, la reformación termocatalítica de combustibles fósiles y la combustión de biomasa. Actualmente el 96% del hidrógeno producido se obtiene a partir del reformado del gas natural (metano) con vapor de agua, pero esto implica el gasto de una fuente de energía no renovable para su obtención y la emisión de gases dañinos al medio ambiente.

Reacción de reformado del metano con vapor de agua

Reacción de reformado del metano con vapor de agua

Planta de reformado de gas metano

Planta de reformado de gas metano

Así pues, se hace evidente la necesidad actual por producir hidrógeno de origen biológico. Hay muchos equipos de investigación trabajando en el tema, pero las siguientes aproximaciones son las más estudiadas y prometedoras a día de hoy.

  • Biofotólisis del agua empleando algas y cianobacterias

La fotosíntesis es un mecanismo por el cual un organismo (fotosintético) absorbe energía lumínica y la transforma en energía química. La energía química se almacena en enlaces químicos, formando las moléculas orgánicas, principalmente azúcares. Las plantas verdes fotosintetizan sus carbohidratos utilizando poder reductor (los electrones) del agua, y recolectando la luz solar mediante pigmentos. Al oxidar el agua producen O2 (que se libera a la atmósfera) y obtienen los electrones, que entran en un proceso denominado “cadena transportadora de electrones”.

Esquema en Z de la cadena de transporte de electrones

Esquema en Z de la cadena de transporte de electrones

La finalidad de esta cadena es pasar electrones de alta energía a lo largo de varias proteínas de membrana y los complejos de fotosistemas I y II. Cada proteína utiliza parte de la energía de los electrones para generar un gradiente de protones a través de dicha membrana. Los protones, en mayor concentración a un lado de la membrana, tenderán a moverse hacia el otro lado siguiendo su gradiente de concentración. La energía de este movimiento se almacena en forma de ATP mediante una ATPasa de membrana. Los electrones, al finalizar la cadena, se unen desde la proteína de membrana ferredoxina a una molécula de NADP+ que se transforma en NADPH.

La biofotólisis consiste en la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno gracias a la luz solar y la capacidad fotosintética de algas y cianobacterias. En este proceso entran en juego dos tipos de enzimas que producen hidrógeno: las hidrogenasas y las nitrogenasas.

Las hidrogenasas producen H2 utilizando esos electrones al final de la cadena, uniéndolos a un protón, en lugar de a NADP+. Catalizan la reacción siguiente, donde X representa a una molécula portadora de electrones (normalmente la ferredoxina (Fd)), que se reduce con el agua como donador de electrones por la reacción fotoquímica de la biofotólisis.

Reacción catalizada por la enzima hidrogenasa

Reacción catalizada por la enzima hidrogenasa

Por su parte las nitrogenasas catalizan la reacción de fijación de nitrógeno atmosférico, y en una reacción secundaria, cataliza la reducción de protones.

Reacciones catalizadas por la enzima nitrogenasa

Reacciones catalizadas por la enzima nitrogenasa

¿Y qué microorganismos hacen esto?  Las cianobacterias filamentosas utilizan la enzima nitrogenasa para realizar la biofotólisis directa, mientras que, las microalgas unicelulares utilizan la enzima hidrogenasa reversible para realizar el mismo bioproceso.

  • Fotofermentación de compuestos orgánicos por bacterias fotosintéticas

Algunos organismos procariotas son capaces de realizar un proceso muy importante a nivel ecológico, la fijación de nitrógeno. El nitrógeno es un componente fundamental de todos los seres vivos y se encuentra en la atmósfera en forma gaseosa. Para que el N2 se incorpore a los compuestos y moléculas de un organismo, primero debe tomar una forma orgánica.

La fotofermentación tiene lugar bajo condiciones anaeróbicas, y es realizada por un grupo de bacterias fotosintéticas (bacterias púrpura) que realizan una fotosíntesis anoxigénica. Se llaman “púrpuras” porque son fototróficas y captan la energía de la luz mediante bacterioclorofilas y carotenos que le dan ese color. Estas bacterias fototróficas no captan CO2 del aire como las plantas verdes, sino que utilizan una gran diversidad de compuestos orgánicos como fuente de carbono, por ejemplo ácidos grasos, azúcares y aminoácidos.

Colonias de Rhodobacter sphaeroides (abajo)

Colonias de la bacteria púrpura Rhodobacter sphaeroides (abajo)

  • Fermentación oscura de compuestos orgánicos ricos en carbohidratos por bacterias anaerobias

A diferencia de la fotofermentación, la fermentación oscura se lleva a cabo de forma independiente a la luz y los microorganismos necesitan como fuente de carbono glucosa, xilosa, almidón, celulosa u otras fuentes que pueden ser generadas a partir de la hidrólisis de polisacáridos, proteínas y lípidos.

Reacción producida durante la fermentación oscura, conocida como vía del acetato, y en la que se producen e moles de hidrógeno por mol de glucosa consumida.

Reacción producida durante la fermentación oscura, conocida como vía del acetato, y en la que se producen e moles de hidrógeno por mol de glucosa consumida.

A pesar de no habérsele prestado tanta atención como a la producción de hidrógeno por microorganismos fotosintéticos, la producción de hidrógeno a partir de la fermentación oscura presenta claras ventajas para llevarla a escala industrial: las bacterias fermentativas presentan una alta tasa de producción de hidrógeno, pueden producir hidrógeno de forma constante, noche y día, a partir de materia orgánica, pueden alcanzar tasas de crecimiento suficientes como para mantener el sistema, y además se producen metabolitos con interés comercial (ácidos orgánicos).

La fermentación oscura es la técnica que ha demostrado poseer un mayor potencial, ya que, además de alcanzarse una producción de H2 mayor, resulta la más fácil de realizar técnicamente, los requerimientos energéticos son menores, la economía del proceso resulta más favorable y, por tanto, más factible comercialmente. Sin embargo, también se ha demostrado que un sistema de producción de H2 en tres etapas (los tres sistemas anteriores acoplados) incrementa el rendimiento de cada sistema por separado.

Fuentes:

Martínez y García. Fermentación oscura, fotofermentación y biofotólisis: análisis de su aplicación en secuencia para la producción de hidrógeno biológico.

 

“Esta entrada participa en el LV Carnaval de Química alojado en el blog La Ciencia de la vida de@biogeocarlos.”

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Las bacterias de Nespresso / The Nespresso bacteriome

Hace algo más de un mes se publicó un artículo que ha llegado ya a las pantallas de muchos lectores, algunos medios de comunicación se hacían eco de la noticia, se comentaba en el trabajo pero también en muchas casas. ¡Investigadores de la Universidad de Valencia han encontrado bacterias en el café!

Hoy os hablo de este artículo porque es realmente especial para mí. Ha sido mi tercera publicación científica junto a Cristina Vilanova y Manel Porcar, a quienes desde aquí agradezco enormemente su trabajo y dedicación en este artículo.

Manos a la obra, ¿de qué va el artículo?

Como todos sabéis el café contiene cafeína. En los humanos, la cafeína es un estimulante del sistema nervioso central, pero esta molécula no tiene el mismo efecto sobre los microorganismos, sobre los que actúa principalmente inhibiendo su crecimiento. Así pues se dice que el café o el té tienen propiedades antimicrobianas.

El objetivo de la investigación era comprobar si existen microorganismos capaces de sobrevivir en este ambiente. Se fueron tomando muestras de los depósitos de residuos de varias máquinas Nespresso. Y… voilà! Los resultados que obtuvimos revelaban la existencia de una comunidad bacteriana muy diversa capaz de colonizar rápidamente en el lixiviado.

Máquinas de Nespresso utilizadas y géneros de microorganismos encontrados en ellas.

Máquinas de Nespresso utilizadas y géneros de microorganismos encontrados en ellas.

Ya sabíamos que hay microorganismos capaces de degradar la cafeína (es el caso, por ejemplo, de Aspergillus tamarii, Trichosporon asahii y Pseudomonas sp.), pero nuestros resultados mostraban mucho más que eso. ¡Hasta 67 géneros distintos de bacterias! Esto no significa que todos esos microorganismos sean capaces de degradar la cafeína, simplemente son capaces de tolerar ciertos niveles de “contaminación”. Además estudiamos como evolucionaban las distintas poblaciones en los restos del café durante 2 meses y pudimos comprobar como aparentemente ciertos miroorganismos se adaptaban mejor que otras a las condiciones del medio.

Proporción de microorganismos en el café a lo largo de dos meses.

Proporción de microorganismos en el café a lo largo de dos meses.

Finalmente, ¿cuál es la relevancia de estos descubrimientos? Algunas de las bacterias que aparecieron en el café tienen propiedades patogénicas, no obstante no hay porque alarmarse, ya que no están presentes en el café de nuestras tazas. Simplemente hay que saber que es recomendable limpiar con frecuencia estas máquinas y evitar contaminar otras partes de la máquina con los restos de café que se almacenan en el depósito de residuos. Además, de cara al futuro, las comunidades microbianas resistentes a la cafeína que descubrimos representan una herramienta prometedora para limpiar ambientes contaminados por cafeína, o incluso para descafeinar café biológicamente.

Aquí os dejo el enlace al artículo ¡No os lo perdáis!

De derecha a izquierda: Manel Porcar, Cristina Vilanova and Alba Iglesias.

De derecha a izquierda: Manel Porcar, Cristina Vilanova y Alba Iglesias.

Las bacterias de Nespresso en El Mundo y ABC.


 

Just one month ago a cool paper reached the screens of many readers, it appeared in some newspapers, and surprised people spoke about it at work but also in many houses. Researchers at the University of Valencia found bacteria in the coffee!

Today I want to tell you about this article because it is really special for me. It is my third scientific publication with Cristina Vilanova and Manel  Porcar, to whom, from here, I want to thank for their work and dedication in this paper.

So, what is the paper about?

As you all know coffee contains caffeine. In humans, caffeine is a central nervous system stimulant, but this molecule does not have the same effect on microorganisms. In this case, it acts primarily inhibiting their growth. That’s why it is said that coffee or teas have antimicrobial properties.

The objective of the research project was to see if there are organisms capable of surviving in this environment. We took samples from the deposits of waste of different Nespresso machines. And … voilà! The results we obtained revealed the existence of a diverse bacterial communities capable of colonizing rapidly the wasted coffee tray leach.

Nespresso machines used and microorganisms found.

Nespresso machines used and microorganisms found.

We already knew that there are microorganisms capable of degrading caffeine (for example, Aspergillus tamarii, Trichosporon asahii and Pseudomonas sp.), but our results showed much more than that. Up to 67 different bacterial genera were present in the coffee samples! This does not mean that all these microorganisms can degrade caffeine, it’s just that they can tolerate certain levels of “contamination”. We also studied how the different populations evolved in the remaining coffee for 2 months and it was possible to see how certain microorganisms apparently had better chances to adapt to the environmental conditions than others.

Microorganisms present in the coffee tray leach during two months.

Microorganisms present in the coffee tray leach during two months.

Finally, what is the relevance of these findings? Some of the bacteria that have appeared in the coffee have pathogenic properties. Despite this, there is no reason to panic, since they are not present in our coffee cups. You just have to know that it is advisable to clean frequently the machines and avoid contaminating other parts of the machine with the coffee leach stored in the waste tank. In addition, for future research projects, the microbial communities resistant to caffeine found may represent a promising tool for biological coffee decaffeination processes and for environmental caffeine decontamination.

Here you have the link to the paper. Enjoy it!

From right to left: Manel Porcar, Cristina Vilanova and Alba Iglesias.

From right to left: Manel Porcar, Cristina Vilanova and Alba Iglesias.

Propuestas electorales: ciencia e investigación

Las elecciones generales están muy cerca. En Biotechmind nos hemos estudiado las propuestas dedicadas a ciencia e investigación de PP, PSOE, Ciudadanos y Podemos  y aquí os dejamos las ideas principales que cada uno se compromete a cumplir. Esperamos que tras este resumen os resulte un poco más sencillo entender las propuestas de cada partido (por la complejidad con la que se expresan algunos en sus propuestas oficiales diría que no tienen mucho interés en que los ciudadanos entiendan cuales son sus objetivos).

PP 

A diferencia de los demás partidos, en las 226 páginas de programa electoral del PP no hemos podido encontrar un espacio dedicado especialmente a sus propuestas en ciencia e investigación (debe ser porque es difícil superar todos los éxitos que se han apuntado estos últimos años). Es más, os animamos a que entréis en el programa electoral oficial, le deis a “Crtl + F” y busquéis la palabra “investigación”.  Inconcebible.

PSOE 

  1. Crear el Consejo para la Ciencia y la Innovación, presidido por el Presidente del Gobierno y duplicar la inversión pública en I+D+i, que representará al menos el 2,5% de los Presupuestos Generales del Estado al final de la legislatura.
  2. Promover un Plan Especial para la recuperación y consolidación del talento científico que permita incorporar (¿de forma permanente?) a 10.000 investigadores nuevos en cuatro años. También se revisarán y simplificarán los procedimientos administrativos en materia de I+D.
  3. Incentivar la participación en el programa Horizonte 2020 así como impulsar un nuevo plan de infraestructuras científicas. Además trataran de elaborar y desarrollar un plan de difusión, comunicación y cultura científicas (parece que por ahora no tienen muchas ideas de cómo hacer esto, o no lo han plasmado en el programa), buscando entre otras cosas estimular la colaboración pública-privada en investigación.
  4. Establecer un nuevo programa de estímulo de la cooperación público-privada en investigación industrial que, basado en la experiencia del programa CENIT, financiará con subvenciones de hasta el 50% proyectos orientados a una investigación de largo plazo en áreas tecnológicas de futuro y con potencial proyección internacional.

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Podemos 

  1. Creación de un Programa Nacional de Introducción a la Investigación. Podemos lanzará un programa para estimular la vocación científica en estudiantes de grado mediante convenios de colaboración con centros de investigación de excelencia.
  2. Creación de Centros de Innovación Ciudadana, los cuales servirán como punto de encuentro entre la sociedad y la ciencia. Se harán Science Shops, unidades que, en colaboración con expertos, promuevan la investigación mediante charlas, proyectos y estudios técnicos que resuelvan las dudas y los problemas científicos concretos de la ciudadanía. Además se creará de un portal online de investigación con el fin de aumentar la transparencia en la investigación pública. Se publicarán en el todas las ofertas de proyectos, convenios de colaboración y convocatorias de todo tipo, incluidas las de contratación y empleo realizadas por instituciones de investigación públicas.
  3. Apuesta por las investigadoras y los investigadores senior, aumentando en un 100% todas las convocatorias posdoctorales dependientes del Gobierno central y potenciando la contratación indefinida y evaluable de investigadoras e investigadores principales en el ámbito estatal español.
  4. Se convocarán subvenciones para las empresas basadas en la transferencia tecnológica y la innovación social, así como ayudas para la creación de empresas y proyectos científicos y tecnológicos tanto en España como en el extranjero. Además se recuperarán las convocatorias Margarita Damas para contratar jóvenes investigadores que podrán establecerse y crear nuevos laboratorios en nuestro país.
  5. El objetivo será alcanzar el 2,7% de inversión en I+D+i del total de los Presupuestos Generales del Estado (PGE) en 2017, y el 3% en 2020. Además se estimulará la colaboración pública-privada en investigación.

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Ciudadanos 

  1. Promover la cultura científica en España. Ciudadanos propone explicar y programar cursos especiales sobre el método científico desde la educación secundaria y bachiller. Además proponen “reconsiderar de forma realista” (¿cómo interpretamos esto?) la realización de prácticas experimentales en los institutos. También proponen evaluar periódicamente a todo el profesorado de instituto, formación profesional y universidad. Finalmente, en materia de divulgación científica prometen dedicar horarios de máxima audiencia en televisión y radio para programas de ciencia en general.
  2. Aumento de la inversión en I+D.  Se incrementaría en los Presupuestos Generales del Estado y de las CC.AA., la inversión en I+D hasta llevarla a 3% del PIB anual. “Desarrollo de una Ley del Mecenazgo Científico, al uso en otros países occidentales, que reactive la filantropía y la inversión privada en I+D, mediante la obtención de importantes ventajas fiscales.” Además proponen facilitar las gestiones administrativas y se comprometen a pagar las deudas existentes con instituciones científicas internacionles.
  3. Desarrollo de Centros de Investigación de Excelencia, que deberán presentar un “plan racional de autofinanciación progresiva, con el objetivo de incentivar al máximo la financiación privada.” Además prometen recobrar la inversión en infaestructuras, tanto de nuevo diseño como de renovación de las existentes “pero atendiendo a criterios de racionalidad según las necesidades.” Para acabar, Ciudadanos tratará de aumentar el número de becas pre-doctorales, doctorales y post-doctorales.

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Y esto es todo. Estimados lectores, reflexionen y ante la duda acudan a los programas electorales respectivos. Esperamos que todo el mundo haga un uso responsable del voto 🙂

Bacterias magnetotácticas / Magnetotactic bacteria

Hoy me gustaría compartir con vosotros algo muy curioso y relativamente poco conocido. Se trata de unas bacterias capaces de orientarse y migrar a lo largo de las líneas del campo geomagnético. Estas bacterias, denominadas bacterias magnetotácticas (MTB), tienen un orgánulo procariota único formado por cristales magnéticos rodeados por una bicapa de fosfolípidos, el magnetosoma. Los magnetosomas hacen que las células se alineen de forma pasiva con las líneas del campo magnético de la Tierra y se desplacen a lo largo de las mismas. Casi todas las bacterias magnetotácticas colocan sus magnetosomas formando una cadena dentro de la célula maximizando así el momento dipolar magnético de la célula.

Magnetosomas alineados dentro de una célula (izquierda) y magnetosomas extraídos de la célula (derecha). Imagen extraída de Lower & Bazylinski (2013).

Magnetosomas alineados dentro de una célula (izquierda) y magnetosomas extraídos de la célula (derecha). Imagen extraída de Lower & Bazylinski (2013).

Generalmente estas bacterias nadan hacia el norte magnético en el hemisferio norte, al sur magnético en el hemisferio sur y en ambos sentidos en el ecuador geomagnético. Además se sabe que producen dos tipos de minerales: óxidos de hierro y sulfuros de hierro. Aquellas que producen óxidos de hierro solamente biomineralizan magnetita y las que sólo producen sulfuros de hierro biomineralizan greigita.

Salvatore Bellini documentó su existencia por primera vez en 1963. Observó al microscopio un grupo de bacterias que nadaba hacia el polo norte de la Tierra y las llamó “bacterias magnetosensibles“. Once años más tarde, Blakemore describió de forma independiente estos microorganismos y acuñó los términos magnetotaxis para el fenómeno y MTB para las bacterias. El descubrimiento de estas bacterias fue muy útil en diversos campos de investigación (microbiología, geología, mineralogía, cristalografía, química, bioquímica, física).

Desde su descubrimiento varios grupos de investigación han tratado de dilucidar el  mecanismo de formación de los magnetosomas. Un primer modelo propuesto por Schüler (2002) suponía que la formación del magnetosoma tiene tres etapas principales:

  • Captar ion férrico extracelular a través de un paso reductor.
  • El hierro se reoxida luego para formar un óxido hidratado de baja densidad que se deshidrata para formar una ferrihidrita de alta densidad.
  • El paso final en la formación de magnetosoma es la biomineralización de la magnetita.
Formación de un magnetosoma. Extraído de Yan et al. 2012.

Formación de un magnetosoma. Extraído de Yan et al. 2012.

Las bacterias magnetotácticas se han utilizado en la eliminación de metales pesados ​​y radioisótopos de aguas residuales por separación magnética. Las partículas de magnetita bacterianas también se han usado para detectar ácidos nucleicos y provocar una reacción inmunológica. Además los magnetosomas pueden ser modificados para detectar moléculas específicas en análisis médicos y de diagnóstico. Recientemente, han sido utilizados como en tratamientos antitumorales como vehículos de fármacos durante la quimioterapia.


Today I wanted to share with you something very cool and quite unknown. I am speaking about the magnetotactic bacteria (MTB), a diverse group of microorganisms with the ability to orient and migrate along geomagnetic field lines. These bacteria have a unique prokaryotic organelle comprising magnetic mineral crystals surrounded by a phospholipid bilayer, the magnetosome. Magnetosomes cause cells of magnetotactic bacteria to passively align and swim along the Earth’s magnetic field lines. Almost all magnetotactic bacteria arrange their magnetosomes in a chain within the cell there by maximizing the magnetic dipole moment of the cell.

Figure from Lower & Bazylinski (2013).

Figure from Lower & Bazylinski (2013).

Generally, they swim to the magnetic north in the northern hemisphere, to the magnetic south in the southern hemisphere and both ways on the geomagnetic equator. MTB are known to produce two types of minerals: iron oxides and iron sulfides. Those that produce iron oxides only biomineralize magnetite and those that only produce iron sulfides biomineralize greigite.

These magnetotactic microorganisms were first documented by Salvatore Bellini as early as 1963. He microscopically observed a certain group of bacteria swam toward the Earth’s North Pole and hence named them “magnetosensitive bacteria”. Eleven years later, Blakemore (1975) independently described these microorganisms and coined the terms magnetotaxis for the phenomena and MTB for the bacteria. The discovery of MTB proved to have a serious impact in a number of diverse research fields including microbiology, geology, crystallography, chemistry, biochemistry, physics…

Many research groups have developed hypothesis of the mechanism of magnetosome formation. An early model proposed by Schüler (2002) assumes that the magnetosome formation comprises three major stages:

  • The first step in the magnetosome formation is the uptake of extracellular ferric ion via a reductive step.
  • Iron is then thought to be reoxidized to form a low density hydrous oxide which is dehydrated to form a high-density ferrihydrite.
  • The final step in the magnetosome formation is the biomineralization of magnetite.
Formación de un magnetosoma. Extraído de Yan et al. 2012.

Figure from Yan et al. 2012.

Among MTB applications: they have been used in the removal of heavy metals and radionuclides from waste water by magnetic separation. Bacterial magnetite particles were also used as carriers of genes for the detection of nucleic acids and eliciting antigen-specific immunity. They have been shown to be useful in detecting molecular interactions in medical and diagnostic analyses. Recently, they have been used as potential drug carriers for antitumor treatments as chemotherapy drug carriers.

References:

The bacterial magnetosome: a unique prokaryotic organelle. Lower & Bazylinski, 2013.

Magnetotactic bacteria, magnetosomes and their application. Yan et al., 2012.

Consorcios microbianos y biotecnología / Microbial consortia and Biotechnology

Hoy quiero hablaros de algo que realmente me fascina: ¡los consorcios microbianos!

Los consorcios microbianos son asociaciones naturales de dos o más especies que actúan como una comunidad, beneficiándose cada uno de ellos de la actividad de los demás. Es decir, se trata de sistemas naturales en los que microorganismos de distintas especies, a menudo  de  distintos  géneros,  coexisten  espacialmente  y  cooperan,  posibilitando  así  la supervivencia de todos ellos.

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¿Dónde podemos encontrarlos? Los consocios están presentes en muchísimos ambientes y muy distintos entre sí. Quizá el ejemplo más conocido sea la microbiota intestinal, pero los consorcios también cumplen una función muy importante en el tratamiento de aguas residuales o en biorremediación de suelos.

Los consorcios se caracterizan por la división de tareas, y este reparto de trabajo tiene lugar gracias al proceso de comunicación que existe entre los miembros de la comunidad. Estas dos características hacen que los consorcios tengan ciertas ventajas frente a las poblaciones formadas por un único microorganismo:

  1. Robustez. Vivir en comunidad hace que estos microorganismos sean mucho más resistentes a cualquier cambio que se produzca en el ambiente, promoviendo así cierta estabilidad para los miembros del consorcio, por ejemplo, son capaces de soportar periodos de escasez nutricional que sí acabarían con un monocultivo. Además, esta asociación hace que los microorganismos que forman parte del consorcio sean capaces de resistir la invasión de otras especies.

En 2006, investigadores daneses y australianos publicaron un artículo muy interesante. En este artículo demostraban la robustez de un consorcio microbiano que habían encontrado en la superficie de un alga (Ulva australis). En ecosistemas acuáticos las bacterias se asocian normalmente formando biofilms, estos investigadores encontraron nada más y nada menos que 17 especies bacterianas adheridas al alga formando la biopelícula. Aislaron e identificaron cada una de las especies, y llevaron a cabo distintos ensayos para ver qué relación había entre cada una de ellas. Finalmente eligieron las 4 especies que presentaban más actividad a la hora de formar el biofilm y las juntaron para crear una biopelícula que contuviera únicamente estas 4 especies. Una vez formada, expusieron a la comunidad a dos agentes antimicrobianos usados frecuentemente para inhibir el crecimiento de bacterias: tetraciclina y peróxido de hidrógeno.

En la siguiente figura podéis ver como se comportó el biofilm en ambos casos comparado con las especies por separado que también fueron sometidas a ambos agentes. ¡Asombroso como el consorcio consigue mantener un buen porcentaje de actividad mientras los cultivos por separado intentan sobrevivir!

Figura extraída de Burmolle et al. 2006

Figura extraída de Burmolle et al. 2006

  1. Pueden llevar a cabo tareas más complejas. Las poblaciones mixtas tienen la capacidad y los recursos necesarios para llevar a cabo funciones que resultan muy complicadas o incluso imposibles de realizar para una única especie. El siguiente esquema refleja el comportamiento de una única población y de un consorcio a la hora de hacer frente a un proceso “x” a través del cual se produce un compuesto de interés (P). Mientras una población individual tiene que sintetizar todas y cada una de las enzimas necesarias para convertir un sustrato (S) en un determinado producto (P) empleando una gran cantidad de recursos y energía, un consorcio se reparte el trabajo de modo que cada población del consorcio se dedica a sintetizar solamente una de las enzimas necesarias para obtener el producto final.
Figura extraída de Brenner et al., 2008.

Figura extraída de Brenner et al., 2008.

Seguramente la pregunta que tenéis en mente ahora es, ¿y esto, para qué sirve? Realmente las aplicaciones de los consorcios son casi infinitas, ¿podéis imaginaros todas las combinaciones posibles de microorganismos que se pueden construir? Y si además tenemos en cuenta los consorcios sintéticos o modificados genéticamente las posibilidades aumentan más aún. Por ejemplo, se han construido consorcios para luchar contra el VIH, se han usado para tratar el cáncer, y también como vehículo para administrar fármacos. Por supuesto se aplican también para degradar compuestos contaminantes en el medio ambiente, pero también para producir energía en forma, por ejemplo, de metano o de hidrógeno.


 

Today I wanted to talk about something that really fascinates me: microbial consortia!

Natural microbial consortia are associations of two or more species that act as a community, benefiting each of the activity of others. That is, natural systems in which microorganisms of different species, often from different genres, coexist spatially and cooperate, thus enabling the survival of all.

Where can we find them? Consortia are present in many environments very different from each other. Perhaps the best known example is the intestinal microbiota, but they also play an important role in the treatment of waste water or in soil bioremediation.

Consortia features include the division of labor, and this division of labor occurs thanks to the process of communication between the members of the community. These two features make consortia advantageous over populations consisting just of a single microorganism:

  1. Robustness. Living in community makes these microorganisms much more resistant to any changes occurring in the environment, thus promoting their stability, for example, they are able to withstand periods of nutritional scarcity that would kill a monoculture. Moreover, this association makes the microorganisms that are part of the consortium able to resist the invasion of other species.

In 2006, Danish and Australian researchers published a very interesting paper. This article demonstrated the robustness of a microbial consortium that had been found on the surface of algae (Ulva australis). In aquatic ecosystems bacteria appear normally associated between them forming biofilms; these researchers found 17 species of bacteria attached to algae. They isolated and identified each of the species and conducted various tests to see what the relationship between each other was. Finally, they chose the 4 species that showed more activity in forming the biofilm and put them together to create a biofilm containing only these 4 species. Once formed, the community was exposed to two antimicrobial agents commonly used to inhibit the growth of bacteria: tetracycline and hydrogen peroxide.

In the figure below you can see how the biofilm behaved in both cases compared to separated species. I find really amazing how the consortium is able to maintain a good percentage of activity while monocultures separately try to survive!

Figure from Burmolle et al. 2006

Figure from Burmolle et al. 2006

  1. Can carry out complex tasks. Mixed populations have the capacity and resources to carry out functions that are very difficult or even impossible to achieve for a single species. The following diagram reflects the behavior of a single population and a consortium during a “x” process through which a compound of interest (P) is produced. While individual strains have to synthesize each and every one of the enzymes needed to convert a substrate (S) in a particular product (P), using a lot of resources and energy, consortium work is divided so that each population is dedicated to synthesize only one of the necessary enzymes to obtain the final product.
Figura extraída de Brenner et al., 2008.

Figure from Brenner et al., 2008.

Surely the question that you have in mind now is, and this, where is applied? Consortia applications are almost endless; can you imagine all the possible combinations of microorganisms that can be built? And if we consider also synthetic or genetically modified consortia chances increase even more. For example, consortia have been built to fight HIV, they have been used to treat cancer, and also as drug-delivery devices. Moreover, they are also applied to degrade pollutants in the environment and to produce energy in the form, for example, of methane or hydrogen.

References:

Engineering microbial consortia: a new frontier in synthetic biology. Brenner et al., 2008.

Enhanced biofilm formation and increased resistance to antimicrobial agents and bacterial invasion are caused by synergistic interactions in multispecies biofilms. Burmolle et al., 2006.

Desmintiendo #mitostransgénicos: BIOSEGURIDAD

Algo con lo que tenemos que lidiar los científicos prácticamente cada día es con la desconfianza hacia el trabajo que desarrollamos. Evidentemente esto no suele pasar si eres investigador de oncología, pero sí ocurre cuando trabajas en cualquier investigación relacionada con transgénicos. En este último caso, el principal motivo de discusión es siempre la seguridad de los transgénicos, llegando incluso a decirse que se trata de armas nucleares por su imparable capacidad de contaminación… La pregunta es, ¿a quién se le ocurren semejantes comparaciones, y en base a qué? La respuesta es simple, seguramente ya la conoces.

Es totalmente comprensible desconfiar de aquello que desconocemos, precisamente por eso, porque no sabemos o entendemos de qué se trata. Pero la cosa cambia cuando ni siquiera queremos intentar abrir nuestra mente a que nos expliquen los motivos y justificaciones por las que no deberíamos temer a ese elemento desconocido. Resulta mucho más fácil y cómodo dejarse llevar por aquellos que comparten el mismo  desconocimiento, por aquellos que califican a las personas protransgénicos como “esclavos de Monsanto” o “testigos de Jehová” cuando intentan dar a conocer mejor el tema.

Academias y organizaciones que han afirmado que los transgénicos son seguros. Fuente: Genetic Literacy Project.

Academias y organizaciones que han afirmado que los transgénicos son seguros. Fuente: Genetic Literacy Project.

La realidad es que el riesgo 0 no existe. Ni con los transgénicos ni con nada. La diferencia es que confiamos en el arquitecto que hizo los cálculos de estructuras de nuestra vivienda y vivimos en ella porque sabemos o confiamos en que no se va a venir abajo, pero no confiamos en los transgénicos porque… ¿Por qué? ¿Por qué si se conoce el proceso por el cual se obtienen y los millones de controles a los que son sometidos para ser aprobados? Ah sí, seguramente porque alguna vez alguien de quien ni siquiera nos acordamos nos comentó que había escuchado a otra persona decir que no son seguros para el consumo y que producen tal o cual efecto secundario. El caso es que las ideas falsas sobre los transgénicos siempre han sido mucho más virales que la realidad sobre los mismos. Mientras ciertas organizaciones o medios de comunicación se dedican a tiempo completo a inventarse campañas alarmantes sin fundamento científico, los investigadores tienen que trabajar en sus respectivos grupos, y después, si tienen tiempo libre, entre solicitud y solicitud de ayuda para la investigación, también tienen que dedicarse a desmentir y justificar estos mitos. ¿Tan poco valor se le da a la educación, la continua formación y el trabajo de los investigadores?

Llegados a este punto, empecemos a desmentir, una vez más, el mito más trillado: “No hay suficiente evidencia para decir que los transgénicos son seguros”.

Los cultivos transgénicos pasan individualmente un increíblemente elevado número de controles. Estos controles, llevados a cabo por las autoridades regulatorias de la región donde se quieran implantar, son mucho más numerosos y exhaustivos que aquellos que se llevan a cabo para la comercialización de productos no transgénicos, y consisten en:

  • Análisis molecular de los genes introducidos y las proteínas nuevas que se forman a partir de ellos. De qué organismos provienen, cuál es su función, a que órganos de la planta va a afectar.
  • Comparar la variedad transgénica con su equivalente “natural” en cuanto a fisiología, cualidades organolépticas y propiedades nutricionales.
  • Evaluación de posible toxicidad en organismos o para el medioambiente.
  • Estudios de su capacidad de supervivencia como maleza y la posible transmisión de genes a otras especies.

En Europa, la EFSA (European Food Safety Authority) es el organismo que se encarga de garantizar la seguridad de los alimentos consumidos, incluidos los organismos modificados genéticamente. La función del “GMO group” de la EFSA es la de asesorar de forma independiente y evaluar tanto organismos modificados genéticamente (plantas y animales) como garantizar su viabilidad como alimento para humanos (food) y animales (feed). En estos grupos de trabajo participan además científicos externos con experiencia en el tema para centrarse en asuntos concretos y ayudar a emitir los informes científicos.

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Durante años, la EFSA se ha estado encargándose de realizar estos análisis y junto a la OMS admiten que nunca se ha producido ningún incidente de toxicidad ni alergenicidad. Todos los cultivos transgénicos disponibles comercialmente han demostrado ser inocuos dentro de lo esperado en base a la evaluación de riesgo desarrollada de forma previa a su autorización de uso (Unión Europea 2010). Además, los efectos secundarios que se han descubierto hasta la fecha a nivel de laboratorio, con evaluaciones sobre exageradas o que no ocurren en la naturaleza, no han revelado ningún problema a nivel de ecosistema (FAO 2004).

El caso es que además de las autoridades que se encargan de llevar a cabo los análisis de todos y cada uno de los alimentos modificados genéticamente, más de 270 instituciones y sociedades científicas de prestigio ratifican que los cultivos transgénicos y sus productos derivados son totalmente seguros (incluidas todas las academias científicas de Europa y 25 premios Nobel). Esto no sucede por arte de magia (ni por estar “comprados” por ninguna empresa). Un acuerdo tan rotundo como este se debe a la amplia evidencia científica que se ha ido acumulando mediante estudios, réplicas y revisiones durante muchos años. Además, de los aproximadamente 2000 estudios actuales que apoyan la seguridad de los  cultivos transgénicos, alrededor de la mitad han sido financiados de forma independiente (no de empresas privadas).

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Algunas de las aproximadamente 270 instituciones o sociedades científicas que ratifican la bioseguridad de los cultivos transgénicos y sus productos derivados (basados en la evidencia científica). Fuente: Sí Quiero Transgénicos

Finalmente, para aquellos que sintáis la curiosidad de querer saber más, Daniel Norero compiló hace poco algunos ejemplos que demuestran la clara posición de los científicos en este debate. Para animaros a que leáis su entrada: “La Comisión Europea financió 130 proyectos de investigación en bioseguridad, lo cual implicó a 500 grupos de investigación independiente, durante 25 años, y se concluyó que “no hay pruebas científicas que asocien a los organismos genéticamente modificados (OGMs) con riesgos más altos para el medio ambiente o la seguridad alimentaria que las plantas y organismos convencionales (Unión Europea, 2010)”.

En las referencias podéis encontrar varios artículos interesantes (incluidos los de la FAO, la EFSA y la Unión Europea) donde describen exhaustivamente el proceso que siguen todos y cada uno de los alimentos transgénicos que buscan salir al mercado.

Referencias:

Union Europea. 2010. A decade of EU-funded GMO research (2001-2010). Directorate-General for Research and Innovation. Biotechnologies, Agriculture, Food.

FAO. 2003-2004. El estado mundial de la agricultura y la alimentación.

FAO. 2008. GM food safety assessment.

OMS y GMOS.

Genetic Literacy Project

Sí Quiero Transgénicos