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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.

CBM’s, una herramienta muy versátil / CBM’s, a very versatile tool

En una de nuestras últimas entradas, dedicada a las novedades del verano, os recomendábamos leer un artículo muy interesante sobre las aplicaciones de unos módulos llamados CBM’s (carbohydrate binding moduls). Hoy os explicamos mejor qué son estos módulos y para que se pueden utilizar, ¡tienen más aplicaciones de las que os podéis imaginar!

Los CBM’s son unos módulos o partes específicas de algunas enzimas que han despertado un gran interés por sus múltiples aplicaciones en distintos campos. La función principal de estos módulos es catalizar la unión entre una enzima y sus sustratos correspondientes, es decir, favorecen la asociación entre varias moléculas modificando la velocidad de reacción entre ambas. Los CBM’s se pueden obtener “rompiendo” las enzimas que los contienen (proteólisis), pero hoy en día producir CBM’s recombinantes mediante la tecnología del ADN recombinante es mucho más útil, práctico y sencillo.

Los CBM’s se producen generalmente fusionados con otra molécula que facilita su detección y purificación, pero veamos ya sus aplicaciones.

  1. Industria textil. En las fábricas de producción de tejidos o telas de algodón hay un proceso muy importante del cual depende la calidad final del producto, se trata del paso inicial en el que se elimina la cutícula que envuelve las fibras de algodón. Cuando esta fina lámina llamada cutícula no se quita correctamente el tejido presenta problemas para absorber el agua o los tintes. En este caso, los CBM’s se utilizan para monitorizar el rendimiento de este proceso llamado scouring. Spray_Bonded_Cotton_Mimic_Silk_Cotton_Production_Line_634594813670135580_1
  2. Producción de papel. El uso de CBM’s permite mejorar el drenaje de la pulpa, reduciendo así los costes del proceso de prensa y secado. Además es posible obtener papel más resistente y repelente al agua cuando se combinan varios CBM’s procedentes de múltiples especies de microorganismos. También se han hecho estudios dirigidos a mejorar la calidad de impresión.papel
  3. Biomedicina y biomateriales. Los CBM’s tienen muchísimas aplicaciones en el campo de la inmunología, donde se pueden utilizar por ejemplo para detectar patógenos. Además, los CBM’s se utilizan para mejorar la adhesión y la proliferación celular en biomateriales fabricados para fines biomédicos, y se han llevado a cabo estudios con otros materiales como nanotubos de carbono y grafeno.KNEE-2_red
  4. Biosensores. Los biosensores son instrumentos que se utilizan para medir distintos parámetros biológicos o químicos, por ejemplo en alimentos, análisis clínicos o monitoreo ambiental. En muchos casos para realizar esta medida se utilizan enzimas cuyas propiedades se pueden mejorar gracias a los CBM’s.47856
  5. Industria alimentaria. Los CBM’s han demostrado ser efectivos en la mejora del valor nutricional de los piensos utilizados para alimentación animal. También se utilizan para modular el crecimiento de cultivos vegetales.algae-animal-feed
  6. Medioambiente. En ocasiones determinar la presencia de un determinado compuesto en la naturaleza puede resultar complicado. Mediante CBM’s es posible detectar contaminantes medioambientales para acabar con ellos (biorremediación), aunque también se han utilizado para estudiar la estructura de la pared celular en plantas u otras superficies cuya composición se basa principalmente en carbohidratos.inline-petroleum
  7. Biología molecular, investigación. En este caso los CBM’s nos sorprenden otra vez por la infinidad de aplicaciones que han demostrado tener en un laboratorio. Se pueden utilizar para producir, purificar e inmovilizar proteínas recombinantes, para crear microarrays, para estudios de modulación en plantas, en ingeniería de proteínas, o simplemente para inmovilizar o marcar moléculas de interés.Objetivos

El caso es que el número de aplicaciones biotecnológicas en las que intervienen los CBM’s aumenta cada día. La fusión de CBM’s con toxinas y patógenos podría llevar al desarrollo de muchos nuevos biosensores, y modificar CBM’s para otorgarles actividades antivirales, antibacterianas o antitumorales podría asentar las bases para la producción de nuevos medicamentos.


 

In our post about the summer news, we recommended you to read a very interesting paper on the applications of some modules called CBM’s (carbohydrate binding moduls). Today we want to explain you what are these modules and for which purposes they can be used, there is an incredible number of applications!

CBM’s are modules or specific parts of certain enzymes which have attracted a considerable interest because of its many applications in various fields. The main function of these modules is to catalyze the bond between an enzyme and its corresponding substrate, i.e. boost the association of several molecules modifying the speed of reaction between them.  CBM’s can be obtained by “breaking” the enzymes in which they are contained (proteolysis), although today they can be easily produced by the recombinant DNA technology.

CBM’s are generally produced fused with another molecule to facilitate its detection and purification, but let’s have a look to their applications.

  1. Textile industry. In factories producing cotton fabrics there is a very important process from which depends the final quality of the product, it is the initial step in which the cuticle that surrounds the cotton fibers is eliminated. When this thin layer called the cuticle is not removed properly the efficiency of water or dyes absorption decreases generating economic losses. In this case, the CBM’s are used to monitor the performance of this process called scouring.
  2. Production of paper. The use of CBM’s improves the drainage of the pulp, thus reducing process costs and press drying. It is also possible to obtain more resistant and water repellent paper when several CBM’s from multiple species of microorganisms are combined. There are also studies that report that these modules can be applied to improve print quality.
  3. Biomedicine and biomaterials. CBM’s have many applications in the field of immunology, in which they can be used for example to detect pathogens. In addition, CBM’s are used to improve adhesion and cell proliferation in biomaterials manufactured for biomedical purposes, and other studies show promising results with other materials such as carbon nanotubes and graphene.
  4. Biosensors. Biosensors are instruments used to measure various biological or chemical parameters, for example in food, environmental monitoring or clinical analysis. In many cases to make this measurement enzymes whose properties can be improved thanks to the CBM’s are used.
  5. Food Industry. CBM’s have proven to be effective in improving the nutritional value of feed used for animal feed. They are also used to modulate the growth of crops.
  6. Environment. Sometimes the presence of a particular compound in nature can mean important and complicated problems related with its removal. Using CBM’s it is possible to detect environmental pollutants to remove them (bioremediation), although they have also been used to study the structure of the cell wall in plants or other surfaces whose composition is mainly based on carbohydrates.
  7. Molecular biology, research. In this case CBM’s give us a pleasant surprise for the many applications that have proven in a laboratory. They can be used to produce, purify and immobilize recombinant proteins, to create microarrays, to study modulation levels in plants, in protein engineering, or simply to immobilize or label molecules of interest.

The fact is that the number of biotechnological applications where the CBM’s can be involved is increasing every day. The design of recombinant fusions of CBMs with pathogens and toxins binders predicts the development of CBM-based biosensors, and artificial CBMs with engineered biological activities (e.g. anti-viral, anti-bacterial, and anti-tumor) may settle the grounds for the production of new drugs.

 

Fuentes/Sources:

Oliveira et al. Recombinant CBM-fusion technology – applications overview.

Shoseyov et al. Carbohydrate Binding Modules: Biochemical Properties and Novel Applications.

Las novedades del verano / Summer news

Volvemos de las vacaciones, y para que os pongáis al día os traemos una infografía con las publicaciones más destacadas del verano en varios ámbitos de la biotecnología. Clikad en la imagen siguiente 🙂

The end of the holidays has arrived. Check our infographic to catch up the most outstanding publications of the summer in several areas of biotechnology. Click on the figure below 🙂

Novedades del verano

 

 

 

La importancia de cuestionarlo todo / The importance of questioning everything

Hoy navegando por internet me he encontrado un artículo (por llamarlo de alguna forma) que me ha obligado moralmente a escribir esta entrada.

El “artículo” se titula así: “Dieta de los microorganismos: En forma para el verano”. Con esto os podéis hacer una idea de que va el tema, pero os haré un resumen del contenido. Según esta revista “se trata de la última moda en nutrición” y la “dieta” en cuestión consistiría en ingerir bacterias modificadas genéticamente… Después de escribir semejante burrada, explican que unos investigadores están llevando a cabo un estudio que ha demostrado que algunas bacterias modificadas genéticamente “pueden ayudar a reducir la sensación de saciedad” (será aumentar la saciedad, ¿no?). El estudio está en fase experimental, se han visto efectos positivos en ratones pero nada más, eso es todo por ahora en cuanto a la investigación. El problema de este “artículo” es la forma en que los redactores han tergiversado un proyecto científico. ¿Por qué deciden escribir estos señores “Dieta de los microorganismos: En forma para el verano”? ¿En qué momento se les ha ocurrido sacar esa conclusión? Cito más: “Si este verano quieres recuperar la forma, tanto por dentro como por fuera, descubre todos los secretos de la novedosa dieta de los microorganismos”… Me parece maravilloso que se divulguen proyectos científicos en todo tipo de revistas, es una forma de acercar la ciencia a los lectores, pero dudo que esta noticia esté a la altura de ser publicada en ningún sitio. ¿Tan difícil es mantener cierto rigor científico? Es evidente que nadie va a comerse este verano esos GMO’s y mucho menos para ponerse en forma.

Bueno, el caso es que después de leer eso me sentía en la obligación de transmitiros algo que he aprendido durante estos últimos años. He aprendido a poner en duda todas las noticias o artículos que tratan de informar sobre proyectos de investigación. Con esto quiero decir que me he dado cuenta de los muchísimo errores que se cometen a la hora de transmitir la información, periódicos y revistas con millones de lectores cuyos redactores (algunos, no todos claro) bien por desinterés hacia el tema, motivos personales o falta de atención le transmiten al lector una idea equivocada de la realidad, concretamente de la investigación. Para mi es una falta de profesionalidad que estos redactores no sean rigurosos a la hora de escribir sus artículos, algunos deberían aprender a leer mejor los artículos científicos, podrían emplear algo de tiempo en consultar a algún profesional en el tema si no se entiende cualquier cosa, o directamente podrían enviarle el artículo al investigador antes de publicarlo para que sugiriera mejoras.

Dicho esto, solo me queda aconsejar a los lectores que se cuestionen lo que lean, que no se dejen llevar por titulares llamativos, que se guíen por su sentido común y no se crean al pie de  la letra todo lo que lean. ¡Recordad que lo más verídico siempre será la fuente original, el artículo publicado en una revista científica!


 

Today surfing on the Internet I found an article (to call it somehow) that has morally compelled me to write this post.

The “article” is entitled “The diet of microorganisms: fit for summer“. With this you can have an idea of what it is about, but I will summarize the content. According to the magazine “it is the latest fad in nutrition” and the “diet” in question would consist in eating genetically modified bacteria… After writing such stupidity, they explain that researchers are conducting a study that has shown that “some genetically modified bacteria can help reducing the feeling of satiety” (it would be increasing I think). The study is in its experimental phase, they have found positive effects in mice but nothing more, that’s all for now about the investigation. The problem with this “article” is the way the writers have misrepresented a science project. Why did they decide to entitle it “The diet of microorganisms: fit for summer“? How did they draw that conclusion? I quote again: “If you want to be fit this summer, both inside and outside, discover all the secrets of the novel diet of microorganisms” … I think it’s wonderful that scientific projects are spread in all kind of magazines, is a form of bringing science to readers, but I think this article should not be published anywhere. So hard is it to maintain a certain scientific rigor? Obviously nobody is going to eat this summer these GMO’s and much less to be fit.

Well, the fact is that after reading that I felt obliged to transmit you something I’ve learned during the last years. I learned to question all news or articles that attempt to report on research projects. By this I mean that I realized how many mistakes are made when transmitting information, newspapers and magazines with millions of readers whose editors (some, not all of them of course) by disinterest in the subject, personal reasons or inattention convey to the reader a wrong idea of ​​the reality, specifically in this case of research projects. For me it is a lack of professionalism that these writers are not rigorous when writing their articles, some of them should learn to read scientific papers, they could spend some time consulting a professional on the subject if they do not understand anything or they could send the item directly to the researcher before publishing to suggest improvements.

Once said this, I can only advise readers to question what they read, do not be swayed by flashy headlines, guide yourself by common sense and do not believe literally everything you read. Remember that the most truthful source will always be the original article published in a scientific journal!

 

Aquí teneis el artículo científico publicado en The Journal of Clinical Investigation / Here you have the scientific paper published in The Journal of Clinical Investigation

Ethics on the Ege - 'I see you're the co-author of this paper, Dr Mauritz, and you came up with some new insights in the field of quantum mechanics, which you will explain further next week.' 'I am? I did? I will?'

Trigo sin gluten apto para celíacos / Gluten-free wheat for coeliacs

La enfermedad celíaca (EC) es una enfermedad autoinmune causada por la intolerancia permanente al gluten que contienen cereales como el trigo, la cebada, el centeno y la avena. Se da en individuos genéticamente predispuestos, y se caracterizada por una reacción inflamatoria en la mucosa del intestino delgado, concretamente en el yeyuno, que dificulta la absorción de macro y micronutrientes. Las personas celíacas están obligadas a seguir un régimen estricto, exento de gluten durante toda la vida. Cuando los celíacos consumen gluten, las defensas de su organismo reaccionan y dañan las vellosidades de su intestino.

Arriba: Vellosidades sanas en el intestino delgado/Healthy normal villi of the small intestine. Abajo: Vellosidades dañadas/Damaged villi

Arriba: Vellosidades sanas en el intestino delgado/Healthy normal villi of the small intestine.
Abajo: Vellosidades dañadas/Damaged villi

¿Qué contienen estos cereales para causar la enfermedad? Gliadina, una proteína de origen vegetal que compone el gluten. Concretamente, al ser expuesta a la gliadina, la enzima transglutaminasa modifica la proteína de forma que el sistema inmune del individuo hace una reacción cruzada en contra del intestino delgado, causando una reacción inflamatoria que causa atrofia de las vellosidades que recubren el intestino e interferencias en la absorción de nutrientes.

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Un equipo de investigadores españoles ha desarrollado a través de técnicas biotecnológicas trigo sin gluten apto para celíacos. Francisco Barro (Instituto de Agricultura Sostenible de Córdoba), líder de la investigación, llevaba desde 2004 investigando variedades modificadas de trigo sin gluten. Hace un año anunciaron que habían conseguido variedades capaces de producir “una reacción hasta un 95% menos tóxica que el trigo natural” en los celíacos, según sus estudios en laboratorio. Es un trigo modificado genéticamente en el que se han silenciado genes (haciendo que no den su producto) cuyas proteínas -las gliadinas- son las responsables de la toxicidad al gluten. El resultado es un trigo con las mismas propiedades nutritivas y organolépticas que trigo común. El trigo modificado compensa el déficit de gliadinas aumentando su contenido en otras proteínas presentes en el grano, no relacionadas con la intolerancia al gluten y, ricas en lisina, una aminoácido esencial que al no formarlo, debemos incluirlo en la alimentación.

En Mayo de 2013, Barro solicitó a la Comisión Nacional de Bioseguridad un permiso para cultivar por primera vez este trigo al aire libre. Su objetivo era cosechar media tonelada de grano para elaborar panes y galletas que servirían para llevar a cabo un ensayo clínico con voluntarios celíacos. A principios de 2015 empezó la fase de ensayos clínicos en varios hospitales de Andalucía. Una vez se supere esta fase y se obtengan los resultados esperados, es muy probable que se genere una patente que acabará en manos de empresas americanas, ya que debemos recordar que la Unión Europea únicamente deja cultivar dos variedades transgénicas (patata Amflora y maíz MON810) pero permite la importación de 45 cultivos modificados genéticamente para alimentación humana o animal (de los cuales más de la mitad son variedades de maíz, soja, colza, o remolacha). Este caso no parece que vaya a ser distinto y seguramente España acabará importando los productos que ella misma ha “cocinado” y no explotado.

Aquí os dejamos una corta entrevista a Francisco Barro:

 


 

Celiac disease (CD) is an autoimmune disease caused by a permanent intolerance to the gluten contained in grains such as wheat, barley, rye and oats. It occurs in genetically predisposed individuals, and it is characterized by an inflammatory reaction in the mucosa of the small intestine, particularly in the jejunum, which hinders the absorption of macro and micronutrients. People with celiac disease are obliged to follow a strict diet, gluten-free for life. When people with celiac disease eat gluten, their body’s defenses react and damage the villi of the intestine.

What do these grains contain to cause the disease? Gliadin, a plant protein that makes up the gluten. In particular, upon exposure to gliadin, the enzyme transglutaminase modifies the protein so that the individual’s immune system cross-reacts against the small intestine causing an inflammatory reaction that causes the atrophy of the villi that cover the surface of the intestine interfering with the nutrients absorption.

A team of Spanish researchers has developed by means of biotechnology techniques free-gluten wheat suitable for coeliacs. Francisco Barro (Institute of Sustainable Agriculture of Córdoba), leader of the research, led from 2004 investigating free-gluten wheat modified varieties. One year ago they announced that they obtained different varieties capable of producing “a reaction 95% less toxic than natural wheat” in coeliacs, according to laboratory studies. It is a genetically modified wheat in which genes responsible for gliadin proteins are silenced (by not giving their product). The result is a wheat with the same nutritional and organoleptic properties as common wheat. The modified wheat balances out the gliadin deficit by increasing its content in other proteins present in the grain, not related to gluten intolerance and rich in lysine, an essential amino acid that we must be included in the diet.

In May 2013, Barro asked the National Biosafety Commission for permission to cultivate wheat for the first time outdoors. Its aim was to harvest half a ton of grain to make bread and biscuits that would serve to conduct a clinical trial with celiac volunteers. In early 2015 the clinical trials began in several hospitals in Andalucia. Once this phase will be exceeded and the expected results will be obtained, probably a patent will be generated. Previous experiences tell us that this patent will end up in the hands of American companies, because we should remember that the European Union only accepts growing two transgenic crop varieties (Amflora potato and maize MON810) but allows to import up to 45 genetically modified crops for food or animal feed (of which more than half are varieties of corn, soybean, rapeseed or beet). This case is not expected to be different and probably Spain will end by importing its own products.

Fuentes/Sources:

Effective shutdown in the expression of celiac disease-related wheat gliadin T-cell epitopes by RNA interference. Gil-Humanes et al.

The Gluten-Free Diet: Testing Alternative Cereals Tolerated by Celiac Patients. Comino et al.

La Ciencia de Amara

Nutrigenómica, ¿la medicina del futuro? / Nutrigenomics, the medicine of the future?

Durante las últimas décadas se ha producido un gran progreso en el conocimiento de cómo afecta la nutrición a la salud, no obstante la nutrigenómica todavía está empezando a despegar. Se trata de un nuevo enfoque cuyo objetivo es ofrecer una nutrición personalizada basada en las necesidades individuales, estudiando cómo interaccionan los nutrientes y sus productos metabólicos con los genes que actúan para prevenir o tratar enfermedades como por ejemplo el cáncer o la artritis reumatoide.

Los nutrientes son detectados por receptores celulares situados en la membrana plasmática o en el interior de las células. Esta unión constituye una señal para la célula, que alterará la transcripción y finalmente la expresión génica.

Los nutrientes son detectados por receptores celulares situados en la membrana plasmática o en el interior de las células. Esta unión constituye una señal para la célula, que alterará la transcripción y finalmente la expresión génica.

¿Cómo afectan los ácidos grasos a la expresión génica? ¿Y las proteínas? Se ha comprobado que los ácidos grasos de cadena corta así como los de cadena larga con al menos dos insaturaciones modifican la estructura de la cromatina, y por tanto afectan la transcripción del ADN a ARN. Las proteínas están menos estudiadas, no obstante sí se ha demostrado que un ligero déficit aumenta la estabilidad del ARNm.

Además la nutrigenómica tiene un futuro prometedor en el sector de la producción de alimentos. Se utiliza para aumentar la producción de carne y leche optimizando la dieta dada a los animales, ya que se ha demostrado por ejemplo que el genoma determina la cantidad de leche producida por una vaca así como su calidad. El genoma de los animales también decide la estructura y la función del tracto gastrointestinal, por lo que influye en la eficiencia de la absorción de nutrientes.


 

During the past decades there has been great progress in the knowledge of how nutrition affects health, however nutrigenomics is still taking off. This is a new approach which aims to provide personalized nutrition based on individual needs, studying how nutrients and their metabolic products interact with genes that act to prevent or treat diseases such as cancer or rheumatoid arthritis.

How fatty acids affect gene expression? What about proteins? It has been found that short chain fatty acids and long chain fatty acids with at least two unsaturations alter chromatin structure, and therefore affect the transcription of DNA to RNA. Proteins are less well studied, although it has been demonstrated that a slight deficit increases mRNA stability.

In addition, nutrigenomics has a promising future in the sector of food production. It is used to increase the production of meat and milk by optimizing the diet given to animals, as it has been demonstrated, for example, that the genome determines the amount of milk produced by a cow and also its quality. The genome of animals also decides the structure and function of the gastrointestinal tract, which affects the efficiency of nutrient absorption.