La hormiga zombi

[Artículo publicado originalmente el 23 de abril de 2014 en Expresión Genética del diario El Comercio]

"Coloquialmente y en sentido figurado, zombi se usa para designar a quien hace las cosas mecánicamente como si estuviera privado de la voluntad" (Wikipedia).

En un lugar remoto de la selva brasileña, una hormiga obrera del género Camponotus trabajaba junto a sus compañeras recolectando alimento para la colonia. El día era espléndido y nada hacía presagiar que algo malo ocurriría.

Justo antes de acabar con su jornada laboral sintió que algo le caía sobre el cuerpo. Parecía un poco de polvo así que no le dio importancia y siguió con lo suyo. Pero nueve días después, la hormiga empezó a sufrir extrañas convulsiones. Abandonó el nido a las 9:30 de la mañana sin decir nada a nadie. Deambuló sin rumbo por el bosque, caminando de forma errática como si estuviera borracha. La hormiga no entendía qué le pasaba. Simplemente, no podía controlar sus movimientos.

De pronto, su cuerpo la guiaba contra su voluntad hacia una hoja ubicada a 25 centímetros del suelo y, justo al mediodía, un espasmo repentino hizo que su mandíbula se cierre sobre la vena principal de la hoja, anclándola fuertemente a ella. La pobre hormiga no podía abrir la mandíbula para liberarse ya que sus músculos no respondían a sus deseos. Permaneció en esa incómoda posición al menos por seis horas hasta que finalmente murió. Una semana después, un extraño falo sobresalía desde la parte posterior de su cabeza.

El hongo Ophiocordyceps unilateralis convierte a la hormiga en un zombi. Fuente: Flickr @pennstatelive (Credito: David Hughes)

Aunque no lo creas, el responsable de este extraño comportamiento es un hongo llamado Ophiocordyceps unilateralis. Básicamente, el hongo manipula el comportamiento de la hormiga con el fin de favorecer su reproducción y diseminación a nuevos anfitriones.

El polvo que se impregnó en el cuerpo de la desafortunada hormiga no era más que las esporas de Ophiocordyceps, las cuales germinaron y se infiltraron a través de la cutícula hasta alcanzar su cerebro. Una vez dentro, el hongo produce algunas sustancias químicas neuromanipuladoras que permiten controlar el sistema nervioso de la hormiga.

La primera orden que el hongo da es: "vete del nido antes que las otras hormigas descubran que estás enferma y te destierren o eliminen para que no causes daño a toda la colonia". La orden también se da porque si la hormiga infectada se queda dentro del nido, el hongo no puede completar su desarrollo.

Una vez fuera del nido, el hongo lanza la segunda orden: "busca un lugar adecuado para poder completar mi desarrollo". Es así que la hormiga deambula erráticamente por el bosque hasta que, cerca al mediodía, se posa sobre una hoja a 25 centímetros del suelo. ¿Por qué necesariamente a esta altura? Porque la temperatura (20 ºC a 30 ºC) y la humedad (94% a 95%) son las ideales para el desarrollo del cuerpo fructífero del hongo.

Finalmente, el hongo da la orden final: "ánclate con fuerza a la hoja y no te despegues de ella. Te necesito inmóvil para completar mi desarrollo". Las hifas del hongo, que ya han invadido toda la cabeza de la hormiga, interactúan con los músculos de la mandíbula para que estos se contraigan rápidamente y provoquen una fuerte mordida en la vena de la hoja.  Lo curioso de este movimiento es que se encuentra sincronizado con la posición del sol en el firmamento porque la mordida se da cerca al mediodía, cuando el sol forma un ángulo recto con respecto al suelo. Además, la hormiga siempre clava sus tenazas apuntando hacia el norte-noroeste (a unos 345º).

Una semana después, un falo crece a partir de la cabeza del cadáver de la hormiga: es el cuerpo fructífero del hongo. Allí se producen millones de esporas que serán diseminadas a través de aire y, tal vez, algunas de ellas logren posarse sobre el cuerpo de otras hormigas para reiniciar el ciclo de vida de Ophiocordyceps.

Sin lugar a dudas, este es uno de los más complejos ejemplos de parásitos controladores de mente que existen en la naturaleza. La extraña forma cómo el hongo manipula el comportamiento de las hormigas ha servido de inspiración para la película “Guerra Mundial Z“ (“World War Z”) y el videojuego “El último de nosotros” (“The last of us”).

Asimismo, existen más de 160 especies de Ophiocordyceps descritos a la fecha, cada uno específico de algún tipo de artrópodo: polillas, escarabajos, grillos, saltamontes, arañas, etc.

Este sería un ejemplo del “Fenotipo Extendido” propuesto por el biólogo Richard Dawkins. Este concepto indica que los genes no sólo afectan el funcionamiento del propio organismo, sino también de su entorno; por lo que el comportamiento de la hormiga vendría a ser producto de la expresión de los genes del hongo.

Referencias:

Andersen SB, Gerritsma S, Yusah KM, et al. The life of a dead ant: the expression of an adaptive extended phenotype. Am Nat. 2009; 174(3): 424-33 doi: 10.1086/603640

Hughes DP, Andersen SB, Hywel-jones NL, Himaman W, Billen J, Boomsma JJ. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection. BMC Ecol. 2011; 11(1): 13 doi: 10.1186/1472-6785-11-13

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Los huevos verdes

[Artículo publicado originalmente el 16 de abril de 2014 en Expresión Genética del diario El Comercio]

No me refiero a los de Shrek ni los de Hulk...

Hace unos años visité la localidad de Huancapallac, en el departamento de Huánuco, y participé del Muhu Raymi (Fiesta de las Semillas). En esta feria, agricultores de diferentes lugares del país exhiben su gran agrobiodiversidad. Mientras paseaba por los puestos de cada uno de ellos, vi algo que llamó mi atención: huevos de color verde.

Si bien los huevos pueden adquirir diferentes colores, dependiendo de la especie a la que correspondan, todos los huevos de gallina que encontramos en los mercados son blancos o morenos (color piel). Sin embargo, al menos tres razas de gallinas ponen huevos verdes y azulados: la Araucana de Chile y los Dongxiang y Lushi de China. Esta coloración se debe a un pigmento llamado biliverdina.

La biliverdina se genera a partir de la degradación de la hemoglobina —molécula que da el característico color rojo a la sangre y que transporta el oxígeno a cada una de nuestras células.

Todos hemos visto los colores que producen estas moléculas en nuestro cuerpo. Cuando te das un fuerte golpe en la pierna o el brazo, los capilares que se encuentran debajo de la piel se rompen y la sangre se libera tomando una coloración rojiza (hematoma). Los glóbulos rojos liberan la hemoglobina que, ante la falta de oxígeno, cambian de color a morado (el famoso "moretón"). Unos días después, la hemoglobina se degrada formando biliverdina y posteriormente bilirrubina, adquiriendo así una coloración verdosa y luego amarillenta.

Esto no quiere decir que los huevos son verdes porque sufren golpes antes de ser aovados. Lo que ocurre en el vientre de las gallinas es algo mucho más interesante.

A inicios del 2013, un grupo de investigadores chinos liderados por el Dr. Changxin Wu descubrieron un gen llamado SLCO1B3 expresándose en el útero de las gallinas que ponían huevos azulados. Normalmente, este gen se encuentra activo en el hígado de los vertebrados y es responsable de producir una proteína que se encarga de transportar los componentes de la bilis —entre ellos, la biliverdina— desde el hígado hacia los conductos biliares.

Al producirse esta proteína transportadora en el útero de las gallinas, la biliverdina —que también forma parte de la bilis de las aves— la utiliza para alcanzar los huevos y así teñirles de verde o azul. ¿Fin del misterio? Pues, no. Aún queda una interrogante más: ¿Por qué hay razas de gallinas que expresan el gen SLCO1B3 en el útero y otras no?

Al analizar en profundidad la región del genoma donde se halla el gen SLCO1B3, Wu y su equipo descubrieron que solo las gallinas que ponían huevos azulados tenían infiltrado una porción de ADN de un virus aviar llamado EAV-HP, que funcionaba como un interruptor genético, permitiendo activar la expresión de la proteína transportadora donde no debería: en el útero.

Huevos azules, blancos y morenos. Fuente: Wang et al. (2013)

En conclusión, los huevos verdes y azulados son producidos por gallinas que expresan una proteína transportadora de biliverdina en el útero gracias a la presencia de un interruptor genético proveniente de un virus.

Referencia:

Wang Z, Qu L, Yao J, et al. An EAV-HP insertion in 5' Flanking region of SLCO1B3 causes blue eggshell in the chicken. PLoS Genet. 2013;9(1):e1003183. doi: 10.1371/journal.pgen.1003183

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¿Cuánto mide el genoma humano?

[Artículo publicado originalmente el 9 de abril de 2014 en Expresión Genética de El Comercio]

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es una de las moléculas más maravillosas creadas por la naturaleza. No sólo tiene una estructura fascinante que se parece a una escalera de caracol (técnicamente conocida como doble hélice), sino que también es capaz de almacenar información en forma química de manera muy eficiente.

Todos los seres vivos, sin excepción, tienen ADN porque en él se encuentra codificado todas las instrucciones necesarias para moldearlo y fabricarlo. En otras palabras, es el manual de instrucciones de la vida.

El ADN está compuesto por cuatro moléculas llamadas nucleótidos hechos a base de adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G), también conocidas como bases nitrogenadas: Estas se enlazan unas con otras formando una larga cadena. El ADN está formado por dos de estas cadenas se unen de manera complementaria por enlaces electrostáticos: A con T y C con G, formando así los pares de base (pb).

Estructura del ADN: Fuente: Wikimedia Commons.

Podemos usar sólo las letras iniciales de las bases nitrogenadas —A, T, C y G— para generar un código de cuatro caracteres. Haciendo una analogía con la computación, una secuencia ...AGCATAGCGGACTAA… tendrá un significado biológico así como ...100101001110100… tiene un significado computacional. El significado biológico de una determinada secuencia de nucleótidos es el gen.

Un gen será una pequeña porción de ADN que contiene información en forma codificada necesaria para producir una determinada molécula, la cual cumplirá con una función definida en el ser vivo. Sin embargo, hay porciones de ADN que no codifican nada en absoluto, pero que pueden cumplir otro tipo de funciones. Al conjunto del ADN codificante (los genes) y el ADN no codificante de un determinado organismo se le conoce como genoma.

En 1977 se secuenció el primer genoma que correspondía a un pequeño virus llamado bacteriófago Phi-X174. Su genoma tan sólo tenía 5 386 pares de base. Poco a poco se fueron secuenciando otros genomas cada vez más largos hasta que, en 2001, se publicó en Science y Nature el primer borrador del genoma humano y, tres años después, la versión definitiva.

El genoma humano mide aproximadamente 3 200 millones de pares de base y está dividido en 23 porciones más pequeñas llamadas cromosomas.

Haciendo los cálculos

El ADN tiene un grosor de 2 nanómetros (40 000 veces más fino que un cabello humano) y cada par de base ocupa un espacio de 0.34 nanómetros. Un nanómetro (nm) es igual a la mil millonésima parte de un metro (m) o 0.000000001 m, que es lo mismo a decir 10^-9 m.

Ahora, para saber qué tan largo es el genoma humano debemos multiplicar el número de pares de base que tiene nuestro genoma por 0.34 nm. Así tenemos: 3.2 x 10⁹ por 0.34 x 10^-9 m. Los 10 elevados a la novena potencia positiva y negativa se anulan y solo nos quedaría multiplicar 3,2 por 0,34 m, dando como resultado 1.088 metros.  Esto es lo que mediría nuestro genoma. Pero, aquí no termina el asunto...

¡Tanto ADN!

De seguro habrán escuchado en una clase de biología del colegio o la universidad que los humanos somos diploides. No se preocupen, no es nada malo. Diploide significa que tenemos dos copias de nuestro juego de 23 cromosomas: un juego proviene de nuestro padre y el otro de nuestra madre. Esto quiere decir que cada célula de nuestro cuerpo —con excepción de los óvulos y espermatozoides— tienen un poco más de dos metros de ADN, que es el resultado de 2 x 1.088 metros (2.176 m).

¿Cómo puede caber todo eso en el núcleo de nuestras células que es una pequeña esfera de tan solo 0.000006 metros de diámetro? Para que tengan una idea de lo difícil que puede resultar esto, traten de meter un cabello tan largo que le dé dos vueltas a la Tierra dentro de una pelota de fútbol. La solución se da gracias a unas proteínas que enrollan y empaquetan el ADN de tal forma que quepa en el núcleo de la célula.

Empaquetamiento del ADN. Fuente: Wikimedia Commons.

¿Y cuánto ADN hay en nuestro cuerpo? Hacemos otro pequeño cálculo. El número de células que tiene un humano promedio está en el orden de los 10 billones o 10 000 000 000 000 (10¹³). Si multiplicamos este valor por los 2.176 metros de ADN que hay en cada una de nuestras células obtenemos nada menos que 21.76 billones de metros o 21 760 millones de kilómetros de ADN por persona. ¡Una cantidad de ADN suficiente para dar 20 vueltas al Sol siguiendo la órbita terrestre!

Aun así, nuestro genoma no es el más grande de todos. Por ejemplo: la salamandra, una especie de planta llamada Paris japónica y una especie de helecho llamado Psilotum nudum tienen genomas 30, 50 y 75 veces más grande que nuestro genoma, respectivamente.

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INIA pone en consulta la regulación de transgénicos del sector agrario

La semana pasada, mediante Resolución Ministerial N.º 0123-2020-MINAGRI, el Instituto Nacional de Innovación Araria (INIA) puso en consulta pública por 30 días hábiles (hasta el 18 de julio) su "Reglamento Interno Sectorial Sobre Seguridad de la Biotecnología para el desarrollo de Actividades con Organismos Vivos Modificados (OVM) para el Sector Agrario", es decir, la norma que regula el uso de transgénicos en la agricultura. Para entender el contexto de este reglamento debemos remontarnos hasta la década de 1990.

Por ese entonces, la ingeniería genética se empezaba a aplicar en la agricultura. Algunos países como Estados Unidos, Alemania y Suiza, sacaban al mercado sus primeros cultivos transgénicos desarrollados por empresas como Monsanto, Dow AgroSciences, Bayer, Syngenta y BASF. El Perú no era ajeno a esta tecnología. El Centro Internacional de la Papa (CIP) contaba la infraestructura requerida para desarrollar papas y camotes transgénicos para otorgarle características que por medios convencionales sería mucho más lento y difícil, como la resistencia a plagas y enfermedades.

En junio de 1992, durante la "Cumbre de la Tierra" celebrada Río de Janeiro, se aprueba el texto final del Convenio sobre la Diversidad Biológica. Uno de los asuntos más relevantes que aborda es la biotecnología moderna. Reconoce su potencial para promover el bienestar de la humanidad y, a su vez, demanda la necesidad de proteger la salud humana y el medio ambiente de sus posibles efectos adversos, que más adelante se convierte en el Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología. Como consecuencia, los países desarrollan sus primeras regulaciones para evaluar los posibles riesgos asociados con la ingeniería genética.

En 1994, el CIP elabora sus protocolos internos de biotecnología y bioseguridad para la experimentación y utilización de transgénicos, el cual es aprobado por el Ministerio de Agricultura a través de la Resolución Ministerial N.° 0682-94-AG. Adicionalmente, esta resolución le otorgaba al Servicio Nacional de Sanidad Agraria (SENASA) la función de autorizar la importación, experimentación y las pruebas de campo de cultivos de papa, camote y otras raíces andinas genéticamente modificadas.

Bajo el amparo de esta norma, el CIP realizó pruebas de campo con papas y camotes transgénicos en sus estaciones experimentales de La Molina, San Ramón, Huancayo, entre otras. Los productos generados eran incinerados tal como exigían sus protocolos de bioseguridad.

Fuente: CIP, 2000.

En 1999, el Congreso de la República promulga la Ley N.º 27104 (Ley de prevención de riesgos derivados del uso de la biotecnología). El CIP detiene sus experimentos de campo con OVM hasta que la ley sea reglamentada, hecho que ocurre tres años después.

Mediante el Decreto Supremo N.º 108-2002-PCM, se aprueba el reglamento de la Ley 27104, que a su vez deroga la Resolución Ministerial N.° 0682-94-AG (los protocolos de biotecnología y bioseguridad del CIP). El reglamento establece tres autoridades competentes para regular el uso de OVM en el país: el INIA, para el sector agrario; el Viceministerio de Pesca [y Acuicultura], para el sector pesquero; y la Dirección General de Salud Ambiental [e Inocuidad Alimentaria], para el sector salud. Adicionalmente, les exige que elaboren sus reglamentos internos de seguridad de la biotecnología.

En 2007, se reportan los primeros casos de presencia de OVM en el valle de Barranca, cuando estos aún no habían sido autorizados por falta de los reglamentos sectoriales. Esto reaviva las discusiones respecto a los transgénicos. Dos años después, el INIA realiza su propia investigación en Barranca pero no encuentra siembras ilegales de OVM. Sin embargo, ya empezaba a discutirse el establecimiento de una moratoria o prohibición para el uso de esta tecnología.

En 2010, el INIA pone en consulta pública —por primera vez— su reglamento interno sectorial de bioseguridad, el cual finalmente fue aprobado en abril de 2011 por Decreto Supremo N.º 003-2011-AG. Este hecho generó un gran revuelo. La sociedad civil, organizada a través de la plataforma "Perú libre de transgénicos", afirmaba que con ese reglamento se abría las puertas para la producción de OVM en el país.

Como respuesta a estos reclamos, la Presidencia del Consejo de Ministros creó una comisión multisectorial para revisar el reglamento y proponer mejoras. El informe final recomendaba establecer las líneas de base de la agrobiodiversidad que potencialmente fuera afectada por los OVM y la implementación de un sistema de control y vigilancia para evitar cualquier ingreso y siembra ilegal de transgénicos. El Ministerio de Agricultura acogió las recomendaciones y la plasmó en el Decreto Supremo N.º 011-2011-AG, el cual restringía toda solicitud de liberación al ambiente de OVM hasta que las líneas de base fueran elaboradas.

Por su parte, diversos grupos parlamentarios usaron el mismo informe de la comisión multisectorial para elaborar un proyecto de ley que establecía una moratoria a los transgénicos por 10 años, que finalmente fue aprobado en noviembre de 2011 y publicado el mes siguiente (Ley N.º 29811). Esta Ley, además, derogaba el reglamento sectorial de bioseguridad de agricultura (D.S. N.º 003-2011-AG).

La moratoria, que cumple su vigencia establecida por ley el próximo año, solo restringe la liberación al ambiente de OVM. El uso como alimento humano o animal, para procesamiento y para investigaciones en espacios confinados, no estaba prohibido. Su regulación está en el marco de la Ley N.º 27104 de 1999 que, hasta la fecha, sigue a la espera de los reglamentos sectoriales de bioseguridad. Es por ello que se hace necesario su aprobación, no solo para temas agrarios, sino también, para pesca y acuicultura y para salud humana, que corresponde a las otras autoridades competentes.

Asimismo, la Ley N.º 27104 —que tiene más de 20 años de antigüedad— requiere de una actualización. Ha quedado completamente desfasada con relación al avance de la ciencia. Mientras tanto, queda un poco más de un año para que concluya la moratoria. Seguro habrán nuevas discusiones, pero lo que debe orientar finalmente la toma de decisiones —como en toda política pública— es la evidencia científica y no los mitos y noticias falsas, muy frecuentes hoy en día.

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