Editar genes para hacer frente al VIH

Incontables veces hemos visto en los medios anunciar la cura o la vacuna para el VIH. Creo que en promedio son unas tres o cuatro veces por año. Lo cierto es que cada año se dan pequeños avances para lograr este objetivo. Esta semana se publica en The New England Journal of Medicine los resultados de un ensayo clínico realizado en un grupo de 12 pacientes infectados con el VIH que parece tener resultados muy promisiorios. La estrategia empleada es la terapia génica a través del uso de unas enzimas capaces de editar genes llamadas "nucleasas dedos de zinc".

Fuente | John Wildgoose, Wellcome Images

Para empezar la historia debemos remontarnos hasta el año 1996. En ese año, los investigadores descubrieron que algunos hombres homosexuales, extrañamente, no se infectaban con el VIH a pesar de tener relaciones sexuales con cientos de parejas diferentes. Estas personas habían heredado una mutación de ambos padres que les hizo virtualmente inmunes al VIH. Esta mutación, que está presente sólo en el 1% de la población europea, impedía la expresión de una proteína de membrana llamada CCR5, la cual era utilizada por la mayoría de cepas VIH como puerta de entrada a la célula para poder infectarla.

Tal fue el revuelo de este descubrimiento que la compañía farmacéutica Pfizer desarrolló un inhibidor de esta proteína llamada Selzentry® (Maraviroc). Lamentablemente, este medicamento, por sí solo, no podía impedir la infección del VIH.

Una década después, el Dr. Gero Hüttler, un hematólogo del Charité - Universitätsmedizin Berlin que no era especialista en VIH, trataba a un paciente de leucemia, que además estaba infectado con el VIH, llamado Timothy Brown. El Sr. Brown había fallado al tratamiento de primera linea, la quimioterapia, por lo que el Dr. Hütter le recomendó iniciar con el tratamiento de segunda línea que consistía en un trasplante de médula ósea. El Dr. Hütter, quien había leído sobre la mutación del gen ccr5, decidió aprovechar de esta cirugía para que el paciente también pudiera curarse del VIH, ya que, en teoría, la médula osea que le sería trasplantada produciría nuevas células sanguíneas que serían inmunes a este virus y reemplazarían a las infectadas.

De los 80 donantes compatibles, uno de ellos —el número 61— presentaba dicha mutación de manera homocigota (heredó la mutación tanto del padre como de la madre). El procedimiento se inició destruyendo el sistema inmune del paciente mediante radiación y se le quitó los fármacos que consumía, entre ellos, los antiretrovirales, para que el tejido trasplantado no sea rechazado. La operación fue un éxito. Los médicos sólo esperaban que su carga viral de VIH aumentara en la sangre para reanudar con el tratamiento antiretroviral, pero esto nunca ocurrió. El paciente parecía haberse curado del VIH. La historia más detallada pueden leerla en este artículo periodístico de The Wall Street Journal.

Ahora, un grupo de investigadores estadounidenses, liderados por el Dr. Pablo Tebas, han optado por una nueva estrategia: utilizar una infusión intravenosa de células T-CD4+ que tienen el gen ccr5 escindido (cortado) gracias al uso de una enzima capaz de reconocer y cortar secuencias específicas de ADN, en este caso, diseñada específicamente para reconocer y quitar una porción del gen ccr5 para inactivarlo. La enzima se llama nucleasa dedos de zinc (ZFN) y estudios previos realizados en ratones con células T-CD4+ sin la proteína CCR5 han mostrado buenos resultados.

Para la realización del estudio, Tebas y su equipo reclutaron a 12 pacientes con VIH con niveles no detectables del virus en sangre (pacientes avirémicos) gracias al tratamiento antiretroviral. Con el fin de determinar la seguridad y eficacia del tratamiento, los pacientes fueron divididos en dos grupos de seis personas, y cada uno recibió una infusión intravenosa de 10 mil millones de células T-CD4+, de las cuales entre el 11% y 28% no expresaban la proteína receptora CCR5. Luego, a uno de los grupos se les dejó de administrar los antiretrovirales por tres meses para comparar la utilidad de esta novedosa técnica en comparación con el grupo que seguía recibiendo el tratamiento antiretroviral. Cabe indicar que las células de este estudio fueron proporcionadas por la empresa Sangamo BioSciences. 

Los resultados fueron muy alentadores a pesar del poco número de participantes. Sólo se reportó un evento adverso de consideración en uno de los 12 pacientes cuyos síntomas (fiebres, escalofríos, dolores de articulaciones y espaldas) fueron atribuidos a una reacción a la transfusión de las células en estudio. Por otro lado, el promedio del recuento total de linfocitos aumentaron significativamente en los 12 pacientes, de 1270 (al inicio del tratamiento) a 2330 células T-CD4+ por microlitro de sangre, después de una semana. Luego, el recuento de células T-CD4+ fue disminuyendo hasta estabilizarse en 1700 por cada microlitro a las 36 semanas, de las cuales una de cada siete células T-CD4+ eran las que no expresaban el receptor CCR5. Además, su tiempo de vida media se estimó en 48 semanas, mayor que de las células no modificadas.

Si bien la viremia apareció en el grupo de pacientes que dejaron de recibir el tratamiento antiretroviral, todos redujeron sus niveles de ADN viral en sangre. Además, uno de los cuatro pacientes que pudieron ser evaluados no tenía niveles detectables de VIH al momento de reiniciar su tratamiento con los antiretrovirales.

La conclusión definitiva de este estudio es que la edición del genoma de las células T-CD4+ es segura para los pacientes porque los efectos adversos que se presentaron fueron aceptables, dentro de los límites del estudio. Por otro lado, se demostró que las células genéticamente modificadas persistieron en la sangre por un tiempo mayor a las células que no fueron modificadas.

Sin embargo, aún existe preocupación por la eficacia de la técnica para editar los genomas de las células T-CD4+ mediante el uso de las nucleasas dedos de zinc, las cuales podrían fallar y editar regiones no específicas, provocando efectos no esperados. Actualmente se vienen desarrollando novedosas herramientas de ingeniería genética como son TALEN o basadas en el mecanismo CRISPR-Cas, por lo que el futuro que depara a este tipo de terapia génica es muy prometedor.

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Tebas, P., Stein, D., Tang, W., Frank, I., Wang, S., Lee, G., Spratt, S., Surosky, R., Giedlin, M., Nichol, G., Holmes, M., Gregory, P., Ando, D., Kalos, M., Collman, R., Binder-Scholl, G., Plesa, G., Hwang, W., Levine, B., & June, C. (2014). Gene Editing of in Autologous CD4 T Cells of Persons Infected with HIV New England Journal of Medicine, 370 (10), 901-910 DOI: 10.1056/NEJMoa1300662

Kay, M., & Walker, B. (2014). Engineering Cellular Resistance to HIV New England Journal of Medicine, 370 (10), 968-969 DOI: 10.1056/NEJMe1400593

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Si la Luna midiera sólo un pixel...

Este será el modelo a escala del sistema solar más preciso y tedioso que podrán encontrar en internet asumiendo que la luna midiera tan solo un pixel. Si están dispuestos a invertir 15 minutos de su tiempo (eso es lo que yo me tardé), podrán hacer el interminable viaje desde el Sol hasta Plutón en las pantallas de sus computadoras o tablets. Realmente vale la pena porque podrán darse cuenta de lo grande que es nuestro sistema solar y lo vacío que está.

   

Este sería el tamaño del Sol si el diámetro Luna (3474,8 Km) equivaldría tan solo a un pixel.

   

Y esta sería la distancia entre la Luna y la Tierra. No está tan cerca como te la imaginas.

Este impresionante diagrama fue desarrollado por el diseñador gráfico Josh Worth para explicar a su hija de cinco años lo difícil que sería tomar unas vacaciones de verano en Marte en el futuro debido a las enormes distancias que nos separaban. Trató de explicarlo a través de metáforas pero no lograba dar con una precisa. Los diagramas de los libros, los modelos planetarios, las imágenes de los telescopios son muy engañosas al momento de plasmar el tamaño real del universo, así que cambió la metáfora de "imagina la Tierra como una pelota de golf" por "imagina la Luna del tamaño de un pixel" y obtuvo este impresionante modelo como resultado.

Link | http://joshworth.com/dev/pixelspace/pixelspace_solarsystem.html

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¿Han visto un zafiro de mar?

Pues, yo no. Es la primera vez que veo en video a este increíble animal y he quedado fascinado.

Los zafiros de mar pertenecen al género Sapphirina, un grupo de copépodos que brillan de diferentes colores, desde el dorado hasta el azul —como en este caso— al igual que una piedra preciosa. El pequeño crustáceo no emite fluorescencia sino que el brillo se debe a pequeñas placas de cristales que tienen dentro de sus células, las cuales están separadas a 400 nanómetros unas de otras, la misma medida que tiene la longitud de onda de la luz azul. De acuerdo a la distancia de separación de estos cristales, el pequeño animal reflejará un determinado color. A este fenómeno se conoce como iridiscencia. También juega un papel importante el ángulo al cual incide la luz, por lo que en ciertos casos el animal desaparece: las ondas de luz reflejada a interfieren unas con otras, cancelándose.

   
Aquí una foto capturada por Stefan Siebert donde se aprecia este fenómeno de la iridiscencia en toda su magnitud en otra especie de zafiro de mar.
   
Vía | Deep Sea News.

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El virus gigante que revivió después de 30.000 años

Virus más grandes que bacterias. Virus que incluso pueden ser infectados por otros virus. Virus con tantos genes que podrían formar una nueva rama evolutiva en el árbol de la vida. Sin dudas, el mundo de los virus gigantes es realmente fascinante. Y como si no tuviéramos suficiente, un nuevo estudio publicado el lunes en PNAS nos muestra como un virus gigante es "despertado" después de estar "criogenizado" por 30.000 años, o sea, un Futurama versión virus. 

Sobre este tema se ha hablado en casi todos los medios de comunicación científica: National Geographic, Science News, USA Today, New Scientist, aunque personalmente recomiendo las versiones de Materia (en español), Nature News (por Ed Yong) y en The New York Times (por Carl Zimmer); por lo que tendré la ventaja de contar con mucho material para hablar sobre este descubrimiento.

Micrografía de un Pithovirus que en parte izquierda parece tener una estructura similar a un corcho.

Hace 10 años, un grupo de investigadores franceses estudiaron una extraña bacteria que infectaba a las amebas. Lo extraño era que, por más que lo intentaban, no podían aislar y secuenciar el gen correspondiente a la subunidad 16S del ADN ribosomal, un marcador específico de las bacterias que permite identificarlas. No tardaron mucho en darse cuenta que la forma de este organismo no se parecía en nada al de las bacterias, era icosaédrico, y su mecanismo de infección era propio de los virus. No había duda, lo que habían descubierto era el virus más grande conocido a la fecha con 0,7 micras de longitud y un genoma con algo más de un millón de pares de base (1 Mb), que codificaban aproximadamente 1000 genes. Lo llamaron Mimivirus. 

Luego, en el 2011, los mismos investigadores, esta vez liderados por los esposos Jean-Michel Claverie y Chantal Abergel, descubrieron en las costas chilenas un virus que tenía un tamaño similar al Mimivirus, pero con un genoma ligeramente más grande. Se trataba del Megavirus. Parecía que estos investigadores se empecinaron en batir todas las marcas en lo que a tamaño de un virus se refiere. En julio del 2013 descubrieron un virus de un tamaño colosal: 1000 nanómetros (1 micra) y 2500 genes. Lo llamaron Pandoravirus. 

Estos virus se agruparon en dos clases: los Megaviridae, con forma icosaédrica, de 0,7 micras de longitud y un genoma de aproximadamente 1 Mb; y los Pandoravirus, con forma de ánfora, con 1 micra de longitud y genomas que pueden alcanzar los 2,8 Mb. Los Megaviridae requieren de las enzimas del núcleo de la célula hospedera para poder replicarse, mientras que los Pandoravirus lo hacen por su propia cuenta en el citoplasma ya que sus 2500 genes codifican todo lo que necesitan para multiplicarse.

Ahora, un nuevo tipo de virus gigante hace su ingreso por la puerta grande y ha esperado más de 30.000 años para reclamar su lugar como el virus más grande del mundo, claro, si es que no aparece por ahí otro que sea mucho más grande; y al ritmo que vamos, es muy probable que sí. 

Hace un par de años, un grupo de investigadores rusos liderados por David Gilichinsky lograron revivir plantas después de 30.000 años a partir de frutos y semillas que permanecieron congelados en el permafrost de Siberia, cerca al río Kolyma. Entonces, Jean-Michel Claverie se preguntó si también sería posible revivir a un virus de esta forma. Solicitó las muestras que fueron colectadas por el equipo ruso en el año 2000 en la tundra de la región de Chukotka, de un despeñadero de 23 metros a orillas del río Anui. Este bloque de hielo permaneció congelado por al menos 30.000 años (según la datación por radiocarbono), cuando los mamuts y los neandertales caminaban por la tierra. 

Luego, expusieron las muestras a distintos medios de cultivo utilizando como cebo a las amebas (por ahora, los principales hospederos de los virus gigantes conocidos a la fecha). Después de una larga espera, observaron en una de las placas que las amebas empezaban a morir. Inmediatamente aislaron y purificaron al virus para poder estudiarlo con mayor detalle. 

El virus tenía nada menos que 1,5 micras de longitud y 0,5 micras de diámetro (1000 veces más grande que un típico virus de la gripe), batiendo la marca impuesta por el Pandoravirus en el 2013. Morfológicamente se parece mucho a éste último, tiene forma de ánfora (de ahí su nombre Pithovirus), pero con una abertura en el extremo de la partícula viral que aparece sellada por un tapón que sobresale y que tiene una estructura de rejilla hexagonal. La secuenciación de su ADN reveló otra diferencia: este sólo tenía 0,6 Mb, de los cuales, el 67% no se parecía a nada conocido hasta la fecha. Esta poca cantidad de ADN en un virus de gran tamaño, hace que su genoma esté 150 veces menos compactado que en cualquier otro virus.

Otra diferencia importante es que su ciclo de vida se parece más al de los Megaviridae que al de los Pandoravirus, esto debido a su menor cantidad de genes que hace necesario que dependa de las enzimas del hospedero. 

El análisis de sus secuencias de ADN revela que corresponde a un tercer tipo de virus gigantes. Esto además refuerza la hipótesis que estos virus formarían parte de un nuevo dominio en el árbol de la vida porque muchos de sus genes tienen homólogos en procariotas, arqueas y eucariotas, especialmente los genes que codifican la maquinaria de traducción de proteínas, lo que indicaría que comparten un mismo ancestro común con todos los seres vivos pero que evolucionaron en sentido inverso, o sea, reduciendo el tamaño de su genoma, perdiendo genes y adaptándose a una vida parasitaria dentro de una célula hospedera. Para ello los investigadores seguirán trabajando hasta encontrar nuevos especímenes que refuercen su teoría. 

Por otro lado, se ha generado una especie de miedo que se ve reflejado en todas los artículos que he leído. En vista que los investigadores han demostrado resucitar un virus completamente nuevo después de 30.000 años, es probable que con el calentamiento global y las extracciones petroleras en Siberia, se derrita el hielo del permafrost y despierten a otros virus que ahí puedan estar presentes. Estos virus podrían llegar a infectar a los humanos y causar enfermedades para las cuales no estamos preparados. Esta hipótesis podría ser cierta pero tal vez no sea muy probable que ocurra ya que los virus son muy específicos con sus hospederos. Tal vez si estos virus infectaron a algún ancestro humano o especie relacionada con nosotros podría llegar a infectarnos. 

Como bonus track, unos selfies de este nuevo virus gigante:

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¿Cómo saltarse el embargo?

Me enteré por un retuit de @lagamez (Luis Alfonso Gámez) de algo graciosísimo: una forma de saltarse el embargo.

   

En el periodismo científico es muy común el embargo. ¿En qué consiste? Acá una breve explicación.

Primero, un científico descubre algo interesante o corrobora una hipótesis después de años de trabajo y peripecias para conseguir financiamiento para su investigación. Este descubrimiento lo envía a una revista científica a través de un manuscrito en el que detalla todos los pasos que hizo (la metodología) para obtener sus resultados, así como también la importancia que tiene este trabajo y la relación que tiene con trabajos similares hechos por otros investigadores anteriormente. La revista científica envía este manuscrito a un par de expertos en el tema (árbitros), los cuales, en la mayoría de los casos, se mantienen en el anonimato, para que analicen el trabajo realizado y determinen si la metodología empleada es la más adecuada y los resultados obtenidos son significativos o verídicos. Después de intercambiar correos entre el editor de la revista y el investigador que envió su trabajo, en el cual se le puede pedir que corrija o cambie algunas cosas o incorpore más información que sustente sus resultados, el manuscrito finalmente aceptado y editado para su publicación oficial en la revista.

En ciertas ocasiones, el artículo puede resultar muy interesante que la revista no tiene mejor idea que promocionarlo en los medios (de esta manera ellos también se autopromocionan). La revista manda un comunicado de prensa y una copia del artículo original a diferentes medios de comunicación antes de la publicación oficial del artículo, para que ellos se encarguen de entrevistar a los autores o a otros expertos en el tema, y así puedan elaborar una buena nota periodística que ayude a difundir el estudio. No obstante, se les pone una condición: que no difundan nada referente al artículo hasta una fecha y hora determinada que, por lo general, coincide con la fecha y hora de publicación del artículo. A esto se le llama embargo. 

En este caso, Tribuna no respetó el embargo, seguramente, debido a un error en la programación del artículo o porque un novato no leyó la aclaración del subtítulo "Esta noticia está embargada hasta las 21:00 (hora española)" y publicó la nota de prensa del artículo varias horas antes de la hora preestablecida por PNAS. 

Pueden pasar a ver la noticia para ver de qué trataba el estudio o esperar un par de horas para descargar el pdf original.

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Biogeografía microbiana dentro de un edificio

Estamos frente al nacimiento de una nueva rama de la biología: la microbiología de interiores. Si quieres dedicarte a esto debes ser un microbiólogo con estudios de especialización en diseño de interiores. Puede sonar a broma pero no lo es porque el diseño arquitectónico de una edificación puede influir en los microorganismos que en él habitan. 

Hagamos un ejercicio sencillo para darnos cuenta de esto. En tu departamento tienes una sala, uno o más dormitorios y un baño. En cada uno de estos ambientes, las condiciones ambientales del entorno (temperatura, humedad, ventilación, iluminación, presencia de materia orgánica, etc.) serán diferentes. El baño puede ser un lugar poco iluminado y húmedo. La sala es más iluminada, ventilada y con la presencia de algunas plantas. Mientras que las habitaciones son lugares más frescos que pueden tener un contacto directo con el jardín o la calle. Estos factores pueden influir en la composición de microorganismos que ahí viven y cohabitan con nosotros. 

Por otro lado, en nuestro cuerpo habitan microorganismos cuyo número supera en 10 veces al número total de células que tenemos. Esto quiere decir que nosotros transferimos millones de microorganismos cada vez que tocamos los interruptores de luz, digitamos el control remoto para cambiar de canal, usamos el retrete o abrimos el caño para lavarnos las manos. Además, muchos estudios han demostrado que la microbiota dominante asociada a cada persona difiere drásticamente entre sí, incluso esta "firma microbiana" podría usarse con fines forenses. Y si a esto le sumamos los microbios que ingresan a través de los canales de ventilación, las ventanas que dan hacia las calles o jardines, las mascotas que regresan de un paseo por el parque, etc., veremos que las comunidades microbianas dentro de las edificaciones son muy diversas. 

Este diagrama que aparece en un artículo publicado en el 2013 en Genome Biology resume las diversas fuentes y vías de transmisión de microorganismos que forman parte de un determinado ambiente construido.

En el mundo moderno, las personas pasan la mayor parte del día dentro de infraestructuras cerradas (casas, departamentos, oficinas, restaurantes, salones de clase, etc.), cada uno con una composición microbiana distinta que podrían influir directa o indirectamente sobre nuestra salud. 

Jessica Green es profesora asociada de la Universidad de Oregon y especialista en ecología microbiana. Ella y su equipo trabajan en una nueva área de investigación que sugiere que las decisiones que se toman en el diseño —desde la elección del sistema de ventilación a los materiales elegidos por el diseñador de interiores— dan forma a las comunidades microbianas que hay a nuestro alrededor. Su trabajo es de vital importancia, por ejemplo, en la construcción de hospitales, para evitar que los ambientes sean propicios para la proliferación de microbios que afecten a la salud de los pacientes y usuarios y reducir la probabilidad de infecciones intrahospitalarias. 

Para corroborar sus hipótesis, Green y su equipo decidieron hacer un análisis microbiológico de todos los ambientes de uno de los edificios del campus de la Universidad. Para ello colectaron 155 muestras ambientales de diferentes puntos del edificio. Luego extrajeron el ADN de los microorganismos aislados en las placas de cultivo y secuenciaron una porción muy conservada del genoma bacteriano llamada 16S, para su respectiva identificación. 

Los resultados mostraron que diferentes ambientes tienen distintos perfiles bacterianos dependiendo de la disposición en el edificio, el uso que le dan, el movimiento de personas o la fuente de ventilación. En los baños, por ejemplo, la mayoría de los microorganismos detectados correspondían a grupos de bacterias comúnmente asociados con la microbiota intestinal y de la piel (Lactobacillus, Staphylococcus y Clostridiales). Las oficinas, especialmente aquellas con ventanas que dan hacia el jardín, tenían niveles más altos de bacterias del suelo como Methylobacterium; mientras que las oficinas con ventilación mecánica tenían más Deinococcus, una bacteria sumamente resistente a condiciones extremas que pueden encontrar vivir sin problemas en los conductos del sistema de calefacción de los interiores. Asimismo, los perfiles bacterianos tendieron a ser más parecidas cuanto más cercanas o contiguas estaban las habitaciones.

La Dra. Green también forma parte del "Hospital Microbiome Project" que pretende estudiar el microbioma de un hospital. Para ello, los investigadores colectarán muestras de las superficies, el aire, el personal y los pacientes del nuevo pabellón del hospital de la Universidad de Chicago con el fin de comprender mejor los factores que influyen en el desarrollo de la población bacteriana en los entornos sanitarios, especialmente los microbios y los virus que pueden influir en la propagación de las infecciones hospitalarias. 

Entonces, si estás pensando en especializarte algo fuera de los común y novedoso en el país, ya sabes hacia donde enfocarte. 

Vía | WiredScience.

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#time-lapse: Formación de copos de nieve bajo el microscopio

Una pequeña partícula de polvo flota en el aire. De pronto, pequeñas gotas de agua que hay en la atmósfera se adhieren a su superficie y si la temperatura de las nubes es muy baja, el agua se congela tan rápidamente que forman pequeños cristales planos y hexagonales en vez de hielo común y corriente conocido como granizo. Los cristales formados tienen esa forma debido a que el ángulo que forman los átomos de hidrógeno en las moléculas de agua son de 120º, el mismo ángulo que tienen las esquinas en una red hexagonal. Luego, más moléculas de agua se adhieren a los cristales que crecen y se ramifican más rápido por las esquinas que por las caras. Finalmente la humedad y temperatura del aire, así como también las ráfagas de viento, moldearán su forma final.

Ahora, gracias a este time-lapse podremos ver este proceso en video. Simplemente, espectacular.

Vía | Vimeo.

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