Animales transparentes

En el mundo animal, ser transparente no quiere decir que “no tengan nada que ocultar”. Estos animales carecen de pigmentación, esto les ayuda a ser practicamente invisibles a los ojos de sus depredadores. Veremos fotos de algunos animales transparentes…

Este es un ejemplar de un pepino de mar, fue encontrado a 2750m de profundidad al norte del golfo de México, más allá del umbral donde la luz es incapaz de penetrar. Gracias a la profundidad a la que vive y a que no necesita de luz para vivir, puede ser un sobreviviente del desastre ecológico causado por la plataforma de British Petroleum.

La mariposa alas de cristal pertenece al grupo de las Greta Oto, se distribuye por toda en América Central y carece de las escamas pigmentadas en la mayor parte de las alas (es como si le quitáramos el polvito de las alas a una mariposa o polilla). Son relativamente medianas, con una envergadura de ~6cm. Se cree que esta característica las hace virtualmente invisibles cuando vuelan.

No se pierdan la galería completa aquí: http://bit.ly/bQ9sfb

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Los siRNA contra el Ébola

El Ébola, una de las enfermedades la enfermedad infecciosa más violenta y letal de todas y reina de las fiebres hemorrágicas (como el dengue), es una grave amenaza a la salud pública, porque no tiene cura y la tasa de mortalidad es superior al 80%, y también la paz mundial, ya que está clasificada como de grado A en las armas bioterroristas. Esta terrible enfermedad fue descrita por primera vez en 1976 en una misión al río Ébola en Zaire (actualmente, República del Congo). Los pacientes infectados con este virus tienen una muerte sumamente dolorosa ya que los órganos literalmente se te derriten. La transmisión de este virus es sólo por contacto directo con la sangre de un infectado, y a pesar de ser sumamente infecciosa, en su estado de incubación, no lo es. No se han reportado casos de contagio por vía aérea como en los virus de la gripe y también es altamente letal en otros primates.

El viernes, Geisbert et al. publicó en la revista The Lancet una prometedora cura para esta terrible enfermedad y nuevas estrategias para el tratamiento de otras enfermedades virales. ¿Qué fue lo que hicieron?. Simplemente usaron pequeños ARN de interferencia (siRNA) los cuales son pequeñas secuencias de ARN de unos 21 a 23 nucleótidos de largo que se unen a secuencias complementarias en el ARN mensajero, bloqueando su expresión a proteína mediante la formación de un complejo proteíco (RISC) donde la proteína DICER es la responsable del corte y posterior degradación del ARNm.

Geisbert diseñó una combinación de siRNA para atacar el ARNm de las siguientes proteínas virales: la proteína L de la ARN polimerasa del virus del Ébola y las proteína virales 24 y 35; luego la puso dentro de una cápsula formada por partículas lipídicas (SNALPs) para que pudieran ser administradas a los infectados y puedan ser asimiladas por las células para liberar su contenido dentro de ellas y empiecen a realizar su función de silenciar la expresión de la ARN polimerasa del virus y otras proteínas importantes en la diseminación del virus y el desarrollo de la fiebre hemorrágica.

Se hicieron los experimentos en 7 macacos. Al primer grupo de 3 individuos se les dio una dosis de 2mg/kg vía intravenosa después de 30 minutos y a los 1, 3 y 5 días de haber sido infectados con el virus del Ébola y al segundo grupo de 4 individuos se les dio la misma dosis pero a los 30 minutos y a los 1, 2, 3 ,4, 5, 6 días de haber sido infectados. Los resultados fueron muy alentadores, 6 macacos soportaron el tratamiento y quedaron protegidos contra el virus del Ébola, solo un macaco —perteneciente al primer grupo— no sobrevivió. A pesar de la mayor dosis en el segundo grupo, no hubo efectos secundarios perjudiciales en los macacos, las enzimas hepáticas que se cree son perjudicadas durante la infección toleraron bien el tratamiento.

Estos resultados son muy alentadores y muestran las potencialidades del uso de los siRNA para el tratamiento de una gran variedad de virus que son de preocupación para la salud pública (gripes, dengue, hepatitis, VIH, Herpes, etc.); además, nos dan una nueva forma de administrar los agentes terapéuticos vía bolsas lipídicas que pueden difundir fácilmente por la membrana celular. Ahora vendrán los primeros ensayos clínicos en pacientes humanos infectados con el Ébola.

Referencia:

Geisbert, T, & et al. (2010). Postexposure protection of non-human primates against a lethal Ebola virus challenge with RNA interference: a proof-of-concept study The Lancet, 375 (9729), 1896-1905 : 10.1016/S0140-6736(10)60357-1

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Hacia el autoensamblaje de estructuras biológicas

Ya vimos como, hace un par de semanas, Venter publicó su trabajo sobre su primer organismo que funciona con un genoma hecho de manera artificial. Sin embargo, todavía falta algo muy importante, algo con que la biología sintética podría consolidarse. Diseñar y ensamblar genomas se ve ‘relativamente sencillo’  a comparación de diseñar y ensamblar una estructura biológica más compleja como una membrana o un organelo. Si se lograría hacer esto estaríamos muy cerca de crear vida. Pero, no se asusten, aún faltan muchos años de desarrollo científico y tecnológico para poder realizar un proyecto como este, aunque ya hay científicos que están empezando a trabajar en esto.

Si queremos ensamblar una estructura biológica compleja de manera sintética, debemos empezar por la más sencilla (tal como Venter buscó el genoma más sencillo). ¿Cual creen que puede ser? Sin dudas sería la de los virus… una cápside viral. Muchos dirán que los virus no son células y que no se sabe si son considerados seres vivos o no, pero no vamos a entrar en la discusión de esto. Obviamente los virus no son células, pero su cápside (lugar donde esta almacenado su material genético, en los fagos se presenta como una cabeza) está formada por proteínas ensambladas de manera armónica, formando estructuras geométricas perfectas.

Sun et al. del departamento de química aplicada de la Universidad de Tokio, se inspiró en las cápsides espéricas de los virus para sintetizar sus propias esferas químicas con esa misma disposición. Pero, hacer todo esto no es nada sencillo. Las cápsides de los virus son estructuras geométricas sumamente complejas, formadas por subunidades poliédricas matemáticamente bien definidas. Sun vio que los poliedros esféricos se basan en la siguiente fórmula general: M_nL_2n, donde M son los puntos de coordinación de cada plano de la esfera poliédrica y L los ligandos que unen los puntos M (Fig. A). Por ejemplo: en el grafeno, M serían los átomos de Carbono y L los enlaces covalentes. En una cáside, M podría representar a las proteínas y L a los puentes peptídicos que las unen.

Como podemos ver en la figura, estas estructuras se asemejan mucho al andamiaje (scaffold) de una cápside. Si podemos formar esta estructura, nos podría servir como un soporte o esqueleto para formar estructuras biológicas más complejas. Así que Sun et al. usaron átomos de paladio (el mismo que usa IronMan para su mini-reactor nuclear) como puntos de coordinación (M) de los ligandos (L) que son moléculas de dipiridiltiofeno. La disposición debía ser entrópicamente favorable para que la estructura pueda mantenerse. Recuerden que la tercera ley de la Termodinámica dice que todo tiende al caos o desorden, es estadísticamente improbable que una mezcla de compuestos se agreguen y formen otro más complejo (entropía). Para que sea entrópicamente favorable el valor de “n" está limitado a los siguientes valores: 6, 12, 24, 30 y 60.

La síntesis del dipiridiltiofeno fue relativamente sencillo usando el procedimiento de Suzuki-Miyaura. Para formal la estructura de M₂₄L₄₈ usaron 5uM de Pd(NO₃)₂ y 10uM de diíridiltiofeno y lo mezclaron en 0.7ml de DMSO-d6 (un solvente marcado con Deuterio para el posterior análisis mediante espectroscopía de resonancia magnética o NMR) a 70°C por 17 horas (Fig B). Después del tiempo de reacción y el análisis de NMR observaron los picos característicos del piridil, el tiofeno y la esfera.

Mediante un espectrometría de masas particular (CSI-TOF-MS) se determinó la composición química en base a su peso molecular (~21946Da) la cual fue {[Pd₂₄(C₁₄H₉BrN₂S)₄₈]⁴⁸+*48(BF₄^-)}, la cual correspondía a M₂₄L₄₈. Luego, para determinar su estructura exacta, se lo cristalizó y se le sometió a un equipo de difracción de rayos X y pudieron observar la estructura rombicuboctaédrica, con 8 caras triangulares y 18 rectangulares. El diámetro de la esfera fue de 5nm.

Este, sin dudas es el primer paso hacia el autoensamblaje de sistemas biológicos complejos para el diseño de estructuras más resistentes y con nuevas funciones en base a las proteínas sintetizadas por un genoma. A partir de esto podríamos diseñar transportadores de nuevos compuestos farmacéuticos el cual podría focalizar la liberación de sustancias químicas o radiactivas en el tratamiento del cáncer, sin afectar las células sanas. Podríamos cubrir la superficie con anticuerpos específicos para estas células cancerígenas y diseñar tratamientos más eficientes.

Referencia:

Sun, Q., Iwasa, J., Ogawa, D., Ishido, Y., Sato, S., Ozeki, T., Sei, Y., Yamaguchi, K., & Fujita, M. (2010). Self-Assembled M24L48 Polyhedra and Their Sharp Structural Switch upon Subtle Ligand Variation Science, 328 (5982), 1144-1147 DOI: 10.1126/science.1188605

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Un receptor apoptótico que promueve el cáncer

¿Qué es el cáncer? En términos sencillos, es una división incontrolada de células por fallas a nivel genético y/o metabólico produciendo tumores y diseminación a otros tejidos del cuerpo (metástasis). Y la apoptosis es todo lo contrario, es la muerte celular programada (cuando están viejas o ya cumplieron su vida útil o función). Así que sería lógico pensar que una forma de controlar el desarrollo del cáncer es inducir la apoptosis en las células cancerígenas. Entonces, ¿por qué no diseñar fármacos o compuestos que promuevan la apoptosis y solucionamos de una vez por todas el problema del cáncer? No es tan fácil como parece…

Por más de 20 años se ha considerado a la CD95 —un receptor de membrana— como una asesina. Cuando CD95 interacciona con su ligando, CD95L, o con un anticuerpo activador, induce rápidamente la apoptosis en muchos tipos de células diferentes, y cuando su ligando o activadores son insertados en los mamíferos provocan la destrucción y muerte del hígado. Sin embargo, deleciones y mutaciones en el gen que codifica para CD95, causan graves enfermedades inmunes debido a la pérdida de la apoptosis. Las células viejas o malformadas que deberían morir no lo hacen y se convierten en antígenos que activan nuestro propio sistema inmune como si fuera algún patógeno. Además, si bloqueamos por otros mecanismos la apoptosis, la CD95 induce la necrosis celular mediante otras vías de señalización.

Y, ¿que pensarían si les digo que la CD95 promueve el cáncer? De hecho pensarían que estoy loco porque es ridículo pensar que un receptor de membrana que promueve la muerte celular favorezca un comportamiento que se caracteriza por el exceso de división celular. Sin embargo, Chen et al. presenta evidencias de que esto, paradójicamente, podría ser posible. Los investigadores usaron varias líneas celulares de diferentes tejidos, todas ellas con tumores, tanto de humanos como de ratones, para determinar si la mutación o eliminación de la CD95 comprometía el crecimiento de los tumores sin causar la muerte celular.

Al analizar sus resultados vieron que el ligando CD95L es necesario para la promoción del crecimiento en los tumores, siendo el complejo CD95-CD95L de suma importancia para la generación y mantenimiento del cáncer. Es así que se dan indicios que CD95 no podría tener función apoptótica alguna. Pero, ¿como hace CD95 para promover el crecimiento de los tumores? La CD95L puede estar en dos formas: unido a CD95 en la membrana celular o libre en su forma soluble. La primera forma es importante para inducir la apoptosis, mientras que la segunda podría generar anormalidades en el sistema inmune. Se observó que los ratones podían desarrollar sarcomas hepáticos y ciertas formas de cáncer raramente vistos en animales son CD95 o CD95L. En personas con cáncer, se han encontrado altas concentraciones de CD95L en su sangre. Todos estos resultados dan pistas y sugieren que CD95 estaría envuelto de el desarrollo de los tumores, por ende, el cáncer.

La inflamación es un factor importante que promueve el cáncer. Una idea es que CD95 induce la inflamación. Por ejemplo, expresión de CD95 en regiones anormales o poco comunes —como en las células del páncreas o en tejidos recién trasplantados—, pueden inducir una dramática infiltración de glóbulos blancos en el tejido comprometido(inflamación); sin embargo Chen et al. reportaron que CD95L promueve el crecimiento del tumor mediante mecanismos dentro del tumor y no encontró diferencia en los patrones de inflamación de los tumores que expresan CD95 y los que no lo expresan. Tampoco encontraron pruebas que indiquen que CD95L promueva la inflamación.

Lo que si están seguros es que CD95 activa ciertas vías metabólicas dentro de las células tumorales. Pero, ¿cuáles son estas vías?. Chen et al. proponen la activación de NF-κB (probablemente a través de la enzima RIPK1) es la responsable de promover el crecimiento de los tumores. Sin embargo, esto parece ser poco probable, porque vieron que la CDS95, a pesar de tener una relación directa con la inducción del carcinoma hepatocelular, no poseen la ruta NF-κB.

Así que Chen et al. han propuesto otro mecanismo que involucra a la enzima JNK incrementando la transcripción de los factores de transcripción EGR-1 y Fos. Cuando se inhibió la expresión de JNK observaron que había un retardo en la expresión de CD95. Sin embargo, esta ruta aún no está bien descrita y entendida. No se sabe como CD95 puede activar la JNK o si lo hace el ligando CD95L, o si en ausencia de CD95, la enzima JNK puede activarse mediante otros mecanismos. Se cree también que la vía de la caspasa-8 pueda estar involucrada.

A pesar de todas estas dudas, podemos ver que nuestro sistema y metabolismo es sumamente complejo, una misma biomolécula que puede estar envuelta en la muerte celular, también podría estar involucrada en el desarrollo de los tumores. Podemos diseñar compuestos que bloqueen la interacción CD95-CD95L en las membranas celulares de células cancerígenas, pero al bloquearse esta vía, podría surgir otra completamente desconocida que contrarreste este efecto.

Referencia:

Chen, L., Park, S., Tumanov, A., Hau, A., Sawada, K., Feig, C., Turner, J., Fu, Y., Romero, I., Lengyel, E., & Peter, M. (2010). CD95 promotes tumour growth Nature, 465 (7297), 492-496 DOI: 10.1038/nature09075

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Reacciones sobre el trabajo de Venter

Toda esta semana he leído muchas reacciones tanto de personas comunes y corrientes como de renombrados científicos especializados en el tema sobre el trabajo de Venter. Es normal las personas tengan miedo a este enorme avance en el campo de la biología sintética ya que parece una historia sacada de un libro de ciencia ficción, similar a Frankenstein… crear vida de la nada, ¿a que científico loco se le ocurriría hacer eso?… ¿jugar a ser dios?… ¿y si cae en mano de los terroristas?

En primer lugar, debemos recordar que no se ha creado vida de la nada; nuestra tecnología no nos permite hacer eso, así que los creen en algún dios, siéntanse aliviados que nadie “le ha quitado el trabajo a dios”... por ahora. Para crear vida necesitamos mucho más que crear una molécula de ADN. En segundo lugar, tampoco se ha creado un nuevo genoma, simplemente se ha copiado el genoma de un microorganismo ya existente; algo así como lo que fue la clonación de la oveja Dolly, en este caso, en vez de sacar el genoma de una célula somática e insertarla en una célula embrionaria vacía (sin su genoma) para obtener un clon del original, la secuencia se saco de una base de datos y se insertó en una bacteria —de otra especie— vacía, para obtener un clon del organismo cuyo genoma fue secuenciado.

Entonces, ¿que fue lo que se hizo?. A partir de la secuencia obtenida de la base de datos, se sintetizó químicamente con un aparato automatizado, luego se ensambló cada pedacito del genoma para luego ser insertado en una célula y ver si este genoma —hecho de manera artificial— podría controlar el funcionamiento de la célula, es más, como el genoma es de una especie diferente a la especie donde fue insertado, ver si este genoma convertiría a la célula en otra. Esto no significa que podemos sintetizar el genoma del Neandertal e insertarlo en las células de un humano moderno y traer a la vida a este ser extinto. El genoma de un Neandertal tiene 3000Mb, unas 3000 veces más grande que el genoma del organismo que fue sintetizado, se imaginan lo costoso y laborioso que resultaría ensamblar todo este genoma… así que por ahora descartemos que se use esta tecnología para traer a la vida a Einstein o Hitler.

Pero, si cae en manos de terroristas, ¿que pasaría? Seguro que todo el mundo piensa que desarrollarían nuevas súper bacterias patógenas archi-resistentes a todos los antibióticos conocidos para aniquilar a toda la población de una tropa o ciudad enemiga. En primer lugar, toda tecnología tiene sus riesgos si cae en manos de personas malas, desde la pólvora, pasando por le energía nuclear y llegando a la biología sintética, es el riesgo que corre todo descubrimiento científico y aporte tecnológico; pero del copia y pega de un genoma, al diseño de uno completamente nuevo y mortal hay muchos años de desarrollo en esta rama de la biología recién naciente.

Creo que el principal tema de debate es las patentes que se generarán, lo cual puede llegar a monopolizar la biología sintética y ser el Instituto de Venter el único beneficiado, lo cual restringiría el desarrollo de esta ciencia en otros países con menores recursos. En el 2000 ya había ocurrido algo similar con el secuenciamiento del genoma humano. Dos fueron los competidores, uno liderado por Sulston que representaba al dominio público de este descubrimiento y el otro liderado por Venter que representaba a la empresa privada y los todos los derechos sobre el genoma humano. La carrera quedó en empate, Sulston lo publicó en Nature y al otro día Venter en Science. Tras muchas disputas, el dictamen final fue que por ser el genoma humano, debería ser de dominio de toda la humanidad. Por esta razón Sulston critica que se patente esta tecnología.

Venter está patentado todos procesos y metodologías usadas en el desarrollo de este organismo usando un genoma sintetizado artificialmente. OJO, no está patentando al organismo ya que no es un descubrimiento, el genoma existe y el organismo también, y para ser patentable debe ser un descubrimiento o una novedad absoluta. Los procedimientos usados en este trabajo si lo son, así que si alguien quiera reproducir el trabajo de Venter con otro organismo no lo podrá hacer, así que el Instituto de Venter será el único capaz de seguir investigando y desarrollando esta tecnología. Sin embargo, también tiene una ventaja. No sólo es el Instituto de Venter el que está realizando este tipo de trabajos, otras instituciones y empresas biotecnológicas también lo deben estar haciendo, así que se generaran tecnologías alternativas, tal vez más económicas y fáciles de aplicar. Las patentes promueven eso, la innovación tecnológica, pero reprimen el desarrollo científico de países con pocos recursos económicos.

Pero, es algo común en la ciencia… patentar los descubrimientos y avances científicos, porque son grandes inversiones las que se hacen en el desarrollo de nuevas tecnologías, inversiones que se esperan ser recuperadas y generar dividendos. Por ejemplo, la PCR fue una tecnología patentada, pero las patentes no duran más de 20 años, a partir de ahí, se vuelve de dominio público, a menos que se la mejore y se le agregue alguna novedad.

Aquí les dejo algunas de las reacciones de especialistas en el tema: http://bit.ly/bJUSyH

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La verdadera historia de Darwin

Se imaginan la vida del genial Charles Darwin llevado a la pantalla grande… sus disputas con la iglesia, la llegada a Galápagos y sus aventuras amorosas, ahora es posible verla…

Dana Carvey is "DARWIN" - watch more funny videos

Jajaja... así es como me imaginaba la vida de Charles… “My name is DarWIN, not DarLOSE”.

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S. aureus vs S. epidermidis

Día a día luchamos contra pequeños organismos capaces de causarnos serias enfermedades e infecciones, pero también vivimos en armonía con millones de bacterias que en vez de hacernos daño nos favorecen, tal como las bacterias que viven en nuestro sistema digestivo. Sin embargo, también tenemos bacterias que habitan normalmente nuestra piel, sin causarnos daño alguno, pero que si llegan a entrar a nuestro organismo pueden causarnos terribles males como la neumonía, meningitis, endocarditis y septicemia. Estamos hablando del Staphylococus aureus.

El S. aureus es un habitante común de las fosas nasales, más de la tercera parte del mundo la tiene colonizando sus narices, pero hay una con la que debemos tener cierto cuidado, la S. aureus resistente a la meticilina (SARM). Sin embargo, la mayoría de las personas podemos combatir a esta bacteria, pero puede llegar a ser mortal si infecta a pacientes con el sistema inmunológico comprometido como son los infectados con el VIH o los que están recibiendo tratamiento para alguna enfermedad autoinmune. Los esfuerzos por diseñar nuevos compuestos capaces de inhibir el crecimiento de SARM son grandes, pero hasta ahora no se han obtenido buenos resultados.

Por suerte, S. aureus no es el único comensal que vive en nuestras narices, también lo hace su primo hermano, el S. epidermidis, que es más común que el S. aureus y es el principal contaminante de todos nuestros equipos de laboratorio. Al igual que su primo hermano, S. epidermidis es inofensivo menos en las personas con el sistema inmune comprometido. Pero lo que Iwase et al. encontraron fue muy interesante… S. epidermidis inhibía el desarrollo de S. aureus.

Iwase y sus colaboradores revisaron las narices de 88 voluntarios. Virtualmente, todo ellos estaban colonizados por S. epidermidis, pero S. aureus pudieron “establecer sus carpas” en la tercera parte de los voluntarios. Normalmente, S. aureus y S. epidermidis son capaces de coexistir en armonía, pero los investigadores encontraron algunas cepas de S. epidermidis eran los némesis de S. aureus.

Las colonias de S. aureus forman estructuras morfológicas con características funcionales complejas llamadas biopelículas (biofilms), las cuales son una extensión de la matriz extracelular de las bacterias rica en polisacáridos, que les da protección haciéndolas difícil de matar. Muchas de las bacterias patógenas que hoy conocemos forman biopelículas, convirtiéndolas en un importante reto para la salud pública. S. epidermidis no solo previene la formación de biopelículas por parte de S. aureus, también puede destruir las existentes. Las personas que tienen S. epidermidis en sus narices, tienen un 70% menos de probabilidad de ser colonizados por S. aureus.

Iwase aisló estas cepas de S. epidermidis y las cultivó junto a S. aureus para extraer y purificar el compuesto que le daba esta propiedad asesina. Las secreciones eran ricas en una proteína a la cual llamaron Esp (serina proteasa de S. epidermidis). Como era de esperarse, esta proteína estaba ausente en aquellas cepas que no inhibían el crecimiento de S. aureus y si se removía el gen que la codificaba, la S. epidermidis perdía su capacidad inhibidora.

Barras Negra: efecto de S. epidermidis competente. Barras blancas: efecto de S. epidermidis no-inhibitoria

Pero la Esp no actúa por sí sola, lo hace en conjunto con una proteína defensiva humada llamada hBD2 (β-defensina Humana 2) que es secretada por nuestras células de la piel. De por sí sola, la hBD2 puede matar al S. aureus, pero no lo suficiente como para evitar que formen las biopelículas. Sin embargo, Esp no tenía la capacidad de hacerlo por sí misma. Pero una vez juntas, su efecto era sumamente efectivo, aún así S. aureus ya esté protegida por sus biopelículas. No se sabe si estas dos proteínas coevolucionaron quedando la puerta abierta para futuras investigaciones.

Como experimento final, insertaron S. epidermidis competentes en pacientes con las fosas nasales colonizadas por el S. aureus y observaron que la bacteria trasplantada eliminó a todos sus primos hermanos. También se introdujo una pequeña dosis de la proteína Esp purificada y se obtuvieron los mismos resultados. Este descubrimiento da el primer paso al desarrollo de compuestos capaces de combatir a la temible SARM que permitirían mejorar la calidad de vida de los pacientes que sufren de VIH o de enfermedades autoinmunes. Otra pregunta queda abierta… ¿Por qué S. aureus no ha desarrollado algún tipo de resistencia a la Esp?

Referencia:

Iwase, T., Uehara, Y., Shinji, H., Tajima, A., Seo, H., Takada, K., Agata, T., & Mizunoe, Y. (2010). Staphylococcus epidermidis Esp inhibits Staphylococcus aureus biofilm formation and nasal colonization Nature, 465 (7296), 346-349 DOI: 10.1038/nature09074

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