domingo, 7 de octubre de 2018

PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 2018: EVOLUCIÓN DIRIGIDA DE ENZIMAS Y ANTICUERPOS (I)


Esta misma semana se ha conocido el nombre del ganador del Premio Nobel de Química 2018… y no, no ha sido La La Land. En este caso los ganadores han sido tres (el máximo de personas que pueden compartir un Premio Nobel): la norteamericana Frances H. Arnold, por la evolución dirigida de enzimas, y el norteamericano George P. Smith y el británico Gregory P. Winter por la presentación en fagos de péptidos y anticuerpos. Pero, ¿en qué consisten estas dos tecnologías y qué suponen para el avance de la ciencia? En este post me centraré en explicar la primera mitad del premio, dejando la otra mitad para el post siguiente y ahorrándoos un tocho interesante.

Frances Arnold es una ingeniera química que estudió en Princeton y en Berkeley, donde se doctoró en 1985. Un año después, empezó a trabajar en el California Institute of Technology (Caltech), y en 1993 se convirtió en la primera persona en realizar evolución dirigida de enzimas. Con su reciente galardón por ser pionera en este campo, se convierte en la quinta mujer en ganar el Nobel de Química, tras Marie Curie, Irène Joliot-Curie, Dorothy Crowfoot Hodgkin y Ada E. Yonath.



Como ya os he contado en entradas anteriores, las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, es decir, favorecen una determinada reacción química, convirtiendo el sustrato que se les administra en un producto.

Tradicionalmente, la catálisis química ha sido el motor de la industria que ha permitido la síntesis de gran variedad de compuestos, desde fármacos hasta biocombustibles. Sin embargo, los procesos mediados por catalizadores químicos suelen consistir en un elevado número de pasos y no siempre son fáciles de llevar a cabo, especialmente cuando requieren selectividad. Con el descubrimiento de la gran variedad de enzimas que existen en la naturaleza y la gran variedad de procesos que catalizan de forma muy selectiva, entra en juego la biocatálisis, que permite a la industria acelerar muchos de estos procesos, aumentar la sostenibilidad, reciclar los catalizadores y reducir los costes de producción.



Pero la naturaleza nunca es suficiente, y algunas enzimas naturales no tienen unas propiedades óptimas para la producción a gran escala: actividad limitada, inhibición, inestabilidad térmica o mecánica, insolubilidad en determinados medios… Y aquí es donde entra en juego la evolución dirigida.

La evolución dirigida se inspira directamente en la evolución darwiniana de las especies. Para que las especies evolucionen es necesario que el ADN varíe entre los miembros de dicha especie y sufra cambios, que pueden producirse a través de mutaciones o a través de la recombinación genética que tiene lugar durante la reproducción cuando los cromosomas parentales se entrecruzan para dar un hijo que tiene mezcla de ambos. Algunos de estos cambios que se producen dan individuos más aptos para sobrevivir y reproducirse en el entorno que se encuentran, mientras que otros cambios son inocuos y otros son perjudiciales. Son los primeros, los más aptos, los que se van a perpetuar y transmitir a la descendencia, pasándose a ciclos evolutivos posteriores. Es lo que se conoce como selección natural.

Con la evolución de los organismos y la adaptación de estos a un determinado entorno, las enzimas que estos contienen también evolucionan a lo largo del tiempo. Sin embargo, tanto el entorno como el tiempo son factores clave, ya que la presión evolutiva se ejerce en direcciones distintas dependiendo del entorno (y lo que le hace falta a una especie para sobrevivir en este) y a lo largo de periodos de tiempo muy extensos. 



Hay que tener en cuenta que queremos utilizar estas enzimas para procesos industriales en unas condiciones determinadas distintas a las naturales. Por eso, la naturaleza nunca ejercerá una presión evolutiva sobre los microorganismos para que produzcan enzimas con las propiedades que nosotros queremos, o no lo hará de una forma lo suficientemente rápida. 

Por poner un símil, en un entorno salvaje, raramente se ejercerá una presión que dirija la evolución de un lobo a un carlino. Sin embargo, los carlinos existen gracias a que el ser humano, por alguna extraña razón, consideró que partiendo de un lobo era una buena idea cruzar durante generaciones a los individuos a los que les resultara cada vez más difícil respirar (aunque les perdonamos, porque la verdad es que son muy graciosos).



Al igual que con los perros, nosotros podemos ejercer dicha presión sobre las enzimas y acelerar el proceso evolutivo, y esto es exactamente en lo que consiste la evolución dirigida. ¿Y cómo lo hacemos?

Basándonos en los fenómenos que tienen lugar en la evolución darwiniana y reproduciéndolos en el laboratorio con técnicas de biología molecular:

·     La mutagénesis aleatoria, en la que se parte del gen que codifica la enzima natural y se introducen mutaciones al azar (por PCR propensa a error).
·     El barajado de ADN (o DNA shuffling), en el que se parte de dos genes parentales que se recombinan para que el gen resultante sea una mezcla de ambos.

En ambos casos se introduce el gen obtenido en un vector de expresión, que a su vez será introducido en un microorganismo que se encargará de producir la enzima que codifica el gen que se le ha introducido. Realizando este proceso a gran escala con muchas variantes de enzimas, se realiza un cribado midiendo la actividad de todas ellas y se selecciona a las variantes más activas, que serán utilizadas como punto de partida para el siguiente ciclo de evolución dirigida, con el fin de mejorar aún más sus propiedades en las siguientes generaciones, sustituyendo así la selección natural por una selección artificial.


El problema de la evolución dirigida es que el punto de partida es prácticamente ciego. Al jugar con el azar, es fácil que se necesite producir una enorme cantidad de variantes de enzimas hasta dar con una que tenga las características deseadas. Y esto se traduce en cantidades difícilmente manejables y costes económicos importantes.

Pero no todo está perdido, se puede intentar que el punto de partida de la evolución dirigida no sea completamente ciego. Para ello, hay que tratar de entender cómo las posiciones en las que se producen las mutaciones influyen en la estructura y por lo tanto en la función de las enzimas. En esto se basa el diseño racional de enzimas (y la tesis doctoral de un servidor), que utiliza simulaciones computacionales para predecir la estabilidad de una enzima en unas determinadas condiciones. Complementario a la evolución dirigida, el diseño racional permite acotar las variables enzimáticas a las más prometedoras, descartando las más inestables.



Y hasta aquí la primera mitad del Nobel de este año. Básicamente se puede resumir diciendo que Frances Arnold ha conseguido darle una vuelta de tuerca a la naturaleza y ampliar las fronteras de la biotecnología. Prometo que no dejaré ninguneados a los otros dos señores.

viernes, 31 de agosto de 2018

¿Taita, por qué estamos con romanos?

Un día caluroso de verano, Kaukirino se encontraba con su padre junto al río Merdancho, camino de las tierras que su padre, Buntalos tenía junto en la ribera de dicho río. 

Era una familia arévaca media, hasta hace unos años al menos. Kaukirino era muy pequeño cuando todo pasó, casi ni se acuerda, pero dejó un gran vacío en su vida, en su casa y en su familia. 

Kaukirino y Buntalos no serían los mismos desde que sucedió todo, su pueblo no sería el mismo y es más, todos los pueblos y culturas veniderass que se asentaron en esas tierras tampoco lo serían. 

Llegando a su media hectárea de cereal, cereal que utilizaban para poder pasar el año y para pagar los impuestos, Kaukirino se paró en seco, frente a un campo lleno de estacas hincadas y muros de madera medio destruidos y le preguntó en ese momento; 

  • Taita, ¿por qué ahora estamos con los romanos?

Justo entonces, Buntalos le miró con los ojos llorosos, mientras que echaba la vista hacia atrás, mirando al cerro de La Muela y echando de menos todo lo que eran, unos años atrás. 

  • Mira Kaukirino, es una larga historia. Todo esto nos cambió a todos, lo primero a nosotros, que desde entonces no hemos vuelto a ver a tu madre. Está siendo muy duro, sobre todo ver día a día al “enemigo” pasar por nuestros caminos, llevarse parte de nuestras cosechas y llevarse a nuestros familiares. Le pido a los dioses que nos ayuden en esta época que nos ha tocado vivir, pero lo principal es que no tenemos los dos. 

  • Hace ya unos 25 años, hubo un pueblo, desconocido para nosotros, que hablaba una lengua totalmente diferente a la nuestra y portaban unas espadas y unas armas diferentes. Solo venían hombre y por ello pensábamos que algo querían de nosotros, porque no tenían familias, ni posesiones, o eso creíamos.


En ese momento cambió todo, porque uno de sus jefes, decidieron que no podríamos levantar murallas en nuestras tierras. 

  • Pero, ¿para qué queremos murallas taita?

  • -Las queremos para defendernos, para guarecernos en nuestro pueblo, para poder ver desde el otro lado lo que haya fuera.


  • Entonces, hubo una ciudad, llamada Segeda, que está cerca del monte sagrado, Mons Chaunus, como lo llama un tal Marcial. Ya tu abuelo, iba allí a hacer rituales y a conocer lo que los dioses querían de nosotros, pero todo ello se perdió en el tiempo. 


  • Aún así, la ciudad de Segeda, reformó un trozo de su muralla y entonces, los señores que vestían con cota de malla, escudos y armadura ligera y llevaban una espada en el cinturón, espada que por cierto se rompía con bastante facilidad, se enfadaron y fueron a por ellos. 

  • Taita, ¿esos señores les odiaban?
  • No Kaukirino, esos señores actuaban de forma egoísta, creían que todo era suyo. Es más, uno de tus abuelos lucharon con esos señores, en el mismo bando, contra otros llamados Cartagineses, creyendo que lo de aquel pueblo también era.
  • Entonces fueron a la guerra contra ellos. Nosotros les ayudamos en su lucha.
  • Taita, ¿por qué?
  • Les ayudamos porque eran nuestros hermanos, eran nuestros vecinos, nuestras familias. Además los siguientes éramos nosotros.
  • ¿Ganamos?, dijo Kaukirino. 
  • No, hijo, perdimos. 

  • Justo después decidieron venir a por nosotros y nombramos a Leukon y a Ambon como jefes de nuestra tierra para combatirles. Nos organizamos bien, porque ellos eran miles, nosotros no. 
  • Taita, ahora seguro que ganamos, dijo el niño.
  • Tampoco Kaukirino, ganamos batallas, ganamos la guerra de guerrillas, pero hubo un día, que desde un lugar lejano, llamado Roma, tras cambiar su calendario y el nombramiento de los gobernadores marzo (idus) al 1 de enero (calendas),  mandaron a Escipión, un jefe suyo. Era bueno este Escipión. Sabía que no podía matarnos en batalla, como nosotros la planteábamos. Pero supo que no podríamos vivir eternamente y si se hacía con toda la comida, moriríamos. 


Por ello hizo campamentos o castra, como los que ves ahora mismo, eran temporales, por eso eran de madera, pero nos controlaban desde alli, no podíamos ir a por carne de ganado, ni a por cereal, tampoco a por agua. 

Empezamos a morir por decenas, hasta que al final Retógenes, Megara y otros jóvenes, se suicidaron, pero esto solo fue el principio. 

  • ¿Es desde entonces que no vemos a mamá?, preguntó Kaukirino. 
  • Sí, a mamá la llevaron consigo, según lo que sé, se la llevaron a otro lugar de lo que ellos llaman Hispania para separarla de nosotros. La echo mucho de menos. 
  • ¿Qué paso con el resto, taita?
  • A algunos los llevaron consigo como a mamá, a otros los llevaron con sus armas a Roma y a nosotros nos dejaron aquí. 
  • ¿Pero por qué no viven esos “romanos” aquí con nosotros?
  • Ellos viven en sus ciudades. Nosotros les tenemos que dar parte de la cosecha, sólo cuando vienen, pero todo se lo han quedado gentes de tribus cercanas. 
  • ¿Qué pasará ahora?
  • Solo quiero que vivamos en paz, sólo quiero, y le pido a los dioses que tu madre esté bien y que llegue el día en el que los romanos hayan sido un mal sueño que haya pasado por aquí. Solo espero eso, hijo. Volvamos al camino Kaukirino, hay mucho que cosechar.






JIMENO MARTINEZ, A. (2005), Numancia, símbolo e historia. Ediciones Akal

APIANO (2006) Guerras Ibéricas. Aníbal. Alianza Editorial (trad. Gómez Espelosín, F.J.)

domingo, 22 de julio de 2018

LA LECHE CRUDA, O CÓMO VOLVER AL FUEGO DESPUÉS DE LA ELECTRICIDAD

Es noticia: el Gobierno regulará la venta directa de leche cruda, siguiendo los pasos de la Generalitat de Cataluña. Tras 28 años de prohibir en el mercado su comercialización a granel para consumo humano. Y lo que debemos preguntarnos: ¿por qué la leche cruda lleva 28 años prohibida? ¿es un avance abrir el mercado y dar una mayor elección al consumidor? ¿o, por el contrario, conlleva riesgos demasiado grandes?


En los últimos años, asistimos a una masificación comercial de los productos calificados como “naturales” o “bio”, que tienen un perfil de consumidor escéptico hacia la industria alimentaria, el procesado de los alimentos, y aunque no sea consciente, hacia la ciencia en general. La industria láctica no podía quedar exenta de este recelo, y muchos increpan que en el proceso de pasteurización se pierden muchos nutrientes y propiedades presentes en la leche cruda. Profundicemos en este proceso.


Antes de mediados del siglo XIX, las empresas de vino y cerveza sufrían grandes pérdidas porque sus productos se agriaban con el paso del tiempo, y la causa de este fenómeno era desconocida. Fue en el año 1864 cuando Louis Pasteur comenzó a investigar el problema y descubrió en el microscopio que la principal responsable era una bacteria de la familia Acetobacter. Tras el proceso de fermentación alcohólica en el que las levaduras producen alcohol a partir de azúcares, se produce la fermentación acética, en la que Acetobacter utiliza este alcohol para generar ácido acético, que es el responsable del sabor agrio del vino cuando se avinagra por estar demasiado tiempo en presencia de oxígeno. Para evitar esta segunda fermentación, Pasteur utilizó un método de producción en el que se almacenaba el vino o la cerveza en cubas selladas a una elevada temperatura para reducir la población de Acetobacter. Más adelante, este nuevo método llevaría su nombre, denominándose “pasteurización”.


En el caso de la leche, son Lactobacillus Streptococcus lactis los principales microorganismos responsables del agriado por acumulación de ácido láctico, y fue en 1907 cuando por primera vez se utilizó la pasteurización para tratar la leche.

La pasteurización es pues el sometimiento de productos líquidos a altas temperaturas con el fin de eliminar agentes patógenos (como bacterias, protozoos o levaduras) presentes en dichos productos. A diferencia de la esterilización, en la que se elimina toda presencia microbiana, en la pasteurización no se destruyen completamente las esporas de los microorganismos, pero se permite retrasar su crecimiento, aumentando el tiempo de caducidad del producto y evitando intoxicaciones alimentarias.


Siendo un proceso térmico en el que se aplican temperaturas muy elevadas, no es una locura pensar que la leche pueda perder vitaminas y alterar sus propiedades organolépticas (sabor y calidad). Pero todo depende del tipo de procesado que se lleva a cabo, ya que existen varios tipos de pasteurización, aunque hoy en día se llevan a cabo principalmente dos:

·     Pasteurización HTST (High Temperature/Short Time): expone el alimento a 72ºC durante 15 segundos, es decir a temperaturas altas durante un tiempo corto. Con este proceso se consigue que se pueda consumir la leche en 2-3 semanas desde su producción, pero es necesario que en todo momento se mantenga en refrigeración. Es lo que comúnmente se conoce como “leche fresca”.

·     Ultrapasteurización UHT (Ultra-High Temperature)mantiene la leche a una temperatura superior más alta, 138ºC, durante al menos 2 segundos. Se consigue esterilizar la leche y que aguante meses sin estropearse.

La leche es una fuente de vitaminas B, A y D, de las cuales tan sólo un 20% se pierden en el proceso de pasteurización o ultrapasteurización. Es el desnatado de la leche el que produce una mayor pérdida de vitaminas, reduciendo la cantidad a menos de la mitad. Sin embargo, estas vitaminas son reincorporadas a la leche artificialmente, junto con otras vitaminas y minerales, surgiendo así las leches enriquecidas. Aunque la leche también sufre cambios físico-químicos en el procesado y se desnaturalizan algunas proteínas, no se ven afectados sus valores nutricionales.


En cuanto al sabor, el de la leche pasteurizada se acerca más al de la leche cruda que el de la leche UHT, ya que en este último caso se produce un caramelizado de los azúcares que altera el sabor final.

Además, tengamos en cuenta que los vendedores de leche cruda recomiendan hervirla (100ºC durante un tiempo prolongado) antes de consumirla, y en el hervido estamos alterando las propiedades de la leche de una forma igual o más agresiva que en la pasteurización.


En resumen, las alteraciones a la calidad nutricional y sensorial de la leche debidas al proceso de pasteurización o ultrapasteurización son mínimas, pero para los más conservadores que sí dicen notar mucha diferencia: ¿merece realmente la pena jugárnosla? ¿a cambio de una leche más “natural” y menos tratada, cuáles son los riesgos que estamos corriendo?

Como ya hemos dicho, en la leche cruda, pueden encontrarse microorganismos de todo tipo, que pueden contaminar la leche tanto por vía mamaria como desde el medio externo. Hay varias fuentes de contaminación posibles, pero las principales son:

·     El propio animal: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus
·     El aire: Micrococcus, Streptomyces, Penicillium, Aspergillus
·     El agua: P. aeruginosa
·     El suelo: Clostridium
·     El ordeñador: S. aureus, E. coli, Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus
·     El estiércol: Salmonella, E. coli, Enterobacter aerogenes, Klebsiella
·   Los utensilios de ordeño y el transporte: gran variedad, aunque mayoritariamente bacterias termorresistentes


De todos estos contaminantes, Escherichia coli Salmonella son los más habituales, y atacan principalmente a niños, mujeres embarazadas y personas inmunodeprimidas. Sin embargo, las personas sanas de cualquier edad pueden enfermar gravemente si toman leche cruda contaminada con patógenos. Algunas de las consecuencias más habituales que producen las intoxicaciones de este tipo son diarrea, cólicos estomacales y vómitos, y, aunque en menor proporción, también puede darse insuficiencia renal, parálisis, trastornos crónicos y hasta la muerte.

“Es su propia elección”, dirían algunos. El problema es que por una elección equivocada, una persona desinformada contraiga una enfermedad altamente contagiosa como la tuberculosis y cause una epidemia en un territorio en el que dicha enfermedad está prácticamente erradicada. Es un asunto alarmante.


A pesar de todo esto, algunos añaden que el consumo de leche cruda es beneficioso para los pequeños ganaderos, ya que no dependerán de la industria láctica explotadora. Y digo yo, ¿para vender su leche cruda en los supermercados, no necesitarán una empresa “bio-eco-naturista” que ejerza igualmente de intermediaria? ¿y esta empresa no querrá obtener beneficios igual que la industria láctica actual? 

A lo mejor hay que empezar a pensar que este problema está únicamente en la política de los medios de producción en general y no en la técnica de tratamiento de la leche, que la pasteurización no es más que un avance tecnológico y renunciar a ella es volver a la edad de piedra y volver a abrir la puerta a enfermedades que habían dejado de ser un problema desde hace años, al menos en los países desarrollados.

Post relacionado con la entrada anterior: Leche Sin Lactosa, ahora con más químicos!