PRODUCEN POR PRIMERA VEZ CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS EN RATONES VIVOS ADULTOS

Por primera vez, un equipo científico ha conseguido que células adultas de un organismo vivo retrocedan en su desarrollo evolutivo hasta recuperar características propias de células madre embrionarias. 

Liderado por Manuel Serrano, director del programa de Oncología Molecular del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), los resultados revelan además que estas células madre embrionarias obtenidas directamente en el interior del organismo tienen una capacidad de diferenciación más amplia que las conseguidas mediante cultivo in vitro.

Las células madre embrionarias son la principal apuesta para la futura medicina regenerativa. Son las únicas capaces de generar cualquier tipo celular de los cientos que conforman un organismo adulto, por lo que constituyen el primer paso para la curación de enfermedades como alzhéimer, párkinson o diabetes. No obstante, este tipo de células tiene una brevísima existencia, limitada a los primeros días del desarrollo embrionario, y no existen en ninguna parte del organismo adulto.

Uno de los mayores hitos en la reciente investigación biomédica fue el protagonizado por Shinya Yamanaka, quien al conseguir crear en el laboratorio células madre embrionarias abrió un nuevo horizonte en la medicina regenerativa. Sin embargo, el nuevo trabajo ha dado un paso más al conseguir lo mismo que el científico japonés, pero esta vez dentro del propio organismo, en ratones, sin necesidad de pasar por placas de cultivo in vitro.

El primer desafío de los investigadores del CNIO fue reproducir el experimento en un ser vivo. Usando técnicas de manipulación genética, crearon ratones en los que se puede activar a voluntad los cuatro genes de Yamanaka. Estos factores se expresan de forma inducible por doxiciclina (un antibiótico), de forma que se pueden controlar cuándo van a expresarse simplemente añadiendo doxiciclina al agua de bebida de los ratones.Así, cuando activaron estos genes, observaron que las células adultas fueron capaces de retroceder en su desarrollo evolutivo hasta células madre embrionarias en múltiples tejidos y órganos.

En comparación con las células obtenidas con la técnica desarrollada por Yamanaka, la células madre obtenidas ahora representan un estadio embrionario aún más temprano, con mayores capacidades de diferenciación. De hecho, los autores fueron incluso capaces de inducir la formación de estructuras pseudoembrionarias en las cavidades torácica y abdominal de los ratones.

Estos pseudoembriones presentaban las tres capas propias de los embriones, estructuras extraembionarias como el saco vitelino e incluso signos de formación de células sanguíneas. Estas células madre son mucho más versátiles que las células de Yamamaka, cuya potencialidad genera las distintas capas del embrión, pero nunca tejidos que sustentan el desarrollo de un nuevo embrión, como la placenta.

Los autores subrayan que las posibles aplicaciones terapéuticas del trabajo aún están lejos, pero sugieren que pueden significar un cambio en el rumbo de las investigaciones con células madre en la medicina regenerativa o en la ingeniería tisular. Por el momento, los científicos no han conseguido injertar con éxito células diferenciadas provenientes de células madre generadas in vitro.

María Abad, miembro del equipo, opina que, a partir de ahora, lo ideal sería inducir la reprogramación in vivo dentro de tejidos dañados y que sea allí donde esas células se diferencien. Con esto se evitaría la extracción de células, la reprogramación y diferenciación al tipo celular deseado in vitro, y el transplante.

La científica además sostiene que estas células madre sobreviven también fuera de los ratones, en cultivo, por lo que podrían, además, manipularlas en el laboratorio. Finalmente, el siguiente paso es estudiar si estas nuevas células madre son capaces de generar de una forma más eficiente distintos tejidos, como páncreas, hígado o riñón.

DESCUBREN LEVADURAS EN LA PATAGONIA CAPACES DE ACUMULAR METALES CONTAMINANTES

El equipo dirigido por Maria Rosa Giraudo de van Broock, investigadora principal del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente de Argentina, encontró nuevas especies de levaduras autóctonas de la Patagonia capaces de acumular metales en entornos altamente acidificados.

A partir del año 2004 el grupo de Giraudo comenzó a analizar la biodiversidad presente en el Río Agrio y el Lago Caviahue. El río, que nace en el Volcán Copahue y al llegar a la meseta forma el Lago Caviahue, tiene un gradiente de pH único: en la naciente los valores oscilan entre 0,5 y 1 y a lo largo de su curso el pH aumenta gradualmente hasta neutralizarse.

Los ambientes acuáticos ácidos como este poseen metales disueltos en concentraciones elevadas que resultan tóxicos para plantas y animales. Algunos microorganismos están adaptados a este entorno gracias a sus características metabólicas y presentan una elevada tolerancia a distintos metales, por lo que serían buenos candidatos para utilizar en procesos de remediación de suelos ácidos contaminados con estas sustancias.

Ademas, los métodos químicos tradicionales son sólo efectivos para altas concentraciones de metales, pero no a bajas, por lo que el uso de estas levaduras podría ser un complemento que mejore el tratamiento disponible.

En total se aislaron 32 especies, agrupadas en nueve géneros que fueron ordenados según su grado de adaptación y tolerancia a seis metales –cadmio, cobalto, cobre, litio, níquel y zinc– y se midió su capacidad para acumularlos.

Los resultados obtenidos muestran una clara disminución en la concentración de metal en varios casos, hecho que resulta alentador ya que hasta el momento los medios acidificados no eran recomendados para procesos de biorremediación.

Una cepa de la especie nueva Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de cobre por gramo de levadura. Cryptococcus sp. 2 retuvo 36,25 mg de níquel y 62,28 mg de zinc por gramo, mientras que Lecythophora sp. fue capaz de remover 67,11 mg de zinc por gramo de levadura.

La remediación se basa en el uso de procesos de degradación químicos o biológicos para eliminar sustancias contaminantes que puedan comprometer seriamente el uso de recursos como el agua para consumo humano. El estudio en profundidad de las interacciones entre microorganismos y metales es fundamental para desarrollar métodos de remoción, recuperación o detoxificación de metales pesados y radionucleidos, es decir, elementos químicos con configuración inestable que al desintegrarse emiten radiación.

Edgardo Donati, investigador del CONICET experto en biorremediación comenta que los proyectos de biorremediación de bajo costo, alta eficiencia y diseñados para el tratamiento de problemas específicos son importantes para la sociedad ya que aportarían soluciones concretas y alcanzables en términos locales para la remediación de aquellas contaminaciones que inevitablemente provocan un serio impacto ambiental, con consecuencias no sólo para el ecosistema, sino además para la sociedad en su conjunto. Por ultimo, ésta línea de investigación puede tener otras aplicaciones como el uso de levaduras en procesos de biolixiviación, donde se usan estos microorganismos para recuperar metales como oro y cobre.

DESARROLLAN ARROZ TRANSGÉNICO EFICAZ CONTRA EL ROTAVIRUS

Un equipo de investigadores liderado por Yoshikazy Yuki, de la Universidad de Tokio, ha desarrollado una forma de arroz transgénico que contiene un anticuerpo contra el rotavirus, un patógeno que, según la Organización Mundial de la Salud (OMS) causa más de 500.000 muertes de niños al año por la diarrea que inducen.

El trabajo ha consistido en incorporar al arroz, mediante la bacteria Agrobacterium tumefaciens, un gen que expresa el dominio variable de un anticuerpo específico contra rotavirus que se encuentra en las llamas; además de la tecnología del RNAi para suprimir la producción de las principales proteínas de almacenamiento endógenos de arroz. 

En los experimentos, los ratones que comieron del arroz, tanto los normales como los que tenían un sistema inmunitario deficiente, quedaron protegidos contra los rotavirus o en todo caso, se vio disminuida la carga viral.

Se ha visto que las semillas de arroz así conseguidas mantienen esta propiedad durante un año después de ser almacenado y que aguantan una cocción de media hora a 94°C. 

El objetivo del trabajo es claro: ayudar a prevenir y tratar la enfermedad, complementándose con las vacunas que, recientemente, se han desarrollado contra el rotavirus, y que la OMS aconseja que se incorporen a la cartera sanitaria básica de los países afectados.

Si estas vacunas funcionaran al 100% el nuevo arroz no haría falta, pero por razones que aún no están claras –aunque se apunta a una debilidad del sistema inmune debido a la desnutrición- los preparados funcionan peor en países pobres que en los ricos, con tasas de protección que caen hasta el 50%.

Yuki advierte que el producto aún no ha sido ensayado en humanos, lo que implica que la posibilidad de que llegue su uso está a una década vista.

CREAN MINICEREBROS A PARTIR DE CÉLULAS MADRE HUMANAS PARA EL ESTUDIO DE ENFERMEDADES NEUROLÓGICAS

El desarrollo del cerebro humano es uno de los grandes misterios de la biología, pero un grupo de investigadores austriacos y británicos presentan una técnica para generar tejido cerebral que ayudará a avanzar en su estudio.

El equipo, liderado desde el Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, ha conseguido crear organoides cerebrales partiendo de un cultivo de células madre pluripotentes. 

Jürgen Knoblich, del IMBA afirma que han generado un neuroectodermo, una capa de células de la que se deriva el sistema nervioso. Los fragmentos de este tejido se mantienen en un cultivo tridimensional y se embeben en gotas de un gel que actúa de andamiaje para que pueda crecer. Para favorecer la absorción de los nutrientes, se transfirieron después las gotas de gel a un biorreactor giratorio, y en unas tres o cuatro semanas ya estaban formadas y definidas las regiones cerebrales.

En los organoides cerebrales resultantes se pueden diferenciar regiones como corteza cerebral, retina, meninges o el plexo coroideo (porción del encéfalo que forma el líquido cefalorraquídeo).

Después de dos meses de desarrollo, los minicerebros alcanzan su tamaño máximo, aunque pueden sobrevivir indefinidamente,en la actualidad hasta 10 meses, en el biorreactor giratorio. Según los investigadores, probablemente, y de momento, no crecen más debido a la falta de un sistema de circulación eficaz que lleve los nutrientes y el oxígeno al interior del organoide. 

En cualquier caso, estos tejidos cerebrales en 3D se asemejan a las primeras etapas de formación del cerebro humano, por lo que facilitan los estudios sobre la evolución de este órgano esencial. Además, el método permite estudiar algunas enfermedades neurológicas humanas de una forma que no lo hacen los modelos con ratas u otros animales de laboratorio, cuyo cerebro es menos complejo.

En concreto, los investigadores han logrado identificar y modelar con su técnica un trastorno que afecta el desarrollo normal del cerebro: la microcefalia, que conduce a tener un cerebro más pequeño en las personas que lo padecen. Los autores sugieren que las células defectuosas que aparecen en los pacientes no experimentan el mismo crecimiento en los ratones, lo que podría explicar por qué los modelos en animales han sido incapaces de recoger la gravedad de este trastorno como se observa en los seres humanos.

UNA PRODUCCIÓN MÁS EFICIENTE DE BIOCOMBUSTIBLE MEDIANTE EL SILENCIAMIENTO DE UN GEN EN LA VÍA DE BIOSÍNTESIS DE LA LIGNINA

La limitada disponibilidad de combustibles fósiles estimula la búsqueda de diferentes fuentes de energía. El uso de biocombustibles es una de las alternativas. Los azúcares derivados de los granos de los cultivos agrícolas se pueden utilizar para producir biocombustible, pero estos cultivos ocupan suelos fértiles necesarios para la producción de alimentos y piensos.

Las plantas de crecimiento rápido como el álamo, eucalipto o varios residuos de hierba, como el rastrojo de maíz y el bagazo de caña no compiten y pueden ser una fuente sostenible de biocombustibles. Una colaboración internacional de científicos han identificado un nuevo gen en la vía de biosíntesis de la lignina, un importante componente de las paredes celulares secundarias de plantas, que limita la conversión de biomasa en energía.

Estos hallazgos abren el camino a nuevas iniciativas de apoyo a una economía de base biológica. Sally M. Benson, director del Stanford University's Global Climate and Energy Project cree que este emocionante y fundamental  descubrimiento proporciona una vía alternativa para modificar la lignina en las plantas y tener el potencial de aumentar considerablemente la eficiencia de la conversión de cultivos energéticos para biocombustibles.

La pared celular de una planta se compone principalmente de lignina y moléculas de azúcar, tales como la celulosa. La celulosa se puede convertir en glucosa, que luego se puede utilizar en un proceso de fermentación clásica para producir alcohol, similar a hacer cerveza o vino. La lignina es un tipo de cemento que incorpora las moléculas de azúcar y por lo tanto da firmeza a las plantas. Por desgracia, la lignina reduce gravemente la accesibilidad a las moléculas de azúcar para la producción de biocombustibles. La lignina tiene que ser eliminada a través de un proceso medioambientalmente inamistoso que consume energía. Las plantas con una menor cantidad de lignina o con  lignina de más fácil descomposición pueden ser un verdadero beneficio para la producción de biocombustibles y bioplásticos. Lo mismo es cierto para la industria del papel que utiliza las fibras de celulosa para producir papel.

Durante muchos años los investigadores han estado estudiando la vía de biosíntesis de lignina en las plantas. Incrementando la percepción de este proceso se puede conducir a nuevas estrategias para mejorar la accesibilidad a las moléculas de celulosa. Utilizando el modelo de planta Arabidopsis thaliana, los científicos han identificado una nueva enzima en la vía de biosíntesis de la lignina. Esta enzima llamada cafeoil shikimato esterasa (CSE), cumple un papel fundamental en la biosíntesis de lignina. El silenciamiento del gen CSE, dió lugar a 36% menos de lignina por gramo de material de tallo. Además, la lignina restante tenía una estructura alterada. Como resultado, la conversión directa de la celulosa en glucosa a partir de la biomasa de la planta sin tratamiento previo aumentó cuatro veces, a partir de 18% en las plantas de control a 78% en las plantas mutantes.

Estas nuevas perspectivas ahora se pueden utilizar para proteger poblaciones naturales de cultivos energéticos como el álamo, eucalipto, mijo u otras especies de pastos. Alternativamente, la expresión del gen CSE puede modificarse por ingeniería genética en cultivos energéticos. Una cantidad reducida de lignina o una estructura de lignina adaptada puede contribuir a una conversión más eficiente de la biomasa a energía.