¿Son ilimitadas las capacidades de la selección natural?

Hasta donde sé, tengo entendido que existe cierta división entre los biólogos en cuanto a si la capacidad de la selección natural de moldear los organismos es ilimitada. Richard Dawkins parece ser uno de los partidarios de la idea de que, mientras existan las condiciones ambientales adecuadas, la selección natural podrá, tarde o temprano, actuar en la dirección que el ambiente exija, otorgando al mecanismo una práctica infinidad de posibilidades de actuación.

Jose Antonio García Bellido expone interesantes argumentos contra esta idea en una entrevista de hace algunos años que puede leer aquí. Copio literalmente algunos fragmentos:

–Los genes no tienen muchos grados de libertad de cambio aparte de combinarse entre ellos de diversas maneras (… )El grado de libertad para evolucionar es limitado. No se trata de mezclar factores, sino de sacar partido a lo que ya hay y, por lo tanto, esto supone un freno a la evolución. La evolución sólo tiene sentido repitiendo, combinando. Se pueden cambiar muchos factores, pero no es una evolución ad libitum que dependa sólo de los cambios ambientales, sino que está muy limitada por lo que el sistema interno pueda proponer.

Personalmente me encuentro más cercano a la postura del segundo autor, por la razón siguiente.

Recuerdo una clase de microbiología en la universidad en la que se hablaba acerca de la resistencia de las bacterias a los antibióticos. Nos hablaban sobre cómo aparecían dichas resistencias, sobre los mecanismos que las producían y el porqué de los mismos. La cuestión que captó mi atención fue que, al parecer, una bacteria concreta, el Sreptococcus pyogenes, que desarrolla infecciones de la piel y las mucosas tales como celulitis o faringitis, no había desarrollado resistencia a las penicilinas a pesar de que esta familia de antibióticos se han utilizado históricamente con obstinación para el tratamiento de las infecciones producidas por esta especie bacteriana. Lo que captó mi atención fue el hecho de que, a diferencia de otras especies pertenecientes al mismo género, como el Streptococcus pneumoniae, que ha desarrollado diversos mecanismos de resistencia a los mismos antibióticos, ésta había permanecido insensible a los mismos-

Lo que me hizo concluir que, por alguna razón que ignoro, el S. pyogenes carece de la maquinaria genética necesaria para desarrollar resistencia a las penicilinas a pesar de un ambiente de lo más favorable para hacerlo, y que, por lo tanto, Bellido tenía razón, y las capacidades de la selección natural son limitadas.

Notas sobre la infección respiratoria (II)

Denominamos infección a la presencia de microorganismos sobre la superficie o en el interior de organismos vivos. Infección no es sinónimo de enfermedad, pues sabemos que nuestras superficies corporales están repletas de bacterias en condiciones normales. Nuestra piel o nuestros intestinos se hayan plagados de multitud de microorganismos, constituyendo estos territorios un auténtico ecosistema. Estos grupos de bacterias son parte de nuestra fisiología, de algunas de ellas obtenemos beneficios metabólicos gracias a los cuales nos mantenemos vivos.

Otros microorganismos no son tan amables y nos hacen daño al infectarnos. O lo que es más frecuente, algunos, viven sobre nuestras superficies de una forma comensal pero en un momento dado, ante determinadas condiciones, deciden atacar y dañar nuestras células. Tal es el caso de la bacteria Streptococcus pneumoniae. Esta bacteria vive en las fosas nasales de algunos de nosotros, conviven junto a células de nuestro epitelio respiratorio, con las que interaccionan. Determinadas condiciones pueden hacer que la bacteria adquiera características agresivas y pueda pasar a la sangre o penetrar en la profundidad del aparato respiratorio, hacia nuestros pulmones. Cuando esto ocurre, la bacteria causa enfermedades peligrosas como una neumonía o una meningitis.

¿Qué hace que la bacteria adquiera estas características de agresividad? No hay una teoría unificada al respecto, aunque podemos decir algunas cosas. Las personas que han padecido gripe tienen un riesgo aumentado de neumonía por S. pneumoniae, lo que lleva a pensar que existen factores en dicha infección que predisponen a la forma agresiva de la bacteria.

Existe un artículo reciente que trata sobre este tema, parece ser que la propia respuesta de nuestro organismo que trata de liberarnos de la infección del virus de la gripe tiene algo que ver. Esta respuesta incluye la presencia de fiebre alta, o la secreción a sangre de hormonas de estrés como la adrenalina. Parece ser que estos dos factores producen en la bacteria ciertos cambios en su expresión genética, lo que la predispone al carácter virulento. Parece ser que la bacteria además aprovecha productos de la muerte celular violenta de las células de nuestro aparato respiratorio, provocada previamente por el virus gripal (1).

Estos fenómenos ponen de manifiesto la llamada comunicación entre reinos, que viene a significar la capacidad que tiene la bacteria de captar cambios en su microambiente, viniendo dichos cambios del estado de nuestro propio organismo, siendo nosotros un animal compuesto de células eucariotas.

 

Bibliografía

(1) Laura R. Marks, Bruce A. Davidson, Paul R. Knight, Anders P. Hakanssona. Interkingdom signaling induces Streptococcus pneumoniae biofilm dispersion and transition from asymptomatic colonization to disease. MBio. 2013 Jul 23;4(4). pii: e00438-13

Notas sobre la infección respiratoria (I)

Las células de nuestro organismo tienen dos formas de morir, pueden hacerlo de una forma limpia y programada (apoptosis)  o bien de una forma violenta, liberando los productos intracelulares a los líquidos que las bañan, las moléculas liberadas en la muerte violenta (necrosis) son capaces de desencadenar el mecanismo que conocemos como inflamación, por el cual un cúmulo de células inmunológicas acuden a la zona a monitorizar la zona, vigilando, neutralizando agentes sospechosos y arreglando el destrozo cuando proceda.

La necrosis tiene muchas causas, puede ocurrir que la célula carezca de los nutrientes necesarios para su metabolismo (oxígeno, glucosa…), esto puede ocurrir en contexto de falta de aporte sanguíneo (isquemia) o sólo de oxígeno (hipoxia).

Ciertos microorganismos poseen la capacidad de lesionan células, bien de forma directa o indirecta. De forma directa el microorganismo libera moléculas que alteran procesos fisiológicos celulares mientras que en la forma indirecta los microorganismos pueden desencadenar inflamación primero y ser ésta la que lesione las células del entorno en el intento de contener al microorganismo, sería una especie de “daño colateral” en el intento por contener al sospechoso. No es de extrañar que la inflamación posea potentes mecanismos de regulación para evitar que se extienda en exceso, aún así, esto puede ocurrir en ocasiones.

El virus de la gripe es un microorganismo capaz de lesionar células, en concreto, aquellas del aparato respiratorio. Este virus produce la necrosis e inflamación del aparato respiratorio, los deshechos resultantes son arrastrados y expulsados al exterior en el acto de la tos.

Otros virus pueden lesionar las células de las vías respiratorias, lo que conocemos como “catarro común” es una inflamación de la vía respiratoria por otros virus distintos al de la gripe,  son virus menos agresivos y mejor controlados por el sistema inmunológico. El catarro es una situación banal, la gripe no.

El tabaco es otro agente capaz de inflamar la vía respiratoria, el tabaquismo mantenido induce una inflamación a largo plazo (inflamación crónica)  que acaba produciendo la remodelación (modificación) del tejido pulmonar. La vía respiratoria termina siendo más gruesa y menos elástica, lo que dificultará la entrada y salida del aire con normalidad, una situación de obstrucción crónica que provocará en mayor o menor medida problemas para la llegada de oxígeno hasta la sangre.

Las situaciones de inflamación crónica-obstrucción en la vía respiratoria pueden mantenerse estables o verse empeoradas por diversos factores, uno de estos factores es precisamente la llegada de microorganismos a la zona. Lógicamente, la presencia de microorganismos exacerba la inflamación y ésta a su vez la obstrucción, dificultando aún más el correcto paso de aire hasta los alveolos, y de ahí a la sangre.

Para saber más:

Kurai D, Saraya T, Ishii H, Takizawa H. Virus-induced exacerbations in asthma and COPD. Frontiers in microbiology. 2013 Oct 1;4:293.

Virus en el cerebro

El sistema inmunológico está conformado por un conjunto celular repartido por todo el organismo. Algunas células de las que lo conforman viajan por la sangre, otras se hayan confinadas en los ganglios linfáticos, otras en las paredes intestinales y de las mucosas del cuerpo en general. Prácticamente toda la totalidad del cuerpo se haya vigilada.

El sistema nervioso central posee barreras especiales que limitan la entrada de las células al mismo, en condiciones normales, los líquidos extracelulares que bañan nuestro cerebro (líquido cefaloraquídeo) contienen un bajo número de células inmunológicas. Podríamos decir que, el cerebro y la médula espinal, se hayan vigilados de una forma algo distinta, ya que poseen unas células inmunológicas un tanto especiales, la descripción morfológica de estas células (y en conjunto de la histología del sistema nervioso)  le valió el premio Nobel a Santiago Ramón y Cajal en el año 1906, estas células se denominan en conjunto microglía, y dentro de ellas existen diferentes tipos.

Las células de la microglía se hayan repartidas a lo largo de todo el sistema nervioso, central (cerebro y médula espinal) y periférico (nervios). De hecho, son mucho más abundantes que las propias neuronas. Parece ser que regulan la composición química de los líquidos perineuronales, manteniéndolo en condiciones óptimas para que las neuronas puedan realizar su trabajo de transmisión del impulso nervioso (potencial de acción transmembrana). Como ya se ha comentado arriba, aparte de este papel, las células de la neuroglía tienen capacidades inmunológic as, pueden “engullir” microorganismos y pueden asimismo secretar proteínas que ataquen a los invasores y recluten otras células del sistema inmunológico, desencandenando fenómenos inflamatorios.

Ciertos microorganismos pueden lesionar neuronas, algunos virus, cuando se replican, lesionan las células sobre las que habitan (los virus no tienen maquinaria para realizar su propia reproducción por lo que necesitan infectar una célula huésped para hacerlo).

El virus del herpes simple de tipo 1 tiende a infectar células que tengan origen en la capa embrionaria ectodérmica, esto es, piel y sistema nervioso. Cuando lo adquirimos por primera vez (normalmente de niños) el virus “entra” por las células epiteliales de la boca, situación que puede y suele pasar completamente desapercibida. Después de replicarse en las células epiteliales pasará a un estado de” latencia”. Conocemos poco de este estado de latencia, qué hace el virus mientras “no hace nada” pero lo que sí sabemos es que se asienta sobre los núcleos de aquellas neuronas que registran la información sensitiva (información de peligro, temperatura…) de la cara.  El virus vive allí, sin dar mayores problemas, probablemente vigilado y neutralizado por el sistema inmunológico al menor indicio de actividad.

El virus puede reactivarse y comenzar a replicarse, cuando el sistema inmunológico pierde capacidad de ataque el virus aprovecha y retoma su replicación, aquí, la situación más típica que el lector seguro que ha sufrido es el herpes labial, lo que ocurre es que el virus ha migrado desde las neuronas a las células epiteliales de la piel y el labio y ha comenzado a replicarse, esta replicación produce lesión en las células de la piel y de ahí viene el típico aspecto del herpes labial.

Se conoce poco acerca de cómo se produce el paso latencia-infección activa. Parece que la inmunidad innata juega un papel importante en la “represión” del virus. Lo cierto es que los herpes labiales aparecen con frecuencia en situaciones de estrés importante (1), y quizá situaciones sí comprometen en cierta manera la inmunidad innata del sujeto.

(1)    Ma Y, He B. Recognition of Herpes Simplex Viruses: Toll-Like Receptors and Beyond.

Resistencias bacterianas

La selección natural es un proceso por el cual la aparición de una pequeña variación en un organismo supone una ventaja respecto a otros en términos de supervivencia y reproducción. Es posible y probable que dicha variación tienda a extenderse por la población a lo largo de muchas generaciones. La selección natural parece explicar la presencia de tolerancia a la lactosa en determinadas zonas de Europa o la aparición de resistencias naturales a la infección por VIH en zonas de África.

En los microorganismos también se da la selección natural, la comprensión del proceso ha dado lugar por nuestra parte a actitudes que intentan optimizar los resultados de algunas intervenciones, un buen ejemplo es el tratamiento de la enfermedad producida por la infección del bacilo de Koch, llamada tuberculosis. El tratamiento de la tuberculosis está muy protocolizado (salvo en algunas circunstancias en las que sigue habiendo debate). Ante enfermedad tubeculosa, se dan 3 o 4 antobióticos, a pesar de que 1 solo ya podría destruir el bacilo, ¿por qué? porque si usamos sólo 1 antibiótico, existe una pequeña pero relevante posibilidad de que a lo largo de muchas generaciones de bacterias (las bacterias se reproducen a una alta velocidad, por lo que muchas generaciones para ellas suponen un corto periodo de tiempo para nosotros) surjan individuos resistentes al antibiótico utilizado, son varias las características que pueden conferir resistencias, presencia de enzimas capaces de neutralizar el antibiótico, ausencia de canales por los cuales el antibiótico penetre a la bacteria, etc. El caso es que estos individuos tendrán una oportunidad respecto a los de su alrededor y pueden proliferar rápidamente, con lo que al final podemos llegar a tener toda una generación de bacterias resistentes al antibiótico usado. Lo que consigue el uso de 3 antibióticos simultáneos es reducir las probabilidades de que surja una bacteria resistente a los 3 a la vez a un mínimo que roza lo imposible. Asimismo, cuando se insiste en la necesidad de tomar el antibiótico incluso un tiempo después de haber pasado ya la enfermedad es para eliminar cualquier posible bacteria residual que en un futuro pueda dar problemas de resistencias.

Se usaron y se siguen usando antibióticos de manera insensata, mal prescritos en la práctica médica o directamente sin prescripción en la población, con ello, estamos favoreciendo el proceso de adquisición de resistencias bacterianas por selección natural, esto de hecho ya ha ocurrido varias veces en algunos grupos de bacterias. Cabe mencionar la bacteria Clostridium difficile, que abunda en los hospitales y de la que puede leerse un interesante artículo del New York Times aquí.

Infecciones y comportamiento enfermizo

El interior del organismo es básicamente estéril, nuestros líquidos corporales no poseen más elementos vivos que nuestras propias células. El exterior, por el contrario, se encuentra plagado de microorganismos, distintos virus y bacterias pueblan nuestras superficies corporales, la piel y el intestino (el intestino es exterior, aunque intuitivamente puede parecer lo contrario) son auténticos ecosistemas rebosantes de vida, también la parte más superior de nuestro aparato respiratorio (faringe) se haya expuesta a tremendas cantidades de microorganismos y es por ello mismo que poseemos auténticos acúmulos de células del sistema inmunitario que vigilan y mantienen a raya los microorganismos de la zona, los acúmulos inmunológicos de nuestra faringe son lo que conocemos como amígdalas, en el intestino también hay “amígdalas”, acúmulos linfoides, lo que ocurre que no los vemos (y que se les llaman de otra forma). En la piel el sistema inmunológico está repartido de forma algo más difusa, las células inmunológicas de la piel lo que hacen es viajar hasta otras zonas de cúmulo linfoide, que son los ganglios linfáticos, algunos de los cuales los puede palpar usted mismo debajo de la parte más lateral de su mandíbula.

Hablamos de infección cuando uno o varios microorganismo proliferan más de lo que resulta “normal”, algunos microorganismos (sólo algunos) poseen formas de dañar nuestras células y desencadenar por tanto una necrosis y una inflamación. Otros atraen el sistema inmune directamente con las moléculas que exhiben en su exterior.

Hemos dicho que la parte más superior del aparato respiratorio se halla plagada de microorganismos que controlan la proliferación de los microorganismos, por tanto hasta cierto punto podríamos decir que en esta zona existe una inflamación constante aún en condiciones normales, esta “inflamación fisiológica” puede incrementarse si la proliferación de microorganismos es excesiva, entonces el sistema inmune debe detectar el suceso y atraer compañeros para controlar la situación, si el suceso es lo suficientemente intenso es posible que empecemos a percibir que algo ocurre en la zona, es posible que percibamos dolor en la faringe (dolor de garganta).

Las proliferaciones exageradas de microorganismos junto a la detección del suceso por parte del sistema inmune acompaña otras manifestaciones, el conjunto de manifestaciones las podemos llamar comportamiento enfermizo. El sistema inmunológico, cuando se activa, debe comunicarse con sus compañeros para ponerse de acuerdo donde y a qué hay que atacar, para ello usa lenguaje molecular, algunas moléculas que se llaman citocinas son secretadas y  vertidas a la sangre, y algunas son capaces de estimular terminales nerviosas, el cerebro está alerta de las señales del cuerpo y si detecta en sus mapas corporales un patrón funcional de enfermedad, imprime al sujeto un comportamiento adecuado a la situación. Efectivamente, cuando sufrimos una infección, nuestro pensamiento, nuestro humor, nuestra personalidad y en definitiva nuestro yo cambia, cuando hay un problema serio del que ocuparse el cerebro deja de focalizar la atención en estímulos placenteros como la comida o el sexo o la actividad lúdica. Desarrollamos en definitiva un comportamiento y una personalidad enfermiza.

Este comportamiento enfermizo parece ser que explica hasta cierto punto el sufrimiento de personas que padecen cáncer o también depresión, en ambos casos (tan distintos en sus causas), el sistema neuro-inmune se haya alerta y secreta un patrón de moléculas similar al que encontramos en enfermedades infecciosas.

Virus y selección natural

La interacción sistema inmune-microorganismo ha sido y es fundamental en el moldeamiento del sistema inmunológico de los animales, hoy se investigan procesos de  presión selectiva que están ocurriendo en algunas zonas del mundo a consecuencia de la presencia endémica de determinados microorganismos. El parásito de la malaria (plasmodium) está favoreciendo la presencia de heterocigosis del alelo que confiere la anemia falciforme, los individuos heterocigotos no desarrollan la enfermedad pero reciben cierta resistencia a la infección por plasmodium, ya que este parásito infecta los glóbulos rojos. Los hijos de estos portadores tienen probabilidades (25%) de desarrollar la enfermedad de la anemia falciforme, que es de grave pronóstico al alterar la morfología del hematíe (glóbulo rojo) que adquiere una forma de hoz (de ahí su nombre).

Con el sida ha ocurrido algo parecido, el virus que produce el sida (VIH) invade los glóbulos blancos de la sangre, y para ello necesita un determinado receptor y un correceptor que deben estar presentes en la membrana del leucocito (glóbulo blanco), sino, el virus no puede entrar al interior de la célula.

Ocurre que, en determinadas zonas de África, donde, por desgracia, la presencia de infección por VIH es endémica (se mantiene durante largos periodos de tiempo en la zona) existen personas que han desarrollado, o, mejor dicho, han nacido con una especial protección contra el VIH, el estudio de estos individuos ha llevado a observar que la explicación de este fenómeno era que presentaban una mutación en su genoma que hacía perder la función de uno de los correceptores que el virus usa para entrar al leucocito, por tanto, el virus se vuelve incapaz de infectar la célula.

Esta misma mutación que confiere protección contra el VIH se ha encontrado en porcentajes relativamente altos en países del norte de Europa (15% en Islandia o Países Bálticos). Se han establecido algunas hipótesis a esta observación, existen algunos datos que apuntan a favor de presiones selectivas en esta zona hace alrededor de setecientos años, en estos años habría ocurrido una infección masiva por el virus de la viruela y sería este factor el que habría conferido un carácter selectivo al ambiente (1). Esta hipótesis también se encuentra con alguna laguna, puesto que de haber sido así, lo mismo podría (debería) haber ocurrido en la zona del valle del Ganges, en India, donde la presencia de viruela ha sido persistente durante cientos de años, hasta su erradicación el siglo pasado, debido a la vacunación (2).

 

1-      Galvani AP, Slatkin M (December 2003). «Evaluating plague and smallpox as historical selective pressures for the CCR5-Delta 32 HIV-resistance allele». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (25):  pp. 15276–9.

2-      Saxena SK. 2009 May 1;3(4):324-6. Controversial role of smallpox on historical positive selection at the CCR5 chemokine gene (CCR5-Delta 32).. J Infect Dev Ctries.