Explicación molecular a la enigmática enfermedad de dos hermanos

La cuestión dice así:

Dos hermanos estuvieron en tratamiento médico por esterilidad. El análisis de su semen indicó que los espermatozoides no se movían. Estos hermanos también padecían bronquitis crónica y otros problemas debidos a la inmovilidad de los cilios del aparato respiratorio. 
¿Existe una explicación que relacione estos dos problemas médicos de estos dos hermanos?.

Bien, hagámonos algunas preguntas y elaboremos nuestras primeras deducciones.

En primer lugar, el hecho de que estas dolencias aquejen a dos hermanos (creo recordar que gemelos en otro enunciado similar) sugiere una afección de naturaleza genética (y esto ya nos debería hacer pensar en proteínas defectuosas).

En segundo lugar, la inmovilidad de los flagelos de los espermatozoides y de los cilios de las células del tracto respiratorio nos debe sugerir algún tipo de problema que interfiera en la estructura y/o en la actividad de los centriolos o quizás de los microtúbulos, componentes ambos de estos sistemas de motilidad celular.

Sin embargo, no parecen verse afectados otros procesos celulares en los cuales están implicados microtúbulos o centriolos. Baste recordar a este respecto que el desarrollo correcto de la mitosis, imprescindible para el crecimiento y regeneración de los tejidos, necesita de la formación y buen funcionamiento de los microtúbulos del huso acromático, por poner un ejemplo. Del mismo modo, el transporte de vesículas en el citoplasma también se debería ver afectado si el problema se centrara en la formación (polimerización) de microtúbulos.

Así pues, recapitulando, hemos de pensar en un factor genético que afecte más bien a las proteínas acompañantes de microtúbulos de los cilios y flagelos (nexina, dineína ...) y no a las proteínas puramente estructurales de los mismos (tubulinas).

Sección transversal del flagelo mostrando el axonema. 1-doblete externo de microtúbulos, 2-doblete interno de microtúbulos, 3-dos brazos de dineína, uno interno y otro externo, 4-radio, 5-puente de nexina, 6-membrana plasmática.

Alexei Kouprianov - Wikimedia- Trabajo propio, based on the descriptions and diagrams published in the textbooks of Cytology.

Falta ver si nuestras conclusiones pueden tener alguna base bibliográfica.

Rebuscando un poco en internet podemos encontrar esta base documental.

Existe una enfermedad, denominada disquinesia ciliar primaria (DCP) o síndrome de Kartagener, que resulta ser un trastorno congénito que afecta a la estructura de cilios y flagelos. Los defectos de la ultraestructura de los cilios pueden ser variados, pudiendo afectar a los brazos de dineína, a las proteínas radiales (ausencia o alteraciones), alterar el número de microtúbulos o a su disposición en el axonema.

La DCP conlleva una alteración del transporte mucociliar en el tracto respiratorio, del mismo modo que puede afectar, anulándolo, a la movilidad de los flagelos de los espermatozoides, produciendo infertilidad en los hombres. Debido a la variedad de proteínas involucradas en el trastorno ciliar los genes responsables del cuadro clínico de la DCP son también variados y parecen encuentrarse en diferentes cromosomas. Aunque no tenga un interés directo con el tema que nos ocupa, puede ser interesante saber que las referencias indican que la DCP se transmite siguiendo un modelo genético mendeliano del tipo autosómico recesivo.

Fuentes consultadas:

• Síndrome de disquinesia ciliar, en la Wikipedia.
• Discinesia ciliar primaria, en Orphanet, Portal de información de enfermedades raras y medicamentos huérfanos.

Vinca

Vinca major. Vinca, Vicapervinca, Hierba doncella...

La Vinca o hierba doncella (Vinca major, Fam. Apocynaceae) es una especie autóctona de la región mediterránea que podemos encontrar de modo natural en nuestros bosques aunque nos será más fácil verla como especie tapizante en cualquier jardín ya que se ha venido empleando desde tiempo inmemorial en jardinería.

Algunas variedades ornamentales presentan hojas verdiblancas, variegadas, como el ejemplar de la foto que abre este post, Vinca major var. variegata. Esto, unido al evidente atractivo de sus flores azules, su rusticidad y su carácter tapizante las convierte en una interesante elección para jardines que precisen poco cuidado. Eso sí, le gusta estar sombreada bajo los árboles.

Vinca major var. variegata

Esta especie es, además, rica en determinados alcaloides que se han utilizado en investigación básica celular y algunos se emplean en Medicina. El más conocido de estos alcaloides es la vinblastina, una droga antimitótica, que entorpece la despolimerización del huso acromático y por ello no resulta raro que se emplee en algunos tratamientos de Quimioterapia contra el cáncer.

Interacción entre vinblastina (en amarillo) y tubulinas.
  Fuente: Takuma-sa, vía Wikimedia. Imagen creada a partir del archivo  PDB = 1Z2B

La vinblastina, no obstante, se extrae de una especie similar en la que está más concentrada esta sustancia. Se trata de una pariente malgache (Catharanthus roseus),  que también empleamos en jardinería en nuestra región.

«Catharanthus roseus kz1».Kenraiz, disponible bajo la licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons.

Modelos de ADN en origami

Origami ADN, es una interesante página web  donde pueden encontrarse plantillas de modelos de la doble hélice ADN en color y en blanco y negro (este último con características de "modelo mudo", por lo que puede resultar más interesante y más barato) y hojas con las instrucciones de construcción correspondientes.

La página incluye un vídeo explicativo en donde se indican los pasos para llevar a buen término la construcción de los modelos, además de enlaces para descargar las plantillas.

La construcción de otro modelo similar al anterior puede seguirse en este otro vídeo:

 

Otra variación sobre el mismo tema, esta vez en portugués puede consultarse en Pensarte e... Sandra Gobbert: 

Hay otras páginas de donde se pueden descargar más modelos de la doble hélice de ADN utilizando el papel como materia prima, como la que traigo a continuación:
PDB (Protein Data Base), sección Educational Resources/Paper Models.

En la página hay disponible plantilla con las instrucciones para construir dos modelos distintos (  en español, todo un detalle, y, lógicamente, en inglés), uno más sencillito y otro más detallado.
Sin abandonar esta página, también podemos encontrar  un buen texto explicativo sobre la estructura en doble hélice del ADN (en versión española y versión inglesa).

Y, como en las citas anteriores, cuenta con un buen vídeo demostrativo alojado en Youtube:

Por último, como postre, he encontrado esta propuesta que a más de uno/a le encantará:

Cómo construir un modelo del ADN usando materiales comunes

Actualización 24.10.15:
Para el caso de las proteínas he encontrado unas plantillas que permiten construir las estructuras secundarias en Alfa-hélice y Beta-hoja plegada. En Simbiontes (una página francamente recomendable), justamente en este enlace.

Amanitinas y faloidinas

No hace falta ser una gran y sofisticada proteína para cumplir una función en los organismos. A veces, pequeñas asociaciones de aminoácidos (péptidos) son capaces de producir grandes efectos, bien sea sobre el propio organismo, bien sobre organismos ajenos.

Este último caso es, por ejemplo,  el de las amatoxinas y falotoxinas. Son, en dosis mínimas,  capaces de tumbar para siempre (literalmente) al más grande y poderoso de los hombres.

Faloidina

Amanitina

Las amanitinas, dentro del grupo de las amatoxinas, son péptidos constituidos por tan solo 8 unidades; las faloidinas (las más conocidas del grupo de las falotoxinas) constan tan solo de siete aminoácidos. 

Ambas presentan una configuración cíclica, como se muestra en las  las imágenes que acompañan a este texto.

Su modo de acción y toxicidad son, sin embargo, distintas.

Las amanitinas, las más peligrosas, bloquean la acción de la enzima ARN polimerasa, la encargada de pasar (transcribir) el mensaje de ADN a forma de ARN mensajero para que después este último sintetice proteínas. Interrumpido este paso crucial el organismo pierde la capacidad de fabricar proteínas esenciales para su existencia. Aunque el órgano más afectado sea el hígado el fallo multiorgánico está servido si no se actúa a tiempo.  La dosis mortal se ha calculado en unos 0,1 mg/kg. Para entendernos, para una persona de 70 kg,  le bastaría la ingestión de 7 mg (0,07 g) de este compuesto para abandonar este mundo.

Las faloidinas son también compuestos altamente tóxicos. Su modo de actuación es diferente al anterior y actúan anulando el proceso de despolimerización de los microfilamenteos de actina de la célula, con lo cual se anulan todos los procesos en que estas proteínas se encuentren implicadas. Esta propiedad, sin embargo, las ha hecho útiles a la hora de "congelar" estos microfilamentos de manera que su estructura sea más asequible a los investigadores (por ejemplo, empleando conjuntamente técnicas de inmunofluorescencia en observaciones microscópicas). Otro argumento en defensa de estos heptapéptidos cíclicos es que, aún reconociendo su potencial toxicidad para las células hepáticas, resulta que no son absorbidos por el intestino, por lo cual no van a ser responsables del envenenamiento por ingestión de estas sustancias.

Amanitinas y faloidinas se encuentran en algunas especies de setas, en especial en el grupo de las amanitas, y en particular en la Amanita phalloides (la oronja verde) y la A. virosa. La primera de ellas es considerada una de las setas más peligrosas y mortales. A los efectos perniciosos que hemos mencionado hay que añadir su carácter "disimulado", pues los efectos negativos críticos pueden no aparecer hasta mucho tiempo despues de la ingesta (se habla de entre 6 y 40 horas), de manera que cuando se descubre el envenenamiento el deterioro orgánico puede que sea ya irreversible. Este cuadro sintomático recibe el nombre de síndrome faloidiano.

Amanita phalloides (foto con flash). Oronja Verde.
Sombrerillo verde oliváceo característico.

A. phalloides (las dos mismas que la otra imagen; foto de larga exposición, sin flash). Visibles anillo y volva blancos, al igual que las láminas.

La "faloides" es una seta que sin ser abundante, puede llegar a ser frecuente en nuestros encinares o alcornocales y más vale reconocerla, no sea que se nos cuele sin querer en el canasto setero.
Se trata de una especie conocida desde antiguo y a la que se le han achacado ilustres asesinatos, hasta de un mismísimo (y dignísimo, si hacemos caso a Robert Graves) Emperador romano.

Así funciona Biodiversidad Virtual.

En esta sencilla presentación realizada en SlideShare podemos ver cómo funciona Biodiversidad Virtual, Plataforma que alberga una enorme y valiosísima base de datos de fotos digitales de cualquier aspecto relacionado con lo natural.
La presentación hace referencia al caso de los odonatos (libélulas y caballitos del diablo), pero es extensible al resto de invertebrados, vertebrados, briofitos, pteridofitos, gimnospermas, angiospermas, diatomeas, basidiomicetos, ascomicetos, ciliados, mixomicetos...
Además del valor intrínseco de todo este almacén de datos, que ya ha generado unos cuantos artículos científicos de interés, habría que recalcar el carácter ciudadano de la misma, ya que ese almacén se ha logrado sin ayuda institucional, nada más que con la aportación generosa de fotógrafos, naturalistas y especialistas en distintas materias naturales.
Animo desde aquí a cualquiera que tenga fotos de "bichos y plantas" y quiera conocer su nombre y apellidos a que se apunte a esta iniciativa.

La importancia de la fotografía como herramienta para conocer la distribución de los odonatos from Antonio Torralba Burrial

Sobre Odonatos (otros organismos quitinosos) también existe esta simpática página que conviene visitar si queremos conocer nuestros representantes serranos.

Quitinosos pero sabrosos

Agrocybe aegerita

La pared celular de los hongos está compuesta fundamentalmente por un polisacárido un tanto especial, la quitina. La quitina se forma por la unión de múltiples unidades de un derivado aminado de la glucosa, la N-acetil-glucosamina (NAG). Los enlaces que se forman son de tipo O-glucosídico, e implican a los grupos hidroxilos de los carbonos 1 y 4 de dos monosacáridos consecutivos. Puesto que la NAG de la quitina es un anómero de tipo β, los enlaces glucosídicos de la quitina, al implicar al C1, anomérico, son también de tipo β-1,4. Este tipo de enlace (β-1,4) se presenta también en otro polisacárido muy abundante en el reino vegetal, la celulosa, y es precisamente por esta manera de unirse las piezas de estos polímeros, que tienen propiedades similares, entre ellas su carácter más o menos fibroso que le capacita para desarrollar funciones de sostén o estructurales, y su resistencia a otros agentes biológicos, pues no hay demasiados organismos vivos capaces de descomponer estos enlaces tipo β.

Agrocybe aegerita

Una lástima que la mayoría de los animales no sepamos cómo aprovechar estas dos más que interesantes fuentes de glucosa en nuestra alimentación, que desechamos como indigeribles.

Sin embargo, nos podemos consolar con que no todo es quitina en un hongo. Afortunadamente hay más sustancias que convierten en sumamente apetecible una determinada seta, al igual que acelgas, espinacas o lechugas no son puramente celulosa.

Entramos en una época del año en que empiezan a surgir de entre la madera muerta o directamente desde el suelo, los cuerpos fructíferos de organismos quitinosos que viven de la descomposición, el saprofitismo, la simbiosis o incluso el parasitismo. Algunos de ellos son ávidamente buscados, recolectados y consumidos. Es temporada de setas (mushrooms are coming! como dirían en los Siete Reinos de Westeros), y aquí van un par de ellas a modo de presentación, la seta de chopo (Agrocybe aegerita) y la no tan conocida, pero francamente deliciosa, seta de la cañaheja (Pleurotus eryngii var. ferulae). 

Agrocybe aegerita

Pleurotus eryngii var. ferulae

Credo del Biólogo Molecular

 Un Credo muy ingenioso, bien hilvanado y con una consistente base científica.

I like it very much!

 Y una simpática tacita para la colección. 

;-) 

(Thank you very, very  much!)

(28 de Mayo de 2015, Fin de Curso 2014-2015)