Cuando la evolución es un mal rollo

De la gripe española a la XDR TB o la curiosidad mató al gato

Que la evolución no es una hipótesis por demostrar lo sabemos casi todos. Los que no se lo creen deberían asomarse a campos de batalla evolutivos donde el proceso se desarrolla como en una película acelerada, donde los milenios se convierten en minutos.
En uno de esos campos compiten dos tipos de evolución muy diferentes: la biológica y la científica. La primera está representada por unos cientos de especies de bacterias patógenas que insisten de sobrevivir aunque eso suponga un problema serio para sus hospedadores. La otra se empeña en impedir que alguna de las bacterias nos lleve a unos cuantos por delante en una pandemia galopante.
Lógicamente, bacterias y virus van siempre en vanguardia. Ganamos escaramuzas, a veces importantes, pero no la guerra. El motivo es que la vida es persistente y se empeña en seguir viva: échense todos los antibióticos conocidos encima de unas colonias de bacterias surtidas y, más temprano que tarde, tendremos una cepa resistente, Y es que no hay como la presión ambiental para estimular la selección natural (bueno, esto no es estrictamente cierto aunque el efecto lo parezca). Este escenario se produce diariamente, en un experimento mil veces repetido, en los hospitales.

La batalla de los antibióticos empezó, como todos sabemos, con Fleming y la penicilina. Posteriormente se encontraron otras familias nuevas hasta llegar a varios cientos de productos, algo necesario no sólo para controlar más enfermedades sino para seguir manteniendo a raya nuevas variantes resistentes a los anteriores productos.
Lo malo de las bacterias es que tienen sistemas de intercambio de material genético absolutamente promiscuos lo que facilita una rápida adaptación a nuevos escenarios. Como esto es conocido, el continuo surgir de variantes de bacterias resistentes a los viejos antibióticos es una de las mayores preocupaciones que tiene la gente sensata.
A este respecto les comento dos noticias. Una no sé si es buena o mala y se relaciona con un virus; la otra es malísima y tiene que ver con una bacteria.

La primera es la reciente recreación en laboratorio del virus de la “gripe española”, que en dos años (1918-1919) mató entre 20 y 50 millones de personas en el mundo. El código genético ha sido reconstruido recientemente en un laboratorio y el virus recreado para llevar a cabo una investigación sobre las características de la enfermedad (Tumpey et al., Science, 310: 77, 2005). Parte de las secuencias clave del código genético fueron publicadas (Taubenberger et al., Nature, 437:889, 2005).
Este trabajo levantó una fuerte polémica en dos sentidos: la posibilidad del “doble uso” de la información por terroristas y la relacionada con el obvio riesgo biológico que conlleva el experimento y el posterior almacenamiento de la cepa de virus. En una de esas reacciones usaron la frase “the curiosity that died the cat” que no sabía existía en inglés pero que sigue siendo muy expresiva.
El virus se manejó con un protocolo llamado BSL-3 (Biosafety Level, ver foto abajo). BSL define un conjunto de prácticas y material de protección destinados a reducir el riesgo de daño por agentes infecciosos. El máximo nivel es 4.

“Manéjese con cuidado", BSL-4

La pésima noticia surgió hace unas semanas en Sudáfrica, donde ha aparecido una tuberculosis de la que se dice literalmente “The new strain, called extreme drug-resistant tuberculosis (XDR TB), is virtually untreatable”. La tuberculosis es producida por una bacteria, Mycobacterium tuberculosis, y ya durante la década de los 90 aparecieron cepas multirresistentes (MDR) que obligan a usar medicamentos menos efectivos, mucho más caros y más tóxicos para el paciente llamados SLD (second-line drugs). Los casos de XDR TB son inmunes también a los SLD. El informe “Emergence of XDR-TB” de la OMS señala su presencia en todo el mundo aunque el caso sudafricano es más alarmante por la enorme mortalidad.

Estas noticias son poco tratadas en los medios de comunicación, tal vez porque no alimentan las paranoias de moda del primer mundo, pero son una amenaza auténtica que debería impulsar dos cosas:

• Una mayor inversión en investigación.
• Una mayor prudencia a la hora de prescribir antibióticos innecesarios.

Lo primero es caro pero lo segundo, un uso responsable de la medicina, es muy barato, sólo hace falta formación y voluntad. ¿Qué también hace falta un acicate? Echen un vistazo al gráfico siguiente, publicado en The Wall Street Journal...

Y en esto llegó Linneo

Carl Linné, Carolus Linnaeus, Carlitos Linneo, son expresiones binomiales, es decir, están formadas por dos términos que juntos identifican a un sujeto. Han visto ustedes que en las entradas anteriores he escrito sobre especies animales y vegetales usando nombres como Vanessa atalanta, Podranea ricasoliana, Claviceps purpurea, Homo neanderthalensis, Thermus aquaticus, etc. Fíjense en que el primer término está escrito con mayúscula inicial, que el segundo no, que siempre son dos términos y que ambos están escritos en letra cursiva.
Los que no estén en esta historia de la biología o paleontología, pensarán que es una forma de complicar las cosas o tal vez de darles seriedad acudiendo al latín para hacerse deliberadamente oscuro. Pero esta vez, sin que sirva de precedente, se equivocan.

El problema básico no existiría si nadie saliera de su pueblo. Pero si lo hace empiezan las confusiones. Uno va a Argentina, pide “bifé de chorizo” y le sueltan un filete de lomo de medio palmo de grueso (ahí conocí el cielo según Kijas). Un argentino viene a España, pide chorizo y recibe un embutido. Bueno, pues con bichos y plantas pasa lo mismo.

Los estudiosos fueron conscientes del problema y ensayaron soluciones diversas, algunas chocantes para nuestra forma de ver las cosas hoy, pero ninguna llegó a imponerse con claridad. A principios del siglo XVIII se había avanzado pero el panorama era complicado y no muy prometedor: los botánicos daban nombre a las especies mediante frases que enumeraban características diagnósticas. Como además eran gente muy seria, las descripciones estaban en latín; un ejemplo estupendo para un musgo: Hypnum palustre erectum trichodes, ramulis crebris, luteo & rufo-virentibus glabris.
Podrán suponer que la cosa se ponía intratable con cierta facilidad añadiendo el problema, además, de que los nombres podían ser cambiados parcialmente porque no había ningún “registro” que recogiese denominaciones unificadas.

Aquí entró Linneo con la aspiradora y una idea simple: las especies se definirían con dos nombres que, además, tendrían valor jerárquico. El primero sería el género y el segundo la especie . La migración no debió ser especialmente traumática y fue aceptada más pronto que tarde en toda Europa:

A.C. (antes de Carolus): Eupatorium cannabinum, foliis in caule ad genicula ternis, floribus parvis, umbellatim in summis caulibus dispositis, Marilandicum.
D.C. (después de Carolus): Eupatorium purpureum.

¿Un avance, no? El nombre genérico es una especie de apellido, que puede englobar a varias especies siempre que estén suficientemente emparentadas. Canis es un género de animales como el lobo, el coyote o el chacal común cuyos nombres específicos son, respectivamente, lupus, latrans y mesomelas.

Actualmente todas las especies animales y vegetales se denominan con este esquema, que ha sido estrictamente regulado para que funcione, porque problemas no faltan. Uno de ellos es la cantidad: un millón de especies vegetales más uno y medio de animales más un número mal desconocido pero enorme de otros grupos menos populares…
Las normas son prolijas. En el caso de la Botánica, están recogidas en el International Code of Botanical Nomenclature (ICBN) cuyo articulado respecto a la corrección de las denominaciones merece la pena ser ojeado si tienen insomnio. La zoología también tiene su correspondiente ICZN. Curiosamente ninguno de ellos define explícitamente qué es una especie.

En resumen, Linneo no propuso la primera clasificación científica, ni la primera forma de poner nombres pero su tuvo éxito por dos razones: su simplicidad y el enorme trabajo que hubo detrás. Su obra más conocida es Systema naturae que en sus últimas ediciones formaba tres tomos dedicados a los “tres reinos”: Regnum animale, Regnum vegetabile y Regnum lapideum. Esta obra, junto con muchos otros clásicos, puede descargarse completa en formato PDF en un sitio realmente sorprendente por su contenido y que se llama Gallica.
Valga esta entrada como conmemoración de don Carolus aprovechando que este año celebramos el bicentésimo nonagésimo noveno aniversario de su nacimiento.

Una página que cambió la biología

Acabo de leer el libro de James Dewey Watson "La doble hélice". Es uno de esos clásicos que todo biólogo aborda con un poco de reverencia. A fin de cuentas es un libro escrito por una figura importante, galardonada con un tercio de premio Nobel 1962 junto con Francis Harry Compton Crick y Maurice Hugh Frederick Wilkins. Todos ellos y alguna más contribuyeron a un avance decisivo de la biología. A pesar del tema, apasionante, el libro no me ha gustado demasiado. Por un lado, la contraportada del libro dice algo así como que es una exposición de la investigación vista desde dentro y tal… Bueno, pues no. La peripecia que nos cuenta don Jaime D. Watson tiene mucho más de crónica social que de investigadora, de hecho apenas se puede entrever el flujo de pensamientos o el razonamiento que llevó a la propuesta final. Eso no quita mérito al trabajo, obviamente, pero no lo hace representativo de la investigación en general ni contribuye demasiado a su comprensión.
Un par de detalles más a comentar, aunque son sólo opiniones personales: el primero es que el subtítulo está algo desenfocado: "el descubrimiento de la estructura del ADN". El trabajo fue más de comprensión que de descubrimiento porque disponían prácticamente de todas las piezas. La estructura helicoidal básica ya había sido propuesta (entre otros por Linus Pauling, una figura monumental en la época), se sabía también que el ADN estaba formado por un grupo fosfato, por un azúcar, por los nucleótidos adenina, timina, citosina y guanina, existían imágenes de difracción de rayos X de buena calidad... (por esto último, un tercio del premio se lo llevó Wilkins). Lo que pasaba es que nadie había sido capaz de unirlo todo en una estructura molecular coherente donde los átomos encajaran en su sitio y se dispusieran a las distancias compatibles con sus propiedades. Fue, literalmente, un mecano para el cual se llegaron a construir modelos de las moléculas para luego “jugar” a unirlos en múltiples configuraciones, a ver si había fortuna.
Por decir cosas positivas, lo más curioso de la historia fue cómo se publicó la conjetura: una sola página en la revista Nature en 1953, una página que revolucionó la biología (también aquí). No fue una revolución que cambiara paradigmas o pusiera todo patas arriba sino una aportación fundamental que supuso un enorme paso adelante en la bioquímica y la genética. Por cierto, aquí tienen una traducción (al gallego).


Aparte de los protas, la estructura del ADN es un ejemplo de elegancia absoluta, de auténtico diseño inteligente: sería difícil pensar en una alternativa que, con la máxima simplicidad, estuviera tan adaptada a cumplir con eficacia sus funciones. Una cremallera helicoidal de dos largas cadenas de nucleótidos que, al estar unidas por enlaces débiles (puentes de hidrógeno) pueden separarse a la hora de hacer nuevas copias en la duplicación celular. Los ácidos nucleicos probablemente son la única característica común de todos los seres vivos en este planeta. Incluso de algunos no tan vivos, como los virus.
Como curiosidad, la triple hélice propuesta en la infame serie Operación Threshold fue una de las hipótesis manejadas en los años de trabajo de Watson y Crick.

Coincidencias

La mariposa se llama Vanessa atalanta, aunque ella no lo sepa. La planta corrió peor suerte y fue bautizada como Podranea ricasoliana. Otro día les cuento la razón de esta nomenclatura, idea de un genio llamado Carolus Linnaeus, Linneo para los amigos. Hoy sólo la disculpa por los nombrecitos pero les aseguro que es la única forma de entenderse cuando uno sale de su pueblo.Tengo esta planta en una esquina de mi casa, a unos metros de la puerta de la cocina. Cuando llegan las heladas se seca porque no soporta el frío. Pero en la primavera nunca me falla, retoña, alcanza los cuatro metros y, ahora, cuando el calor afloja, nos regala con racimos de flores rosas.

Formas de viajar: del Camino de Santiago a la psicodelia

Donde los viajes toman diferentes sentidos acordes con los tiempos

En la Edad Media europea estaba comprobado que peregrinar a Santiago de Compostela (o un poco más allá, a Finisterre, decían algunos menos piadosos) era remedio seguro para curarse de una enfermedad extremadamente desagradable. Los casos, a veces aislados, a veces epidemias que diezmaban pueblos enteros, asolaron la Europa Central en los siglos X y siguientes, tal vez antes, aunque no hay registros fiables. Parece que había dos tipos de enfermedad. El primero, más benigno se manifestaba por diarreas, vómitos y cefaleas acompañados a veces de alucinaciones y convulsiones. En la otra, mucho más grave, los dedos se ennegrecían, se necrosaban y se perdían.
A esta última variante se la llamó “fuego de San Antonio”, por San Antón Abad, tal vez porque un caso grave bien documentado surgió en Dauphiné (Francia) donde estaba enterrado. Este santo contaba con conventos a los largo del Camino, regidos por los Antonianos, que asumieron un papel importante en la cura de la enfermedad:

"Los ciudadanos nórdicos y centroeuropeos, atacados de forma endémica por del fuego de San Antón, acuden en peregrinación a Compostela. A lo largo de la andadura piden a los clérigos Antonianos que mitiguen el daño de sus extremidades gangrenadas tocándolas con el báculo en forma de Tau. Así las extremidades iban mejorando poco apoco encontrándose sanos al llegar a Santiago."

El toque de báculo antoniano funcionaba: los peregrinos mejoraban y su enfermedad desaparecía progresivamente al adentrarse en España.

La explicación se descubrió mucho más tarde. El centeno era el cereal base de la alimentación en Centroeuropa en la Edad Media (digresión: hasta que empezaron a venir las plantas de América aquí comíamos peor que los ingleses actuales). Como en aquellos momentos no se conocían los fungicidas, las plantaciones eran invadidas por un hongo llamado actualmente Claviceps purpurea o, en nombre común, cornezuelo del centeno. Estas plagas se producían ocasionalmente cuando las condiciones climáticas de la primavera eran propicias: años húmedos y no muy fríos. A pesar que que el hongo era claramente visible, el centeno no se limpiaba e iba todo junto y revuelto a los molinos. La biología, siempre sorprendente, hizo que este hongo contuviera cantidades significativas de ergolinas, unos alcaloides con un poderoso efecto vasoconstrictor. Ingiriendo cantidades significativas de centeno (o harina de centeno) contaminada se desarrolla la enfermedad llamada ahora ergotismo que es, obviamente, la que tenían los europeos medievales.

¿Por qué los peregrinos mejoraban al hacer el Camino? Pues porque al hacerse el clima más benigno, los campos de centeno eran progresivamente sustituidos por los de trigo, cereal poco o nada afectado por el cornezuelo. La dieta cambiaba, la intoxicación desaparecía progresivamente y con ella sus tremendos efectos ya que era la vasoconstricción la que hacía que el riego de las extremidades se redujera y acabaran necrosándose.

El hongo siguió estudiándose con intensidad en el siglo pasado, buscando la composición química de los diversos alcaloides que contenía y sus usos medicinales. Se llegó a descubrir casi simultáneamente por varios laboratorios la ergobasina, un alcaloide relativamente simple con un fuerte poder hemostático y potenciador de las contracciones del útero, un descubrimiento relevante para la medicina.

El siguiente paso en la peculiar biografía de este hongo se produjo hacia 1940, cuando un tal Albert Hoffman estaba trabajando en la síntesis artificial de la ergobasina para la empresa Sandoz. Hoffman contaba después el ambiente en los laboratorios: 6 personas (3 químicos y sus ayudantes) trabajando en la misma sala en cuestiones diferentes, con pésima ventilación y ningún lujo ni comodidad. En 1938 generó combinaciones diversas de alcaloides que fueron mayoritariamente descartadas por su escaso interés médico y que fueron almacenadas y condenadas al olvido. Sin embargo, Hoffman volvió a sintetizar en 1943 unos centigramos de una de esas sustancias, etiquetada con el número 25. Durante la purificación y cristalización tuvo que parar el trabajo tal como refleja en un informe de aquel momento:

Last Friday, April 16, 1943, I was forced to interrupt my work in the laboratory in the middle of the afternoon and proceed home, being affected by a remarkable restlessness, combined with a slight dizziness. At home I lay down and sank into a not unpleasant intoxicated-like condition, characterized by an extremely stimulated imagination. In a dreamlike state, with eyes closed (I found the daylight to be unpleasantly glaring), I perceived an uninterrupted stream of fantastic pictures, extraordinary shapes with intense, kaleidoscopic play of colors. After some two hours this condition faded away.

Los efectos que notó le llevaron a probar cantidades mínimas de la sustancia. El 19 de abril de 1943, a las 16:20 h, diluyó en agua unos 250 microgramos. A las 17:00 h descubrió el enorme poder psicoactivo de la sustancia, dietilamida del ácido lisérgico, más conocida como LSD. Hoffman se había tomado una dosis que casi triplicaba la considerada posteriormente “normal”.

La LSD es probablemente el alucinógeno más potente que existe: su dosis activa mínima es de menos de 1 microgramo por kg, entre cinco mil y diez mil veces la actividad de la mescalina. El producto fue utilizado en psiquiatría durante años, vendido normalmente bajo el nombre de Delysid, y se difundió ampliamente a partir de los años 60 en los EE.UU. coincidiendo con el movimiento hippie. Posteriormente fue prohibida a pesar de no ser adictiva y de no tener los efectos colaterales devastadores de la heroína, la droga que acabó siendo el verdugo de una generación que pudo ser mágica.

De nosotros y los neandertales

De donde se deduce que los humanos actuales y los neandertales fuimos más primos que hermanos.

De habernos enterado podríamos haber celebrado hace un mes el centésimo quincuagésimo aniversario del descubrimiento del primer resto fósil de hombre de Neandertal. Estos restos fueron encontrados en el valle de Neander, en Alemania, en 1856, tres años antes de la publicación de “El origen de las especies” de Darwin.
El simpático tipo que ven debajo es una recreación de un hombre de Neandertal. Recordemos que los neandertales vivieron en Europa desde hace unos 400000 años hasta apenas hace 30000.

Imagen tomada de Science, vol. 313, p. 279

Ahora que la peña discute sobre las escuálidas modelos que se desmadejan sobre las pasarelas con cara de mala leche, digamos que los neandertales eran chicos y chicas robustos, con brazos algo más largos cortos que nosotros, cráneos alargados, arcos superciliares engrosados… y un cerebro igualito que el nuestro [actualización, en realidad mayor, ver comentarios]. Respecto a su genoma, recordemos que el humano actual y el chimpancé compartimos aproximadamente el 99% del genoma. Del otro 1% se estima que el neandertal compartía con nosotros el 96%. A mí esta comparación me parece algo más propia de titular de dominical pero da una idea de lo cerca que estuvimos.

Aparte del aniversario, hay datos recientes interesantes sobre este asunto. Por ejemplo, que un señor llamado Svante Pääbo que trabaja en el alemán Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology ha anunciado que han obtenido la secuencia genómica completa de un neandertal a partir de unos restos encontrados en Croacia. La secuencia se ha realizado en colaboración con una empresa privada estadounidense llamada 454 Life Sciences. La cosa no es tan simple como el método PCR estándar que comenté en la entrada anterior porque en estos casos el ADN original está muy contaminado por ADN bacteriano. La empresa en cuestión ha desarrollado métodos para trabajar en estas condiciones y rescatar las secuencias de nucleótidos que aún resisten en los restos fósiles de 45000 años de antigüedad.

Rebuscando información encuentro algunos trabajos neandertales publicados sobre un ADN algo especial: el ADN mitocondrial o mtDNA. Este tipo de ADN está también en todas nuestras células pero no en el núcleo sino en las mitocondrias, unos orgánulos celulares cuya función es generar energía. El mtDNA posee varias propiedades interesantes como a) que su multiplicación es independiente del ciclo celular normal, b) que no se recombina como el ADN normal por lo que las diferencias entre un mtDNA actual y otro antiguo se deben exclusivamente a mutaciones y c) que proviene sólo del óvulo, es decir, de la aportación genética materna. El mtDNA es, por tanto, algo único a la hora de seguir cambios genéticos y evolutivos, eso sí, en una estricta disciplina matriarcal. En los humanos, el mtDNA está formado por 16569 pares de nucleótidos que ya han sido secuenciados por lo que sus diferencias pueden ser usadas como hilo de Ariadna a la hora de definir parentescos y divergencias. La tasa de mutación del ADN mitocondrial es unas 10 veces mayor que la del ADN normal por lo que el seguimiento de parentescos se realiza con cierta precisión incluso dentro de nuestra misma especie: se ha estimado que dos humanos actuales elegidos al azar tendrán una variación de entre 50 y 70 pares de nucleótidos, aproximadamente un 0.36% del total.

Pues bien, hay trabajos de comparación entre neandertales y humanos. La conclusión principal es drástica: no hay ADN mitocondrial neandertal en los humanos actuales. O dicho de otra forma: a) los neandertales no son nuestros antepasados sino una especie diferente que coexistió con el hombre moderno durante unos 12000 años y b) si hubo intercambio genético entre ambos no se reflejó en una hibridación viable lo que sugiere que cromañones y neandertales eran realmente especies diferentes (Homo sapiens y Homo neanderthaliensis), no interfértiles.

La historia de los neandertales en Europa comenzó hace unos 350000 años y duró hasta hace relativamente poco, unos 30000 años. La llegada de nuestros antepasados humanos a Europa supuso el comienzo del fin de la era neandertal, que logró coexistir durante unos 15000 años pero acabó desapareciendo por causas que no conocemos aunque podemos intuir dada la enorme capacidad destructiva del autodenominado Homo sapiens.

Los últimos neandertales tal vez vivieron en la cueva de Gorham, en Gibraltar. No es un lugar inverosímil si pensamos que el Homo sapiens recorrió Europa de Este a Oeste; tal vez esta esquina de Europa fue el último refugio. No se han encontrado fósiles aún pero sí herramientas musterienses, características de los neandertales, con dataciones entre 23000 y 33000 años atrás. Aunque son los más recientes encontrados hasta ahora persisten dudas sobre la posible contaminación de las muestras.

Notas: ya hace una temporada les recomendé que escucharan las grabaciones de La vanguardia de la Ciencia de Radio Exterior de España, un magnífico programa dirigido por Ángel Rodríguez Lozano. El del sábado pasado trataba precisamente este asunto: el último Neandertal (mp3, 21 Mb). Otro lugar imprescindible en este tema es el blog Mundo Neandertal.