Verins i toxines

Tots hem llegit llibres o vist pel.lícules on s'usen substancies letals per enverinar, per assessinar. Quins podriem anomenar? Potser l'arsènic? el cianur? La natura, però, ha desenvolupat verins un milió de vegades més potents que els anteriors, així com a exemple l'agent que causa el botulisme.

La toxina del botulisme es causada per un bacteri, anomenat científicament com Clostridium botulinum. Generalment aquest bacteri viu al terra, però quan espores del mateix arriben a aliment enllaunat, l'ingesta de la toxina generada pel bacteri es produeix l'intoxicació alimentaria més terrible coneguda, que pot desenvolupar en la propia mort del consumidor. El terme botulimun significa botiffarra en llatí, ja que antigament, el botulisme, era conegut per l'ingesta de botifarres intoxicades.

La toxina del botulisme és una proteïna. És sintetitzada com una única proteina, que serà dividida en dos fragments (anomenats com a cadena pesada i cadena lleugera, fent referencia al tamany de cada fragment) que restaran units per ponts disulfurs. La cadena pesada és important per que la toxina s'uneixi a la superficie cel.lular de neurones, on serà endocitada per la propia cèl.lula de la victima, entrant així dins la neurona. Un cop dins la cèl.lula, la cadena lleugera de la toxina és responsable d'inactivar a la neurona d'enviar senyals, l'impuls nerviós, i així bloquejant les senyals de les neurones que provoquen que els músculs poguin contraure's, quedant totalment relaxats. Així quan els musculs dels pulmons queden permanentment relaxats, no poden realitzar la respiració pulmonar, i provocant la mort per afixia.  Curiosament, avui en dia, la toxina del butilisme s'utilitza per relaxar músculs facials, i eliminar així les arrugues. És el conegut botox.

Clostridum botulinum

Un altre bacteri productor de toxines és el causant del cólera, anomenat Vibrio cholera. Quan aquest bacteri és ingestat amb aigua infecta, s'adhereix a la mucosa intestinal, i aleshores la seva toxina és introduida a l'interior de les cèl.lules de la víctima. El mecanisme d'acció de la toxina del cólera fa que l'intestí comenci a bombejar aigua i salts cap a la llum de l'intestí provocant grans perdues d'aigua i electrolits en forma de diarrees.

No ens hem d'oblidar de la diftèria.  El responsable és un altre bacteri, Corynebacterium diphtheriae, que curiosament només secreta la seva toxina quan el propi bacteri es troba infectat per un virus, el bacteriofag corynephage beta. De nou la toxina és una altre proteïna, però aquesa vegada l'efecte és que bloqueja la sintesis de noves proteines, amb la qual cosa es produeix la mort cel.lular.

Però no tots els bacteris produeixen toxines que entren dins la cèl.lula. Un altre Clostridium, el Clostridium perfringens, un dels bacteris que produeixen més toxines, produeix la terrible gangrena en ferides profundes. És l'anomenada alfa-toxina. La toxina s'uneix a les cèl.lules, pero no hi entra, el que fa és mimetitzar una senyal cel.lular, activa a la cèl.lula,  però a lo bèstia, amb lo que acava matant a les cèl.lules, i provocant un fallo sistèmic, colapsant òrgans en tot l'organisme. Quan la toxina arriba als vasos sanguinis, mata les cèl.lules musculars, podrint-se, i la única sol.lució és l'amputació.

Malgrat l'alfa-toxina, C. perfringens, també es causant de les anomenades enterotoxines, i la toxina-epsilon. La primera afecta a nivell dels intestins, causant fortes diarrees. La segona causa efectes en en funcions neurològiques.

Evolució de la complexitat

(Niu de formigues al desert d'Arizona, Agost2010)

Tot i que em diverteix llegir argumentacions a favor i en contra de la teoria de l'evolució de les espècies de Darwin,  i la teoria creacionista, aquesta última no la podem considerar seriosa desde un punt de vista científic. De fet quasi fa mal tenir que posar-la al mateix nivell que l'evolucionista, com si volgués fer trontollar la primera. Però el fet es que hi ha grups religiosos que encara donen suport a aquesta teoria.

Amb això no vull dir que la teoria de l'evolució ho pot explicar tot fàcilment. Pero fins aquest moment és la explicació científicament més acceptada de l'existència de les diferents espècies d'èssers vius, recolzada pel registre fòssil, l'anatomia comparada, i el sistema de registre de la informació biològica en cadenes de ADN, que permet reorganitzacions i mutacions que poden explicar el mecanisme d'adaptació d'un organisme al seu entorn.

Un dels punts febles de la teoria de l'evolució es el desenvolupament de sistemes complexos, com per exemple l'ull humà. Sovint l'ull es posa com exemple per defensors i detrectors de la teoria de l'evolució. L'ull és un orgà molt complexe format per lens, muscles, sensor de llum i de colors, de la qual els retractors de la teoria de l'evolució diuen que mitg ull no serveix per a res, i que per tant no pot haver evolucionat poc a poc. Per altre bande els defensors diuen que mitg ull si és útil. Mes val detectar la llum que no, encara que no es pugui enfocar. Més val poder reconeixer l'orientació de la llum que res, etc. Per tant inclus un sistema tant complexe com l'ull pot haver surgit per evolució de sistemes simples i primitius (Vegis el llibre El rellotger cec, de Richard Dawkins).

Però el fet de poder explicar que un sistema tant complex com l'ull pot haver surgit poc a poc, a partir d'un sistema simple, i que cada adaptació representa un avantatge evolutiu, no significa que haguem d'assumir que tots els sistemes complexos es puguin explicar amb la mateixa facilitat.  De fet, un tema apassionant és el dels insectes socials i el concepte d'eusocialitat.

En la eusocialitat els membres adults d'una espècie, es divideixen en castes, unes amb capacitat reproductiva, i altres membres que han perdut la capacitat reproductiva, i tenen cura de la descendència del membre reproductor. En el grup dels insectes hi podem trobar numerosos exemples d'eusocialitat, en particular hi trobem grups eusocials en formigues, tèrmits, abelles, avispes, com els més coneguts.

Sens d'ubte els individus no repoductors, al no tenir descendència no podran ser carn de selecció per part de l'ambient i així transferir els seus gens a la descendència, o ser eliminats per altre banda. Cal entendre doncs, que el conjunt de la colònia és la unitat que patirà el procés de selecció. I així el gran mirmecòleg Edward O. Wilson ens parla dels superorganismes, en el seu llibre titulat amb el mateix nom, agafant com a exemple les formigues.

En aquest punt cal preguntar-se, respectant la idea de selecció natural, quina avantatge evolutiva dona el fet de tenir certa descendència estèril que ajudi a la mare o germana fèrtil?  A priori podem pensar que seria més eficient que tota la descendència fos fèrtil, ja que donarà més variabilitat genètica, i més descendència.

Però anem pas a pas, a veure si podem, d'una forma sòlida, arribar a la eusociabilitat. Les avispes més primitives, i tambe moltes espècies actuals, no són socials. Fabriquen un petit rusc individual, d'una sola cambra, on dipositaran un ou, i menjar per a la larva. Aleshores precintarà el petit rusc, i anirà a fer-ne un de nou. Un per un, i no començarà el següent si no ha acabat completament el primer.  Ara suposem l'avispa comença a fer els ruscs a prop de ruscs d'altres avispes. D'aquesta manera els ruscs tenen menys probabilitat de ser atacats per altres depredadors, ja que es més probable que alguna de les avispes estigui per allí, i no totes fora buscant menjar. Quan més propers siguin els ruscs, més segurs estaran.  Ara suposem, que en aquesta situació, apareix un individu que al eclosionar, no fuig cap a noves zones, sinó que es queda per la zona utilitzant els vells ruscs per posar els seus ous. D'aquesta manera la seva descendencia, que heredin aquesta caracteristica, també es quedaran, formant un grup social.  Per ara, tenim l'aventatg de la seguretat de les larves, sent un sistema més eficient que anant repartint els ruscs en zones aïllades, i sense protegir. Pero la colònia és ara social, però no eusocial.

El grup social pot començar  no només a protegir les larves veïnes, sino que podria portar menjar a les larves veïnes. Considerant que totes estan relacionades genèticament, l'ajut d'unes a les altres, favoriria la descendencia de totes. I que passaria si per alguna raó la fertilitat d'un percentatge de les avispes descendents estigués bloquejat? L'avispa fèrtil, podria quedar-se en el rusc, guanyant seguretat, i fertilitat, i les filles estèrils, portarien tot el necessari per la supervivència de la colònia. Les adventatges són evidents. La avispa fèrtil, anomenem-la reina, queda defensada dins el rusc, i protegida per la resta estèril, o obreres. La reina segura en el rusc, pot centrar-se en la posta d'ous, dels quals alguns seran estèrils, però altres seran fèrtils, qe podran formar noves colònies. Quan més gran el rusc, més fort, i més segur. Les obreres es converteixen així en extensions fisiques de la reina, formant un nivell més de complexitat.

Potser, trobar les mutacions necessaries per seguir tots aquests passos no són facils. Però un cop aconseguit, ofereix una gran ventatge evolutiva.

Diversitat, pressió, selecció, reproducció, evolució

No ho he pogut evitar. Suposo que és un tema del qual a tots ens agrada parlar: l'evolució. I suposo que ens agrada perque el concepte bàsic és fàcil d'entedre. De fet, cau per si sol, un cop te l'han explicat. És com quan t'exliquen que els reis mags són els pares. No t'ho havies plantejat mai, però un cop t'ho han dit, és clar, i no hi ha dubte.

Sembla ser que encara hi han països amb un gran índex de persones que no accepten el model evolucionista,  a favor del model creacionista, o que també trobareu com a diseny intel.ligent. No entraré en aquest debat, ja que em sembla estèril. Qui vulgui creure en la creació, és lliure de fer-ho. És una qüestió de fe, no de ciència. I qui vulgui creure en l'evolució, ja té més que proves suficients per també poder fer-ho.

Potser la prova més contundent és el registre fòssil, l'aparició de fòssils que són formes intermèdies entre organismes considerats més primitius i de més moderns. L'anatomia comparada parla per si sola, mostrant que tots estem fets desde un mateix disseny. La biologia del desenvolupament mostrant el parelel.lisme entre evolució i desenvolupamet. Qualsevol característica pròpia a un ser viu no surt del no res, sinó per modificació d'alguna estructura pre-existent.

Desde que l'home te consiència de l'existència de l'àcid desoxirribonucleic (ADN) com a seqüència on es troba escrit, o hauriem de dir xifrat, el process de desenvolupament dels essers vius, tenim o estem més aprop d'explicar el mecanisme de com és possible l'evolució.  És tanmateix un nou punt de suport on repenjar la teoria de l'evolució per selecció natural. L' ADN forma gens, i explica com es poden transmetre els diferents caracters, que deia Mendel,  d'un ser viu de pares a fills. Les mutacions,  un procés químic,  en aquest ADN explica com aquests caracters poden diversificar-se i oferir un ventall de possibles variacions del gen que pot ser aleshores seleccionat, oferint noves característiques a una proteina, i per tant al organisme, al ésser viu. Noves característiques que si son favorables a l'espècie, desde un punt de vista de deixar descendència, serà perpetuat, i qui sap, si la primera passa cap a una nova espècie.

Càncer: Terrorisme o Corrupció

Sovint ens agrada fer paral.lelismes entre fenòmens que s'escapen de la nostre escala amb coses cotidianes per tal d'intentar entendre-les millor. Desde que l'home viu en societat ha hagut de desenvolupar un conjunt de normes per que el grup social tiri endevant. El que passa es que les normes mai son justes per a tothom, o no tothom hi està d'acord. El sistema democràtic intenta contentar a la majoria, i de moment és el model que millor ha funcionat. Té inconvenients, és clar. De vegades el que la majoria decideix pot no ser el millor pel conjunt de la societat. Tampoc els sistemes democràtics actuals permeten escollir qualsevol cosa, sovint van empaquetades en conjunt de regles, fent impossible agafar unes d'un programa i altres d'un altre. Però de fet, aquests inconvenients són minucies amb l'aparició de dos grans fonts d'inestabilitat social. El primer, el terrorisme. Agafem el concepte el més ampli possible. En general, grups contraris al sistema de regles actuals, que volen imposar el seu sistema usant la violència. Son grups que actuen d'amagat, i que si son descoberts, son neutralitzats pel sistema de defensa de la societat. El segon, la corrupció. Grups de la societat, generalment en posicions de poder, que ambicionen cada vegada més riqueses, poder, o qualsevol cosa que els afalagui. Ambdos son letals per la bona salud de la societat. 

En un sistema viu, pensem en un mamífer, pensem en l'home; una infecció vírica, o bacteriana, podria ser comparada amb un atac terrorista. Una força externa, aliena a les lleis que governen el cos humà, intenta apoderar-se dels recursos del cos. El cos té sistemes de defensa, el sistema immunitari actua com a cos policial, al descobrir l'existència d'intrusos, disparara totes les alarmes del cos, i la zona infectada quedarà invadida per tota clase de cèl.lules policies que intentaran eliminar l'agent terrorista.

Les cèl.lules de la defensa estan disenyades per reconèixer qualsevol substància aliena al cos. Per tant el terrorista haurà dintentar passar d'amagat, i portar armes per combatre a la policia. Moltes bacteries porten toxines. Aquestes toxines són armes de destrucció massiva. El virus de la SIDA va camuflat, s'amaga darrera una coberta feta de la pell de cèl.lules policia. Les cèl.lules policia, principalment els limfòcits, tenen un sistema de detecció d'intrusos molt eficient. Cada limfocit produeix un tipus d'anticòs diferent. Hi han milions de combinacions diferents. L'anticòs es una proteïna que s'uneix amb molta afinitat a una sola estructura concreta. Així, els limfòcits fabriquen la seva combinació concreta, i es dedica a pasejar pel cos, durant un periode de maduració, podriem dir d'entrenament del policia. Si l'anticòs del limfòcit reconeix una estructura pròpia durant aquest periode de maduració, l'anticòs és eliminat. Sinó, és llicenciat, i passa a formar part del cos de policies. Si en el seu anticos s'uneix a alguna cosa, voldrà dir que és un enemic, ja que si fos part del seu cos, hagués estat eliminat durant l'entrenament. Quan reconeix a l'enemic, el limfocit es divideix moltíssimes vegades, produint alhora molts policies amb el mateix tipus d'anticòs. Amb la qual cosa, milers i milers de limfòcits amb el mateix anticòs es passejaran pel cos, amb la qual cosa la bacteria reconeguda ho tindrà molt magre per poder-se amagar sota tanta vigilància.

Una cèl.lula tumoral és diferent. És més aviat un corrupte. Pertany a la pròpia societat, i abans de ser corrupte, complia estrictament les regles de la societat. Però per motius varis, deixa de treballar pel cos, treballant pel seu propi interès. Consumirà totes les reserves possibles per ell mateix. Es dividirà descontroladament augmentant el seu ego com individu en detriment de la societat, del cos. I si li peta, anirà a zones del cos on no hauria d'estar.  Ara la policia ho té molt difícil. Durant el periode d'entrenament la cèl.lula corrupte, era un bon jan, i els limfòcits que portaven l'anticòs contra ell van ser eliminats. I ara no hi ha policies que el reconeixin com a corrupte. Amb la qual cosa no només li posaràn pegues, sinó que si demana més recursos, altres companys aniran al seu auxili.

No està, però, tot perdut. Un corrupte també pot ser agafat per la policia. És més dificil ser reconegut que un terrorista, però és possible. La pot cagar, i fer coses que no faria cap company legal. Si un polític comença a comprar coses de gran valor, a rebosar riqueses que no tenia abans de ser polític, pot ser sospitós de corrupció. Si una cèl.lula comença a produir proteïnes que no hauria de produir, per poder creixer més rapidament, si per avaricia fa proteines molt ràpidament i en fa de defectuoses per la presa, es troba en llocs on mai mai hi hauria de ser, pot ser que sigui descobert per un policia que portés anticòsos contra aquestes proteïnes malformades, o que només passes per aquests llocs prohibits durant la maduració, i no fos per això eliminada durant l'entrenament.

A més de la pròpia lluita del cos contra el càncer, l'home ha desenvolupat certa intel.ligència, i hem desenvolupat estratègies per ajudar al cos contra el càncer. La cirurgia es la primera opció. Extirpar el càncer fent ús del bisturí. Si les cèl.lules coruptes ja havien fugit cap a nous indrets,  o si no fos possible extirpar el tumor per estar en un orgà vital, o de molt dificil accés, es pot usar la radioteràpia i la quimioteràpia. Aquests tractaments el que fan és matar a tot aquell que intenti dividir-se de forma descontrolada. Però en el cos també hi han cèl.lules molt legals que per fer la seva feina han de dividir-se de forma molt activa. I d'aquí els efectes secondaris. Tot i així s'intenta dirigir tant la quimioterapia, com la rarioterapia ens els focus on es troba el càncer. Avui en dia, també es comença a parlar de teràpia gènica, de tecnologia de RNA d'interferència o d'estimular el sistema immunitari contra les cèl.lules canceroses. Encara son mètodes de poc us cotidià, i en plena etapa de desenvolupament, però ja han donat alguns èxits amb pacients humans, com ens explicava avui en una conferència el Dr John Nemunaitis del centre de recerca Mary Crowley. 

Cancer: Terrorisme o Corrupció by Daniel is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Spain License.

Nens híbrids

Avui fullejant la revista Nature, llegeixo que un grup del Regne Unit, ha conseguit embrions fusionant el cytoplasma i el nucli de dos d'òvuls fecundats diferents. Això vol dir que si suposem dues parelles, per exemple la Berta i el Benjamí (en blau en l'esquema) per una banda i la Vanessa i el Victor per l'altre (en vermell en l'esquema), i cada parella fecunda un òvul, i aleshores el grup britànic agafa l'òvul fecundat de cada parella, i en el ovul vermell elimina el nucli i hi posa el nucli del blau. Si aquest òvul mixte es reintroduit en qualsevol de les dones, o per envolicar-ho més en una tercera dona, acabarà formant una nova criatura, que anomenarem, Cristòbal si es noi, o Cristina si es nena.

I això per què? El grup britànic explica que seria molt útil per evitar malalties mitocondrials. Les mitocòndries són componens de les nostres cèl.lules. La seva funció es la de generar energia per a la cèl.lula. La mitocòndria és un component, un orgànul cel.lular, peculiar, ja que té DNA pròpi. En principi tot el DNA cel.lular està emmagatzemat en el nucli, però una petita proporció del DNA cel.lular es troba localitzat en les mitocòndries. De fet les mitocòndries es divideixen dins de la cèl.lula de forma autònoma. Si la mitocòndria pateix mutacions en el seu DNA pot deixar de funcionar, o funcionar malament i produir una gran diversitat de malalties.

Un altre fet peculiar de les mitocòndries és que només s'hereten per via materna. En la fusió de l'òvul i l'espermatozoide, només les mitocòndries de l'òvul passen al zigot. Així, tots nosaltres tenim el mateix DNA mitocondrial de la nostre mare, la del pare simplement es perd. En canvi, el DNA nuclear, que és la majoria del DNA de la cèl.lula, és una mescla al 50% del pare i de la mare.

Tornant a les dues parelles de la història, si la Berta té una malaltia mitocondrial, de segur que la heretaran els seus fills, i aquí és on entra la contribució del grup britànic. Amb la donació d'un òvul de la Vanessa, que té les mitocòndries sanes, seria possible originar un zigot amb el nucli fecundad de la Berta i el Benjamí, però amb les mitocòndries de la Vanessa.

Com que la majoria del DNA d'una persona es troba en el nucli, el fill resultant seria practicament idèntic al fill que haurien tingut sense el canvi de nuclis, excepte que no tindria la malaltia mitocondrial.

Però formalment, seria un nen híbrid. Tindria un pare biológic però dues mares biològiques, tot i que una amb una contribució genètica mínima, ara que ben important.

A partir d'aquí s'hauria d'obrir tot un raonament ètic. Tindria la Vanessa algún dret sobre el Cristòbal o la Cristina? Seria també ètic transferir mitocòndries d'altres espècies animals si fossin compatibles? I què passa amb en Victor? Cap part d'ell passa al Cristòbal/Cristina, però el seu paper sembla que és important per permetre la transferència. Tindria cap dret doncs sobre la criatura? I si més endevent es descobrís que part d'en Victor també passes al Cristòbal?

Bé, tot això ja anirà arribant. Els nens probeta semblaven quelcom de ciencia ficció i ara tots coneixem parelles que fan ús de la tècnica. Un altre tècnica ben esperada és la teràpia gènica, poder substitur gens defectuoso per altres funcionals en individus adults. Tot anirà arribant si no petem el mon abans. Ara que suposo que també s'utilitzarà per canviar el cos a caprici; com qui s'opera el nas, i quan la tècnica sigui bufar i fer ampolles, ens canviarem els gens per apropar-nos al ideal de perfecció de l'època.

Nuclei changed by Daniel is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 United States License.

Eugenèsia

El novembre passat vaig anar a veure una exposició sobre l'esterització forçosa de persones a mans dels Nazis.

La seva idea era, deien, millorar l'espècie humana. Un dels mètodes seria, doncs, esterilitzar tota aquella persona que l' Alemània nazi considerava inferior i d'aquesta manera no pogués tenir descendència.

La idea no era nova, i de fet aquest tipus de sel.lecció humana per millorar a l'home s'anomena eugenèsia.

Tots trobem terrible els fets que vàren cometre els nazis en nom de la ciència.

A l'exposició parlaven de que es van esterilitzar gran quantitat de persones, on preferentment es seleccionaven deficients mentals i gent amb defectes físics.

No es tractava de castració, és a dir, no els hi amputaven els genitals, sino que els sometien a una petita intervenció quirúrgica on els hi tallaven els conductes de transport d'espermatozoides en els homes, o dels òvuls en les dones.

L'exposició es centrava en les esterilització de nens. Alguns supervivents explicaven que no savien que havien estat esterilitzats fins un cop acabada la guerra, quan van intentar tenir fills. Aleshores recordaven quan de petits havien hagut de passar examens de quoficient intelectual i després com van ser portats entre plors dels seus pares a hospitals nazis per una petita intervenció.

Altres no varen tenir tanta sort, i l'eugenèsia va significar haver de sacrificar-los. Em va sorpendre que l'empresa que aportava la droga per matar als nens amb deficiències era ni més ni menys que Bayer.

L'esposició em va fer pensar en diferents preguntes. 'Essent l'eugenèsia tant terrible, no estam a dia d'avui fent quelcom semblant quan aturem embaraços de nens amb sindrome de Down? o altres malformacions. Se que no és el mateix, però es interesant pensar on està el límit on la nostre ètica veu un fet terrible i l'altre humanitari.

Una altre qüestió és sobre totes aquestes super-empreses que van fer tants diners durant aquesta o altres guerres o desgràcies. No haurien de compensar a les victimes amb els diners que van fer? És lícit que la fortuna feta per algunes empreses amb fets terribles no hagin de pagar per elles?

Microbis com galls dindi

Recordo que el meu pare ens explicava que quan ell era petit hi havia un home que no creia en els microbis, i deia que creuria en ells quan els veies grossos com un gall dindi.

Be, ara l'humanitat gaudeix de microscopis que poden amplificar als microbis fins a la mida d'un gall dindi.

A la imatge d'adalt (la vaig fer ahi a la tarda) us poso una foto feta amb microscopi de fluorescencia de cèl.lules humanes tenyides en blau per el nucli cel.lular, vermell pel citoesquelet, i en verd per proteines que formen tentacles per exlorar l'entorn o per que la cèl.lula pugui moure's.

La idea d'aquest blog sera parlar per parlar de diferents temes relacionats amb la ciència.