La crisis de la extinción se acelera - UICN

Miércoles 12 de septiembre de 2007 a las 12 del mediodía GTM

La crisis de la extinción se acelera: la Lista Roja muestra que simios, corales, buitres y delfines, están en peligro

La Lista Roja de Especies Amenazadas 2007 de la UICN™, la evaluación de plantas y animales de la Tierra más ampliamente aceptada en todo el mundo, suena la alarma con respecto a la crisis de la extinción global

Gland, Suiza, 12 de septiembre de 2007, Unión Mundial para la Naturaleza (UICN) – La vida sobre la Tierra está desapareciendo rápidamente y continuará haciéndolo salvo que se encaren acciones urgentes, según la Lista Roja de Especies Amenazadas 2007 de la UICN.
Ya hay 41.415 especies en la Lista Roja de la UICN y ahora son 16.306 las que están amenazadas de extinción, comparado con las 16.118 que lo estaban el año pasado. El número total de especies extinguidas ha llegado a 785 y a otras 65 sólo se las encuentra bajo cautiverio o cultivo.
Uno de cada cuatro mamíferos, una de cada ocho aves, un tercio de todos los anfibios y el 70% de las plantas que han sido evaluadas en la Lista Roja 2007 de la UICN están en situación de riesgo.
Julia Marton-Lefèvre, Directora General de la Unión Mundial para la Naturaleza (UICN) afirmó: “La Lista Roja de la UICN de este año muestra que los valiosos esfuerzos realizados hasta ahora para proteger a las especies no son suficientes. El ritmo de pérdida de la biodiversidad está aumentando y necesitamos actuar ya para reducirlo de manera significativa e impedir esta crisis global de la extinción. Es posible hacerlo, pero solo mediante un esfuerzo concertado en todos los niveles de la sociedad.”
La Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN está ampliamente reconocida como la evaluación más efectiva del estado actual de las especies en todo el mundo. La Lista clasifica las especies de acuerdo a su riesgo de extinción y hace resaltar con fuerza el decline que está sufriendo la biodiversidad de la Tierra y el impacto que está teniendo la humanidad sobre la vida de la Tierra. Jane Smart, Jefa del Programa de Especies de la UICN, dijo: “Necesitamos conocer el estado de las especies para poder actuar de manera apropiada. La Lista Roja de la UICN lo hace, midiendo la situación general de la biodiversidad, el ritmo de pérdida y las causas del decline.
“Nuestras vidas están inextricablemente ligadas a la biodiversidad y en última instancia su protección es esencial para nuestra supervivencia. Cuando el mundo comienza a responder a la actual crisis de pérdida de biodiversidad, es necesaria la información que ofrece la Lista Roja de la UICN para diseñar e implementar estrategias efectivas de conservación, para beneficio de las personas y de la naturaleza.”

Algunos ejemplos salientes de la Lista Roja de la UICN de este año

La declinación de los grandes simios
Una reevaluación de nuestros parientes más cercanos, los grandes simios, nos revela una imagen sombría. El gorila occidental (Gorilla gorilla) ha pasado de la situación de especie en peligro a la de especie en peligro crítico, después de constatar que la principal subespecie, el gorila occidental de las tierras bajas (Gorilla gorilla gorilla), ha sido diezmado debido al comercio de la carne de monte y al virus del ébola. Su población ha disminuido más de un 60% en los últimos 20-25 años, y cerca de un tercio de la población total que vive dentro de áreas protegidas ha sido eliminada por el virus del ébola en los últimos 15 años.
El orangután de Sumatra (Pongo abelii) continúa en la categoría de especie en peligro crítico y el orangután de Borneo (Pongo pygmaeus) en la de especie en peligro. Ambos están amenazados por la pérdida de hábitat debida a la tala legal e ilegal de los bosques para dar lugar a las plantaciones de palmera aceitera. En Borneo, el área plantada con esta especie pasó de 2.000 a 27.000 km2 entre 1984 y 2003, dejando solo 86.000 km2 de hábitat disponible para la especie en toda la isla.

Primera inclusión de corales en la Lista Roja de la UICN
Por primera vez se han evaluado los corales y se los ha agregado a la Lista Roja de la UICN. Han entrado en la Lista 10 especies de las Galápagos, con dos de ellas en la categoría de especie en peligro crítico y una en la de especie vulnerable. El coral solitario de Wellington (Rhizopsammia wellingtoni) ha sido incluido como especie en peligro crítico (posiblemente extinta). Las principales amenazas para estas especies provienen de los efectos de El Niño y del cambio climático.
Además, se han agregado a la Lista Roja de la UICN 74 algas de las Islas Galápagos. Diez están en la categoría de especie en peligro crítico, de las cuales seis se consideran como posiblemente extintas. Las especies de aguas frías están amenazadas por el cambio climático y el aumento de la temperatura del mar que caracterizan a El Niño. Las algas están afectadas indirectamente por la pesca excesiva ya que ésta elimina a los predadores de la cadena alimenticia, haciendo que aumenten los erizos de mar y otros herbívoros que las comen.

El delfín del río Yangtzé incluido como especie en peligro crítico (posiblemente extinta)
Después de una intensa pero infructuosa búsqueda del delfín del río o baiji (Lipotes vexillifer) en noviembre y diciembre pasados, se lo ha incluido en la categoría de especie en peligro crítico (posiblemente extinta). La especie no ha sido incluida en una categoría más alta debido a que se necesita hacer más rastreos antes de clasificarla como extinta. Los científicos chinos están investigando un posible avistamiento anunciado a fines de agosto de 2007. Las principales amenazas para la especie incluyen la pesca, el tráfico fluvial, la contaminación y la degradación del hábitat.
El cocodrilo de India y Nepal, el gavial (Gavialis gangeticus), también se ve amenazado por la degradación del hábitat y ha pasado de la categoría de especie en peligro a la de especie en peligro crítico. Su población ha declinado recientemente en un 58%, pasando de 436 adultos reproductores en 1997 a sólo 182 en 2006. Las represas, los proyectos de irrigación, la extracción de arena y los diques han ocupado gran parte de su hábitat, reduciéndolo a un 2% de lo que era anteriormente.

La crisis de los buitres
Este año el número total de especies de aves en la Lista Roja de la UICN es de 9.956, con 1.217 de ellas clasificadas como especies amenazadas. Los buitres han mermado en África y Asia, con cinco especies reclasificadas en la Lista. En Asia, el buitre de cabeza roja (Sarcogyps calvus) pasó de estar en la categoría de especie casi amenazada a la de especie en peligro crítico, en tanto que el buitre egipcio (Neophron percnopterus) pasó de la categoría de preocupación menor a la de en peligro. La rápida disminución de estas aves durante los últimos ocho años se debe al uso del medicamento llamado diclofenac en el tratamiento del ganado.
En África, se han reclasificado tres especies de buitres, incluidos el buitre de cabeza blanca (Trigonoceps occipitalis), que ha pasado de la categoría de preocupación menor a la de vulnerable, y el buitre de manto blanco (Gyps africanus) y el buitre moteado (Gyps rueppellii), que han pasado de la categoría de especie preocupación menor a la de casi amenazada. La declinación de estas aves se debe a la falta de alimento como consecuencia de la merma de mamíferos silvestres de pasta, la pérdida de hábitat y los choques con los cables eléctricos. También se han envenenado al comer osamentas rociadas deliberadamente con insecticidas destinadas a combatir predadores del ganado como hienas, chacales y grandes felinos, pero que también matan a los buitres.

Los reptiles de América del Norte entran en la Lista Roja de la UICN
Como resultado de una gran evaluación de los reptiles de México y América del Norte se han agregado a la Lista Roja de la UICN 723 especies, elevando el total a 738 reptiles de esta región. De ellos, 90 especies están amenazadas de extinción. Dos tortugas de agua dulce de México, la tortuga escurridiza de Cuatro Ciénagas (Trachemys taylori) y la tortuga escurridiza pintada (Trachemys ornata), están en las categorías de especie en peligro y especie vulnerable, respectivamente. Ambas especies están amenazadas por la pérdida de hábitat. También se ha incluido en la Lista a la víbora de cascabel de la Isla de Santa Catalina en México (Crotalus catalinensis) en la categoría de especie en peligro crítico, como consecuencia de la persecución a que la someten los recolectores ilegales.

Plantas en peligro
Ahora hay 12.043 plantas en la Lista Roja de la UICN, de las cuales 8.447 están consideradas como especies amenazadas. La begonia de tallo lanoso (Begonia eiromischa) es la única especie que ha sido declarada extinta este año. Esta planta de Malasia se la conoce solo por las recolecciones hechas en 1886 y 1898 en la Isla de Penang. Las intensas búsquedas hechas en los bosques cercanos no han permitido encontrar ningún ejemplar en los últimos 100 años.
Por primera vez se ha evaluado e incluido en la Lista Roja de la UICN al albaricoque silvestre (Armeniaca vulgaris) de Asia Central, clasificado como especie en peligro. La especie es el ancestro directo de plantas que son ampliamente cultivadas en todo el mundo, pero su población está mermando como consecuencia de la pérdida de hábitat debida al desarrollo turístico y a su explotación para la madera, como alimento y para extraer material genético.

El cardenal de Banggai fuertemente explotado por el comercio para los acuarios
La pesca excesiva sigue ejerciendo presión sobre muchas especies de peces como lo hace también el comercio para los acuarios. El cardenal de Banggai (Pterapogon kauderni), que es muy apreciado en dicho comercio, ha sido incluido por primera vez en la Lista Roja de la UICN, en la categoría de especie en peligro. Este pez, que solo se encuentra en el Archipiélago de Banggai, cerca de Sulawesi, en Indonesia, ha sido fuertemente explotado, con cerca de 900.000 especimenes capturados cada año. Los conservacionistas piden que se lo críe en cautividad para el comercio destinado a los acuarios y permitir así que sus poblaciones silvestres se recuperen.
Estos ejemplos tomados de la Lista Roja de 2007 son solo unos pocos casos que demuestran el rápido ritmo de pérdida de biodiversidad en todo el mundo. La desaparición de especies tiene una repercusión directa sobre la vida de las personas. Por ejemplo, la merma de las especies de peces de agua dulce priva a las comunidades pobres no solo de su única fuente importante de alimento sino también de sus medios de subsistencia.

La pérdida de especies es nuestra pérdida
En algunos casos las acciones conservación están deteniendo la pérdida de la biodiversidad, pero todavía hay muchas especies que necesitan más atención. Este año, solo una especie ha pasado a una categoría de amenaza más baja. Se trata del periquito de Mauricio (Psittacula eques), que era uno de los loros más raros del mundo hace 15 años y que pasó de la categoría de especie en peligro crítico a en peligro. La mejoría en su situación se debe a los exitosos esfuerzos de conservación, que incluyen una estrecha vigilancia de sus lugares de anidamiento y una alimentación complementaria, combinadas con un programa de cría en cautividad y suelta de ejemplares.
Jean-Christophe Vié, Subjefe del Programa de Especies de la UICN, dijo: "Sabemos, a partir de varias experiencias, que la conservación puede funcionar, pero desafortunadamente este año estamos constatando una mejoría solamente en una especie. Ello es realmente preocupante a la luz de los compromisos adquiridos por los gobiernos de todo el mundo, como la meta 2010 de reducción de la tasa de pérdida de biodiversidad. Está claro que hay que hacer mucho más para apoyar el trabajo de las miles de personas entusiastas que trabajan cada día en todas partes del mundo para preservar la diversidad de la vida en este planeta.”
Holly Dublin, Presidenta de la Comisión de Supervivencia de Especies de la UICN afirmó: “Las redes de conservación dedicadas a combatir la crisis de la extinción, como la Comisión de Supervivencia de Especies, están trabajando de manera efectiva. Pero se necesita mucha más ayuda y apoyo, ya que los ambientalistas no pueden hacerlo solos. El desafío de la crisis de la extinción también necesita la atención y la acción del público en general, del sector privado y de los responsables de las políticas a fin de asegurar que la biodiversidad global permanezca intacta para las generaciones futuras.”

Se invita a hacer donaciones para ayudar a la UICN a combatir la crisis de la extinción: http://www.iucn.org/themes/ssc/donation/donation_page.htm

Notas para los editores
Para mayor información sobre las especies de la Lista Roja de la UICN de este año por favor visite: www.iucn.org/redlist y http://www.iucnredlist.org/
Se dispone de un paquete completo sobre la Lista Roja 2007de la UICN destinado a los medios, que incluye una galería de fotos, un video ‘B-roll’ de dos minutos, cambios en las especies, hojas informativas sobre especies clave, estudios de caso y estadísticas.
El vídeo ‘B-roll’ de dos minutos y la galería de fotos de la Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN fueron preparados por Arkive http://www.arkive.org/

Información adicional

La Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN clasifica a las especies según su riesgo de extinción. Se trata de una base de datos disponible en línea, y donde se pueden hacer búsquedas, que contiene información sobre el estado actual de más de 41.000 especies, con información complementaria sobre ellas. Su objetivo primordial es identificar y documentar las especies que necesitan mayor atención en cuanto a su conservación y ofrecer un índice del estado de la biodiversidad.
Las categorías de la Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN, en orden descendente de amenaza son:
Extinto o extinto en estado silvestre;
En peligro crítico, en peligro y vulnerable: especies amenazadas de extinción total;
Casi amenazado: especies cercanas al umbral de amenazadas o que estarían en la categoría de amenazadas sin las medidas de conservación que están en marcha;
Preocupación menor: especies evaluadas con riesgo de extinción bajo;
Datos insuficientes: especies que no se han evaluado debido a la escasez de datos.
En peligro critico (posiblemente extinta): Esta no es una categoría de la Lista Roja pero se usa la expresión para identificar aquellas especies en peligro crítico que con mucha probabilidad ya se han extinguido pero para las que aún se requiere confirmación (por ejemplo haciendo búsquedas más extensivas que no permitan encontrar ningún ejemplar).
Se desconoce el número total de especies que existen en el planeta. Los cálculos varían entre 10 y 100 millones, pero la estimación más ampliamente aceptada es la de 15 millones de especies. En la actualidad se conocen entre 1.700.000 y 1.800.000 especies.
Los seres humanos son, directa o indirectamente, la principal causa de la declinación de la mayoría de las especies. La destrucción y degradación del hábitat sigue siendo la principal causa de dicha declinación, junto con otras amenazas que nos son muy familiares, como las especies invasoras, la recolección insostenible, la caza excesiva, la contaminación y las enfermedades. Cada vez se reconoce más que el cambio climático es una seria amenaza que puede aumentar los peligros antes mencionados.
Cada cuadro años se hacen análisis de fondo de la Lista Roja de la UICN, realizados hasta ahora en 1996, 2000 y 2004. La Evaluación mundial de las especies (Global Species Assessment) está disponible en: http://www.iucn.org/themes/ssc/red_list_2004/2004home.htm
Las conclusiones clave de los análisis de fondo realizados hasta ahora incluyen:
El número de especies amenazadas está aumentando en casi todos los principales grupos taxonómicos.
Los índices de la Lista Roja de la UICN, una nueva herramienta para medir las tendencias del riesgo de extinción, son importantes para monitorear el progreso hacia la meta 2010. Se dispone de índices para las aves y los anfibios, los que muestran que su situación ha empeorado de manera constante desde la década de 1980. Se puede calcular un Índice de la Lista Roja de la UICN para cualquier grupo que haya sido evaluado por lo menos dos veces.
Las aves, los mamíferos y los anfibios más amenazados se encuentran en los continentes tropicales, o sea en las regiones con bosques tropicales de latifoliadas en los que se cree que viven la gran mayoría de las especies terrestres y de agua dulce de la Tierra.
De los países evaluados, es en Australia, Brasil, China y México donde se encuentra el mayor número de especies amenazadas.
Los cálculos varían considerablemente, pero el ritmo actual de extinción es por lo menos entre 100 y 1000 veces mayor que las tasas naturales históricas.
La inmensa mayoría de las extinciones que han tenido lugar desde el año 1500 han ocurrido en las islas oceánicas, pero durante los últimos 20 años las extinciones continentales se han vuelto tan comunes como las insulares.
Todas las actualizaciones de la Lista Roja de la UICN ayudan a hacer una evaluación mundial de la biodiversidad. Se está trabajando en la reevaluación de la situación de todos los mamíferos (aproximadamente 6.000 especies) y de todas las aves (aproximadamente 10.000 especies) y para evaluar por primera vez a todos los reptiles (aproximadamente 8.000 especies) y los peces de agua dulce (aproximadamente 13.000 especies). La primera evaluación mundial de todos los anfibios (aproximadamente 6.000 especies) se completó en 2004.
La Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN™ constituye un esfuerzo conjunto de la UICN y de su Comisión de Supervivencia de Especies (www.iucn.org/themes/ssc), que trabajan con sus asociados para la Lista Roja: BirdLife International (http://www.birdlife.org/); el Centro de Ciencias Aplicadas a la Biodiversidad, de Conservación Internacional (http://www.conservation.org/); NatureServe (http://www.natureserve.org/); y la Sociedad Zoológica de Londres (http://www.zsl.org/).

Acerca de la Unión Mundial para la Naturaleza (UICN)
La Unión Mundial para la Naturaleza, fundada en 1948, agrupa a 84 Estados, 108 agencias gubernamentales, más de 800 ONG y a unos 10.000 científicos y expertos de 147 países en una asociación mundial única en su género. La misión de la Unión es influenciar, alentar y ayudar a las sociedades de todo el mundo a conservar la integridad y diversidad de la naturaleza y a asegurar que toda utilización de los recursos naturales sea equitativa y ecológicamente sostenible.
La Unión es la red más amplia del mundo en lo relativo al conocimiento sobre el medio ambiente y ha ayudado a más de 75 países a preparar e implementar estrategias nacionales para la conservación y la biodiversidad. La Unión es una organización multicultural y plurilinguística, con 1000 funcionarios en 62 países. Su sede mundial está en Gland, Suiza. http://www.iucn.org/
Acerca de la Comisión de Supervivencia de Especies (CSE) de la UICN y el Programa sobre las Especies
La Comisión de Supervivencia de Especies es la más grande de las seis Comisiones de la UICN integradas por voluntarios, con una membresía de 7000 expertos. La CSE asesora a la UICN y a sus miembros sobre una amplia gama de aspectos técnicos y científicos relativos a la conservación de las especies y su misión es la de garantizar el futuro de la biodiversidad. La CSE hace importantes contribuciones a los acuerdos internacionales que se ocupan de la conservación de la biodiversidad. www.iucn.org/themes/ssc/
El Programa de Especies apoya las actividades tanto de la Comisión de Supervivencia de Especies de la UICN como de Grupos Especialistas individuales, además de poner en práctica iniciativas sobre conservación de especies a escala mundial. El Programa es parte integral de la Secretaría de la UICN y se lo gestiona desde la sede de la Unión en Gland, Suiza. El Programa de Especies incluye una serie de unidades técnicas que se ocupan de Comercio y Utilización de Especies, la Lista Roja, Evaluaciones de la Biodiversidad de Agua Dulce (ubicadas todas en Cambridge, Reino Unido) y la Unidad de Evaluación de la Biodiversidad Mundial (ubicada en Washington DC, Estados Unidos).

Texto tomado de: http://www.iucn.org/en/news/archive/2007/09/12_pr_redlist_es.htm

Imagenes tomadas de: http://www.iucnredlist.org/info/gallery2007

LA QUIMICA Y LA VIDA

Roger Iziga-Goicochea, Hozmara Rocío Torres-Acosta

Elementos Químicos

La materia es definida como aquello que ocupa espacio y tiene masa; asi mismo, existe en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. La materia esta compuesta de átomos. Cada átomo tiene un núcleo cargado positivamente que contiene a los protones y neutrones; el núcleo está rodeado por los electrones que tienen carga eléctrica negativa.

Toda la materia (viviente y no viviente) esta formada por 92 elementos químicos presentes en estado natural. El número de protones en el núcleo define a un elemento químico. Hay muchos elementos en el universo, pero solamente unos cuantos forman parte de la estructura de los organismos vivos. Los elementos por definición no pueden ser descompuestos en sustancias más simples que tengan propiedades físicas y químicas diferentes.

Seis elementos (carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre) constituyen el 98% del peso de los organismos vivos.

La Estructura Atómica

Los elementos consisten de partículas muy pequeñas denominadas átomos. Un átomo es la unidad más pequeña de un elemento que exhibe las propiedades de dicho elemento. Una o dos letras (i.e. H, Na) forma el símbolo átomico de un elemento.

El peso átomico depende de la presencia de ciertas partículas subatómicas. Los átomos contienen números específicos de protones, neutrones y electrones.

Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo de un átomo: los electrones se mueven alrededor del núcleo. Los protones son partículas cargadas positivamente, los neutrones no tienen carga; ambos tienen 1 unidad de masa atómica (uma) de peso. Los electrones son partículas cargadas negativamente que están localizadas en orbitales externos al núcleo.

Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, denominado número atómico del elemento.

La Tabla Periódica

La tabla periódica muestra como las características de los elementos son recurrentes. Los grupos se ubican en las columnas de la tabla, los períodos están en filas horizontales; el peso atómico se incrementa en la medida en que nos movemos hacia abajo de los grupos o a través de un período. El número atómico se coloca sobre el símbolo y el peso atómico debajo de él.

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones (y por eso tienen diferente peso atómico). Por ejemplo, el carbono-12 tienen 6 protones y 6 neutrones, el carbono 14 tienen 6 protones y 8 neutrones.

Un átomo de carbono que tiene 8 en lugar de 6 neutrones es inestable; éste libera energía y partículas subatómicas, lo que lo convierte en un isótopo radioactivo. Los isótopos radioactivos o radioisotopos emiten radiaciones que decaen con el tiempo. Debido al que el comportamiento químico de un isótopo radioactivo es el mismo que el de un isótopo estable de cualquier elemento; los niveles bajos de un isótopo radioactivo (i.e. iodo radioactivo o glucosa) permiten a los investigadores seguir la ubicación y la actividad de los elementos químicos en los tejidos vivos; estos isótopos son denominados trazadores o marcadores.

Altos niveles de radiación pueden destruir células y causar cáncer; el uso cuidadoso de la radiación puede esterilizar productos como alimentos y matar células cancerosas.

Electrones y Energía

Los electrones están distribuidos en capas u orbitales externos que consisten en volúmenes de espacio definido; el volumen está relacionado con el número de orbitales que tiene un átomo. Los electrones ocupan orbitales en diferentes niveles de energía, cerca o lejos del núcleo de un átomo. Mientras más lejos este el orbital del núcleo, mayor será su nivel de energía.

Un orbital es un volumen de espacio en donde es más probable encontrar al electrón; el nivel energético menor más cercano al núcleo no puede contener más de dos electrones.

Cuando los átomos absorben energía durante la fotosíntesis, los electrones son estimulados y empujados a niveles de energía más altos. Cuando los electrones retornan a su nivel de energía original, la energía liberada es convertida en energía química. Esta energía química sostiene toda la vida sobre la tierra.

El primer nivel de energía de un átomo que está más cercano al núcleo se completa con dos electrones; los otros niveles de energía se completan con 8 electones. Esto se denomina la regla del octeto.

Los átomos cederán, aceptarán o compartirán electrones a fin de tener sus 8 electrones en sus respectivos orbitales o niveles de energía. Un átomo puede combinarse con otros átomos para formar moléculas, perdiendo, ganando o compartiendo electrones hasta obtener la estructura más estable.

Elementos y Compuestos

Cuando los átomos de dos o más elementos diferentes se unen, forman un compuesto (i.e. H2O).

Un enlace químico es una fuerza de atracción y unión que une a dos átomos en una molécula. Un compuesto es una molécula hecha de dos o más elementos unidos en una proporción fija, como el agua (H2O) o la glucosa (C6H12O6). Una molécula es la parte más pequeña de un compuesto que tiene las propiedades del compuesto.

Los electrones poseen energía y por eso las uniones que existen entre los átomos también contienen energía.

Enlaces Iónicos

Los enlaces iónicos son atracciones eléctricas entre iones con cargas opuestas y se forman cuando los electrones son transferidos de un átomo a otro. Los iones son cuerpos eléctricamente cargados que se forman cuando un átomo gana o pierde uno o más electrones. Los enlaces iónicos son fuertes en los compuestos sólidos (i.e. sal) pero débiles cuando éstos se separan unos de otros en una solución. Los aniones son átomos que están cargados negativamente y los cationes están cargados positivamente.

Al perder o ganar electrones los átomos completan sus orbitales más externos y son más estables (regla del octeto). Ejemplo: el sodio pierde un electrón y adquiere una carga positiva, el cloro gana un electrón que le da una carga negativa adicional. Estas partículas con carga eléctrica se denominan iones.

La atracción entre iones con cargas opuestas mantiene unidos a los átomos formando el enlace ionico. La sal (i.e. NaCl) es un ejemplo de un compuesto formado por enlaces iónicos.

Enlaces covalentes

Los enlaces covalentes son enlaces muy fuertes, y se forman cuando dos átomos comparten uno o más pares de electrones de tal manera que forman un octeto de electrones en su orbital más externo (en el caso del hidrógeno, su orbital más externo tiene 2 electrones).

El átomo de hidrógeno puede ceder un electrón y convertirse en un ion hidrógeno (H+), o compartir un electrón con otro átomo para completar su orbital con dos electrones.

La formula estructural de un compuesto indica, mediante el dibujo de una línea entre dos átomos, a un par de electrones compartidos, i.e. un enlace covalente simple (H–H), enlace covalente doble(O=O), enlace covalente triple (N = N). Cada línea entre dos átomos representa un par de electrones.

La forma tridimensional de las moléculas no se representa por las fórmulas estructurales; dicha forma tridimensional es fundamental para comprender las propiedades biológicas de las moléculas. Diferentes moléculas tienen diferentes formas tridimensionales dependiendo del número de átomos en la molécula y el tipo de enlaces (simples, dobles, triples, enlaces covalentes, etc.).

Enlaces Covalentes No Polares y Polares

En los enlaces covalentes no polares los átomos comparten electrones de forma equitativa; i.e. los electrones no son atraidos hacia ninguno de los átomos en mayor o menor grado.

En los enlaces covalentes polares los electrones se comparten inequitativamente entre dos átomos con diferente electronegatividad. En los extremos de estos enlaces formados, también denominados polos, las moléculas se encuentran cargadas eléctricamente de forma parcial ( δ+ o δ-).

En una molécula de agua (H2O), los electrones entre el oxígeno y los hidrógenos no se comparten de forma equitativa; el átomo de oxígeno con un mayor número de protones atrae los electrones de los hidrógenos más cerca de él. La atracción de un átomo por los electrones en un enlace covalente se denomina electronegatividad; un átomo de oxígeno es más electronegativo que un átomo de hidrógeno.

En la molécula del agua, el oxígeno al atraer hacia él los pares de electrones, adquiere una carga parcial negativa.

Las moléculas no polares interactuan con la moléculas polares, incluyendo el agua. Las moléculas no polares son atraidas unas a otras por enlaces muy débiles denominados fuerzas de van der Waals.

Enlaces de Hidrógeno

Un enlace de hidrógeno es una fuerza de atracción eléctrica débil entre un átomo de hidrógeno con carga parcialmente positiva (δ+) y otro átomo con carga parcialmente negativa (δ-) en una misma molécula o entre moléculas diferentes. Los enlaces de hidrógeno son muy abundantes en el agua.

Muchos enlaces de hidrógeno al formarse entre las moléculas y actuando en conjunto, forman uniones relativamente fuertes. Los enlaces de hidrógeno que se forman entre moléculas biológicas complejas (i.e. ADN, proteínas) ayudan a mantener su estructura y función.

Los Atomos en las Reacciones Químicas

En las reacciones químicas los átomos se combinan o cambian sus patrones de unión con otros átomos; asi mismo, los reactantes se convierten en productos. Algunas reacciones químicas liberan energía espontáneamente en la formación de los productos, mientras que otras reacciones solo pueden ocurrir si la energía necesaria para que la reacción ocurra la suministran los reactantes. Ni la materia ni la energía pueden ser creadas o destruidas en una reacción química, pero pueden cambiar de un estado a otro. Algunas reacciones químicas, especialmente las que se dan en los organismos vivos, son reversibles. Esto significa que los productos formados pueden convertirse en los reactantes que les dieron origen.

En las células, las reacciones químicas se llevan a cabo en una serie de múltiples pasos, de tal manera que la energía liberada pueda ser capturada y utilizada en las actividades celulares.

La Química del Agua

Todos los organismos vivos estan compuestos entre un 70–90% de agua.

Debido a que el agua es una molécula polar, éstas se unen unas con otras mediante enlaces de hidrógeno. Gracias a los enlaces de hidrógeno, el agua es líquida entre los 0° C y 100° C, lo que es esencial para la existencia de la vida.

Propiedades del Agua

La estructura molecular del agua y su capacidad para formar enlaces de hidrógeno le confieren propiedades únicas que son importantes para la vida. Su alto calor específico le permite ganar o perder una gran cantidad de calor cuando cambia de un estado a otro. El agua tiene una alta capacidad calórica. La temperatura del agua líquida se eleva y cae más lentamente que la de cualquier otro líquido. Una caloría es la cantidad de energía que se requiere para elevar la temperatura de un gramo de agua en 1° C.

Debido a que los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua retienen más calor, la temperatura del agua desciende más lentamente que la de cualquier otro líquido; ésto proteje a los organismos vivos de cambios bruscos de temperatura, y los ayuda a mantener su temperatura de homeostasis.

El agua tiene un alto calor de vaporizacion. Este asegura un enfriamiento efectivo cuando el agua se evapora. Los enlaces de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua requieren relativamente una gran cantidad de energía calórica para ser rotos. Esta propiedad del agua regula la temperatura de la superficie terrestre y permite que los sistemas vivos existan.

Cuando los animales transpiran, la evaporacion del sudor ayuda a remover el exceso de calor corporal enfriando al animal.

El agua es un solvente

El agua disuelve una gran cantidad de sustancias (i.e. sales, grandes moléculas polares). Moléculas ionizadas o polares atraen al agua y son hidrofílicas (tienen afinidad por el agua). Moléculas no ionizadas o no polares no atraen al agua y son hidrofóbicas (no tienen afinidad por el agua).

Las soluciones se producen cuando sustancias sólidas (solutos) se disuelven en un líquido (solvente). El agua es el solvente por excelencia para la vida.

Las molecuas de agua son cohesivas y adhesivas. La cohesión le permite al agua fluir libremente sin que se separen sus moléculas; es decir, sus moléculas tienen la capacidad de resistir el ser apartadas unas de otras. La adhesión es la capacidad de adherirse a superficies polares; las moléculas de agua tienen polos positivos y negativos. El agua puede subir por un árbol desde las raíces hacia las hojas a través de tubos vasculares de diámetro muy pequeño. La adhesión del agua a las paredes de los tubos casculares de las plantas impide que la columna de agua que circula por ellos se "desarme". La cohesión permite la evaporación del agua desde las hojas, lo que empuja la columna de agua desde las raíces hacia las partes altas de la planta, es decir hacia arriba.

El agua tiene una gran tensión superficial. Es relativamente difícil que el agua se "rompa" en su superficie. Esta propiedad le permite a una roca rebotar sobre la superficie de un lago, así como soportar el peso de ciertos insectos que caminan sobre su superficie.

A diferencia de muchas sustancias, el agua congelada es menos densa que el agua líquida. Por debajo de los 4° C, los enlaces de hidrógeno son más rígidos pero más abiertos, produciendo una expansion del agua. Debido a que el hielo es menos denso que el agua líquida, éste flota; por eso los cuerpos de agua se congelan de arriba hacia abajo. Si el hielo fuera más pesado que el agua líquida, éste e hundiría y los cuerpos de agua serían sólidos. Esta propiedad le permite al hielo actuar como un aislante de los cuerpos de agua , protegiendo a los organismos acuáticos durante el invierno.

Acidos y Bases

Los ácidos son solutos que liberan iones hidrógeno en una solución acuosa. Las bases aceptan iones hidrógeno. Cuando el agua se ioniza o se disocia, libera un pequeño pero igual número de iones hidrógeno (H+) y de iones hidroxilo (OH-); H – O –H → H+ + OH-.

Las moléculas ácidas se disocian en el agua liberando iones hidrógeno (H+): HCl → H+ + Cl-. Las bases son moléculas que capturan iones hidrogeno o liberan iones hidroxilo. NaOH → Na+ + OH-

La escala de pH indican la acidez o alcalinidad de una solución. El pH mide la cantidad de iones hidrógeno y se expresa como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno -log [H+]. Los valores de pH van desde el 0 (0 moles/litro; mas ácido) hasta el 14 (10 a la 14 moles/litro; más básico). Una mol de agua tiene 10 a la 7 moles/litro de iones hidrógeno; por lo que tiene un pH de 7. Un ácido es una sustancia con un pH menor a 7; una base es una sustancia con un pH mayor a 7.

Debido a que se utiliza una escala logarítmica, cada unidad inmediata inferior tiene 10 veces más la cantidad de iones hidrógeno que la unidad inmediata superior; cuando se sube en la escala de pH cada unidad tiene 10 veces la basicidad o alcalinidad que la unidad previa.

Los bufferes son mezclas de ácidos y bases débiles que limitan y regulan el cambio de pH en una solución cuando un ácido o una base son añadidos. Los buffers mantienen el pH en valores estables y dentro de límites normales para los organismos vivos. Los buffers estabilizan el pH de una solución al capturar el exceso de iones hidrógeno (H+) o iones hidroxilo (OH-).
El acido carbónico ayuda a mantener el pH sanguíneo dentro de los límites normales: H2CO3 → H+ + HCO3-.

Imágenes tomadas de:

http://www.geocities.com/wimaso2003/enlace_ionico.gif

http://img101.imageshack.us/img101/1944/watercovalentbondvs8.gif

http://www.biologia.arizona.edu/biochemistry/tutorials/chemistry/graphics/water.gif

http://bifi.unizar.es/jsancho/estructuramacromoleculas/1agua/pdeHenagua.gif

LOS VIRUS: ALIADOS CONTRA LAS INFECCIONES BACTERIANAS (III)

Roger Iziga-Goicochea, Hozmara Rocío Torres-Acosta

Las lisinas de los fagos

Muchos fagos producen peptidoglicano hidrolasas (endolisinas o lisinas) para liberar su progenie, hacia el final de la etapa de multiplicación dentro de la bacteria. La amidasa (enlace N-acetil-muramil-L-alanina), endopeptidasa (enlaces cruzados peptídicos) o muramidasa o glucosaminidasa (cadena de azúcar) son ejemplos de lisinas. Las lisinas son capaces de degradar peptidoglicanos, aún si están presentes fuera de la célula, hacia el exterior de la pared celular. Aunque la penicilina y cefalosporina inhiben la síntesis de peptidoglicanos, permitiendo la lisis bacteriana, la lisina de los fagos destruye la pared de peptidoglicanos directamente, ejerciendo un efecto bacteriolítico a los pocos segundos de ser aplicada. La administración en conjunto de dos lisinas que tienen diferentes sitios de corte en los peptidoglicanos ha mostrado tener una acción sinérgica potente.
Las enzimas producidas por fagos de estreptococos matan estreptococos, las producidas por fagos de neumococos matan neumococos. Excepto por la acción de la lisina del fago de enterococo, las lisinas son altamente específicas, como los son sus fagos, lo que indica que estas enzimas pueden eliminar bacterias patógenas sin alterar la flora bacteriana normal, a diferencia de los antibióticos que son de amplio espectro.
La eficacia in vivo del tratamiento con lisina ha sido estudiada usando ratones infectados con cepas de Streptococcus pyogenes, S.pneumoniae, Bacillus anthracis y estreptococos del grupo B. El tratamiento con lisina mostró una gran efectividad, no solo en infecciones localizadas en la cavidad nasal o vaginal, sino también en infecciones sistémicas. Así mismo, se han obtenido resultados similares con lisinas de fagos para estafilococos. Estas evidencias permiten reforzar la idea de que las enzimas pueden ser muy útiles en el control de infecciones bacterianas, septicemias, o para enfrentar amenazas bioterroristas con bacterias patógenas.
En el caso de Streptococcus pneumoniae, la aplicación tópica de lisina en la cavidad nasofaríngea es efectiva para eliminar neumococos, así como para eliminar estas bacterias del torrente sanguíneo. Sin embargo, se necesita una aplicación continua de la lisina para disminuir el riesgo de que el sistema inmunológico pueda inactivar su efecto biológico, así como para asegurar la eliminación completa o la disminución de los neumococos en la sangre, permitiendo que el propio sistema inmunológico pueda hacerse cargo de la infección.
Los estreptococos del grupo B causan meningitis neonatal y septicemia. Una dosis simple de lisina aplicada a ratones redujo la colonización de estas bacterias en la vagina y faringe.
En un modelo experimental en ratas, la producción de endocarditis con Streptoccocus pneumonia se pudo controlar con la administración de una dosis alta de lisina que eliminó los neumococos presentes en sangre a los 30 minutos pos tratamiento.
La lisina también a mostrado efectividad en su acción sobre estafilococos de origen bovino y humano, incluyendo a la cepa MRSA, lo que coloca a esta proteína como un potente agente antimicrobiano en la prevención y tratamiento de infecciones producidas por estafilococos.

Proteínas antibióticas

Algunos fagos pequeños como el fX174 y Qb, no tiene genes para producir holinas o lisinas. Sin embargo, ellos producen una proteína que afecta un paso en la vía metabólica de síntesis de monómeros de mureína, lo que inhibe la síntesis de la pared celular. Estas moléculas se denominan proteínas antibióticas. Se necesita desarrollar un método por el cual estas proteínas se transporten eficientemente hacia el citoplasma de las bacterias, a través de la membrana celular, para que se puedan utilizar como agentes antibióticos.

Vacunas y fagos

Los fagos también pueden ser utilizados para la fabricación de vacunas. El fago l, modificado genéticamente para expresar el antígeno de superficie del virus de hepatitis B (HBs), fue introducido en ratones y conejos, lo que indujo en éstos la producción de anticuerpos específicos contra el antígeno HBs.

Problemas a ser resueltos

En la terapia con fagos, se presentan los siguientes problemas: (1) inactivación de los fagos administrados o de la lisina por acción de anticuerpos, o reacciones alérgicas a ellos; (2) aparición de bacterias mutantes resistentes a los fagos; (3) captura y transferencia de genes tóxicos bacterianos hacia el genoma de los fagos.
Se estima que existen 1031 fagos en la tierra, lo que indica un enorme potencial para identificar nuevas fagos, o sus proteínas, que sirvan para combatir infecciones bacterianas.

Reflexiones

La terapia con fagos se muestra con una herramienta muy útil para el tratamiento de enfermedades infecciosas bacterianas. La experiencia previa en el uso y aplicación de fagos en Georgia demuestra que es posible su uso en seres humanos. Así mismo, cabe señalar que es necesario un esfuerzo de investigación con el propósito de eliminar el escepticismo por parte de la comunidad científica internacional sobre la efectividad y seguridad de estos agentes terapéuticos. Otra de las razones por las cuales los fagos no están siendo utilizados masivamente es porque las grandes corporaciones farmacéuticas no saben como conseguir los derechos de propiedad intelectual, ya que muchas personas han estado utilizando los fagos por años. Las regulaciones estrictas por parte de las instituciones reguladoras de los productos farmacéuticos, tanto en Estados Unidos como en Europa, son otra barrera que impide la masificación del uso de fagos.
En el Perú, no existen antecedentes sobre el desarrollo de este tipo de investigaciones y aplicaciones. Sin embargo, hay que recordar que gracias a la gran diversidad biológica que existe en nuestro país, y a la gran incidencia de enfermedades infecciosas bacterianas en la población, es muy probable que aquí podamos encontrar fagos propios con todas las propiedades biológicas y terapéuticas señaladas anteriormente, que sirvan para tratar infecciones que hoy en día son difíciles de controlar (i.e. a nivel intrahospitalario).
El Perú necesita hacer un esfuerzo serio en el desarrollo de la ciencia y tecnología. Es posible que dentro de este campo encontremos espacios en los que podamos desarrollarnos, no solo científicamente sino también económicamente. Los fagos pueden ser la posibilidad de desarrollar una industria farmacéutica interesante con buenas perspectivas a nivel mundial. Para tal propósito se requiere de científicos capacitados en el campo de la microbiología, virología, biología molecular, etc. Es fundamental el apoyo por parte de las instituciones públicas y privadas para que se hagan las inversiones en capital humano, infraestructura y tecnología. No es posible pensar en ningún proyecto de desarrollo serio y viable sino se invierte en educación, ciencia y tecnología. Es hora de mirar hacia delante.

Fuentes de Información


Attisha W & Clark RR. The bacterial cell wall. In: Introduction to clinical microbiology. University of Texas. Houston Medical School. http://medic.med.uth.tmc.edu/path/00001438.htm
Barrow P, Lovell M, Berchieri A Jr. 1998. Use of lytic bacteriophage for control of experimental Escherichia coli septicemia and meningitis in chickens and calves.Clin Diagn Lab Immunol. 5(3):294-8.
Bruttin A, Brussow H. 2005. Human volunteers receiving Escherichia coli phage T4 orally: a safety test of phage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 49(7):2874-8.
Cheng Q, Nelson D, Zhu S, Fischetti VA. 2005. Removal of group B streptococci colonizing the vagina and oropharynx of mice with a bacteriophage lytic enzyme.Antimicrob Agents Chemother. 49(1):111-7.
Entenza JM, Loeffler JM, Grandgirard D, Fischetti VA, Moreillon P. 2005. Therapeutic effects of bacteriophage Cpl-1 lysin against Streptococcus pneumoniae endocarditis in rats. Antimicrob Agents Chemother. 49(11):4789-92.
Fischetti VA. 2005. Bacteriophage lytic enzymes: novel anti-infectives.Trends Microbiol. 13(10):491-6.
Fischetti VA. 2006. Using phage Lytic Enzymes to Control Pathogenic Bacteria.BMC Oral Health. 15;6 Suppl 1:S16.
Fox A and Mayer G. The Bacterial Cell. In: Microbiology and Immunology on-line. University of South Caroline. School of Medicine. http://pathmicro.med.sc.edu/book/bact-sta.htm
Lederberg J. 1996. Smaller fleas…ad infinitum: Therapeuitc bacteriophage redux. Proc.Nat. Acad.Sci. 93: 3167-3168.
Loc Carrillo C, Atterbury RJ, el-Shibiny A, Connerton PL, Dillon E, Scott A, Connerton IF. 2005. Bacteriophage therapy to reduce Campylobacter jejuni colonization of broiler chickens. Appl Environ Microbiol. 71(11):6554-63.
Matsuzaki et al. 2005. Bacteriophage therapy: a revitalized therapy against bacterial infectious diseases. J Infect Chemother 11:211–219
Nelson D, Loomis L, Fischetti VA. 2001. Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci by using a bacteriophage lytic enzyme. Proc Natl Acad Sci U S A. 98(7):4107-12
Parfitt T. 2005. World Report. Georgia: an unlikely stronghold for bacteriophage therapy. The Lancet 365Sulakvelidze A, Alavidze Z, Morris JG Jr. 2001. Bacteriophage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 45(3):649-59

Imagen tomada de: http://www.theses.ulaval.ca/2006/24064/24064_27.png

LOS VIRUS: ALIADOS CONTRA LAS INFECCIONES BACTERIANAS (II)

Roger Iziga-Goicochea

Terapia con fagos

Felix d’Herella y George Eliava trabajaron juntos en Tbilisi la capital de Georgia (ex Unión Soviética), en la investigación y aplicación terapéutica de los fagos contra infecciones bacterianas. Posteriormente, el Instituto Eliava dedicado a este tipo de investigaciones fue fundado en 1923. Fruto de estos trabajos pioneros, el Instituto desarrolló y produjo medicamentos a base de fagos que fueron usados conjuntamente con antibióticos, y fueron distribuidos ampliamente en la ex Unión Soviética. A partir de la búsqueda de nuevos fagos para tratar diferentes enfermedades infecciosas bacterianas se logro crear un banco de fagos. Lamentablemente, todo este esfuerzo colectivo de investigación se vio peligrosamente afectado con el colapso Soviético. En la actualidad, existe gran interés por el tema; se está brindando apoyo económico al Instituto y se están formando sociedades comerciales que buscan impulsar los usos y aplicaciones de esta terapia.
Actualmente, en Tbilisi se aplican los fagos para tratar pie diabético, quemaduras, úlceras, osteomielitis, e infecciones resistentes a antibióticos. A pesar de los métodos modernos de investigación, la fuente de fagos no ha cambiado desde los tiempos de d’Herella. Muchos de los fagos son extraídos de las aguas contaminadas, en donde viven parasitando bacterias. En Tbilisi los investigadores obtuvieron, y siguen obteniendo sus fagos de las aguas del río Mtkvari que atraviesa la ciudad.
Sin embrago, existe aun escepticismo en la comunidad científica internacional sobre la efectividad y bioseguridad en el uso de fagos. Ian Molineaux, microbiólogo de la Universidad de Texas, señala que se necesita hacer experimentos clínicos controlados. Actualmente Molineaux esta trabajando con científicos de Georgia en la evaluación de la eficacia de los fagos para tratar vacas con mastitis.

Investigaciones con fagos

En 1980, se llevó a cabo una investigación veterinario en relación a la terapia con fagos contra una cepa patógena de Escherichia coli, y se demostró que una dosis intramuscular de un fago anti-K1 es mas efectiva que múltiples dosis intramusculares de tetraciclina, ampicilina, cloranfenicol o trimetoprina mas sulfafurazol, para el tratamiento de ratones infectados vía intramusculares con E.coli.
Fagos de la familia T4 que infectan E.coli que están asociadas con la producción de diarreas, se aislaron de pacientes pediátricos o de muestras de aguas contaminadas. Las cepas de E.coli resistentes a ampicilina fueron inoculadas en los intestinos de ratones a los que se les dio a beber agua que contenía un cultivo de fagos T4, y se observó la lisis de las bacterias in vivo. Así mismo, se apreció que la flora bacteriana normal del ratón fue afectada en forma mínima por la administración oral de los fagos, lo que indica que aparentemente la flora bacteriana nativa no patogénica presente en el intestino de ratón esta física y fisiológicamente protegida contra la infección de fagos T4.
Staphylococcus aureus es una bacteria patógena relacionada a infecciones piogénicas, intoxicación por alimentos, y síndrome de shock tóxico; es causante de infecciones nosocomiales oportunistas, y frecuentemente ocasiona una alta tasa de mortalidad. En países como el Japón, más del 50% de S.aureus aislados en centros de atención médica son resistentes a múltiples drogas antibióticas. Estas cepas son denominadas S.aureus meticilina-resistente (MRSA). Ciertas variedades de MRSA han adquirido una sensibilidad baja o resistencia a la vancomicina, antibiótico considerado efectivo contra las MRSA. Además, ya existen en Estados Unidos y Europa variedades de S.aureus que son resistentes a linezolida, un antibiótico sintético recientemente desarrollado.
Algunos fagos como el fMR11 que infecta S.aureus se han estudiado como agentes terapéuticas. En un experimento con ratones, se les aplico inyecciones intraperitoneales de S.aureus, incluyendo MRSA, lo que causó septicemia, y eventualmente la muerte. La administración intraperitoneal del fago fMR11 a los ratones infectados suprimió la letalidad de la cepa. Inoculaciones con altas dosis de este fago no mostraron efectos adversos en los ratones. Estos resultados sugieren que la terapia con fagos contra infecciones por S.aureus es efectiva y segura.
Cepas de Enteroccocus faecium resistentes a vancomicina fueron controladas en ratones tratados con bacteriófagos, lo que impidió que se desarrollara una septicemia que comprometiera la vida de los animales.
Otros fagos contra estafilococos han mostrado ser efectivos en la prevención para la formación de abscesos en conejos inyectados subcutáneamente con estas bacterias. Estos resultados indican que los fagos pueden ser utilizados en la profilaxis contra infecciones por estafilococos.
En otro estudio sobre el aseo de las manos, soluciones enriquecidas con fagos produjeron una reducción de hasta 100 veces el número de estafilococos presentes en la piel humana, comparado con soluciones de lavado libres de fagos. Estos resultados proveen evidencia de la utilidad de los fagos como agentes terapéuticos, para la profilaxis y la desinfección.
En la terapia aplicada en animales experimentales, la captura e inactivación de los fagos por acción del sistema reticuloendotelial del bazo fue uno de los mayores problemas, pero se ha desarrollado un método para resolver este inconveniente. Se han aislados fagos mutantes cuya estabilidad y permanencia en la sangre se han incrementado, repitiendo de ocho a diez veces el procedimiento que a continuación se describe: (1) administración del fago l (Fago para E.coli) o P22 (fago para Salmonella typhimurium) dentro de la cavidad peritoneal del ratón; (2) recuperación de los fagos de la sangre de 7-18 horas después de la inyección; (3) multiplicación de los fagos recuperados in vitro; y, (4) readministración en el ratón de los fagos recuperados y proliferados nuevamente.
En una prueba experimental realizada con voluntarios humanos que recibieron dosis de fago T4 contra E.coli, no se detectó la presencia de fagos en las heces después de una semana posterior a un tratamiento de 2 días. Así mismo, no se observó una disminución en los conteos de E.coli en las deposiciones (heces). La producción de transaminasa estuvo en sus valores normales, así como no se observó la presencia de anticuerpos anti T4 en el suero de los voluntarios. Este estudio sirvió para evaluar preliminarmente la acción del fago en el cuerpo humano, y medir su seguridad para ser utilizado como una alternativa terapéutica para el tratamiento de enfermedades diarreicas.
Bacteriófagos aislados de aguas residuales han demostrado ser efectivos en la prevención de septicemia, en el caso de infecciones similares a la meningitis en pollos causada por una cepa infecciosa de E.coli. Por otro lado, Campylobacter jejuni y C.coli pueden provocar enteritis bacteriana aguda. Estas bacterias forman parte de la flora normal de las aves. Bacteriófagos de campylobacter fueron administrados a pollos, y se observó una reducción en la presencia de estas bacterias en las aves. La selección apropiada de fagos puede optimizar la terapia para reducir la presencia de campylobacter en aves produciendo una mayor calidad sanitaria de los productos avícolas.
La efectividad de los fagos en el control de enfermedades en peces y en la desinfección de alimentos también ha sido documentada. Se han reportado tratamientos exitosos para salvar peces cultivados infectados con los patógenos Lactococcus garvieae y Pseudomonas plecoglossicida. Los fagos han mostrado ser efectivos en la eliminación de bacterias patógenas como Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni y Salmonella spp que están presentes en la superficie de los alimentos.
También se ha reportado la efectividad de los fagos en el tratamiento de infecciones producidas por Vibrio vulnificus, bacteria asociada al consumo de ostras.
Se han realizado estudios de la acción de fagos sobre Klebsiella pneumoniae resistente a múltiples antibióticos. Esta cepa fue inoculada en ratones a los que se les indujo septicemia, y se observó que después de una dosis simple con el bacteriófago anti Klebsiella se salvaron al 100% de los animales infectados. Resultados similares se obtuvieron en el tratamiento de infecciones inducidas con Pseudomona aeruginosa.

Fuentes de Información

Attisha W & Clark RR. The bacterial cell wall. In: Introduction to clinical microbiology. University of Texas. Houston Medical School. http://medic.med.uth.tmc.edu/path/00001438.htm
Barrow P, Lovell M, Berchieri A Jr. 1998. Use of lytic bacteriophage for control of experimental Escherichia coli septicemia and meningitis in chickens and calves.Clin Diagn Lab Immunol. 5(3):294-8.
Bruttin A, Brussow H. 2005. Human volunteers receiving Escherichia coli phage T4 orally: a safety test of phage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 49(7):2874-8.
Cheng Q, Nelson D, Zhu S, Fischetti VA. 2005. Removal of group B streptococci colonizing the vagina and oropharynx of mice with a bacteriophage lytic enzyme.Antimicrob Agents Chemother. 49(1):111-7.
Entenza JM, Loeffler JM, Grandgirard D, Fischetti VA, Moreillon P. 2005. Therapeutic effects of bacteriophage Cpl-1 lysin against Streptococcus pneumoniae endocarditis in rats. Antimicrob Agents Chemother. 49(11):4789-92.
Fischetti VA. 2005. Bacteriophage lytic enzymes: novel anti-infectives.Trends Microbiol. 13(10):491-6.
Fischetti VA. 2006. Using phage Lytic Enzymes to Control Pathogenic Bacteria.BMC Oral Health. 15;6 Suppl 1:S16.
Fox A and Mayer G. The Bacterial Cell. In: Microbiology and Immunology on-line. University of South Caroline. School of Medicine. http://pathmicro.med.sc.edu/book/bact-sta.htm
Lederberg J. 1996. Smaller fleas…ad infinitum: Therapeuitc bacteriophage redux. Proc.Nat. Acad.Sci. 93: 3167-3168.
Loc Carrillo C, Atterbury RJ, el-Shibiny A, Connerton PL, Dillon E, Scott A, Connerton IF. 2005. Bacteriophage therapy to reduce Campylobacter jejuni colonization of broiler chickens. Appl Environ Microbiol. 71(11):6554-63.
Matsuzaki et al. 2005. Bacteriophage therapy: a revitalized therapy against bacterial infectious diseases. J Infect Chemother 11:211–219
Nelson D, Loomis L, Fischetti VA. 2001. Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci by using a bacteriophage lytic enzyme. Proc Natl Acad Sci U S A. 98(7):4107-12
Parfitt T. 2005. World Report. Georgia: an unlikely stronghold for bacteriophage therapy. The Lancet 365

Sulakvelidze A, Alavidze Z, Morris JG Jr. 2001. Bacteriophage therapy. Antimicrob Agents Chemother. 45(3):649-59

Imagen tomada de: http://www.theses.ulaval.ca/2006/24064/24064_27.png

LOS VIRUS: ALIADOS CONTRA LAS INFECCIONES BACTERIANAS (I)

Roger Iziga-Goicochea, Hozmara Rocío Torres-Acosta

Tres leñadores que trabajaban en invierno en los bosques de Georgia, en la ex Unión Soviética, se expusieron por error a las emisiones del agente radioactivo Estroncio-90, cuando encontraron unas canastillas de metal abandonadas en medio de la foresta. Después de varios días, dos de ellos sufrieron severas quemaduras por efecto de la radiación; fueron conducidos al hospital de la ciudad capital, Tbilisi, donde sus heridas purulentas se habían infectado con Staphylococcus aureus, una bacteria resistente al tratamiento con antibióticos. La medicación convencional no tuvo ningún efecto. Sin embargo, los médicos de Georgia tuvieron la idea de tratar las heridas con una preparación de bacteriófagos. A las pocas semanas la infección fue controlada, y los pacientes recuperados fueron sometidos a cirugía plástica reconstructiva.
Actualmente, el mundo está lleno de bacterias patógenas que se han hecho resistentes a una gran variedad de antibióticos, lo que ha colocado a la medicina moderna en un estado que guarda semejanza con la época anterior al descubrimiento de los antibióticos. Es cierto que nuevos antibióticos pueden ser descubiertos o creados para combatir las bacterias, pero a costa de una gran inversión económica en investigación y muchos años de esfuerzo continuo.
Los bacteriófagos (fagos) son virus que infectan y destruyen exclusivamente bacterias. Fueron descubiertos por Frederick W. Twort en 1915 y Felix d’Herella en 1917. La terapia con fagos para tratar infecciones bacterianas fue introducida por Félix d’Herelle cerca de 1920. Este hecho ocurrió 20 años antes del hallazgo y aplicación de la penicilina. Aunque la terapia se utilizó en la ex Unión Soviética y Europa del este para tratar y prevenir infecciones bacterianas, el tratamiento fue abandonado hacia 1940 con la llegada de los antibióticos. Sin embargo, la evolución actual de las bacterias resistentes a múltiples antibióticos esta motivando a la comunidad científica a reevaluar la terapia con fagos, con el propósito de combatir infecciones difíciles de curar o incurables con la quimioterapia convencional.
La terapia con fagos tiene muchas ventajas sobre la quimioterapia: (1) es efectiva contra bacterias patógenas resistentes a múltiples antibióticos debido a que el mecanismo por el cual inducen la lisis bacteriana es diferente al producido por los antibióticos; (2) infecciones microbianas subsecuentes no ocurren debido a la alta especificidad de los fagos contra las bacterias; (3) los virus puede responder rápidamente a la aparición de bacterias mutantes resistentes, ya que los bacteriófagos mismos son capaces de mutar; (4) el costo de desarrollar un sistema de fagos es mas barato que desarrollar nuevos antibióticos; y (5) los fagos o sus productos (proteínas o enzimas) no afectan a las células eucariotas, lo que no produce efectos secundarios.

Células procariotas y eucariotas

Las bacterias “verdaderas”, incluyendo a todas aquellas que infectan a animales y el hombre, pertenecen al dominio eubacteria. Así mismo, un grupo de organismos hallados frecuentemente en ambientes extremos forman un segundo dominio, arqueobacteria. Morfológicamente los dos dominios son muy similares, en cuanto a la carencia de núcleo, por lo que son clasificados como procariotes. Ambos poseen diferencias bioquímicas importantes. Muchas arqueobacterias viven en ambientes con temperaturas altas (aguas sulfurosas de hasta 80° C) y pH de 2 (extremadamente ácido). Estas bacterias son llamadas termoacidófilas. Otras bacterias viven en ambientes que contienen metano (metanógenas) o altas concentraciones de sales (halófilas).
Las eubacterias, con excepción de los géneros Micoplasma y Chlamydea, poseen peptidoglicanos o mureína en sus paredes celulares. Los peptidoglicanos contienen un único azúcar, el acido murámico, no hallado en ningún otro ser vivo. Las arqueobacterias contienen seudomureína que es diferente en su estructura de la mureína de las eubacterias.
La célula procariota, a diferencia de la célula eucariota, no esta compartimentalizada. No tienen membranas nucleares, mitocondrias, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, fagosomas y lisosomas. Los procariotes generalmente poseen un cromosoma circular simple, unido a un sitio específico en la membrana celular denominado mesosoma. Los ribosomas procariotes son 70S, mientras que los eucariotes son 80S. Las membranas bacterianas no contienen esteroles como el colesterol.
A pesar de la menor complejidad de los procariotes, éstos poseen una serie de estructuras conocidas. Tienen membrana plasmática, pared celular, membrana externa, capsula, flagelos o pilis. Cabe señalar que no todas las bacterias poseen estos componentes. Describiremos de forma general las estructuras más importantes desde el punto de vista patogénico.
Los plásmidos bacterianos están formados por ADN extra cromosómico, usualmente presentes en múltiples copias que codifican información para la producción de factores patogénicos y de resistencia a antibióticos.
La estructura de la pared celular permite dividir a las bacterias en dos grandes grupos sobre la base de la tinción Gram. Las bacterias Gram positivas (G+) se colorean con el cristal violeta, las bacterias Gram negativas (G-) no se colorean. La membrana celular esta rodeada por la pared celular que es rígida y protege a la célula de la lisis osmótica, evitando que ésta reviente. En las bacterias G+, la capa de peptidoglicanos de la pared celular es mucho más gruesa que la capa de las G-. Las G- tienen una membrana externa adicional que es la principal barrera de permeabilidad. El espacio entre las membranas interna y externa se conoce como espacio periplásmico, en donde se almacenan enzimas. Las G+ carecen de este espacio por lo que secretan exoenzimas y realizan una digestión extracelular, ya que muchas macromoléculas nutritivas para la bacteria no pueden atravesar la membrana externa o interna hacia el citoplasma. Los polímeros de peptidoglicanos están compuestos de una secuencia de N-acetil-glucosamina (NAG) y N-acetil-acido murámico (NAMA). Cada capa de peptidoglicano está conectada por medio de enlaces químicos entre aminoácidos o derivados de estos El 90% de la pared celular de las bacterias G+ esta compuesto de peptidoglicanos.
La pared celular de las bacterias G- es mucho más delgada y contiene un 20% de peptidoglicanos. Además, estas bacterias contienen una capa de lipopolisacáridos (LPS) localizada adyacentemente hacia exterior de la capa de peptidoglicanos. La bicapa de fosfolípidos está unida a los peptidoglicanos por lipoproteínas. La porción lipídica de los LPS contiene una sustancia tóxica denominada lípido A, responsable de muchos de los efectos patogénicos asociados con estas bacterias. Los polisacáridos que se extienden fuera de la bicapa también contribuyen a la toxicidad de los LPS. Los LPS, lipoproteínas y polisacáridos asociados forman la membrana bacteriana externa.

Virus: Descripción general y clasificación de los fagos

Los virus son estructuras más pequeñas que las células procariotas o eucariotas. A diferencia de las células, poseen una organización más sencilla. No tienen un sistema metabólico propio y dependen de la maquinaria metabólica de la célula hospedera para reproducirse, por lo que los virus se convierten en parásitos intracelulares obligados. Su genoma está hechos de ADN o ARN, carecen de ribosomas y otros factores necesarios para la producción de proteínas. Los genes virales contiene la información necesaria para: (1) la replicación del material genético viral y su empaquetamiento; (2) la producción de proteínas virales; (3) el control de las funciones celulares para la producción de una nueva generación de virus. Los virus pueden infectar células. Algunos de éstos las destruyen produciendo enfermedades, otros permanecen en las células infectadas bajo una forma latente o persistente, y otros pueden causar transformaciones celulares malignas.
Se han reportado cerca de 5100 tipos diferentes de fagos hacia finales del siglo XX. Éstos se pueden clasificar en 13 familias de acuerdo a su morfología, el tipo de ácido nucleico que poseen, la presencia o ausencia de envoltura o lípidos presentes. Cerca del 95% de los fagos tienen una estructura similar a una cola o “tallo” que se conecta con la cápside o cabeza viral; estos virus son clasificados en tres familias: Myoviridae (tallo contráctil: KVP20, KVP40, KVP241 y fagos T), Siphoviridae (tallo largo no contráctil: fMR11 y l) y Poroviridae (tallo extremadamente corto: T7). El 4% de los fagos restantes tienen formas cúbicas, filamentosas o pleomórficas. Aunque muchos de las fagos usados terapéuticamente tienen “tallo”, algunos fagos cúbicos (fX174 y Qb) o filamentosos (M13 y Pf3) han sido usados también como agentes terapéuticos.

Ciclo lítico y lisogénico

Los fagos se pueden clasificar en dos grandes grupos de acuerdo a su ciclo de vida. Los fagos líticos, son los que tienen un ciclo de auto proliferación que coincide con la destrucción de la bacteria por lisis (ciclo lítico) (ejemplo: KVP20, KVP40, KVP241, fagos T). Los fagos lisogénicos integran su genoma al de la bacteria que infectan, y el genoma del fago se multiplica junto con el genoma de la bacteria, sin destruirlo (ejemplo: fMR11 y l). Las bacterias que integran el genoma de los virus se denominan lisógenas, y son resistentes a infecciones producidas por fagos. Algunos fagos lisogénicos tienen “genes tóxicos” en sus genomas. Por esta razón, los fagos líticos son más útiles que los fagos lisogénicos para los tratamientos contra infecciones bacterianas.

Lisis bacteriana por acción de los fagos

El primer paso de la infección por fagos es su unión a algún receptor (proteína o carbohidrato) en la superficie externa de la bacteria, para su posterior penetración dentro de ella, proceso denominado adsorción. Los fagos son capaces de unirse a bacterias específicas; así mismo, algunos virus son capaces de infectar diferentes especies o géneros bacterianos (fagos polivalentes). La terapia con fagos puede eliminar las bacterias que son objeto de su acción (bacterias blanco u objetivo) sin alterar o eliminar la flora bacteriana normal presente en el organismo vivo. Después de la adsorción del fago, el ADN viral inyectado dentro del citoplasma de la bacteria es replicado, y las múltiples copias de ADN que se producen son empaquetadas en la cápside viral, la cual es construida de novo durante la última etapa de la infección viral. Los fagos son ensamblados dentro de la bacteria por la unión de la cola o “tallo” proteico a la cápside en la que se guarda el ADN. Finalmente, la progenie de fagos es liberada por la acción combinada de dos proteínas, la holina y la endolisina (lisina) que están codificadas en el genoma viral. La lisina es una enzima que degrada peptidoglicanos (peptidoglicano hidrolasa). La holina es una proteína que actúa haciendo un hoyo o perforación en la membrana celular de la bacteria, permitiendo a la lisina alcanzar la capa más externa de peptidoglicanos (pared celular). Debido a esto, la lisina viral es una candidata para ser usada como agente terapéutico contra enfermedades infecciosas bacterianas. La progenie viral es liberada desde la célula bacteriana y puede infectar a las bacterias que se encuentran en las proximidades en una sucesión rápida y continua. Aún cuando el número inicial de fagos puede ser mucho menor que el de las bacterias infecciosas, después de cierto tiempo de producción de algunas generaciones virales, el número de fagos excederá al de las bacterias, lo que significa que la población de bacterias eventualmente será lisada y destruida. La actividad bacteriolítica de los fagos parece ser más potente que la de los antibióticos como vancomicina, oxacilina y rifampicina.

Fuentes de Información

Attisha W & Clark RR. The bacterial cell wall. In: Introduction to clinical microbiology. University of Texas. Houston Medical School. http://medic.med.uth.tmc.edu/path/00001438.htm
Barrow P, Lovell M, Berchieri A Jr. 1998. Use of lytic bacteriophage for control of experimental Escherichia coli septicemia and meningitis in chickens and calves.Clin Diagn Lab Immunol. 5(3):294-8.
Bruttin A, Brussow H. 2005. Human volunteers receiving Escherichia coli phage T4 orally: a safety test of phage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 49(7):2874-8.
Cheng Q, Nelson D, Zhu S, Fischetti VA. 2005. Removal of group B streptococci colonizing the vagina and oropharynx of mice with a bacteriophage lytic enzyme.Antimicrob Agents Chemother. 49(1):111-7.
Entenza JM, Loeffler JM, Grandgirard D, Fischetti VA, Moreillon P. 2005. Therapeutic effects of bacteriophage Cpl-1 lysin against Streptococcus pneumoniae endocarditis in rats. Antimicrob Agents Chemother. 49(11):4789-92.
Fischetti VA. 2005. Bacteriophage lytic enzymes: novel anti-infectives.Trends Microbiol. 13(10):491-6.
Fischetti VA. 2006. Using phage Lytic Enzymes to Control Pathogenic Bacteria.BMC Oral Health. 15;6 Suppl 1:S16.
Fox A and Mayer G. The Bacterial Cell. In: Microbiology and Immunology on-line. University of South Caroline. School of Medicine. http://pathmicro.med.sc.edu/book/bact-sta.htm
Lederberg J. 1996. Smaller fleas…ad infinitum: Therapeuitc bacteriophage redux. Proc.Nat. Acad.Sci. 93: 3167-3168.
Loc Carrillo C, Atterbury RJ, el-Shibiny A, Connerton PL, Dillon E, Scott A, Connerton IF. 2005. Bacteriophage therapy to reduce Campylobacter jejuni colonization of broiler chickens. Appl Environ Microbiol. 71(11):6554-63.
Matsuzaki et al. 2005. Bacteriophage therapy: a revitalized therapy against bacterial infectious diseases. J Infect Chemother 11:211–219
Nelson D, Loomis L, Fischetti VA. 2001. Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci by using a bacteriophage lytic enzyme. Proc Natl Acad Sci U S A. 98(7):4107-12
Parfitt T. 2005. World Report. Georgia: an unlikely stronghold for bacteriophage therapy. The Lancet 365Sulakvelidze A, Alavidze Z, Morris JG Jr. 2001. Bacteriophage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 45(3):649-59

Imagen tomada de: http://www.educa.aragob.es/iescarin/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%205/27-27f.jpg

La Biología como Ciencia - Glosario

Roger Iziga-Goicochea, Hozmara Rocío Torres-Acosta

Adaptación (adaptation): (1) En biología evolutiva representa una estructura en particular, un proceso fisiológico o un comportamiento que hace a un organismo más capaz de sobrevivir y reproducirse. También significa el proceso evolutivo que conduce al desarrollo o persistencia de dicha característica adaptativa. (2) En la neurofisiología sensorial, significa la pérdida de sensibilidad de una célula sensorial como resultado de un estímulo repetitivo.

ADN (DNA, deoxyribonucleic acid) Es el acido desoxirribonucleico, el material hereditario fundamental de todo organismo vivo. En los eucariotes, el ADN es almacenado en el núcleo celular. Tiene en su estructura el azúcar desoxirribosa en lugar de ribosa.

Archaes (Archaens; singular Archae): Organismos unicelulares que carecen de núcleo y cuya pared celular no está formada de peptidoglicanos. Anteriormente se les agrupó junto con las bacterias; los archaes poseen lípidos de membrana diferentes.

Bacteria (Eubacteria): Organismo unicelular que carece de núcleo, posee ribosomas y ARNt iniciadores; generalmente poseen peptidoglicanos en la pared celular. Los diferentes grupos bacterianos son reconocidos en base a la información sobre la secuencia de nucleótidos.

Dominio (domain): (1) Son elementos estructurales independientes en las proteínas que afectan su función. Codificados por secuencias de nucleótidos reconocibles, un dominio fecuentemente se pliega y adquiere su estructura tridimensional separadamente del resto de la proteína. Dominios similares pueden aparecer en una variedad de proteínas diferentes a través de los grupos filogenéticos (i.e., dominios homeobox [homeobox domain]; dominio de unión al calcio [calcium-binding domain]) (2) En filogenética, las tres ramas monofiléticas de arbol evolutivo. Se cree que los miembros de los tres dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya) han evolucionado independientemente uno de otro por al menos 1 000 000 000 000 de años.

Especie (species): Es la unidad básica de clasificación taxonómica; consiste de un linaje proveniente de un ancestro de una población de organismos cercanamente relacionados o similares. Una especie biológica consiste de individuos capaces de cruzarse libremente unos con otros pero no con otros miembros de otras especies.

Eucariotes (eukaryotes [Eukarya]): Organismos constituidos de una o más células, de estructura compleja, en los que el material genético es almacenado en el núcleo.

Evolución (evolution): Cualquier cambio gradual. La evolución orgánica o Darwiniana es cualquier tipo de cambio genético que produce alguna modificación fenotípica en los organismos y que se transmite de una generación a otra.

Experimento (experiment): Es un proceso de análisis y evaluación que permite afirmar o refutar hipótesis, respuestas o explicaciones a las preguntas. Es la base del método científico.

Experimento controlado (controlled experiment): Es un experimento diseñado en el que una muestra o población es dividida en dos grupos; un grupo es expuesto a una variable manipulada mientras que el otro grupo sirve como un control no tratado. Los dos grupos son comparados para observar si presentan cambios en una "variable independiente", como resultado de la manipulación experimental.

Fotosíntesis (photosynthesis): Proceso metabólico realizado por las plantas verdes por el cual la luz visible es capturada para utilizar su energía en la síntesis de compuestos como ATP y glucosa.

Genoma (genome): Conjunto de todos los genes en un set haploide de cromosomas.

Hipótesis (hypothesis): Es una respuesta tentativa a una interrogante a partir de la cual se pueden generar predicciones comprobables.

Hipótesis nula (null hypothesis): Es la aseveración de que un efecto propuesto por una hipótesis no existe o se produce.

Metabolismo (metabolism): Es la suma total de todas las reacciones químicas que ocurren en un organismo, o algún subconjunto de ese total (como en el metabolismo repiratorio).

Método científico (scientific method): Es un medio por el cual se obtiene conocimiento acerca del mundo natural a través de la observación, el planteamiento de hipótesis, y la ejecución de experimentos para probar las hipótesis.

Metodo comparativo (comparative method): Es un diseño experimetal en el que dos muestras o poblaciones expuestas a diferentes condiciones o tratamientos son comparadas una con otra.

Nucleótido (nucleotide): La unidad química básica de un ácido nucleico. Un nucleótido en el ARN consiste de una de cuatro bases nitrogenadas unidas, a una ribosa, unida a un grupo fosfato. En el ADN , la ribosa es reemplazada por la desoxirribosa.

Organelos (organelles): Estructuras organizadas que se encuentran en las células eucariotas. Algunos ejemplos incluyen a ribosomas, núcleo, mitocondrias, cloroplastos, cilios, vacuolas contractiles.

Procariotes (prokaryotes): Organismos cuyo material genético no está contenido dentro de un núcleo (i.e. bacterias y archaebacterias. Se los considera que forman parte de una etapa más temprana de la evolución que los eucariotes.

Proteína (protein): Una de las moléculas fundamentales de los organismos vivos. Las proteínas son polímeros de aminoácidos, con veinte diferentes grupos funcionales o variables denominados también cadenas laterales. Pueden formar estructuras en cadenas poliméricas como en las proteínas fibrosas, o estructuras plegadas a manera de macromoléculas compactas como en el caso de las enzimas u otras proteínas globulares.

Selección Natural (natural selection): La contribución diferencial de los descendientes a la siguiente generación por tipos genéticos diferentes pertenecientes a la misma población. El mecanismo de la evolución fue propuesto por Charles Darwin.

LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Roger Iziga-Goicochea, Hozmara Rocío Torres-Acosta

La biología es el estudio de la vida en todos sus niveles de organización, desde el nivel molecular hasta la biosfera.

Las teorías biológicas permiten unificar las ideas y el conocimiento en esta ciencia.

La teoría celular señala que la unidad fundamental de la vida es la célula, constituyendo el componente estructural y funcional de los seres vivos; toda la vida consiste de células, y éstas provienen de células pre existentes. Muchas de las reacciones químicas de la vida se llevan a cabo en las células.

La teoría de la homeostasis o equilibrio interno señala que toda la organización estructural y funcional de los organismos vivos tiende hacia un equilibrio dinámico. Los organismos vivos deben mantener condiciones constantes en su medio interno (i.e. pH, temperatura, humedad, etc.). Este equilibrio se logra mediante mecanismos de autorregulación (i.e. retroalimentación positiva o negativa).

La interacción de los organismos vivos se da tanto con el ambiente en donde viven, como con otros organismos vivos, ya sea de la misma especie o de especies diferentes.

Los biólogos estudian la vida en sus diferentes niveles de organización. El conocimiento científico en biología se puede obtener a través de algún tipo de sistema modelo (i.e. ratón). La información obtenida a partir del modelo puede ser generalizada a otras especies.

La Vida en la Tierra

La biología utiliza los restos fósiles, las similitudes y diferencias anatómicas, y las comparaciones moleculares de los genomas para recontruir la historia de la vida.

La vida surgio primero por evolución química. La evolución comenzó con la formación de las células.

La fotosíntesis fue un paso importante en la evolución; cambio la atmósfera de la tierra, y proporcionó una forma de capturar la energía proveniente del sol.

Los primeros organismos vivos de la tierra fueron los procariotes; posteriormente aparecieron organismos con células más complejas, denomimados eucariotes. Las células eucariotas poseen compartimentos intracelulares, denominados organelos, incluyendo un núcleo que almacena y protege el material genético.

Las relaciones genéticas entre las especies se pueden representar bajo la forma de un árbol evolutivo. Las especies son agrupadas en tres grandes dominios: Archae, Bacteria y Eukarya.

Influencia de la Biología en la Sociedad

Las desiciones que tienen que ver con la aplicación de políticas públicas deben basarse en información científica correcta y exacta. Los biólogos pueden ser convocados como consejeros por organismos gubernamentales para plantear soluciones a problemas que involucren algún componente biológico.

Conceptos Fundamentales sobre la Vida

Los organismos vivos poseen un alto grado de organización

La organización de los sistemas vivos comienza en el nivel atómico; los átomos constituyen los bloques fundamentales de la vida. Los átomos reciben el nombre de elementos.

La célula es la unidad básica estructural y funcional de todos los organismos vivos.

Las diferentes células interactúan para dar origen a los tejidos (i.e. tejido del miocardio).

Los tejidos se unen y organizan para dar origen a los órganos (i.e. corazón).

Los órganos trabajan coordinadamente como un sistema (i.e. el corazón, las arterias, las venas, etc., dan origen al sistema circulatorio).

Los organismos multicelulares (individuos) tienen varios sistemas formados por órganos (i.e. sistema respiratorio, nervioso, excretor, etc.).

Una especie ubicada en un área o ambiente en particular (vicuñas en las llanuras altoandinas) constituye una población.

Las poblaciones que interactúan en un área forman una comunidad.

La comunidad más el ambiente físico forman un ecosistema.

La biosfera comprende la superfice de la tierra, las aguas y la atmósfera, habitada por los organismos vivos.

Cada nivel de organización de los sistemas vivos es más complejo que el nivel anterior, teniendo propiedades emergentes debido a las interacciones de las partes que van constituyendo un todo; todas las propiedades emergentes obedecen a las leyes de la física y la química.

Los organismos vivos adquirieren materia y energía

El mantenimiento de la organización y los procesos que sostienen la vida requieren de una fuente de energía.

La fuente de energía para casi todos los organismos vivos sobre la tierra es el sol; las plantas y otros organismos convierten la energía solar en energía química por el proceso denominado fotosíntesis.

Los alimentos proveen de nutrientes y moléculas que son usadas como bloques de construcción y fuente de energía.

El término metabolismo se refiere al conjunto de todas las reacciones químicas que ocurren en una célula u organismo.

Todos los organismos deben mantener un estado de equilibrio o balance, denominado homeostasis. La temperatura, los niveles de humedad, el pH, etc. deben mantenerse dentro de un rango de tolerancia. Los seres vivos poseen intrincados mecanismos de control y regulación para mantener el balance homeostático.

Los organismos vivos responde a los estímulos

Los seres vivos interactúan con su ambiente y con otros organismos vivos.

La respuesta de un organismo frente a un estímulo por lo general produce algun tipo de movimiento (i.e. el movimiento de una planta en dirección del sol para capturar la energía solar, la retracción de una tortuga dentro de su caparazón para protegerse).

La capacidad de respuesta ayuda en la supervivencia de un organismo, y permite que pueda llevar a cabo sus actividades biológicas.

El conjunto de respuestas de un ser vivo constituyen su comportamiento.

Los organismos vivos se reproducen y desarrollan

La reproducción es la capacidad de cada organismo para producir otro organismo igual o semejante a él.

Las bacterias, los protozoos y otros organismos unicelulares se reproducen simplemente dividiendose en dos (fisión binaria).

Los organismos multicelulares frecuentemente unen espermatozoides y óvulos (gametos), cada uno proveniente de un individuo diferente, produciendo un ser inmaduro el cual se desarrolla posteriormente en un adulto.

Las instrucciones para la organización y el desarrollo de un organismo están codificadas en los genes.

Los genes estan constituidos de largas moléculas de ADN (ácido desoxirribonucleico); el ADN almacena el código genético de todos los organismos vivos.

Los organismos vivos tienen adaptaciones

Las adaptaciones son modificaciones de un organismo que lo hacen capaz de una forma o tipo de vida.

La selección natural es el proceso por el cual las especies se modifican en el transcurso del tiempo.

Una especie es el conjunto de individuos que se pueden cruzar entre si y tener descendencia fértil.

En la selección natural, los miembros de una especie pueden heredar un cambio genético que les da la capacidad de adaptarse mejor a un ambiente en particular. Estos individuos mejor adaptados, o "mas capaces", tendrán más posibilidades de producir un mayor número de descendientes que puedan sobrevivir.

El hecho que todas las formas de vida están compuestas de células, contengan genes hechos de ADN y lleven a cabo las misma reacciones metabólicas, sugiere que todos tenemos un ancestro en común.

Una especie puede dar origen a diferentes especies, cada una adaptada a un conjunto particular de condiciones ambientales.

La evolución es la responsable de la gran diversidad de vida en la tierra.

Organizacion de la Biósfera

Niveles de complejidad

La biósfera es la zona de aire, tierra y agua donde los organismos existen.

Un ecosistema incluye todos los componentes de una comunidad viva y el ambiente físico (i.e. suelo, atmósfera, etc).

Las interacciones entre los organismos vivos y sus cadenas alimenticias se denomina red trófica.

Los ecosistemas se caracterizan por los ciclos químicos y el flujo de energía.

Los ecosistemas pueden mantenerse y existir debido a un constante ingreso y suministro de energía, y, a la capacidad de los organismos fotosintetizadores de absorber esta energía.

Población Humana

Las poblaciones humanas modifican los ecosistemas existentes para su propio beneficio.

Dos grandes ecosistemas biologicamente muy diversos, las selvas tropicales y los arrecifes de coral, están siendo seriamente amenazados por acción de las poblaciones humanas.

Los seres humanos depeden del buen estado de salud y funcionamiento de los ecosistemas para obtener alimentos, medicinas, así como materias primas.

Diversidad Biológica

La diversidad biológica comprende al número total de especies, su variabilidad genética y sus ecosistemas.

La clasificación de los organismos vivos

La taxonomía es la disciplina que identifica y caracteriza a los organismos de acuerdo a ciertas reglas.

La clasificación taxonómica cambia mientras más aprendemos y conocemos acerca de los organismos vivos, incluyendo las relaciones evolutivas entre las especies.

Desde la categoria más pequeña (menos inclusiva) hasta la más grande (más inclusiva), la secuencia de categorías de clasificación es la siguiente: (1) especie, (2) género, (3) familia, (4) órden, (5) clase, (6) phyllum, (7) reino, (8) dominio.

Las especies dentro de un mismo género comparten muchas características específicas y son las mas cercanamente relacionadas.

Dominios

Las evidencias bioquímicas sugieren que hay tres grandes dominios: Bacteria, Archae y Eukarya.

Los dominios Bacteria y Archae contienen procariotes unicelulares; los organismos en el dominio Eukarya tienen un núcleo rodeado por una membrana, pueden ser unicelulares o multicelulares.

Los procariotes son estructuralmente simples pero metabolicamnete complejos.

Los organismos pertenecientes al domino Archae pueden vivir en aguas carentes de oxígeno, y son capaces de sobrevivir en condiciones ambientales muy difíciles y extremas (temperatura, salinidad, pH).

Las bacterias están adaptadas a vivir en casi cualquier lugar (agua, suelo, atmósfera, en el cuerpo humano, etc.).

Reinos

Los dominios Archae y Bacteria no son categorizados dentro de los reinos.

El domino Eukarya contiene cuatro reinos: (1) Protista, (2) Fungi, (3) Plantae, (4) Animalia.

Los Protistas pueden tener formas unicelulares o multicelulares.

Los Fungi pueden ser mohos u hongos.

Los Plantae son organismos fotosintéticos multicelulares.

Los Animalia son organismos multicelulares que ingieren y procesan sus alimentos.

El Nombre Científico

Un nombre binomial posee dos partes: el género (la primera palabra) y la especie (segunda palabra).

Los nombres binomiales se derivan del Latin y son usados universalmente por los biólogos para nombrar a los seres vivos (i.e. Homo sapiens).

El Camino de la Ciencia

El Método Científico

La biología es el estudio científico de la vida, y está formada por muchas disciplinas.

El proceso científico difiere de otras formas de aprender sobre el mundo que nos rodea en que la ciencia sigue el método científico. Este se caracteriza por la observación, el desarrollo de hipótesis, la experimentacion y recolección de datos, y la elaboración de conclusiones.

La Observación

Los científicos creen que la naturaleza tiene una organización y puede ser medida o conocida, y, que las leyes naturales (i.e. la ley de la gravedad) no cambian con el tiempo.

Los eventos naturales, llamados fenómenos, pueden ser comprendidos mediante la observación.

Los científicos utilizan el conocimiento y la experiencia de otros científicos para ampliar la comprensión de los fenómenos.

El azar o la casualidad puede, algunas veces, ayudar a un científico a obtener una idea (i.e. el descubrimiento de la penicilina por Alexander Fleming).

Hipótesis

El razonamiento inductivo permite a una persona unir hechos aislados en un todo cohesivo y coherente.

Un científico usa el razonamiento inductivo para elaborar una posible explicación (hipótesis) para un evento natural; las hipótesis se presenta como una afirmación en tiempo presente.

Los científicos solo consideran las hipótesis que pueden ser sometidas a evaluación o pueden ser probadas (i.e. las creencias morales o religiosas no pueden ser evaluadas por el método científico).

Experimentación y observaciones adicionales

La evaluación y comprobación de una hipótesis implica la elaboración y ejecución de un experimento, o la realización de observaciones adicionales.

El razonamiento deductivo involucra la lógica del "Si.....entonces....." para hacer una predicción, de tal manera que la hipótesis pueda ser sostenida, afirmada o comprobada mediante la experimentación.

Un diseño experimental es propuesto para probar una hipótesis. Un experimento debe incluir un grupo control el cual es sometido a todos los pasos del experimento, pero no es expuesto a un factor que está siendo evaluado.

Los científicos pueden usar un modelo (que es una representación de un objeto actual) en sus experimentos.

Los Datos

Los datos son los resultados de un experimento, son observables y objetivos, no subjetivos.

Los datos son mostrados en representaciones a manera de gráficos o tablas.

Muchos estudios se sostienen sobre datos estadísticos los que, entre otras cosas, determinan la probabilidad de error en el experimento.

Los métodos estadísticos son aplicados a los datos que se obtienen para establecer si las diferencias observadas son significativas, o si se pueden explicar por el azar. Estos métodos tienen su punto de partida en la hipótesis nula, que establece que no hay diferencias entre los datos obtenidos.

Conclusión

La base de la conclusión radica en que la capacidad de confirmar o rechazar la hipótesis con los datos obtenidos.

Las Teorías Científicas

Las Teorías Científicas tienen como objetivo fundamental comprender y dar una explicación al mundo natural. Las teorías son ideas especulativas que unen hipótesis probadas y relacionadas, y se sustentan sobre un amplio rango de observaciones, experimentos y datos.

Algunas de las teorías básicas en biología son las siguientes:

La teoría celular señala que todos los organismos están hechos de células.

La teoría de la homeostasis señala que el ambiente interno de un organismo permanece relativamente constante.

La teoría genética, que afirma que los organismos contienen información codificada que determina la forma, la función y el comportamiento.

La teoría de los ecosistemas señala que las poblaciones interactuan unas con otras y con su ambiente físico.

La teoría de la evolución señale que todos los organismos vivos tienen un ancestro en común.

Un principio o ley es una teoría que es generalmente aceptada por los científicos.

Estudios Controlados

Un estudio controlado asegura que el resultado se debe a una variable experimental (variable independiente) que es el factor evaluado.

El resultado es denominado variable respuesta (variable dependiente).

El Experimento

En el desarrollo de un experimento se sigue la siguiente secuencia:

Hipótesis: la rotación de cultivos de arvejas y trigo incrementa la producción de trigo, tan bien o mejor que con el uso de fertilizantes nitrogenados.

Predicción: después del crecimiento de plantas de arvejas en el suelo, la biomasa del trigo expuesta a los productos y desechos de las arvejas en el suelo será mayor que la biomasa del trigo tratado con fertilizantes nitrogenados.

Grupo control: trigo que no recibe fertilizante.

Grupo de prueba o experimental: trigo tratado con diferentes niveles de fertilizantes; trigo que crece en suelo en donde las plantas de arvejas han sido cultivadas.

Las condiciones ambientales y de riego son idénticas en el grupo control y los grupos de prueba.

Resultados: todos los grupos de prueba produjeron más biomasa de trigo que el grupo control, pero los niveles más altos de fertilizantes nitrogenados produjeron más biomasa que el grupo de prueba que crecio en el suelo donde fueron sembradas anteriormente las plantas de arveja. Con estos resultados la hipótesis no se sostiene.

Continuando con los experimentos

Para probar la hipótesis de que los productos y residuos de las plantas de arveja se acumularán en el tiempo, y se incrementará la producción de trigo, comparada con el uso de fertilizantes nitrogenados, el estudio se continua por otro año.

Durante ese año, el tratamiento con uso exclusivo de fertilizantes ya no excede la producción de biomasa de trigo comparado con el uso de arvejas. La biomasa de trigo del grupo de prueba expuesto a los productos y residuos de las arvejas fue la más alta.

Conclusión: al final de los dos años, la producción de trigo es mucho mejor en el grupo de prueba tratado con productos y residuos de arvejas. La hipótesis es sostenida y confirmada.

La cotinuación de los estudios por otro año mostró que el suelo mejoró continuamente por acción de los productos y residuos de las arvejas, comparado con el uso de fertilizantes nitrogenados en los grupos de prueba o experimentación.

Los resultados se reportan en una revista cientifica.

Estudio de campo

Hipótesis: la agresión entre aves macho de plumaje azul varia durante el ciclo reproductivo.

Predicción: la agresión cambiará después de que el nido es construido, depués de la puesta del primer huevo, y después de la eclosión del huevo.

Para probar la hipótesis, un maniqui (modelo) de ave macho de plumaje azul fue colocado cerca de los nidos mientras que las aves macho se fueron, y se realizaron observaciones a su retorno.

Control: un modelo de un ave de plumaje amarillo también fue colocada cerca de los nidos.

Resultados: los machos de plumaje azul no molestaron al ave modelo control (plumaje amarillo), pero fueron agresivos con los modelos de aves de plumaje azul dependiendo de la etapa del ciclo reproductivo.

Conclusión: la hipótesis fue sostenida y confirmada.

El estudio se reporta en una revista científica dándole una interpretación evolutiva.

Fuentes de Información

Sadava D. et al. 2006. The Science of Biology. 8th Edition. W.H.Freeman

Mader S. 2007. Biology. 9th Edition. McGraw-Hill

Imagen tomada de: http://info.zephyr.free.fr/images/Medicale/PE01001%20adn.JPG