miércoles, 9 de mayo de 2018

Semioquímicos (2) : El efecto McClintock y las feromonas durante el ciclo menstrual.

Inciso:
Un comentario en la publicación anterior me propuso hablar sobre la sincronicidad de los ciclos menstruales de las mujeres. El motivo por el que no hablé sobre esto es porque, cuando hice este trabajo para mi facultad, los estudios en torno a esta cuestión parecían demostrar que se trataba más de una leyenda popular, o unas coincidencias puntuales, que un hecho probado. No obstante he buscado algo de información sobre el tema, que os adjunto a continuación. Gracias!


Feromonas en el ciclo menstrual y estudios sobre su sincronización.

Este efecto producido en las mujeres, también conocido como Efecto McClintock por su primera investigadora (Martha McClintock, 1971) o el “efecto social de la menstruación” ejerce aún gran controversia tanto en la sociedad como en la comunidad científica.


McClintock, una psicóloga de la Universidad de Harvard, comenzó su estudio tras observar en un grupo de socorristas habían sincronizado sus ciclos menstruales tras un verano trabajando juntas. Esto le dio pie a iniciar una investigación donde necesitó la colaboración de 135 mujeres de una residencia universitaria. El estudio determinó que, tras los primeros meses de convivencia, las estudiantes que compartían habitación (e incluso aquellas que pasaban juntas gran parte del día) sincronizaban sus ciclos menstruales. A pesar de todo, el estudio quedó inconcluso y McClintock no supo explicar a qué se debía en realidad este comportamiento que apoyó la creencia popular de “Las mujeres que viven juntas, menstrúan juntas”.


Tras esta investigación abrió un debate en la comunidad científica que se reusaba a creer que esto se debiera a la presencia de feromonas e incluso, más tarde advirtieron que el estudio de McClintock presenta algunos errores estadísticos graves. Esto motivó a algunos científicos a realizar más estudios sobre el tema, buscando contrastar si era cierto que existía una sincronización química. Un estudio realizado en una tribu africana (lejos de la presencia de electricidad y factores químicos que pudieran interferir de algún modo el proceso) no encontró signos de sincronicidad en los 763 días de observación. Otro estudio realizado en una residencia en China donde vivían 186 mujeres también demostró que no existía una sincronización, aunque si bien es cierto que el inicio de algunos ciclos había cambiado. Apuntaron que esto podría deberse a otros factores ya que se sabe que el ciclo menstrual se puede ver afectado por estrés, pérdida de peso y patologías.


A pesar de todo, no podemos negar que exista una liberación de feromonas en la menstruación. Otros estudios, como el elaborado recientemente por la universidad de Salt Lake City, en Estados Unidos, afirman que los hombres (heterosexuales) tienen la capacidad de distinguir las fase más fértil del ciclo menstrual, encontrando su olor más atractivo. Esto se comprobó mediante un estudio en el que se mostraban fragancias extraídas del sudor de varias mujeres en momentos diferentes de su ciclo y varios hombres concordaron en que las fragancias situadas en la fase de la ovulación les resultaba más atrayente. Pero además, también se comprobó que no solo era una percepción subjetiva del voluntario, sino que se podía observar como alteraban algunas celulas cerebrales e incluso liberaban más niveles de testosterona.


Gráfica sobre las hormonas que actúan en un ciclo menstrual de 28 días.
Esto no es fruto de la casualidad. La fase de la ovulación está en torno al día 14 del ciclo y es en este momento donde se produce un pico muy significativo de hormonas (La LH o leutinizante, la FSH o folículo-estimulante y los estrógenos) que además es el momento de máxima fertilidad.



Estos estudios se realizaron con mujeres que no tomaban anticonceptivos químicos, pero también con mujeres que tomaban la píldora anticonceptiva. De este modo se hizo una segunda comprobación y es que las fragancias de las mujeres que tomaban anticonceptivos químicos resultaban menos atrayentes que las que no tomaban.


Además, otro estudio publicado en Hormones and Behavior afirmó que durante la ovulación, las mujeres tienen mejor olfato y son más sensibles al almizcle (cuyo olor es muy similar al de la androsterona) y las hormonas masculinas. Es decir, se produce un efecto recíproco: durante la ovulación ellas envían una señal química de fertilidad, que a su vez coincide con una mayor receptividad sexual. El hombre recibe sus señales quimicas y excita la glándula suprarenal produciendo la liberación de hormonas masculinas (que a su vez, como ya hemos visto en el anterior post, tiene efectos sobre su comportamiento) y que ellas perciben junto a su MHC en el olor corporal.





viernes, 13 de abril de 2018

Semioquímicos.

Los semioqúimicos (también llamados infoquímicos) son aquellas sustancias químicas, elaboradas por animales y expulsadas al exterior a través de glándulas que permiten la comunicación con miembros de la misma especie (intraespecifica) o de otras especies diferentes (interespecífica). Dependiendo del origen del receptor, se clasifica en dos grupos.


  • Feromonas: Cuando el emisor y el receptor son de la misma especie, es decir, se establece una comunicación química intraespecífica. Pueden ser moduladoras, liberadoras, cebadoras o señaladoras, dependiendo de la función que provoquen en el individuo receptor.
  • Aleloquímicos: Cuando el emisor y el receptor son de especies distintas, es decir, la comunicación es del tipo interespecífica. Son de gran importancia en la relación ecológica de las especies. Se clasifican en alomonas, kairomonas o sinomonas.


Las feromonas.


La finalidad de estos productos químicos es producir cambios conducturales en otros organismos de la misma especie que el emisor. Según el tipo de respuesta que pretenden provocar se clasifica en


  • Feromonas modulares: Influyen en los parámetros neurofisiológicos (ánimo y emociones), Son efectos dificiles de medir en animales, pero son foco de estudio en seres humanos.
  • Feromonas liberadoras: Producen cambios reversibles y inmediatos del receptor, iniciando modelos de conducta específica. Entre los efectos descubiertos por este tipo de feromonas se encuentra el atrayente sexual, las reacciones de alarma, la agregación de individuos o el marcaje territorial.
  • Feromonas cebadoras: Disparan una serie de cambios fisiológicos endocrinos o metabólicos en el receptor, y están relacionados con la maduración sexual y el crecimiento.
  • Feromonas señaladoras: Son señales químicas principalmente sociales. Su función principal es informar sobre la posición jerárquica del individuo, así como el tipo de alimento consumido. Son importantes para la selección de pareja.

Algunos autores (Potts,1991;Yamazaki,2000;Jacob y McClintock,2000) clasifican las feromonas en dos grades grupos, siendo las señaladoras aquellas que emiten información sobre el emisor, tanto individual como de su posición en un grupo, y las moduladoras las que provocan una alteración en el estado de ánimo y las emociones del receptor. Así mismo, ambas pueden ser releaser (liberadoras) de acción inmediata, o primer (promotoras) de acción lenta pero continuada en el tiempo.

Se conoce muy bien el papel que desempeñan las feromonas en los insectos, especialmente en aquellos que siguen una estricta jerarquía social como las abejas y las hormigas; o en la búsqueda de pareja como en el conocido caso de las mariposas de la seda. Pero los insectos no son los únicos en utilizar estos productos de forma frecuente.

Dentro de los animales mamíferos podemos observar su uso para la formación y mantenimiento de elaborados grupos jerárquicos; como es el caso de los lobos y los monos talapoin, pero también como atrayente sexual, relaciónes de maternidad o reinicio de los ciclos sexuales.

En los seres humanos hay muchas incógnitas sobre la función que estos químicos pueden ejercer sobre nuestro comportamiento, o bien si el órgano receptor (órgano vomeronasal o de Jacobson, del que hablaremos más adelante) sigue siendo funcional o mas bien se trate de un órgano vestigial en nuestra especie. 

Feromonas en los insectos sociales.


La eusociedad es el más alto nivel de organización social que presentan un grupo de animales de la misma especie, que trabajan de forma cooperativa y que cumplen tres condiciones fundamentales: elaboración de castas y división de trabajo, cuidado de las crías por parte de adultos-niñera y el altruismo por el bien de la colonia (W.D. Hamilton, 1994). Aunque muy pocos animales pertenecen a eusociedades, muchas de estas pertenecen al grupo de los insectos sociales, de las que destacaremos dos especies de gran interés: las hormigas y las abejas.



La eusociedad de las hormigas.


Las hormigas forman colonias que pueden variar entre una veintena de individuos predadores a varios millones de individuos perfectamente organizados. Estas colonias se dividen socialmente en dos grupos:
  1. Germoplasma: Machos y reinas.
  2. Soma: Obreras.
Lo habitual es que habiten en nidos, que pueden ser subterráneos o arborícolas, aunque existen especies invasoras que matan a la reina y exclavizan a las obreras. Sea como fuera, las hormigas (descritas a veces como un superorganismo por su perfecta sincronización) han colonizado casi todas las partes terrestres del planeta y se calcula que pueden formar parte hasta de un 25% de la biomasa total del planeta. Este éxito se debe a su organización social y su sistema de comunicación química mediante hidrocarburos. Las feromonas de las hormigas se pueden dividir en dos grandes grupos.


  • El olor de la colonia: También conocidas como las "Feromonas pasaporte", están disueltas en la cutícula y son rápidamente reconocidas tras la eclosión. Permiten a los individuos de un grupo diferenciar a los compañeros de los extraños.
  • Específicas: Se liberan por glándulas especializadas situadas en la parte cefálica (29) o en la zona abdominal y las patas (37) y liberan respuestas específicas. Estas señales se clasifican según el tipo de información que aporten.
  • De alarma: Producidas por las glándulas mandibulares. Son muy volátiles y se dispersan hasta 80 cm del foco de atención del peligro. La hormiga que percibe esta feromona la reproduce automáticamente, alargando la señal en un proceso de reacción en cadena, haciendo llegar la advertencia a toda la colonia en pocos segundos. Algunas de estas moléculas son geranial, neral, citronelal y citranelol
  • Territoriales: Son producidas por la glándula dofour (situada ventralmente a la glándula ácida y asociada a las glándulas venenosas). Son hidrocarburos alifáticos lineales (como el n-tridecano) y cetonas. Sirven para marcar el territorio de la colonia.
  • Funerarias: Se secretan al morir, provocando que las compañeras la transporten fuera de la colonia o al lugar de los desperdicios. 

La eusociedad de las abejas.


Es posiblemente la eusociedad más estudiada. En una colmena viven aproximadamente 50.000 de estos individuos perfectamente organizados en reina, zánganos y obreras. La reina es única en su colmena, es la mas grande y su vida es más larga que la del resto. No produce miel, ni cera y su única función es procrear. Los zánganos y las obreras son las encargadas de polinizar las flores,  fabricar los panales de cera y defenderlo contra los invasores. Para orientarse y regresar a la colonia emiten las feromonas de Nassanoff producida en la parte superior del abdomen y baten fuertemente sus alas para diseminarlas.

Para evitar que las obreras se reproduzcan, la abeja reina presenta una feromona mandibular (PGC) que evita el desarrollo de los ovarios de sus subditas. Uno de los componentes mayoritarios de la PGC es el ácido trans-9ceto-decanoico, que es ingerida por algunas obreras y transmitida a otras a traves de la trofalaxis.


La trofalaxia o trofalaxis es un tipo de alimentación entre dos insectos sociales, en el que se produce un intercambio de sustancias uniendo sus aparatos bucales.

Una cantidad de 0,1gr. es suficiente para inhibir el desarrollo de las gónadas y la actividad sexual, de forma que la abeja reina evita futuras reinas competidoras. Si alguna obrera se escapa del poder de esta feromona e intenta poner huevos, otras abejas obreras que actúan como patrulleras detectan la localización de los huevos rebeldes y los ingieren. Pero además, la feromona mandibular sirve para informar al resto de individuos del estado de la colmena. Las nuevas reinas apenas producen esta sustancia, pero al sexto día producen cantidades suficientes para atraer a los zánganos para el apareamiento y formar un séquito.


Las larvas de la Reina también presentan feromonas, cuya composición es el resultado de una mezcla de diez ésteres de ácidos grasos y varía dependiendo de la edad de la larva. Debido a su peso, no son volátiles sino que se difunden por contacto directo con las obreras que las cuidan y les ofrecen información de sus necesidades alimentarias. Cuatro de estos ésteres (linolenato de metilo, linoleato de metilo, oleato de metilo y palmitato de metilo) son producidos en abundancia durante el sellado de la celdilla de la colmena, y el linoleato de metilo en concreto incrementa la cantidad de jalea depositada por las nodrizas.

El papel de las feromonas en la búsqueda de pareja en las mariposas.


En 1870 el naturista y etólogo Jean-Henri Fabre descubrió por primera vez las feromonas sexuales en una especie de mariposa: la Saturnia piry o "pavón nocturno", después de observar que los machos de esta especie volaban varios kilómetros para visitar a las hembras del laboratorio.

Más tarde, en 1870 el químico alemán Adolf Butenand aisló identificó por primera vez la feromona de un insecto: el Bombykol. Ésta sustancia (10E,12Z-hexadeca-10,12-dien-1-o) es liberada por las hembras de la mariposa de la seda (Bombyx mori) que provoca que los machos vuelen hasta encontrarlas, aunque se encuentren en distancias muy lejanas. El producto liberado es un alcohol insaturado de 16 carbonos a la que los machos son muy sensibles y del que las hembras carecen de órgano receptor.

La producción y liberación de esta feromona se lleva a cabo por una glándula específica situada en la punta de su abdomen. Emiten esta sustancia junto con su aldehído bombykal, que produce un efecto inhibitorio de bombykol para las mariposas de otras especies. El órgano se encuentra en las antenas plumosas de los machos, que están formados por hasta 50.000 sensilos (o pelos) con celulas muy sensibles innervadas a una neurona específica a bombykol.


Cuando una sóla molécula de esta sustancia entra en contacto con la neurona, se produce una despolarización tan fuerte que provoca el impulso inmediato de búsqueda del macho. Los expertos resumen la busqueda de la hembra. Los expertos resumen la búsqueda en tres fases.


  1. Fase: Algunas moléculas olorosas aisladas dispersas por el viento caen en las antenas del macho provocandole intranquilidad y provoca que despegue su vuelo sin una dirección fija,
  2. Fase: El viento transporta partículas olorosas. Cuando la mariposa vuela en contra de la dirección del viento, se encuentra con más cantidad de moléculas que se depositan sobre sus sénsilos y el órgano receptor se excita con mayor frecuencia.
  3. Fase: Al llegar a un número determinado de moléculas, el macho se orienta por las corrientes de intensidad. De este modo, si hay mas moléculas en la antena derecha, girará hacia ese rumbo hasta recibir otra corriente de concentración.

Feromonas en mamíferos.


El órgano vomeronasal.



Se dice que los mamíferos presentan un sistema olfatorio dual, que hace referencia a que somos capaces de percibir sustancias químicas de dos formas diferentes. Por un lado, somos capaces de detectar moléculas odorantes del entorno que nos permitan encontrar comida, refugio o huir de un peligro que son procesados por el sistema olfatorio principal (POS). Por otro lado, podemos percibir sustancias químicas emitidas por otros individuos para el reconocimiento, la formación de jerarquías sociales o la búsqueda de pareja. El sistema que lleva acabo la transducción de este tipo de moléculas recibe el nombre de sistema u órgano vomeronasal.







El organo vomeronasal (OVN) también conocido como órgano de Jacobson, fue descubierto por Jacobson en el año 1811 y se trata de una estructura de tubo hueco con un extremo ciego situado en la parte del septo nasal sobre el hueso vómer, que se abre a la boca y a los orificios nasales. Está inervado por neuronas sensoriales empaquetadas y acopladas a proteinas G y se proyectan a regiones del bulbo olfatorio accesorio.


Para un mejor contacto con las feromonas, los animales realizan la respuesta Flehmen, en la que el labio superior se retrae dejando al descubierto las areas orales. Las feromonas estimulan el OVN y éste envía señales al bulbo olfatorio accesorio, que es una parte del sistema nervioso central. Por último, estas señales son enviadas a la amígdala que es la parte del cerebro responsable de los instintos como la agresión, el apareamient, el miedo o el instinto maternal.


Jerarquía de los monos talapoin.


El talapoin norteño (Miopithecus ogouensis) es un mono catarrino de pequeño tamaño de la zona oeste de África que vive en jerarquías sociales donde un macho dominante exhibe una gran actividad sexual y es violento contra los otros machos del grupo. Este comportamiento está relacionado con altos niveles de testosterona y bajos niveles de prolactina en sangre. En cambio, los machos subdominantes, que carecen de dicha actividad sexual y agresiva, (y que además son sometidos a agresiones constantes por el dominante) presentan niveles bajos de testosterona y altos en prolactina.

En un experimento realizado por el profesor Barry Kaverne de la Universidad de Cambridge se observó que al colocar un macho subdominante en un harem, loss nivelesde testosterona de su organismo se disparan, lo que provoca un cambio drástico en su comportamiento de la sumisión a la dominación, que resulta como consecuencia en una alta actividad sexual.

Las hembras también constituyen su propia jerarquía. Existe una hembra dominante que, a pesar de no ser violenta, tiene mayor actividad sexual y nunca recibe agresiones mientras que el resto sí recibe agresiones y no presentan actividad sexual.



Ante una administración artificial de estradiol (precursor del estrógeno) a todo el grupo, se observó que solo en la hembra dominante se produce un pico de LH (Hormona leuterizante) que provoca la ovulación, mientras que el resto no presentan respuesta al precursor. Sin embargo, al suministrar bromocriptina (depresor de los niveles de prolactina) si se produce un aumento de la hormona leuterizante, la hembra ovula y se activa su vida sexual.


Feromonas humanas.


A dia de hoy no se conoce ningún otro semioquímico humano, a excepción quizá de las feromonas sexuales, que aún así suscita controversia. Las feromonas sexuales humanas son secretadas por las glándulas apocrinas axiales (androsteronas, en mayor concentración en hombres) y pubianas que se activan tras la pubertad. Por si solas son inodoras (funcionan de forma subconsciente) pero adquieren su esencia al ser procesadas por la piel.

La molécula Androsterona (5-α-Adrost-16-en-one) es un esteroide intermediario en la producción de andrógenos que se encuentra en el sudor y la orina de los hombres y en mucha menos cantidad en mujeres. El agua mineralizada del sudor se mezcla con esta feromona y ambas alimentan la flora bacteriana de la piel, dando como resultado el olor característico y único del individuo. Es un atrayente natural hacia el sexo femenino y un repelente al sexo masculino y provocan la percepción de fuerza y dominio.

Fotografia de una "pheromone party", un novedoso método de
encontrar el amor basandose en ropa anónima  impregnada en feromonas.
En un estudio realizado en 1986 por el Dr. Cutler (Director del Instituto Athena de Pennsylvania) donde se rociaron varias sillas y cabinas telefónicas con este compuesto químico, se observó que la mayoría de los hombres evitaba el contacto con los objetos rociados con androsterona, mientras que eran la elección predominante en la mayoría de las mujeres.


El Androstenol (5-α-Androst-16-en-α-ol) es otra feromona secretada por la glándula suprarrenal que se encuentra en el sudor de los hombres y alcanza su máxima concentración en humanos a los 20 años, por lo que está asociada con la fertilidad juvenil. Esta hormona actúa como feromona influyendo en la percepción y primera impresión. Un estudio realizado por Smell and Taste Treatmen Research Foundation en Illinois, Chicago, estudió la reacción de un grupo de personas a las que colocaron unas mascarillas sanitarias y se les mostraba fotografías de otras personas, edificios y animales. Los investigadores les pidieron que las valoraran siguiendo los criterios de atracción/repulsión, benevolencia/mezquindad, y agresividad/pasividad y los resultados obtenidos variaron considerablemente cuando la mascarilla estaba limpia a cuando esta se encontraba espolvoreada en androstenol, lo cual condujo a que esta sustancia alteraba la percepción primaria de las personas.

Las copulinas son un grupo de pequeños ácidos grasos que alteran la conducta de apareamiento de los animales. En 1995 un grupo de primatologos descubrieron que los monos no prestan atención a las hembras estériles en la temporada de apareamiento, pero si a esas hembras se les rociaba secreciones vaginales de hembras fértiles, los machos cambiaban repentinamente su comportamiento hacia ellas. Estas secreciones presentaban un componente químico al que se le dominó, de forma general "copulina".

Hoy en dia se sabe que las mujeres humanas presentan unos componentes muy similares cuya máxima concentración se sitúa en los días fértiles del ciclo menstrual (días antes y después de la ovulación) y disminuye abruptamente en mujeres con menopausia o que utilizan conceptivos orales.

Para descubrir qué efecto ejercían estas sustancias en los hombres, Karl Grammar y Elizabeth Oberzaucher de la Universidad de Viena repitieron el experimento de la mascarilla, esta vez usando sólo fotografías de mujeres. Los resultados obtenidos demostraron que, cuando inhalaban esta sustacia, se producía un pico de liberación de testosterona y afectaba a la capacidad cognitiva, de forma que no distinguían una mujer atractiva de una que no lo era. Esto se debe a que las copulinas ejercen un efecto en el sistema límbico volviendonos más pasionales y menos racionales a la hora de valorar la belleza femenina.

Otro estudio más reciente realizado por Leander Van Der Meij (2008) demostró que ante la presencia de mujeres, los hombres desencadenaban un aumento significativo de testosterona, lo que producía cambios en su propia conducta para destacar su virilidad.

El estudio, publicado por la universidad de Groningen (Holanda) en el que colaboraron 63 personas, fue realizado mediante un proceso de doble ciego en el que los participantes creían que iban a participar en una investigación sobre la relación de la personalidad y las relaciones fisiológicas. Primero les tomó una muestra de saliva para medir los niveles de testosterona basales como muestra de referencia. Después se les introdujo en una sala de espera en la que había una mujer, a la que el experimento se refiere como sujeto de estímulo. Tras unos minutos de charla informal controlada por videocámaras, le introducen en un despacho para resolver unos sudokus y quince minutos más tarde se vuelve a tomar una muestra de saliva y se le ofrece un test sobre la prueba. Al final de este cuestionario se les pregunta si la persona de la sala les había parecido atractiva.

A pesar de que algunos individuos respondieron que no, todos habían experimentado un aumento muy significativo de los niveles de testosterona con respecto a sus muestras de referencia. La concluión del experimento es que la testosterona se libera en los hombres de forma automática en presencia femenina, preparando al cuerpo humano para el cortejo, y con ello la conducta. En el visionado del video se observa que, tras una primera toma de contacto, los sujetos experimentan cambios en su lenguaje corporal, presentando una postura más abierta, hombros erguidos y un mayor contacto visual. Este lenguaje corporal, completamente automático, nace con la finalidad de parecer más grandes y más fuertes ante el otro sujeto, destacando de esa forma sus atributos físicos.

Las feromonas y la compatibilidad.


La forma en la que el cerebro procesa los olores está relacionada con las respuestas emocionales pero también con la genética. El olor corporal, aquel caldo de cultivo formado por hormonas producidas en las glándulas apocrinas en conjunción con la flora bacteriana de la piel y el sudor, está relacionado con el complejo principal de histocompatibilidad o MHC.

El MHC es una familia de genes del ADN que determina las enfermedades a las que nuestro sistema inmune está preparado para protegernos. En esa región hay unos 100 genes distintos con miles de variantes por lo que ni hay dos personas con la misma convinación genética, ni tampoco que emitan el mismo olor corporal. Se piensa que este aroma único es especialmente importante en hombres, que funciona como un radar a la hora de buscar pareja. .En concreto, la androstenona en grandes concentraciones emite un olor desagradable similar al almizcle, pero en pequeñas dosis puede ser un olor agradable y atrayente.

Según Grammer y Oberzaucher, que una mujer encuentre interesante el olor corporal de un hombre puede deberse por dos razones: o bien está en la fase fértil de su ciclo menstrual o su MHC es muy diferente al suyo, cuyo motivo no es más que garantizar la descendencia, indicándonos que la posible pareja es un buen compañero genético. De esta forma, si los complejos de histocompatibilidad paterno y materno son diferentes, el sistema inmunitario del sucesor es más eficiente.

El reconocimiento materno.


El órgano vomeronasal se forma entre la quinta y sexta semana de gestación, a las nueve semanas el feto ya tiene células olfatorias provistas de cilios y con ello aumenta el número de celulas cerebrales con capacidad de procesar las señales sensitivas. Aproximadamente durante el tercer mes de gestación se desarolla el sistema trigénimo y se calcula que en el quinto mes, el embrión puede recibir estímulos olfativos de la placenta.


Estos estímulos son producidos por una serie de sustancias (1-dodecanol, 1-1'-Oxibisoctano, Isocurcumenol, α-hexil-cinámico aldehído y Mistrato de isopronilo) que junto con las copulinas fabrican un nuevo olor corporal en la gestante que produce en el neonato una impronta, que es percibida por su órgano vomeronasal creando asociaciones de memoria. 

Estas sustancias se emiten por las glándulas sudoríparas y lactantes de la madre creando dos patrones olfativos:  Por un lado, el patrón para-axilar permite al recién nacido reconocer a su madre y sus pertenencias inmediatamente. Por otro lado, el patrón pezón-aureola le ayuda a enontrar el foco del alimento, desatando mecanismos de succión.´



En el siguiente capítulo hablaremos de la señalización intraespecífica, las alomonas, kairomonas y sinomonas y algunas aplicaciones comerciales de los semioquímicos.



lunes, 4 de septiembre de 2017

Técnica de PCR de clonación de ADN

La técnica de reacción en cadena de la polimerasa, más conocida como PCR, se desarrolló en 1986 como método alternativo y rápido de clonación de ADN. Este método ha aumentado el potencial de la investigación del ADN reconbinante, eliminando la necesidad de las células huésped.

¿Qué hace?

 
El PCR copia secuencias especificas del ADN mediante una serie de reacciones in vitro y puede amplificar secuencias diana presentes en cantidades infinitesimales entre una población de otras moléculas de ADN. Para ello requiere una serie de requisitos.
  • Precisa información sobre la secuencia nucleotídica del ADN que va a clonar.
  • La información de la secuencia se usa para sintetizar dos cebadores oligonucleótidicos: uno para el extremo 5',otro para el extremo 3'
  • Una vez separadas las dos cadenas, los cebadores se unen a los nucleótidos complementarios de los extremos de la secuencia a clonar
  • La repetición de estos pasos genera numerosas copias del ADN.

Pasos para realizar un PCR.

  1. Desnaturalizamos el ADN de doble cadena calentándolo entre 90-95º. Esto provocará que las moléculas de ADN se separen en cadenas sencillas.
  2. Disminuimos la temperatura hasta los 50º. Los cebadores se unen a los extremos de las moléculas sencillas del ADN (annealing o fase de anillado). Esto servirá como punto de iniciación para la síntesis de nuevas cadenas complementarias a las iniciales.
  3. Taq (Thermus aquaticus) es una ADN polimerasa resistente al calor que sintetizará nuevas cadenas de ADN. Esta nueva síntesis se realizará a una temperatura de entre 70-75º. La Taq extiende los cebadores añadiendo nucleótidos en la dirección 5'->3'
Imagen de http://afanporsaber.com

Cada grupo de estos tres pasos (Desnaturalización/Hibridación de los Cebadores/Extensión por Polimerasa) se llama CICLO. El PCR es una reacción en cadena porque los ciclos se repiten indefinidamente.

En cada ciclo hay una desnaturalización del ADN y, por ello, tanto las cadenas viejas como las nuevas sirven como molde para el ciclo siguiente. Así, cada ciclo duplicará el número de moléculas de ADN y, tras unos 25 o 30 ciclos, obtendremos más de un millón de moléculas.
(1 fragmento en 30 ciclos: 1.073.741.820 copias).

Este proceso está automatizado, y las maquinas que los llevan a cabo reciben el nombre de Termocicladores.


Termocicladores.


Los termocicladores, también llamados "maquinas de PCR" o "reciclador térmico PCR" son máquinas de laboratorio molecular que pueden programarse eligiendo el número de ciclos y las temperaturas a las que se van a realizar cada uno de los pasos del ciclo.


¿Para qué pueden usarse?

  • Los fragmentos obtenidos mediante esta ténica se pueden usar para
  • Su clonación en vectores
  • Para secuenciar
  • Para el sexado de embriones a partir de una sola célula. Se amplifica un fragmento del gen SRY que determina el sexo masculino y va en el cromosoma Y.
  • Para el control de la adulteración de alimentos, amplificando fragmentos de genes diferenciales en las distintas especies. Por ejemplo; en el foie de pato para ver de qué especies proceden o si están adulterados con pollo o cerdo.
  • Para Diagnostico Clínico
  • Como sondas
  • Para Rastreo Genético (Prueba de familia, pruebas criminales)
  • Para estudios Paleontológicos.

¿Qué ventajas tiene la técnica del PCR?


La clonación del ADN basada en la PCR presenta diversas ventajas con respecto a otras técnicas.
¿Recuerdas esta escena de Jurasic Park?
Lo siento amigo, es imposible que un ADN
pueda conservarse tantos años (incluso
si está embebido en ámbar)
  • Es una técnica rápida. Puede realizarse en horas en lugar de días.
  • El diseño de los cebadores es relativamente fácil, conociendo la secuencia de los fragmentos a clonar.
  • Se pueden encargar a empresas comerciales que los fabrican y venden.
  • Es una técnica muy sensible y amplifica secuencias específicas de ADN a partir de pequeñas muestras, prácticamete indetectables por otros métodos. Esta ventaja tiene un valor incalculable en diversas áreas, como la medicina forense, las pruebas genéticas y la biología molecular.
  • Pueden usarse muestras de ADN parcialmente degradadas, mezcladas con otros materiales o incluidas (como por ejemplo el ámbar).

¿Qué inconvenientes tiene la técnica del PCR?

  • Debemos disponer de cierta información sobre la secuencia de nucleótidos de ADN que queremos amplificar.
  • Su alta sensibilidad y capacidad de amplificación a partir de pequeñisimas cantidades de aDN también es un inconveniente, ya que pueden amplificarse muestras indeseables (de las cuales no habíamos advertido su presencia) o muestras resultado de una contaminación.Por ejemplo: El ADN del investigador pude contaminar las muestras recogidas en el escenario de un crimen.

lunes, 24 de agosto de 2015

Tiburones.

Los tiburones ( o selacimorfos) son un superorden dentro de la clase de peces condrictios o cartilaginosos y comparten orden con los peces raya y las quimeras (Holocéfalos).

Surgen hace 400 millones de años, (200 millones de años antes de los dinosaurios) cuando los antiguos peces se dividieron en dos grupos: aquellos que conservaban el esqueleto endeble y cartilaginoso y carecían de huesos internos y escamas externas planas (condrictios) donde se encuentran tiburones, rayas y quimeras, y los que sustituyeron el cartílago por hueso (osteíctios) que representan al resto de peces.



Tienen una gran variedad de tamaños y formas. La mayoría miden alrededor de un metro de longitud, pero algunos apenas alcanzan los 30 cm (etmopteridos) mientras que otros, como los tiburones ballena, pueden llegar a los 20 metros. Tienen un cuerpo cilíndrico, a veces aplanado, mandíbula superior e inferior y narinas nasales en la parte interior de la cabeza. Presentan de cinco a siete pares de aberturas branquiales y sobre estas se encuentran aletas pectorales que no están unidas a la cabeza. Todo su cuerpo está protegido por escamas placoideas o dentículos dérmicos, cuya función principal es evitar la fricción del agua. Se conocen unas 500 especies.

Tienen una aleta caudal o cola, cuyo movimiento sinuoso (en forma de S) facilita la propulsión para el nado y cuya  gran variedad de formas ayuda en la clasificación de la especie (lamnidae para a natación rápida y triakidae para la natación lenta, por ejemplo). Por lo general, una cola con forma de media-luna cuyos dos lóbulos son de tamaño parecido suele representar a los tiburones de nado veloz.
También disponen de una o dos aletas dorsales que a veces presentan espinas. Algunos tienen forma de raya, pero se distinguen por la forma de las aletas pélvicas y la situación diagnostica de las hendiduras branquiales.




Este tipo de animales presenta un nado activo para el intercambio gaseoso y el retorno venoso que estudiaremos detalladamente más adelante, en el apartado de fisiología. Para ello,  su patrón natatorio requiere una superficie horizontal grande para un mejor planeo. Esta superficie es mucho mayor en tiburones oceánicos que en costeros.


Fisiología del tiburón

Respiración y movimiento continuo.


Los tiburones presentan fibras musculares segmentadas en zigzag, que en corte transversal, se observan como largos haces de fibra muscular que van de la cabeza a la cola. Estas fibras se contraen primero a un lado del cuerpo y luego en el otro, presionando sobre la columna vertebral lo que produce una serie de ondulaciones a lo largo del cuerpo que se representan en un movimiento natatorio sinuoso que es impulsado por la aleta caudal. Tanto el empuje hacia adelante como la aceleración son producto de estas contracciones, siendo más eficaz cuando menos se encorve el cuerpo del animal.

La estrategia de los nadadores eficaces es acelerar al comienzo con una serie de ondulaciones que recorren el cuerpo, para posteriormente colocarlo rígido haciendo que las ondulaciones sean menos pronunciadas y de este modo utilizar menos energía. En los tiburones oceánicos veloces, situados en la zona anterior de la aleta caudal lamnida como en los marrajos, se pueden obervar amplias quillas (o ensanchamientos)  frente a la cola que le dan estabilidad adicional.



Al contrario que los peces óseos, los tiburones carecen de la vejiga natatoria que les otorga la flotabilidad neutra, pero aun así se mantienen a flote. Esto se debe tanto al bajo peso del esqueleto de cartílago como a una serie de aceites de baja densidad que se almacena en sus grandes hígados. Otros, como los odontáspidos, almacenan aire de la superficie en el estómago, pero muchas especies pelágicas no tienen más remedio que nadar continuamente para sorbrevivir, no solo para mantenerse a flote, sino porque  de esta forma el agua pasa a través de la boca y por encima de las branquias para extraer el oxígeno necesario. Este fenómeno recibe el nombre de ventilación a chorro.

Sentido electroquímico



Presentan órganos electrorreceptores llamadas ampollas de Lorenzini, formadas por canales electricos que detectan las variaciones de temperatura del agua, la orientación magnética de la tierra y los campos eléctricos de las presas. Estos órganos, situados en el morro y alrededor del rostro, están protegidos por una capa gelatinosa que funciona como un semiconductor. 





Los tiburones presentan una gran sensibilidad a los campos eléctricos, detectando umbrales por debajo de 5nV/cm. Todos los animales producen potenciales eléctricos para la contracción muscular, lo que provoca un cambio en la carga eléctrica de la superficie celular cuando la presa (y más aún, un gran banco de peces) se mueve. Estos electrorreceptores, situados muy cerca de la superficie animal, detectan este movimiento debido al cambio eléctrico generado.

Reproducción


La reproducción en tiburones es muy variada y en todos casos requiere de fecundación interna, producida generalmente tras un proceso de cortejo que asegure la cooperación de las hembras. Solo se ha observado el apareamiento en algunas especies. Según la teoría r/k de la reproducción de las especies, presentan una estrategia de tipo k, donde el numero de descendientes es pequeño para un individuo relativamente grande, lo cual permite una mayor oportunidad de supervivencia que en peces óseos, donde la cantidad de huevos es mayor para una tasa de supervivencia muy baja (estrategia r)




En tiburones de gran tamaño, el macho muerde a su pareja para retenerla junto a él mientras hace uso del par de pterigopodios (prolongaciones asurcadas de las aletas pélvicas) con el que insertan los acúmulos de esperma en el conducto reproductor de la hembra.

Los tiburones pequeños, como la pintarroja, se enroscan entre sí.







El 40% de las especies de tiburones son ovíparos. Tras la fecundación de los huevos (grandes y llenos de vitelo) se ponen en pareja (uno por cada ovario) y se deposita una cubierta protectora. De esta forma los fijan al lecho marino para que puedan desarrollarse (a veces, durante todo un año) hasta que el embrión absorbe todo el saco vitelino y eclosiona como un adulto en miniatura. Muchos tiburones retienen durante meses los huevos antes de ponerlos con la finalidad de reducir su tiempo de exposición, acortando la fase de desarrollo fuera de la madre en unas pocas semanas.



El 25% de las especies utiliza el ovoviviparismo o viviparismo placentario, como ocurre con el tiburón ballena y la mielga. La hembra retiene los huevos hasta que han absorbido el saco vitelino.

Cuando han completado el desarrollo, eclosionan a salvo dentro de la madre y posteriormente las alumbra como jóvenes desarrollados.  Algunos realizan la oofagia, que consiste en que la madre produce huevos no fecundados pero ricos en vitelo para nutrir a las crías. En otros casos, como el del tiburón toro, las crias se comen unas a otras dentro del útero de la madre lo que recibe el nombre de canibalismo intrauterino.


El 10% utilizan el viviparismo placentario, como la tintorera y el pez martillo. En este tipo de estrategia, el saco vitelino se desarrolla dando lugar a una placenta que queda unida a la pared del útero, con el pedúnculo vitelino, que conecta el saco vitelino y el embrión, actuando como cordón placentario transportando alimentos directamente de la madre a la cría. Tras el alumbramiento, la cría ya no será cuidada por sus progenitores, como si ocurre en mamíferos.

Los tiburones, especialmente los que habitan en océanos frios y profundos donde escasean los recursos, requieren de varios años para alcanzar un buen tamaño para reproducirse. Los mas grandes tienen muy pocos depredadores, por lo que ponen muy pocas crías, lo suficiente para mantener la población. Estos individuos son por tanto longevos, de crecimiento lento y con pocas crías. Se han observado especies abisales sexualmente inmaduras a los 40 años y que pueden llegar a vivir un centenario. En cambio, las especies pequeñas y costeras crecen más rápido maduran primero y pueden empezar a reproducirse a los dos o tres años de edad.

Conducta y migración


La conducta en tiburones también es muy variada; pueden ser solitarios y reunirse solo para el apareamiento, o pueden vivir en comunidades y cazar en grupo. En el caso de la tintorera y de la mielga, viven en grupos unisexuales agrupados por edades: las crías se encuentran en zonas someras de desarrollo, separadas de los adultos que podían devorarlos, los juveniles se reúnen en grandes grupos, los adultos se separan en machos, que van juntos, y hembras, que se dividen en grávidas (encinta) que migrarán de nuevo a las zonas de cría para dar a luz, y no grávidas. Cuando alcanzan la madurez sexual, se reúnen con los miembros del sexo opuesto una vez al año, o cada dos, para el apareamiento.

El tiburón y el ser humano


Aunque algunos tiburones son potencialmente peligrosos para el hombre, la realidad es que ha habido grandes extinciones en los últimos años debido a la acción del ser humano y la explotación insostenible de los recursos marinos, unido a los cada vez más frecuentes daños que ejercemos en los océanos.





La aleta de tiburón ha sido uno de los alimentos más valiosos durante los últimos dos mil años debido a que era un manjar escaso, preciado y difícil de preparar. Durante mucho tiempo era un plato único para los banquetes de emperadores chinos y hoy en dia se comercializa su cartílago como complemento alimentario en atletas de élite y para problemas de artritis. Sin embargo el resto de su carne carece de valor, debido a sus niveles de urea y moniaco, que le dan un sabor desagradable. 

Es por esto, y porque los gobiernos restringen el peso de pesca de tiburón, que hoy en día son despojados de sus aletas y devueltos vivos al mar, donde no pueden hacer una vida normal debido a que se ve afectado su nado, y son condenados a las profundidades







Su aceite esencial (que se extrae fácilmente cuando se deja el hígado descomponer al sol) también ha sido durante mucho tiempo un producto muy comercializado, siendo utilizado para la imperbeabilización de las barcas, como combustible para el alumbrado, y como fines médicos debido a sus grandes niveles de Vitamina A.


Incluso la piel ha sido utilizada como un valiosísimo cuero, debido a su in tratar, con sus dentículos, se denomina chagrín y es una potente lija, que en el pasado se utilizaba para elaborar las empuñaduras de las espadas, debido a que sus fibras se encuentran tan fuertemente entrelazadas que son tan resistentes como el acero. La piel pulida pero conservando sus dentículos recibe el nombre de boroso y es usada para elaborar productos muy cros de ornamentación, como carteras, bolsos, cinturones e incluso zapatos.




Sin embargo, su producto más valioso a la par que sostenible es el buceo ecoturístico, una industria en crecimiento en todas partes del mundo, ofreciendo beneficios de decenas de miles de dólares en turismo en lugares como las Maldivas, Pero como todo, esto influya negativamente sobre las poblaciones, debido  que pueden generar cambios en el comportamiento, el hábitat y su ecología. En algunos países están comenzando a exigir una mayor regulación para procurar que no se vean afectados. Los observadores de tiburones deben entonces asegurarse de que eligen operadores de ecoturismo con equipos adecuados, entrenados, con buena reputación y todas las autorizaciones necesarias.



jueves, 15 de enero de 2015

El sistema excretor. Organografía y Fisiología. (Parte 1/2)

El sistema excretor permite la eliminación de residuos tóxicos del organismo. Estos residuos provienen del metabolismo celular de carbohidratos, lípidos y proteinas.


  • El metabolismo de carbohidratos y lípidos genera CO2 (eliminado a través de la sangre y los pulmones) y H2O ("agua metabólica" utilizada por las células).
  • El metabolismo de proteinas genera NH3 y NH4, compuestos altamente tóxicos que han de ser eliminados del organismo. Cada gramo de proteína contiene 0,16g de Nitrogeno.
  • El metabolismo de ácidos nucleicos genera residuos nitrogenados, pero su ingesta es mucho menor que el de proteínas.
  • Otros residuos del metabolísmo son: grupos prostéticos, derivados animales, derivados de hongos, etc.

Clasificación de la eliminación del nitrógeno.


En función de los mecanismos de eliminación del nitrógeno, los animales se clasifican en cuatro tipos. La toxicidad disminuye al mismo tiempo que el agua y es inversamente proporcional al aumento del gasto energético.

  1. Aminotélicos.  Su producto de desecho es el amoniaco; un compuesto muy tóxico y muy diluido. (1g/0,5l H2O) Lo son la mayoría de los animales acuáticos.
  2. Urotélicos. Su producto de desecho es la urea; una combinación de NH3 y CO2 producida en el higado, lo que implica un gasto energético. La urea es 100.00 veces menos tóxica que el amoniaco (1g/50ml H20) lo que supone un ahorro considerable de agua. Lo son los anfibios, tortugas, tiburones y mamíferos. En el caso de los mamíferos, además de Urea se genera ácido úrico (en menor cantidad) como consecuencia del metabolismo de los ácidos nucleicos.
  3. Uricotélicos. Su producto de desecho es el ácido úrico, que es menos soluble que la urea (mayor ahorro de agua) pero requiere un mayor gasto energético. (1g/10ml de H2O). Lo son las aves, reptiles e insectos.
  4. Guaninotélicos. Su producto de desecho es la guanina (C5H4N5O) muy poco soluble en agua (1g/1ml de H2O). Se elimina en forma de cristales sólidos. Lo son los arácnidos.
Paralelamente, el sistema excretor equilibra el nivel de iones en sangre que son moléculas de muy bajo peso molecular y con carga electrónica (Na+, Cl-, K+, Ca++...) y son muy solubles en agua. Son esenciales para los procesos de Potenciales eléctricos de membrana y claves para determinar la presión osmótica del organismo.


Regulación del pH.


En las células animales, el pH debe oscilar entre 7,35 y 7,45. Fuera de este margen la célula no es viable ya que el pH determina el grado de ionización de los aminoácidos, que determinará la estructura tridimensional y por tanto la función de las proteínas.

La actividad oxidatíva de las células genera protones (H+) que deben ser eliminados para tener un nivel de pH constante. Por tanto, los protones se convierten en productos residuales del metabolismo celular.



Tanto la eliminación de residuos, principalmente compuestos nitrogenados, como la eliminación de iones implicados en el balance hidroeléctrico (osmoregulación) y de iones implicados en la regulación del pH, implican el transporte de iones y un transporte indirecto de agua, con la creación de gradientes osmóticos. Estos tres mecanismos están coordinados por los órganos de osmoregulación y excreción.

Sistemas de excreción


Los animales con una elevada relación superficie/volumen, eliminan los desechos metabólicos directamente a través de la membrana plasmática, por difusión simple. Esto sucede en los poríferos marinos (esponjas) que son osmoconformadores y amoniotélicos. Aunque los poríferos de agua dulce son también amoniotélicos, son osmorreguladores hiperosmoticos con vacuolas pulsátiles que eliminan los residuos metabólicos y los excesos de agua. 

Vacuolas pulsátiles.

Vacuola pulsatil
Son orgánulos celulares caracteristicos de protozoos y algunos metazoos de agua dulce (hiperosmóticos) como poríferos y celentéreos. Tienen forma estrellada, con 6-12 conductos radiales que se extienden por todo el organísmo y convergen en una zona esférica de reserva. Se conecta al exterior por un poro, por el cual vierten los desechos.

Cuando la vacuola alcanza cierto tamaño se contrae, como consecuencia de la contracción de actina y miosina, eliminando el agua por el poro. La contracción supone un gasto de ATP proporcionado por las mitocondrias situadas alrededor de la vacuola.


Los compuestos nitrogenados pueden seguir dos vías de eliminación:

  1. A través de la vacuola contráctil. (membrana más permeable)
  2. A través de la membrana de la célula
Nefridios.

Son organos excretores de animales invertebrados, con una función análoga a los riñones de los vertebrados. Existen dos tipos de nefridios.
  • Protonefridios: En rotíferos y platelmintos.
  • Metanefridios: En anélidos.

Protonefridios

En rotíferos y platelmintos (acelomados). Son estructuras características en animales acelomados, formado por un sistema de tubos ramificados que se extiende por todo el organísmo a modo de red. Estos tubos están cerrados por un extremo (bulbo flamígero) y comunicados a través de un poro excretor, donde ocurren dos procesos consecutivos: la filtración inespecífica y la reabsorción específica. Puede presentar:

  • Solenocitos: Células con cilios en su interior que se agrupan y mueven el líquido intersticial haciendo que salga con movimiento ciliar.
  • Células flamígeras: Células aplanadas con un penacho de cilios hacia los cuales penetra el liquido intersticial. En algunos casos, en sus laterales presenta ranuras similares a las microvellosidades por donde tiene lugar la filtración.
Las células de los túbulos poseen una cierta capacidad de reabsorción. Así, se produce una reabsorción parcial de productos útiles, siendo transportados desde el espacio luminal al espacio vascular y aumenta la concentración de productos de desecho. Este sistema presenta una baja eficiencia ya que el porcentaje de productos reabsorbidos es relativamente bajo, por lo que se eliminan productos útiles junto con los productos de desecho.

Metanefridios

Característicos de anélidos y algunos moluscos (celomados). Son más evolucionados y no es una superficie cerrada, sino que forman una especie de embudo. Están costituídos por un sistema de tubos lineales abiertos por los dos extremos:

  • Nefrostomas: Extremos con forma de embudo abierto hacia la cavidad celómica, con una corona de células ciliadas que succionan el líquido celómico (productos útiles y de desecho) para canalizarlo hacia el interior del tubo (filtración inespecífica)
  • Nefridioporo: Extremo abierto hacia el exterior, donde se produce la eliminación de desechos.

El líquido celómico entra por el nefrostoma hacia el túbulo, que está asociado a un lecho vascular. En un principio este liquido es isotónico con respecto al medio (misma concentracion de sales). Durante el recorrido se produce la reabsorción de productos útiles (del espacio luminal al vascular) y aumentan la concentración de productos de desecho. 

En el túbulo se produce una secreción específica de iones desde el espacio vascular al luminal, que contribuye a la concentración de orina. Al final del tubulo hay una dilatación llamada vejiga urinaria donde no se produce reabsorción, sino una acumulación de orina que será eliminada a continuación por el nefridioporo. La orina final estará más diluida que el celoma.




El órgano de Bojanus.

Los moluscos prosobronquios (gasterópodos) tipo caracol de mar, presentan un metanefridio muy especializado que presenta una estructura similar a dos riñones: el órgano de Bonanus. 

Al rededor del corazón hay una cavidad donde se filtra la hemolinfa que se acumula denominada cavidad pericárdica o renopericárdica, de forma que uno de estos metanefridios está conectado por uno de estos extremos de la cavidad pericárdica y otro al exterior a través de un nefridioporo.


Tubos de Malpighi.

En insectos. Son evaginaciones largas y delgadas, no ramificadas. Por un extremo están abiertas al intestino medio-posterior y por el otro cerradas, inmersas en lagunas hemales.

Presentan un epitelio cúbico monoestratificado con microvellosidades, a través de las cuales se produce un transporte activo de iones y productos de desecho del metabolismo celular (ácido úrico) desde las lagunas hemales hasta el intestino, donde son liberados y eliminados conjuntamente con las heces.

Al final del tubo hay una estructura llamada papila rectal, donde se produce la reabsorbción específica de agua e iones (regulación del equilibrio hídrico) que contribuyen a la mejor concetración de orina.

Glándulas antenales o verdes.

Son estructuras localizadas en la parte anterior al cefalotorax de los crustáceos, compuestos por un saco ciego, un tubulo excretor y una vejiga.

  1. Saco ciego: es un extremo ciego dilatado análogo funcional del nefrostoma. Las células epiteliales están poco cohesionadas, siendo muy permeables. En él se produce la filtración inespecífica de hemolinfa.
  2. Túbulo excretor. A lo largo del túbulo tienen lugar los procesos de reabsorción específica y secreción activa.
  3. Vejiga: Parte final dilatada. En ella se produce la acumulación de la orina y su eliminación al exterior a través de un poro situado en la base de la antena.
Las glándulas verdes actúan también como reguladores osmóticos de los fluidos corporales.


miércoles, 14 de enero de 2015

Receptores tipo Toll: Descubrimiento, características, señalización, tipos de TLR, PNA y Patologías.

La función principal del sistema inmunológico es la de eliminar los microorganismos patógenos  como bacterias, virus, hongos o parásitos, mediante la discriminación de lo propio y lo ajeno. En los mamíferos, el sistema inmune tiene dos grandes ramas: la inmunidad natural (o innata) y la inmunidad adaptativa.



Las células del sistema inmune  adaptativo, son específicas, adquiridas y lentas, mientras las del sistema inmune innato son inespecíficas y rápidas, ya que es la primera barrera defensiva del huésped, existiendo una colaboración entre ellas.

Dentro del sistema inmune innato las células más importantes son los neutrófilos, macrófagos, las células dendríticas y los linfocitos NK, que van a reconocer estructuras comunes en bacterias y virus. Está primera línea de defensa, la innata, "es una especie de inmunidad automática que tenemos y que compartimos con otras muchas especies, inclusive invertebrados, que consta del reconocimiento de patrones específicos dentro de la mayor parte de los microorganismo”.
Estos patrones específicos son Patrones Moleculares Asociados con Patógenos, que son estructuras que están en los microorganismos pero no en el huésped, casi siempre son esenciales para la supervivencia del patógeno y son compartidos por clases enteras de microorganismos.

Estas estructuras son reconocidas porque las células del sistema inmune innato tienen varios tipos de  Receptores de Reconocimiento de Patrones (RRP), de los cuales uno de los más importantes son los Receptores Tipo Toll (TLR) que están asociados a la membrana. Se sabe que existen diferentes tipos de TLR, de los que se conocen hasta 15 tipos, cada uno de los cuales tiene diferentes funciones.

Descubrimiento.


Christiane Nüsslein-Volhard
Toll es una proteína receptora  presente en todo tipo de organismos, desde plantas a vertebrados superiores. Fue descubierta en 1980 por Christiane Nüsslein-Volhard (Premio Nobel en 1995), como una proteína de señalización en el desarrollo de Drosophila. Cuando éste era mutado, las moscas nacían con aspecto inusual. Este hecho provocó en los investigadores la expresión alemana: Das ist ja toll! (Eso es genial!) que le dio nombre.


En 1996, Jules Hoffman hizo estudios del sistema inmune de la mosca, y de las mutaciones de un gen llamado Toll, demostrando su papel en la activación del sistema inmune, ya que las moscas con mutaciones en este gen eran incapaces de iniciar una defensa contra infecciones de bacterias y hongos. Cuando Hoffmann infectó a su mosca de la fruta con bacterias u hongos, descubrió que los mutantes de Toll murieron porque no pudieron organizar una defensa eficaz. También fue capaz de llegar a la conclusión de que el producto del gen Toll estuvo involucrado en la detección de microorganismos patógenos y la activación que se necesitaba para la defensa exitosa contra ellos.
En 1997 se descubrió en humanos una proteína homóloga con Toll que activaba la expresión de genes de inmunoreacción, a la que se llamó TLR4.
Esta fue la prueba de que una vía de inmunorreacción se conservaba en moscas y humanos.

En 1998 Bruce Beutler descubrió que un receptor del gen Toll (o TLR ) era el responsable de reconocer a ciertos productos bacterianos (lipopolisacáridos o LPS ) que sobre estimulaban  el sistema inmune. Estas respuestas del sistema inmune se desencadenaban cuando TLR se acoplaba a los LPS.

Beutler y sus colegas descubrieron que los ratones resistentes a la LPS tenían una mutación en un gen que es muy similar al del gen Toll de la mosca de la fruta. Este receptor tipo Toll (TLR) resultó ser el receptor de LPS. Cuando se une LPS, se activan las señales que causan la inflamación y, cuando las dosis de LPS son fuertes, sucede el shock séptico. Estos resultados demuestran que los mamíferos y moscas de la fruta utilizaban moléculas similares para activar la inmunidad innata cuando se enfrentan a los microorganismos patógenos. Con estos estudios podemos decir que los sensores de la inmunidad innata habían sido finalmente descubiertos en 1998.



Los descubrimientos de Hoffman y Beutler iniciaron una explosión en la investigación del sistema inmune innato, concediéndoles en el 2011 el Premio Nobel de Medicina por estos estudios, acaban de descubrir la inmunidad innata, es decir, la que no es mediada por anticuerpos. Es una inmunidad primitiva, que está presente tanto en humanos como en moscas del vinagre. Por esto merecían el Nobel. La mayoría de la inmunología que se conocía hasta ahora se basaba en aquellas células capaces de producir anticuerpos, es lo que se llama inmunología adaptativa, es la que se relaciona con las vacunas y la memoria inmunológica. Ahora tenemos además de la inmunología adaptativa la innata.
Hoy se sabe que estos receptores tipo Toll están relacionados en las enfermedades infecciosas mediante el reconocimiento de productos microbianos y la activación de cascadas de señalización que estimulan respuestas inflamatorias. Una activación inadecuada puede ser desencadenante de fallos sépticos multiorgánicos, incluyendo la insuficiencia cardiaca, el daño pulmonar e incluso daño cerebral.


Características.



Los receptores tipo Toll son proteínas receptoras de señales transmembranales de tipo 1 que comparten un elemento estructural común en su región extracelular. Estos elementos son segmentos repetitivos de 24 a 29 aminoácidos que contienen la secuencia Aa-Leu-AaAa-Leu-Aa-Leu (Donde Aa representa cualquier aminoácido y Leu a leucina). Estos segmentos estructurales se denominan Repeticiones Ricas en Leucina (LRR).


Todos los TLR contienen varias LRR, y un subconjunto de las LRR constituye la región extracelular de unión a ligando del TLR.
El dominio intracelular de los TLR se denomina dominio TIR.

Los dominios TIR tienen tres regiones, altamente conservadas entre todos los miembros de la familia TIR, llamadas cajas 1, 2 y 3, las cuales sirven como sitios de unión para proteínas intracelulares que participan en las vías de señalización mediadas por TLR.




Señalización por TLR:


La respuesta obtenida a las señales producidas por un agente extraño requiere de tres elementos: La señal misma, un receptor y una vía de transducción de señales.  Esta vía de señalización va a dar lugar a la inducción de varios genes, que actuarán en la defensa del organismo, incluyendo a MHC, quimiocínas, citocinas inflamatorias y moléculas estimuladoras. Esta vía se divide en varias fases:

1.      Inicio por interacción de la señal con el receptor: los productos microbianos se unen a la parte extracelular del TLR. En el lado citoplásmico, un dominio proteínico separado contiene los motivos estructurales del TIR altamente conservados presentes en las moléculas de señalización de animales y plantas. El dominio TIR ofrece sitios de unión para otros componentes de la vía.

2.      Montaje de los componentes de la vía inducido por señales, participación de una molécula adaptadora: Las proteínas adaptadoras, que a su vez contienen dominios TIR, interactúan con los dominios TIR de los TLR. La proteína adaptadora más común para TLR es MyD88, la cual promueve la asociación de dos proteinquinasas, IRAK1 e IRAK4.

3.      Fosforilación mediada por proteinquinasa: La proteincinasa IRAK4, del complejo IRAK1-IRAK4, fosforila a su compañera, IRAK1. El fosfato recién unido constituye un sitio de unión en IRAK1 para TRAF6, que se une y luego se disocia en compañía de IRAK1 para formar un complejo intermedio IRAK1-TRAF6. Otra proteincinasa, TAK1, une este complejo con otras proteínas, de lo que resulta la activación de la cinasa TAK1.

4.      Inicio de una cascada enzimática: TAK1 es decisiva en la vía porque su actividad de proteinquinasa le permite realizar la activación mediada por fosforilación de otros dos módulos de transducción de señales. Uno de éstos es la vía de proteincinasa activada por mitógeno (cinasa MAP) y el otro es la vía de NF-kappaB. Las vías de cinasa MAP son cascadas enzimáticas de transducción de señales presentes en muchos tipos celulares y conservadas en toda una gama de eucariotes que va de las levaduras al ser humano. El producto final de la cascada ingresa en el núcleo y promueve la fosforilación de uno o más factores de transcripión, que luego influyen en el ciclo o en la diferenciación celular.





Hasta la fecha se conocen 12 receptores en el ratón y 11 en el ser humano y cada uno de ellos reacciona con un producto microbiano específico. Estos receptores versátiles hacen posible que células dendríticas y macrófagos detecten un amplio espectro de patógenos.

Cuando se activan los receptores tipo Toll, a grandes rasgos ocurren cinco procesos:
  1. Aumenta la fagocitosis.
  2. Aumenta la producción de agentes químicos que resultan tóxicos para los microorganismos fagocitados.
  3. Aumenta la exocitosis de gránulos por parte de los macrófagos: Las  moléculas secretadas son conocidas como citocinas, que son proteínas parecidas a hormonas y que modifican el comportamiento y la fisiología de células y tejidos que constituyen objetivos de ataque (Blancos).
  4. Por ejemplo, los macrófagos activados secretan citocinas como interleucina 1 (IL-1), interleucina 6 (IL-6) y factor de necrosis tumoral (TNF).
  5. Aumentan los mediadores inflamatorios.
  6. Se activan muchas vías de señalización que dan al final un proceso inflamatorio que terminará con el patógeno.





Tipos.


Se han determinado las funciones de nueve de los 11 TLR presentes en el ser humano. Resulta sorprendente que cada TLR detecta un repertorio distinto de moléculas patógenas altamente conservadas. El conjunto completo de TLR presentes en un ratón o en un ser humano es capaz de detectar una amplia variedad de virus, bacterias, hongos e incluso algunos protozoarios simples.

Los ligandos que se unen a TLR son componentes indispensables de los patógenos, por lo que estos patógenos simplemente no tienen la opción de mutar a formas que carecen de los componentes esenciales que son reconocidos por los TLR (Por mucho que cambien los patógenos, los TLR siempre actuarán contra ellos).

Los TLR que reconocen ligandos extracelulares se encuentran en la superficie de las células, mientras que los que reconocen ligandos intracelulares, como RNA vírico o fragmentos de DNA de bacterias, se localizan en compartimentos intracelulares.





Varios receptores tipo Toll, los TLR 1, 2, 4 y 6, funcionan como dímeros (en algunos casos, en el complejo formado se incorporan proteínas adicionales).

Uno de ellos, TLR4, se apareja consigo mismo (formando un homodímero) y los otros forman complejos mixtos (heterodímeros). El apareamiento de los TLR va a afectar, por tanto,  a su especificidad.

Estos receptores tipo Toll se pueden localizar en la superficie celular y en el endosoma. De los 10 TLR funcionales que vamos a describir en el humano, el TLR1,TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 y TLR10 se localizan en la superficie celular y participan del reconocimiento de los PAMP solubles o ubicados en la superficie de los microorganismos. Otros como TLR3, TLR7, TLR8 y TLR9, se localizan en la membrana de los endosomas y reconocen los PAMP provenientes de gérmenes que se han introducido y fragmentado en la célula.

De los 10 TLR, 6 son activados por componentes virales, TLR2 y TLR4 por proteínas, mientras que TLR3, TLR7, TLR8, y TLR9 se activan por ácidos nucleicos.

El papel de los TLR


TLR1 reconoce lipopéptidos de la membrana celular de Borrelia burgdorferi y también se asocia con 

TLR4 e inhiben su señalización en células endoteliales, por lo que se ha propuesto que pueden tener una función más importante de regulación a través de la interacción con diferentes TLR (6, 7, 8).

TLR2 es un receptor que reconoce una amplia gama de productos microbianos. Generalmente funciona como un heterodimero, bien con TLR1 o con TLR6, para formar complejos funcionalmente activos con especificidad para lipopeptidos o triacilados de algunas bacterias Gram positivas.

Las señales que dependen del TLR2 pueden ser activadas en respuesta a infecciones virales , como el virus de la coriomeningitis  linfocitica, que causa síntomas desde gripales  hasta cuadros graves de encefalomielitis, desencadenando una respuesta inflamatoria que depende de TLR2 y MyD88, con secreción de citocinas y quimiocinas inflamatorias (IL-6, IL-8, MCP-1) antes de darse una respuesta inmune específica. O se une a la hemaglutinina del virus del sarampión, activando rápidamente la respuesta inmune facilitando la diseminación del virus.        

TLR5 reconoce la flagelina, importante componente estructural de los flagelos bacterianos y se expresa principalmente en la parte basolateral de las células epiteliales del intestino, aunque también se ha demostrado la producción de citocinas inflamatorias en células epiteliales del pulmón en respuesta a este componente bacteriano.


Por último, TLR11 que se ha identificado recientemente en ratones, se expresa en células epiteliales urinarias y regula la resistencia a infecciones por bacterias uropatógenas.



También se ha descrito que el virus de la varicela-zoster activa la expresión de citocinas proinflamatorias en una vía dependiente NF-kappaB y TLR2. Otros miembros de la familia Herpesviridae, así como el virus de la hepatitis C, inducen la expresión mediante la estimulación del TLR2.

TLR3  fue el primer TLR descrito con capacidad de reconocimiento de los virus. Reconoce el RNA bicatenario, que aparece en las células después de la infección por virus de RNA y su activación induce la producción de interferones tipo-1, los cuales poseen actividades antivirales e immunoestimuladoras.
Se han descrito varios virus con capacidad de activar las vías de señalización  que dependen de la estimulación del TLR3, como el virus de la estomatitis vesicular y los reovirus. Las células epiteliales del intestino expresan el TLR3 y la estimulación con dsARN de rotavirus, induce la señalización intracelular, la producción de citocinas y la apoptosis.

El TLR4 es estimulado por PAMP provenientes de bacterias Gram negativas, también es activado por ligados endógenos como defensinas, el fibrinogeno, la fibronectina y algunas proteínas de choque térmico. En el caso de los virus, el TLR4 es estimulado por la proteína de fusión del virus sincitial respiratorio (VSR ) y por lipopéptidos derivados y en el virus del tumor mamario murino  (MMTV) se estimula por la activación de los linfocitos B.


TLR7 y 8 están muy relacionados, pues ambos se localizan en el mismo compartimento celular (vesículas intracelulares y endosomas), son activados por el mismo ligando y reconocen RNA de cadena sencilla (ssRNA) de virus. TLR7 también reconoce compuestos sintéticos como la loxorribina, la cual tiene actividades antivirales y anti-tumorales.

Recientemente se demostró que la activación en los endosomas  del TLR7 por los virus del Dengue (VD) y de influenza  estaba relacionado con la fusión y pérdida de la capside del genoma viral, lo que indica la importancia de la liberación de ssRNA para la interacción con los TLR.

El TLR7 es estimulado por el ssRNA del virus, lo que conlleva a una expresión exagerada de moléculas coestimuladoras y de citocinas. Se ha demostrado que el ssRNA del virus de la inmundodeficiencia humana tipo 1 (VIH -1) activa TLR7 y TLR8 y que la activación de estos TLR con el agonista R-848 genera un potente efecto anti-VIH-1, por lo que puede contribuir al control de la infección.

TLR9 reconoce la secuencia CpG (Citocina desmetilada unida a guanina) del DNA bacteriano o viral e inicia una respuesta contra ella, este ácido nucleico es un potente inductor de citocinas proinflamatorias. Y en ratones el reconocimiento del citomegalovirus en células dendríticas es dependiente  de este TLR9. Este receptor se localiza en el retículo endoplásmico antes de ser estimulado. En los virus se encuentra preferentemente en la familia Herpesviridae, principalmente en el virus del Herpes  simplex 1 y 2.


Síntesis de Péptidos naturales antimicrobianos


Los PNA son un grupo diverso de moléculas producidas en gran variedad de tejidos y células en invertebrados, plantas y animales. Su composición de aminoácidos, su anfipatía, su carga catiónica y su tamaño, les permiten unirse e insertarse en las membranas de los microorganismos para formar poros y matarlos.

Actualmente se ha comprobado la participación de los TLR en la producción de estos PNA y en los últimos años, han aumentado la cantidad de PNA aislados y ahora se sabe cuál es el tejido o célula que los produce y en algunos casos el elemento regulador involucrado.

En células NK, el reconocimiento de los PAMPs por los TLR activa la producción de alfa-defensinas. La estimulación de TLR4 con LPS que puede inducir la expresión de beta_defensina-2 y la estimulación de TLR2 en células epiteliales traqueobranqueales humanas puede inducir la expresión de HBD-2 en células epiteliales como las de la piel, la mucosa oral, el riñón y tracto gastrointestinal.



Patologías que involucran los receptores TLR



El mecanismo de la señalización mediada por los TLR y su implicación en algunas enfermedades humanas es muy complejo debido a los factores ambientales y a las diferencias genéticas entre los seres humanos. Pero algunos estudios de polimorfismo en los genes que codifican los TLR o sus moléculas de señalización han ayudado a saber el papel de estos receptores en las enfermedades humanas.

Sépsis


La sepsis representa un síndrome asociado a la infección sistémica principalmente por bacterias gram-negativas, aunque pueden presentarse casos causados por bacterias gram-positivas, por hongos o casos mixtos. En humanos, el polimorfismo D229G en el gen del TLR4 es considerado un factor de riesgo para el desarrollo de sepsis causado por bacterias gram-negativas.


Tuberculosis


El polimorfismo R677W en el gen de TLR2 se ha asociado a lepra en la población coreana y con tuberculosis en la población tunecina. Ademas el polimorfismo R753Q en el mismo gen se considera protector durante la infección por orrelia bugdorferi y Treponema pallidum, ya que disminuye la señalización de los heterodímeros TLR2/TLR1.


Arterosclerosis


La aterosclerosis es un término genérico que engloba a tres clases de enfermedades vasculares que tienen en común el engrosamiento y la pérdida de elasticidad de las paredes vasculares. La forma más frecuente es la formación de placas fibrosas de la íntima. El polimorfismo D299G en el gen del TLR4 esta asociado con una reducción en el riesgo en la arterosclerosis de la arteria carótida y en eventos coronarios agudos. El descubrimiento de que la proteína de shock térmico60 (HSP60) de Chlamydia pneumonia puede activar la ruta de señalización de TLR4 es importante en las enfermedades vasculares, debido a que HSP60 se encuentra en lesiones de arterosclerosis y es reconocida por el TLR4 que puede parar la inflamación mientras que el polimorfismo D299G protege de esta inflamación exagerada.

Autoinmunidad

El Lupus Eritematoso Sistémico es una enfermedad autoinmune que se caracteriza por presentar anticuerpos en contra de antígenos propios, principalmente contra el DNA. El mecanismo involucrado en esta enfermedad podría estar relacionado con la ruta de señalización del TLR9, ya que el DNA de los mamíferos puede estimular este receptor cuando se presenta en forma de inmunocomplejos, los cuales son muy comunes en los pacientes con lupus.

Caso de Lupus Eritematoso
VIH

El VIH-1 es el agente causal del síndrome de inmunodeficiencia adquirida, Sida, una de las principales causas de muerte en el mundo. Resultados de estudios sugiere que puede existir una regulación de la expresión o la función de los TLR en las células de los individuos infectados por VIH-1, se cree que el VIH-1 o sus productos podrían modular la expresión de los TLR en las células de las personas infectadas. La estimulación de las células dendríticas con los ligandos de TLR3, TLR7, TLR8 y TLR9 favorece la respuesta inmune celular innata  y adaptativa contra estos virus. Sin embargo, la activación del sistema inmune por estos medio de estos receptores también puede conducir, directa o indirectamente, a un aumento de la replicación viral y agravamiento de la evolución de la infección.

VIH


Se ha demostrado que las mDC y las pDC son blancos de la infección, expresando las pDC el TLR7 y TLR9, mientras que las mDC expresan TLR1, TLR2, TLR3, TLR4 y TLR8, reconocen tanto ácidos nucleicos como proteínas de origen viral y la activación desencadenada de ese reconocimiento puede explicar el papel que cumplen las coinfecciones virales durante la infección por VIH-1. En particular, su genoma posee en sus extremos 5 y 3 las secuencias LTR (long terminal repeats), que contienen múltiples secuencias promotoras de la transcripción que son unidas y estimuladas por diversos factores de transcripción como NF-kappaB y Sp1. Se ha demostrado que la activación de los TLR favorece un aumento de la transcripción del VIH-1 que depende del factor NF-kappaB.

Cáncer


El cáncer es una enfermedad en la que la función de los TLRs no se limita sólo al reconocimiento de patógenos. Los TLRs participan en la regeneración de tejidos y en la respuesta inmune adaptativa contra el cáncer. En particular la señalización TLR se requiere para un procesamiento y reconocimiento de antígenos asociados al tumor por las células dendríticas. Por ello los TLRs constituyen blancos terapéuticos óptimos para la activación e intensificación de la respuesta inmune antitumoral.

Tanto la toxina de Coley (un lisado de células muertas de Streptococus pyogenes y Serratia marcenscens,) como la BCG (Bacilo de Calmette-Guerin) se han  asociado con  respuestas anticancerosas al potenciar la señalización TLR2 y TLR4.

Los TLR2 y TLR4 son capaces además de reconocer patrones moleculares asociados con la lesión como las proteínas relacionadas con shock caliente (HSP60 y HSP70), proteínas no histonas unidas a la cromatina (HMGB1), ácido úrico y la proteína A del surfactante, que son producidas en mayor o menor proporción por las células cancerosas. Su unión a los receptores de reconocimiento de patrones moleculares en la superficie de las células dendríticas estimula una respuesta inmune tumor específica.

En este contexto TLR4 se une tanto a HSP70 y HMGB1 aumentando el procesamiento de estos antígenos tumorales por las células dendríticas y su presentación a las células T. En línea con esta observación los polimorfismos de TLR4 o su pérdida de función influyen negativamente en la respuesta terapéutica de los pacientes con cáncer de mama a la radioterapia o a las antraciclinas.

Obesidad


La obesidad es un problema de salud preocupante por el incremento en la prevalencia en adultos y niños y se considera un factor de riesgo para el desarrollo de resistencia a la insulina, así como de otras alteraciones metabólicas. En esta patología se ha observado un incremento en la expresión de los receptores tipo Toll en el adipocito y se propone que los TLRs están implicados en la inflamación sistémica y en el desarrollo de la resistencia a la insulina. La activación de los TLRs es mediada por los ácidos grasos y su expresión está regulada por leptina, adiponectina y PPAR. Estos receptores  favorecen la activación del factor nuclear-kappaB (NF-kappaB), que regula la transcripción de moléculas inflamatorias.





En la implicación de los TLR en la resistencia a la insulina nos encontramos con la resistina, que es una citosina inflamatoria que en los adipocitos humanos incrementa la expresión de componentes del sistema inmune innato, entre ellos el TLR2, MyD88 y el NF-kappaB. Y recientemente se ha propuesto que el mecanismo por el cual genera la resistencia es por la activación directa del TLR4, al unirse a este receptor. Por lo que una dieta alta en ácidos grasos contribuye a la generación de la respuesta inflamatoria, causada por la activación de los TLR2 y TLR4, tanto en adipocitos como en macrófagos. 





Bibliografía utilizada


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