8 de diciembre de 2012
Imágenes increibles: El ADN como nunca lo habíamos visto
La doble hélice. El modelo de ADN de Watson y Crick. Todos hemos crecido con esa imagen en la cabeza. Como cristalógrafa, una de las primeras cosas que aprendes es a valorar aquellas imágenes de difracción de rayos X que permitieron conocer la estructura del ácido nucleico y que abrieron también las puertas a la cristalografía de proteínas. Todos hemos visto alguna vez aquella imagen 51, en la que se puede observar como los puntos de difracción forman una cruz. Pero nos habíamos quedado ahí. EL ADN era eso, o bien una cruz en los patrones de difracción, o un modelo de bolitas.
Pues ahora ya no, ahora lo hemos visto de verdad. La pasada semana se ha publicado un artículo en ACS NanoLetters que presenta las primeras imágenes del ADN por microscopía electrónica. El equipo italiano que ha llevado a cabo el trabajo, ha conseguido desarrollar un sistema en el que depositar el ADN de forma que el medio que lo rodea no interfiera en la imagen, y se pueda recoger una imagen directa de la estructura sin interferencias. Tengamos en cuenta que ése es uno de los mayores problemas de la microscopía electrónica, ver lo que quieres ver sin ver todo lo que rodea lo que tú buscas. Este grupo ha conseguido la superficie ideal para eliminar todo el ruido de fondo, y además permitirá visualizar el ADN interaccionando con otras moléculas, abriendo las puertas a la visualización de la interacción ADN-proteína.
En este primer artículo en el que exponen la técnica, utilizan siete cadenas de ADN formando un nanofibras.
Para tomar las imágenes, han utilizado un microscopio electrónico de transmisión (TEM), que permite obtener imágenes con profundidad de campo a alta resolución, y no sólo las imágenes 2D a las que estamos acostumbrados. Pero la gran novedad es la superficie, la forma de depositar el ADN: han generado una superficie superhidrofóbica en la que al evaporarse el agua no se daña la molécula depositada. La superficie tiene una serie de pilares entre los que se deposita el DNA de forma que tras la evaporación queden en suspensión, permitiendo obtener imágenes de gran calidad.
La esperanza de los autores es mejorar la técnica lo suficiente para poder utilizan una única cadena, ya que en la actualidad, la fuerza ejercida por los electrones del microscopio la rompería.
Las imágenes que han obtenido son alucinantes e incluso ojos inexpertos pueden ver claramente la estructura helicoidal de las nanofibras. Esperemos que en el futuro, los avances en el campo permitan mejorar todavía más la resolución y podamos por fin ver (y no sólo imaginar) cómo funciona realmente la vida.
Para todos aquellos que queráis leer el artículo original y profundizar un poco más en el tema, os dejo el enlace al artículo:
Direct imaging of DNA fibers: the visage of double helix
Fuente:
La Ciencia y sus Demonios
24 de enero de 2012
Tres décadas tomando imágenes de átomos
Hace más de 30 años que el microscopio de efecto túnel (STM), hizo su debut en un laboratorio de Suiza. Fue el primero de su gran familia, denominada microscopios de 'sonda local', en conseguir los aumentos necesarios para obtener imágenes de átomos.
José María Gómez Rodríguez, científico y profesor de la UAM, tuvo la oportunidad de comenzar su carrera investigadora con el primer microscopio de efecto túnel (STM) que hubo en España. Su grupo de investigación es uno de los de mayor prestigio internacional.
Microscopio STM y J. M. Gómez Rodríguez.
Este laboratorio, junto con algunos otros, forman un conjunto no tan pequeño de grupos españoles que estudian las propiedades de las superficies a escala nanométrica, fabricándose ellos mismos sus propios sofisticados y complejos instrumentos, y obteniendo resultados tremendamente exitosos. Además, J. M. Gómez Rodríguez ha transferido con éxito su conocimiento científico a Nanotec Electrónica, la única empresa española que desarrolla y comercializa este tipo de microscopios, desde hace ya más de 15 años.
Mónica Luna.- ¿Cómo funciona un microscopio capaz de obtener imágenes de átomos?
Jose María Gómez Rodríguez.- Para empezar diré que para crear la imagen del objeto no utiliza ni lentes, ni luz. La longitud de onda de la luz visible es demasiado grande (400-750 nm). Con luz no podríamos ver objetos de un tamaño de unos pocos nanómetros, o incluso menor que 1 nanómetro, como el tamaño de un átomo.
M. L.- Y ese objeto que es más pequeño que la luz es una punta muy afilada.
J. M. G. R.- Tan afilada que acaba en tan sólo un átomo. En la imagen que se muestra más abajo, se puede ver un esquema de un STM. Ampliando la zona de la muestra (verde) y la punta (amarilla) se ve que la punta acaba en un solo átomo.
Esquema de un microscopio de efecto túnel.| J. M. Gómez Rodríguez.
Para obtener una imagen de la superficie, la punta va pasando por encima de ella, línea por línea. La punta no toca la superficie, sino que se mantiene a muy poca distancia. Aún así es capaz de 'sentir' la superficie. Lo consigue mediante la detección de una corriente eléctrica muy especial, de origen cuántico, llamada corriente 'túnel', que se origina, entre el último átomo de la punta y el átomo de la superficie más cercano.
M. L.- Ustedes fabrican sus propios microscopios, lo cual, en instrumentos tan sumamente complejos, es una ardua tarea. ¿Qué beneficios les reporta?.
J. M. G. R.- El desarrollo de instrumentación científica avanzada en nuestros propios laboratorios es de suma importancia porque es lo que permite realizar experimentos en la frontera del conocimiento. En España llevamos un retraso sustancial con respecto a países como Alemania en el desarrollo de instrumentación avanzada.
Por otra parte, en nuestro caso, el conocimiento generado con nuestro desarrollo instrumental permitió, hace 15 años, el nacimiento de Nanotec Electrónica, la única empresa española que desarrolla y comercializa este tipo de microscopios.
M. L.- ¿Cuáles son sus temas de investigación en la actualidad?
J. M. G. R.- Estudiamos las propiedades de la superficies de los materiales a la escala del nanómetro. En particular, investigamos las etapas iniciales y la estabilidad de nanoestructuras. Podemos, por ejemplo, visualizar el movimiento de átomos en la superficie, lo cual nos permite profundizar en el conocimiento de los mecanismos del crecimiento de estructuras del tamaño de unos pocos átomos. Ello permitirá, en el futuro, el diseño de materiales con propiedades muy específicas, tanto desde el punto de vista electrónico, como mecánico o térmico.
Un ejemplo del estudio del movimiento de los átomos sobre una superficie lo tenemos en las películas que se muestran en este artículo. Estas películas están medidas a temperaturas por debajo de la del ambiente con el fin de ralentizar el movimiento de los átomos y poderlos estudiar con más detalle.
Imágenes de STM de moléculas orgánicas.| N. Nicoara, A. C. Marele, B. de la Torre, J. M. Gómez Rodríguez
También buscamos entender cómo se comportan moléculas formadas por material orgánico cuando se depositan sobre superficies de material inorgánico. Esto es importante si queremos que estas moléculas orgánicas sustituyan, en un futuro, a buena parte de los componentes de la electrónica de hoy en día.
M. L.- ¿Qué ventajas tendría utilizar estas moléculas orgánicas?
J. M. G. R.- La química molecular ofrece una oferta casi ilimitada de distintos materiales porque estas moléculas se pueden sintetizar a medida. Además estos componentes orgánicos podrían tener un tamaño muy pequeño, consumirían menos energía y podrían ser materiales más respetuosos con el medio ambiente. Debido a sus propiedades mecánicas, podrían, además, integrarse en dispositivos electrónicos flexibles.
Imágenes de STM de grafeno.| M. M. Ugeda, I. Brihuega, A. J. Martínez-Galera, J. M. Gómez Rodríguez.
Otro tema de investigación en el que estamos trabajando está relacionado con el grafeno, material formado por una sola capa de átomos de carbono. Esta peculiar estructura le confiere unas propiedades excepcionales tanto electrónicas como mecánicas. Nuestro trabajo ha estado centrado en crecer estas capas de grafeno sobre diversos metales, en particular sobre superficies de oro, y en estudiar sus propiedades electrónicas.
En las imágenes que se muestran más arriba se observan átomos de carbono en grafeno, crecido sobre platino (izquierda) y sobre oro (centro), así como en superficies de grafito, que es un conjunto de planos de grafeno apilados unos sobre los otros. En la imagen de grafito se observa una protuberancia que corresponde al hueco que ha dejado un solo átomo de la superficie arrancado intencionadamente con el fin de modificar las propiedades electrónicas de la capa.
Como consecuencia de sus extraordinarias propiedades electrónicas y mecánicas, el grafeno constituye un firme candidato para ser integrado en futuros dispositivos electrónicos. Así, grandes compañías como IBM y Samsung están destinando importantes recursos con este objetivo, lo cual ha permitido que los avances en este campo comiencen a ser una realidad. Como ejemplos, se pueden citar la fabricación de prototipos de transistores que aprovechan la gran movilidad de los electrones en grafeno para poder funcionar a muy altas frecuencias o la aplicación en futuras pantallas táctiles de materiales basados en grafeno.
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12 de diciembre de 2011
Un tesoro precolombino, bajo el microscopio
Desentrañar los misterios que oculta un tesoro de oro precolombino es el objetivo de un proyecto internacional en el que participa el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en colaboración con el Museo de América de Madrid.
Los científicos, que llevan ya tres años estudiando más de 200 piezas talladas, no dejan de sorprenderse de la calidad y la maestría que los pueblos americanos tenían mucho antes de la llegada de los colonizadores españoles que, como Francisco Pizarro, se obsesionaron por la búsqueda de El Dorado en su viaje a través del continente americano.
El mítico lugar no existía, pero los amerindios más poderosos lucían joyas de una elaboración que ahora están revelando los investigadores españoles, utilizando la última tecnología para conocer los procesos de fabricación y montaje de aquella siderurgia precolombina.
Para ello, y desde hace tres años, trabajan con piezas que pertenecen al Museo de América de Madrid, y que proceden de Costa Rica (con un origen que no está documentado) y de dos tumbas del pueblo colombiano de los Quimbaya. Durante tres años, y sin hacerlo público por cuestiones de seguridad, los preciados objetos han sido analizados en dos laboratorios del CSCI y uno de la Universidad Autónoma de Madrid, donde fueron examinados con un acelerador de partículas, rayos X y microscopía electrónica.
Técnicas de fundición
"Ahora ya hemos terminado la recogida de datos y nos falta por hacer el análisis final de todo el material, pero ya podemos decir que los precolombinos tenían una teconología de fundición excelente, que manejaban las aleaciones de oro, plata y cobre con una maestría excepcional", asegura Alicia Perea, del Centro de Ciencias Humanas y Sociales del CSIC.
Uno de los problemas con el que se han encontrado es la datación de algunas piezas. Perea explica a ELMUNDO.es que casi todas proceden de tumbas expoliadas, por lo que están fuera de su contexto histórico. Aún así, en el Museo del Oro de Colombia consiguieron datar, con carbono 14, las cenizas humanas encontradas dentro de algunos recipientes, en concreto la parte del tesoro de los Quimbaya, que es del año 640 d.C.
Los Quimbaya eran tribus agrícolas que se organizaban en grupos de unas 200 personas, dirigidas por un cacique. Era este personaje el que acumulaba los objetos de oro, un metal que se relacionaba con el prestigio y el poder.
"En el caso de Costa Rica lo tenemos más complicado,y por ello es importante conocer su tecnología en profundidad, algo que no se había hecho hasta ahora. Su sofisticación llegaba al punto de que eran capaces de hacer una maravillosa figura en tres dimensiones de una aleación de oro y cobre de forma que el oro quedaba en la superficie y el cobre en el interior, algo que no se hace ahora", señala la investigadora.
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14 de septiembre de 2011
Un diminuto microscopio puede hacer observaciones dentro de un animal en movimiento
Fabricado a partir de componentes de bajo coste y producción en masa, el dispositivo podría ayudar a los científicos a saber cómo dirige el cerebro los movimientos.
Un microscopio de bajo coste y del tamaño de una gominola podría permitir a los científicos observar el funcionamiento interno de animales vivos en movimiento con mucha más facilidad. El dispositivo es suficientemente pequeño y ligero -pesa menos de dos gramos- como para ser montado sobre la cabeza de un roedor, donde puede capturar la actividad de hasta 200 células cerebrales individuales a medida que el animal explora su entorno.
Esa es una cantidad de células mayor de las que pueden ser analizadas utilizando un costoso microscopio de dos fotones, que no permite que el animal se mueva, señala Mark Schnitzer, neurocientífico de la Universidad de Stanford (EE.UU.) y uno de los creadores del dispositivo. El microscopio está diseñado para detectar la luz fluorescente, que se utiliza a menudo en la investigación biológica para marcar las diferentes células.
Schnitzer, ganador del premio TR35 en 2003, señala que es difícil calcular el coste de construcción del microscopio, aunque señala que cada componente cuesta solo unos pocos dólares. Schnitzer y algunos de sus colaboradores han creado una startup para comercializar el dispositivo.
La investigación es parte de una tendencia creciente en la microscopía por crear dispositivos cada vez más pequeños y que sean útiles para todo, desde nuevas áreas de investigación hasta la detección de la tuberculosis en los países en desarrollo. Estos nuevos y diminutos dispositivos han sido posibles en gran parte por la rápida caída de los costes y el tamaño de los componentes electrónicos -una tendencia que a su vez ha sido impulsada por la demanda de dispositivos de consumo.
"El enorme volumen del mercado de la telefonía móvil está bajando los costes sin sacrificar el rendimiento", señala Aydogan Ozcan, profesor de ingeniería eléctrica y biomédica en la Universidad de California en Los Ángeles. "Los científicos se están dando cuenta de que gracias a una arquitectura compacta y efectiva a cuanto costes, pueden adquirir componentes que hace una década hubiesen costado miles de dólares, en caso de haberlos podido encontrar".
El núcleo del microscopio de Stanford es un sensor semiconductor complementario de metal-óxido (CMOS, por sus siglas en inglés) como los que se encuentran en las cámaras de los teléfonos móviles. Todos los componentes utilizados son o bien producidos en masa o susceptibles de serlo, por lo que es fácil aumentar la producción. La investigación fue publicada el domingo en la revista Nature Methods.
El desarrollo del dispositivo fue impulsado por el deseo de los investigadores de estudiar cómo dirige el cerebro el movimiento, una tarea que requiere un microscopio que pueda estudiar las células del cerebro mientras los animales se mueven y se comportan de forma natural. El equipo de Schnitzer había desarrollado previamente un pequeño microscopio flexible en el que la luz se hacía llegar al cerebro a través de un cable de fibra óptica. Sin embargo, este enfoque limita el movimiento del animal y captura la actividad solo en una región muy pequeña del cerebro. También es caro: los componentes ópticos y electrónicos cuestan entre 25.000 y 50.000 dólares (entre 18.000 y 36.000 euros).
El nuevo dispositivo tiene un mayor campo de visión, y todos los componentes ópticos se integran en la carcasa colocada en la cabeza del animal. "El avance en la capacidad de crear un alcance fluorescente así de compacto es realmente importante", señala Daniel Fletcher, bioingeniero de la Universidad de California, en Berkeley, que no estuvo involucrado en la investigación. "El hecho de que el animal sea capaz de llevar colocado encima todo el microscopio abre muchas más posibilidades en el estudio de la conducta".
Schnitzer señala que el microscopio tienen usos más allá de las imágenes cerebrales. Se pueden unir varios microscopios y utilizarse para contar rápidamente células animales o analizar animales de laboratorio, como el pez cebra, que se utilizan en el desarrollo de fármacosTomado de:
Technology Review
25 de julio de 2011
Bailando con átomos: El microscopio de efecto túnel
Agujeros en una capa de moléculas orgánicas. | CSIC
La invención de la microscopía de efecto túnel hace ahora 30 años, seguida de la llegada del microscopio de fuerzas cinco años después, han sido sucesos cruciales en la historia de la nanociencia y la nanotecnología. El microscopio de efecto túnel, también conocido por STM, fue el primero de su familia en ser capaz de tomar imágenes de los átomos de las superficies.
El STM pertenece a la familia de microscopios llamados 'de sonda loca'. El STM no utiliza la luz para formar las imágenes con mayor aumento, como lo hacen los microscopios ópticos, con los que estamos más familiarizados. En vez de luz, utiliza una punta conductora muy fina, que se coloca a muy poca distancia de la superficie que debe ser examinada.
30 años tomando imágenes de átomos con el STM
En la actualidad, en España, existen varios grupos de investigación con gran reconocimiento internacional que están especializados en el estudio de las superficies con resolución atómica. Uno de estos grupos es el grupo ESISNA, al que pertenece el Dr. Javier Méndez del ICMM , cuyo trabajo de investigación está centrado en el estudio de moléculas orgánicas sobre superficies y que hoy voy a poder mostrar en el presente artículo. La investigación en este tipo de materiales es importante por sus aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos.
Oro fácil de untar
El STM es una herramienta de gran utilidad en la nanociencia que nos permite estudiar cómo se modifican las propiedades de los materiales cuando reducimos estos a escala nanométrica. La dureza de un material es otra de las características cuyo cambio nos sorprende. El oro y en general los metales, se comportan como si fueran de mantequilla o tuvieran la consistencia del helado cuando los 'tocamos' a estas escalas. Así, si pasamos la punta del microscopio de efecto túnel apretando sobre una superficie de oro, vamos a levantar los átomos de la superficie dejando un surco a modo de arañazo.
Los átomos levantados quedarán a ambos lados del surco al igual que ocurre cuando pasamos un cuchillo por la mantequilla. En otras ocasiones, al tocar ligeramente con la punta, el oro se pegará a la punta formando un menisco de oro entre la punta y la superficie. Si retiramos la punta, este menisco se irá estrechando hasta romperse y en la superficie quedará un montículo de tamaño nanométrico. Este fenómeno se puede estudiar con el fin de explorar la posibilidad de usarse como memoria para los ordenadores.
En continuo movimiento
Para poder entender este comportamiento de los materiales a la escala nanométrica, tenemos que pensar en una propiedad llamada 'difusión', que es la que determina el movimiento de los átomos y moléculas. A temperatura ambiente (y en ausencia de otros efectos que frenen el movimiento, como por ejemplo la contaminación) los átomos que constituyen la superficie de los materiales tienen una elevada difusión, esto es, se mueven rápidamente y a altas velocidades, como se puede observar en las películas tomadas mediante STM que se muestran a continuación.
En esta primera se ven filas de átomos en una superficie de un cristal de oro, y como los extremos de las filas parecen avanzar y retroceder. Esto es debido a que los átomos se despegan de un sitio, difunden sobre las terrazas y se vuelven a colocar en otro sitio. Sobre las terrazas, el movimiento aparece como un chisporroteo de puntos brillantes, ocasionados al pasar un átomo por debajo de la punta del microscopio en el momento que la punta medía ese punto.
El segundo ejemplo se trata de una película en tiempo real medida en el Instituto Fritz-Haber de Berlín. En este caso la secuencia esta medida con un microscopio video-STM, capaz de adquirir más de 10 imágenes por segundo. Lo que se ve ocurre realmente a la velocidad que se está proyectando. En este caso, las bolitas blancas son átomos de oxígeno sobre una superficie de rutenio. La superficie una vez expuesta a oxígeno, se cubre con islas ordenadas de átomos de oxígeno. A temperatura ambiente existe un continuo equilibrio de átomos que se despegan de las islas, difunden sobre el rutenio libremente y se vuelven a colocar en otro lugar.
Podemos pensar que estos procesos de difusión están ocurriendo en las superficies de los objetos cotidianos, pero, a pesar de este continuo movimiento no apreciamos cambio alguno debido a que existe un equilibrio entre el movimiento en una dirección y el movimiento en la dirección contraria. Así, no debemos preocuparnos en que nuestros anillos de oro o plata y nuestras joyas de metales preciosos terminen cambiando de forma en pocos años, ya que si se mueven los átomos de la superficie de un lado para otro, el resultado no se aprecia a escalas mayores ya que esta compensado.
Como las burbujas en el café
Otra similitud del mundo nanométrico con el mundo cotidiano lo encontramos en la película que encabeza este artículo. Se trata de una superficie de oro recubierta con unas moléculas orgánicas de PTCDA. Estas moléculas se fijan a la superficie del silicio, pero sobre el oro difunden (se mueven) rápidamente. Si cubrimos la superficie de oro con estas moléculas, como en este caso, las moléculas aparecen quietas formando una retícula ordenada, ya que no tienen ningún espacio libre para moverse. Si tocamos levemente con la punta del microscopio quitamos algunas moléculas y formamos un agujero en la capa.
En esta secuencia de imágenes se observan agujeros formados en la capa de moléculas y cómo estos huecos experimentan un movimiento aleatorio hacia un lado y hacia otro, pero, cómo finalmente los agujeros se juntan y forman agujeros más grandes. La similitud en este caso la podemos hacer con las burbujas que se forman en el café. Sobre la superficie del café podemos ver pequeñas burbujitas de aire (si no hay: ¡probad a echar un terrón de azúcar!). Estas burbujas se 'ven' y se atraen formando racimos de burbujas y en alguna ocasión, al unirse burbujas, formando burbujas más grandes. De forma similar, en la película que mostramos, los agujeros en la capa de moléculas se 'ven' y se atraen y terminan por formar un agujero, una burbuja más grande.
Fuente:
El Mundo Ciencia
23 de marzo de 2011
Lente para microscópico con nueve ángulos genera imágenes 3D de las pequeñeces
El mecanismo de una imagen 3D formada por otras varias tomadas simultáneamente desde distintos ángulos ya lo conocemos de sobra. Pero faltaba que fuera implementado con éxito a nivel microscópico. Ahora, el típico grupo de investigadores -en este caso de la Universidad Estatal de Ohio- realizó un lente que toma fotografías desde nueve puntos diferentes, siendo el primer y único lente en crear imágenes tridimensionales microscópicas por cuenta propia.
Aún es un prototipo, pero se aprecia que tiene aspecto de una gema de ocho caras y del tamaño de una uña. “Es básicamente como poner varios microscopios en uno”, señaló Lei Li, miembro del equipo realizador.
Link: This Lens Takes Pictures From Nine Angles at Once to Make a 3D Image (Fast Company
Fuente:
Fayer Wayer
2 de marzo de 2011
Un microscopio para observar virus vivos
FÍSICA | Innovación en la Universidad de Manchester
Un microscopio para observar virus vivos
El científico Wei Guo observa a través del microscopio.
Un equipo de investigadores ha creado un microscopio que permite ver objetos de 50 nanómetros bajo luz natural, un registro que multiplica por 20 el récord anterior. Los creadores del artefacto aseguran que permitiría a los científicos asomarse al interior de las células y estudiar virus vivos.
Los responsables del nuevo invento, bautizado 'nanoscopio de microesferas', son el profesor Lin Li y el doctor Zengbo Wang, de la Escuela de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y Civil de la Universidad de Manchester. Los investigadores, con Li a la cabeza, contaron con la colaboración de científicos de Singapur y publican los resultados de su trabajo en la revista 'Nature Communications' de esta semana.
Hasta ahora, el objeto más diminuto que un científico había analizado bajo un microscopio corriente con cierta claridad medía 0,001 mm, pero el nuevo microscopio permite observar objetos por debajo del límite de difracción de la luz.
Cómo funciona
En un primer momento, el artefacto trabaja con una imagen virtual que las microesferas recogen y amplían. A continuación, el procedimiento se combina con un microscopio óptico convencional para ver los resultados aún más grandes. De esta manera, Li y sus colegas contemplaron imágenes de hasta 50 nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un metro).
Li y su equipo sostienen que en el futuro su microscopio servirá para observar objetos aún más pequeños.
Una mirada al interior de las células
Los investigadores aseguran que gracias a su nanoscopio la Biomedicina podrá adentrarse en los misterios de los virus vivos y estudiar el interior de nuestras células.
Actualmente, cuando los científicos quieren ver objetos realmente pequeños suelen recurrir a microscopios eléctricos o de electrones, pero estos dispositivos también tienen limitaciones y no sirven para mirar en el interior de las células, sino sólo a su superficie.
Por otra parte, aunque los científicos pueden recurrir a los microscopios de fluorescencia para traspasar esa barrera, esto sólo es posible tras teñir las muestras con compuestos químicos, pero esos tintes no penetran en los virus.
Fuente:
22 de julio de 2010
¿Cuántos microorganismos tenemos?
Jueves, 22 de julio de 2010
¿Cuántos microorganismos tenemos?
Demasiados sería la respuesta sencilla. En realidad nuestro cuerpo es un inmenso cultivo de microorganismos. Tenemos 10 veces más microorganismos que células propias. En el ser humano hay unos 10 billones de células y en condiciones normales podemos tener hasta 100 billones de microorganismos, en su mayoría bacterias. Si nuestro cuerpo contiene más de 200 tipos celulares, sólo en la piel ya tenemos esa diversidad de especies microbianas, por no hablar de las más de 400 especies diferentes del colon. ¿Qué hacen esos microorganismos?
Hasta ahora, se han identificado unos 160 microorganismos que son comunes en los humanos. Según Jun Wang, director del BGI-Shenzhen (China) autor de un artículo sobre el secuenciado del microbioma "de todos los genes del intestino humano, el 99% son bacterianos".
En condiciones normales la microbiota residente se autorregula, renovándose entre 2 y 3 veces al día y se excretan diariamente 3x10 (elevado a 13) microorganismos. En recuentos microscópicos de heces, se reveló la existencia de hasta 10 (elevado a 12) microorganismos por gramo de peso seco de heces. Y si pudiéramos poner todos los microorganismos del cuerpo en una báscula pesarían unos 2 kilos, aunque sin ellos no podríamos realizar muchísimas funciones vitales para nuestra vida.
¿Nuestro cuerpo tiene microorganismos en todos los tejidos?
NO. Aunque la cantidad de microorganismos sea unas 10 veces superior al número de células, en condiciones normales tendremos microorganismo en la piel y en las mucosas del ojo, oído externo, tracto respiratorio superior (boca, nariz, nasofaringe), tracto digestivo (esófago, estómago, intestino) y parte del tracto genitourinario externo.
Sin embargo, nuestro cuerpo tiene órganos denominados axénicos, en los que no puede existir ningún tipo de microorganismo bajo ningún concepto (la existencia en alguno de ellos, significa infección y riesgo para la vida). Los órganos axénicos son los órganos principales como el cerebro, pulmón, corazón, hígado, riñones, páncreas, vesícula, uréteres y también en el músculo, en la sangre y en el sistema linfático.
Y entonces, ¿cómo los tenemos repartidos por el resto del cuerpo?
Como acabamos de comentar, los tenemos repartidos entre la piel y las mucosas y generalmente son relaciones mutualistas y comensales, aunque la cantidad de microorganismos varía entre cada persona en función de la edad, sexo, dieta, estilo de vida, lugar de residencia, higiene, etc...
En un estudio publicado en 2009 en Science, un grupo de investigadores comprobó al analizar "comunidades" de bacterias en 27 regiones del cuerpo de nueve adultos sanos, que la composición de las "comunidades" variaba de persona a persona e incluso según el tipo de vida o de un sitio a otro del cuerpo.
Por ejemplo, sobre la piel ocupan una superficie de unos 2 metros cuadrados y en función de la zona, la variedad existente variaba. Por ejemplo en el antebrazo había hasta 44 especies diferentes vs. detrás de la oreja, que "apenas" tenía 19 bacterias diferentes, siendo mayoritariamente bacterias Gram positivas.
Generalmente están en zonas con con células muertas, secreciones o zonas húmedas, asociadas a zonas con secreciones como en los folículos pilosos, poros y glándulas sudoríparas o sebáceas. ¿Por qué en esas zonas? Tienen buen acceso a nutrientes como agua, aminoácidos, urea, ácidos grasos y diferentes electrolitos que soltamos por el cuerpo.
Propionibacterium acnes es un ejemplo de estos microorganismos que tenemos sobre la piel y que está vinculado a la formación del acné y que se alimenta de los ácidos grasos que van soltando las glándulas sebáceas. En otros casos, las bacterias funcionan como "barrenderos" ya que se digieren pequeños trozos de piel muerta.
Sin embargo en el resto de la piel, el ambiente es menos favorable porque tiene un pH menor y con gran sudor lo que le convierte en un ambiente hiperosmótico con altísimas concentraciones de NaCl (como si estuviéramos en el Mar Muerto), además de la existencia de lisozimas, etc...
Cuando llegamos al Tracto respiratorio la cosa ya cambia. En el tracto respiratorio superior (Boca, nariz y nasofaringe) hay una gran diversidad (Staphylococcus, Streptococcus, Cocos Gram negativos...) mientras que en el tracto inferior, salvo infección, apenas hay, porque hay un flujo continuo de moco que evita la colonización así como macrófagos que están vigilando la colonización.
¿Y la boca?
Desde el momento en que nacemos, la cavidad bucal, ya es colonizada por microorganismos del ambiente circundante, unas horas después del nacimiento son inicialmente anaerobios aerotolerantes y aerobios, para finalmente sólo quedar anaerobios (no toleran oxígeno) con la formación de los primeros dientes, ocupando toda la cavidad bucal desde los dientes hasta la mucosa adyacente.
Resisten la acción mecánica externa en la dentadura, gracias a una biopelícula, que es por explicarlo de una forma "sencilla", como un entramado orgánico de origen bacteriano, formado por restos de la destrucción de bacterias y polisacáridos de cadena larga, sintetizados por las propias bacterias a partir de los azúcares de la dieta.
La biopelícula va a sujetar, sostener y proteger a las bacterias que van a formar la placa dentaria, contra la acción exterior, pudiendo resistir a la acción mecánica y/o a cambios de pH. Este biofilm o biopelícula, está producida por entre 200 y 300 tipos de bacterias.
Cada día que una persona no se cepilla los dientes, se forman unos 1.500 milímetros cuadrados de placa bacteriana. A los 20 días, la superficie con placa ya ha superado los 22.000 milímetros cuadrados. Aproximadamente la mitad de la dentadura.
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Ciencias y Cosas