miércoles, 2 de junio de 2021

El misterioso caso de la capsaicina, en el Granada Hoy

  

El periódico Granada Hoy, en su edición de hoy 2 de junio de 2021, recoge el artículo titulado El misterioso caso de la capsaicina, donde contamos los diversos experimentos que llevamos a cabo hasta encontrar el perdido carácter antimicrobiano de esta molécula. Se trata de una serie de experimentos en los que el alumnado de primero de bachillerato de Anatomía Aplicada ha puesto en práctica diversas técnicas para identificar el potencial antimicrobiano de una sustancia. Las técnicas de difusión en disco, difusión en pocillo o los estudios en medio líquido han sido objeto de esta parte del proyecto donde nuestros estudiantes han aprendido las técnicas básica del trabajo en Microbiología. 

Desde aquí agradecer de nuevo al programa CAOS, a José Manuel Palma y a todos nuestros jóvenes, su dedicación para hacer posible que el proyecto ¿Sueñan los pimientos con la medicina? se haya llevado a buen término y siga siendo productivo.

 

Desde aquí se puede acceder al contenido digital del artículo.

miércoles, 12 de mayo de 2021

Nuestra participación en el I Congreso CAOS

Ya están disponibles los vídeos con nuestra participación en el primer congreso CAOS (Ciencias Agrarias Online para Secundaria). Se incluye a continuación el correspondiente a la inauguración del congreso por parte de las doctoras Matilde Barón Ayala, directora de la Estación Experimental del Zaidín, y María Ángeles Sánchez Guadix, nuestra jefa de estudios.

 

La primera intervención correspondió a la ponencia del proyecto Growing plants in saline worlds: Earth vs. Mars, llevado a cabo por el alumnado de Biología de segundo de bachillerato y dirigido por Manuel Espinosa Urgel y Antonio Quesada. El video siguiente muestra tanto la exposición como las preguntas posteriores a la misma:

 

A continuación se muestra la ponencia del proyecto titulado Do peppers dream of medicine? desarrollado por el alumnado de Anatomía Aplicada de primero de bachillerato, dirigido por el investigador José Manuel Palma Martínez (EEZ-CSIC) y por su profesor, Antonio Quesada.



lunes, 26 de abril de 2021

Participamos en el I congreso CAOS

 A lo largo de estos últimos meses hemos estado desarrollando dos proyectos de investigación en colaboración con la EStación Experimental del Zaidín en el marco del proyecto CAOS (Ciencias Agrarias On-line en Secundaria). El alumnado de la asignatura de Anatomía Aplicada ha desarrollado el titulado ¿Sueñan los pimientos con la medicina? cuyo principal objetivo ha sido el estudio de las propiedades terapéuticas y nutricionales de los pimientos. En segundo de bachillerato se ha trabajado sobre el desarrollo de plantas en suelos salinos, en una comparación entre los suelos salinos de la Tierra y los de Marte. Estor proyectos fueron dirigidos respectivamente por los doctores José Manuel Palma y Manuel Espinosa Urgel, investigadores de la Estación Experimental del Zaidín.

El pasado 15 de abri tuvo lugar el primer congreso CAOS, en el cual se presentaron de manera virtual nuestros proyectos junto a otros tres desarrollados en el IES Fracisco Ayala de Granada, el IES José Marín de Velez Rubio (Almería) y el Miguel de Cervantes de Murcia.

El acto comenzó con la inauguración del congreso por parte de la doctora Matilde Barón, directora de la Estación Experimental del Zaidín, seguida de la intervención de la doctora María Ángeles Sánchez Guadix, profesora y jefa de estudios de nuestros instituto en la que trató de las ideas clave de la ciencia y de la necesidad de llevar la investigación al aula en forma de proyectos.

La conferencia del congreso fue pronunciada por el doctor Roberto Kolter, proferor emérito de la Universidad de Harvard y autoridad mundial en el campo de la microbiología, titulada ¿Qué es la vida?. Tras ésta tuvieron lugar las exposiciones de las ponencias de los respectivos proyectos seguidas del correspondiente turno de preguntas.

El congreso fue moderado por el doctor Francisco Martínez-Abarca y el discurso de clausura lo hizo el doctor José Manuel Palma. Desde aquí nuestro agradecimiento a todos los que han hecho posible esta magnífica iniciativa, y de un modo especial a José Manuel Palma Martínez y a Manuel Espinosa Urgel directores de nuestros proyectos.

Incluimos algunas capturas de pantalla de algunos momentos del congreso cortesía de Manuel Zafra Barranco, profesor del IES Zaidín Vergeles.


domingo, 7 de marzo de 2021

Estudiamos el carácter antimicrobiano de los extractos de granada en medio líquido

En la entrada anterior pudimos valorar el efecto de los distintos disolvente sobre la extracción de las sustancias con carácter antimicrobiano de la granada en medio sólido. Hemos llevado a cabo nuevos experimentos, en este caso para valorar el efecto de dichos extractos sobre el crecimiento de los microorganismos en medio líquido.

Para ello preparamos tubos de ensayo con 5 ml de medio TSB (caldo de triptona y soja) estériles y los inoculamos con 20 microlitros de cultivos líquidos de las bacterias de prueba: E. coli, B. subtilis, Dickeya, Ralstonia y Xanthomonas. Un lote no se trató con extractos para ser usado como control. Al resto se les añadió 50 microlitros de los extractos a ensayar. Se eligieron, en función de su capacidad de inhibición, los de etanol al 70% y los de acetona al 70%. Se incubaron durante 20 horas a 28ºC y se valoró la turbidez de los cultivos con un espectrofotómetro a una longitud de onda de 600 nm. Los resultados se muestran en las siguientes tablas. En unas se muestran los resultados de absorbancia de cada cultivo. A efectos comparativos entre todos los distintos tratamientos, los valores de absorbancia se han referido al crecimiento máximo en los cultivos sin tratar; en estos se ha considerado 1. Los resultados se muestran en las tablas siguientes:


Los resultados de los experimentos en medio líquido confiman el carácter inhibidor de los extractos de granada. Los resultados son similares con ambos disolventes, ligeramente superiores cuando se ha usado la acetona al 70% para la extracción. En Xanthomonas, que ha crecido muy poco, los resultados parecen más llamativos, con una mayor capacidad de inhibición.

Es momento de interpretar estos resultados y proponer nuevos experimentos.

miércoles, 3 de marzo de 2021

Retomamos nuestros experimentos sobre antimicrobianos vegetales

A lo largo del curso pasado llevamos a cabo dos interesantísimos proyectos sobre antimicrobianos vegetales. En uno de ellos obteníamos extractos de una serie de plantas y ensayábamos su capacidad de inhibir el crecimiento de las bacterias en medio sólido. Y también estudiamos esta propiedad en los aceites esenciales. Si repasamos entradas anteriores veremos que las hojas de rosal, las de eucalipto o la corteza de granada presentaban una actividad significativa. Nuestros proyectos se interrumpieron como consecuencia de la pandemia causada por el coronavirus, y aunque pudimos llevarlos a término dejamos algunas espectativas pendientes.

Hemos retomado el estudio de las propiedades antimicrobianas de los extractos de granada. Nos hemos planteado en primer lugar estudiar la eficacia de distintos disolventes para la extracción de las sustancias antimicrobianas.  Para ello hemos desecado la corteza de granada en la estufa a 45ºC durante una semana y la hemos reducido a polvo con la ayuda de un mortero, tamizando el producto para evitar fragmentos grandes y facilitar el proceso de extracción.

Los solventes empleados han sido etanol al 70%, etanol al 100%, metanol al 70%, metanol al 100%, acetona al 70%, acetona al 100% y agua destilada. Los extractos se han preparado añadiendo 10 ml de disolvente a 2 gramos de extracto de granada, dejándose macerar durante una semana. Pasado este tiempo se ha separado el extracto de los restos de corteza de granada y se ha conservado en el congelador.

Seguidamente se procedió a ensayar la actividad de estos extractos mediante la técnica de difusión en disco. Para ello se han preparado placas de Petri con medio TSA sobre el que se han vertido 5 ml de agar semisólido (medio TSB + agar al 0,6%) inoculados con las bacterias de prueba. Sobre una rejilla de plástico desinfectada con etanol se han dispuesto discos de papel Whatman a los que se ha añadido 20 microlitros de extracto en dos dosis de 10 microlitros, la segunda una vez seca la primera. Las placas se han incubado a 28ºC. Se prepararon placas de control con las mismas bacterias con discos impregnados con la misma cantidad de disolventes. Los ensayos con las bacterias se han hecho por triplicado. Los microorganismos ensayados han sido Bacillus subtilis, Escherichia coli, Pseudomonas putida, Dickeya, Ralstonia y Xanthomonas.  La imagen siguiente muestra los halos de inhibición en las distintas placas.

Los valores medios de medidas de los halos de inhibición de muestran en la tabla adjunta. Se expresa el diámetro de estas expresado en milímentros. El diámetro de los discos de papel Whatman es de 6 mm.

A partir de estos resultados podemos valorar qué disolventes son los más apropiados o que bacterias son más sensibles a los componentes de la corteza de la granada de entre las ensayadas. ¿Qué opináis?

martes, 23 de febrero de 2021

Colaboramos con el proyecto ¿Sueñan los pimientos con la medicina?

Uno de los proyectos que llevamos a cabo este año en colaboración con la Estación Experimental del Zaidín va encaminado a conocer la relación entre los pimientos y la salud.  Y una de las actividades a realizar es la encuesta que aquí adjuntamos y que tiene como objetivo ver lo que la ciudadanía conoce sobre estas hortalizas, sus variedades, su aporte nutritivo o sus posibles virtudes terapéuticas. Nuestra meta obtener la mayor cantidad posible de información y para ello es necesario que pasemos la encuesta al mayor número de personas. Por eso os pedimos que difundáis la actividad y colaboréis con el mayor número posible de entrevistas.

El cuestionario es anónimo para los participantes. Sin embargo, se ha incluido en el mismo un apartado al final llamado observaciones donde se puede hacer constar quién es responsable de haber pasado la encuesta a sus conocidos. La encuesta se puede cumplimentar desde esta misma página. Añadimos también el enlace a la misma por si resulta más fácil compartirla. 

Cuántas más encuestas consigamos, más precisos serán nuestros resultados. Por favor, colaborad.

https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdr3vyODqIlcV5WPqUDX_JEUPYNg6XZx7uczifi348oh5uwAQ/viewform?usp=sf_link

miércoles, 17 de febrero de 2021

El misterioso caso de la capsaicina

Uno de los proyectos que tenemos este año va dedicado a los pimientos. Se trata de estudiar las propiedades saludables que tiene esta hortaliza y para ello estudiaremos diversas variedades de pimientos: el dulce, el boiro (una variedad de pimiento de Padrón), el jalapeño verde, el chile rojo y el habanero rojo. Nuestros progresos se pueden ver en el blog ¿Sueñan los pimientos con la medicina? 

Uno de los aspectos que nos hemos planteados es valorar si las variedades de pimientos que tenemos contienen sustancias inhibidoras del crecimiento de microorganismos. Tenemos experiencia en ello después de nuestros proyectos del curso anterior con los extractos vegetales y los aceites esenciales. Y la literatura nos dice que una de estas sustancias,  la capsaicina -a la vez responsable del sabor picante de los pimientos- la tiene. Y puesto que teníamos pimientos con distinto grado de acrimonia, era de esperar que alguno de ellos tuviera esta propiedad. Utilizamos la técnica de la difusión en disco; como sabéis, consiste en impregnar discos de papel de filtro grueso con los extractos y colocarlos sobre placas de Petri inoculadas con un césped de una serie de bacterias de prueba.

Y nuestros experimentos dieron resultados negativos. No aparecieron halos de inhibición alrededor de los discos. Como tampoco observamos halos alrededor de los discos impregnados únicamente con etanol al 70%, el solvente que hemos usado para obtenerlos. Este era uno de nuestros controles. Si tampoco hubiese habido crecimiento alrededor de estos últimos, no hubiéramos podido saber si la capacidad antimicrobiana se debía a los extractos o al etanol. En cualquier caso, con estos resultados hubiésemos podido concluir que nuestros pimientos no contenían compuestos antimicrobianos o no en la concentración suficiente como para dar lugar a los halos. Y hubiéramos acabado ahí.

Si no fuese porque teníamos otro tipo de control.

Y este control era la propia capsaicina, la sustancia para la que se ha descrito carácter antimicrobiano en la litetratura. Paralelamente al experimento anterior estudiamos el carácter inhibidor de la capsaicina a una serie de concentraciones dadas y los resultados fueron... ¡igualmente negativos! Y habíamos ensayado concentraciones capaces de matar células humanas en cultivo, tal y como nos comentó José Manuel Palma en la sesión anterior. Las concentraciones ensayadas iban desde 10 micromolar a 1000 micromolar.

Pero ¿y si estas concentraciones eran demasiado bajas para detener el crecimiento de las bacterias? Era una posibilidad. Y la forma de comprobarlo era muy fácil: aumentar la concentración de capsaicina con la que impregnábamos los discos. Y probamos con concentraciones 50 veces superiores, desde 1,6 mM hasta 50 mM. ¡Y los resultados fueron igualmente negativos! La falta de halos de inhibición se puede ver en la imagen de abajo.


¿Sería un problema del diseño experimental? ¿De la forma de preparar las placas? ¿De si las bacterias que utilizamos son realmente buenas indicadoras? Paralelamente llevamos a cabo experimentos similares, con la misma metodología, con extractos de cáscara de granada. Como mostrábamos en el blog del proyecto y en la imagen de abajo, se observaban halos de inhibición notorios frente a todas las bacterias ensayadas. No debía ser un problema del protocolo empleado con los extractos de pimiento.
 
Halos de inhibición de extractos de granada sobre un cultivo de Escherichia coli. Control con los disolventes empleados para la extracción.
 
No obstante, decidimos cambiar la técnica. Ahora íbamos a probar la difusión en pocillo. Para ello, perforábamos y extraíamos un disco de agar de la placa inoculada con las bacterias, creando un pocillo en el depositábamos el volumen apropiado de extracto de pimiento e igualmente de capsaicina, ésta a una elevada concentración, 50 mM.


¡Y de nuevo hemos obtenido resultados negativos! Salvo un halo de inhibición que ha aparecido frente a Xanthomonas con el extracto de pimiento de la variedad Boiro, el resto de los extractos no muestra actividad, ni tampoco la capsaicina. ¿Y por qué aparece solo ante esta bacteria?
Como podemos ver, los misterios no son solo cosa de las novelas de intriga o de las películas. Nos enfrentamos a un auténtico misterio. ¿Por qué no observamos halos de inhibición con la capsaicina con ninguna de las técnicas que utilizamos? ¿Por qué ha desaparecido el efecto antimicrobiano de la capsaicina? Hay varias posibles explicaciones. Paula, una de las participantes en el proyecto, aportó una referencia bibliográfica en la que una cepa de la bacteria Xanthomonas era infectiva en un pimiento con alto grado de acrimonia y, por tanto, era de suponer que resistía a la capsaicina. Este tipo de resistencias se dan, pero no son demasiado frecuentes. ¿Vamos a tener cinco microorganismos resistentes simultáneamente a la capsaicina? Es muy poco probable. ¿Hemos alterado la capsaicina eliminado su actividad antimicrobiana? Podría ser ¿pero por qué los extractos de las variedades con más capsaicina tampoco dan halos de inhibición? Y así podríamos seguir haciéndonos más preguntas.
Como vemos, la ciencia nos aclara cosas pero a la vez nos despierta nuevos interrogantes. Si no surgieran éstos, probablemente no estaríamos participando del proceso científico a fondo, ni la humanidad hubiera avanzado tanto en la lucha contra las enfermedades ni en el desarrollo tecnológico. Y así las cosas, es ahora momento de emular al detective más famoso del mundo par resolver este auténtico misterio. Y al igual que él, no nos queda más remedio que recurrir a la ciencia. Como decía Sherlock Holmes: "Una vez descartado lo imposible, lo que queda, por improbable que parezca, debe ser la verdad". Pero con eso no bastará, tendremos que comprobarlo. Como hemos hecho con la capsaicina.

miércoles, 10 de febrero de 2021

Germinación en medios salinos: resultados

Germinación de semillas de Vigna unciculata en una solución de CaSO4 0,1M a las 48 horas.
 

Iniciábamos los tratamientos con nuestras semillas el pasado 8 de febrero. A las 24 horas, no había germinado ninguna de ellas. A lo largo de estos días hemos podido constatar cómo las semillas de carilla (Vigna unciculata), han sido las primeras en empezar a germinar; después lo han hecho algunas de maíz (var 1). Las tablas de abajo muestran la cantidad de semillas puesta para cada tratamiento y el número que van germinando en las fechas indicadas. A partir de ellas iremos valorando los resultados y exponiendo nuestras conclusiones y propuestas en los comentarios.

Número de semillas sometidas a cada uno de los tratamientos señalados (8 febrero 2021)

Número de semillas germinadas para cada planta y tratamiento a las 48 horas del inicio del experimento (10 de febrero de 2021).

Número de semillas germinadas para cada planta y tratamiento a las 72 horas del inicio del experimento (11 de febrero de 2021)

Número de semillas germinadas para cada planta y tratamiento a las 96 horas del inicio del experimento (12 de febrero de 2021)



lunes, 8 de febrero de 2021

Primera sesión experimental

Esta mañana hemos iniciado los experimentos sobre la germinación de nuestras semillas. Hemos preparado las cámaras de germinación con recipientes de plástico de los utilizados para almacenar alimentos. Hemos dispuesto en la base una hoja doble de papel absorbente y sobre ella hemos depositado las semillas en la cantidad que se indica en la tabla siguiente:

 

Como adelantábamos en la entrada anterior, estudiaremos la germinación de nuestras semillas a lo largo de los días con distintos tratamientos salinos: con agua destilada, cloruro sódico 0,5M y 1M, clorato potásico 0,1M y 0,2M y sulfato de calcio 0,1M y 0,2M. Hemos tenido que modificar las concentraciones que indicábamos en la entrada previa de este blog dada la baja solublidad del KClO3 y del CaSO4. En este último caso no se ha podido conseguir la disolución total de la sal en el agua, por lo que se ha añadido en este estado, con la solución completamente saturada y una parte del compuesto sin disolver.

Puesto que nuestro objetivo es comprobar si Pseudomonas putida, nuestra bacteria de elección, tiene algún efecto protector frente a los medios con alta concentración salina, se han hecho dos lotes, uno de ellos con las semillas sin tratar y el otro con las semillas inoculadas. Para este último, se ha introducido las semillas en tubos falcon a los que se les ha añadido 1 ml de cultivo en fase estacionaria de P. putida más 19 ml de agua, de modo que todas las semillas quedasen cubiertas. Se han mantenido sumergidas en la suspensión bacteriana durante 15 minutos.

 

Las semillas se han colocado regularmente espaciadas en los recipientes. Se han utilizado dos tamaños de recipientes; uno más grande para Vigna unguiculata (dada la mayor disponibilidad de semillas) y otro más pequeño para el resto. A los recipientes grades se les ha añadido 60 ml de la solución de sales; a los pequeños se les ha puesto 40 ml. Seguidamente se han cubierto con un papel absorbente doble y se han cubierto con su tapadera.

El siguiente paso será valorar el número de semillas que va germinando a lo largo de los días durante el resto de la semana. Una vez obtenidos estos resultados se procederá a la comparación de los resultados de los distintos tratamientos. En la imagen de abajo nuestros recipientes con las semillas.


sábado, 6 de febrero de 2021

¿Cómo estudiamos el efecto de los medios salinos sobre la germinación de las semillas?

Comenzamos la fase experimental de nuestro proyecto. Nuestros primeros ensayos irán encaminados a determinar el efecto de los entornos salinos sobre la germinación de las plantas y a valorar el posible efecto protector de los microorganismos. Las plantas cuyas semillas estudiaremos serán la carilla, una alubia (Vigna unciculata), y dos variedades de maíz (Zea mays). Las sales cuyo efecto probaremos serán el cloruro sódico, el clorato potásico y el sulfato de calcio. Las concentraciones a ensayar se indican en la tabla adjunta. La bacteria cuyo efecto protector valoraremos es Pseudomonas putida.

Prepararemos dos lotes de recipientes para cada tipo de planta. En todos ellos se colocará una base con dos hojas de papel absorbente sobre la cual se dispondrán las semillas, un mínimo de 16 en cada recipiente. En el primer lote las semillas no llevarán tratamiento bacteriano y únicamente serán humedecidas con agua destilada (el control) y con las soluciones de las distintas sales y concentraciones.

El tratamiento microbiológico de las semillas se hará con Pseudomonas putida. Es la bacteria más apropiada en función de los datos que habéis aportado tras la revisión bibliográfica. Para inocular las semillas las colocaremos dentro de un tubo falcon y se les añadirá 1 ml de cultivo bacteriano diluido en 19 ml de agua. Dejaremos actuar durante unos 15 minutos. Después se dispondrán regularmente espaciadas sobre la base de papel absorbente que habíamos colocado en el fondo del recipiente, se cubrirán con una nueva capa de papel y se humedecrán con la cantidad suficiente de agua destilada o de las soluciones de distinta conentración salina que estamos probando. A lo largo de los días siguientes se contará el número de semillas germinadas a las 24, 48 y 72 horas y se calculará la proporción de éstas respecto al total usado para cada tratamiento. Los datos se plasmarán en tablas como la de arriba.  Finalmente se compararán las proporciones entre semillas germinadas para cada concentración salina en función de si han sido o no  tratadas con Pseudomonas putida.

Y ahora una pequeña tarea, que parece más propia de una clase de Química, pero que es totalmente necesaria en un laboratorio de Biología. ¿Qué cantidad de cada sal tendremos que pesar para preparar medio litro (500 ml) de cada una de las disoluciones con la concentración molar que indicamos en la tabla de arriba? Con el cloruro sódico (NaCl) y el clorato potásico (KClO3) los cálculos son simples. Sin embargo, el sulfato de calcio del que disponemos es dihidratado y responde a la fórmula CaSO4·2H2O, por lo que deberemos tener en cuenta la presencia de esas dos moléculas de agua para calcular la cantidad a disolver.

Bacterias terrestres, contaminantes marcianos

A lo largo de estos últimos cursos hemos desarrollado diversos proyectos de índole astrobiológica con el objetivo principal de valorar la posibilidad de que microorganismos terrestres pudieran sobrevivir en Marte o en algún exoplaneta lejano cuyas condiciones ambientales recordasen a las de nuestro planeta. Prentendíamos ver si hipotéticas formas de vida extraterrestres, suponiéndoles una fisiología semejante a la de nuestros microorganismos terrestres, tendrían posibilidad de habitar en esos lugares. Era una forma de valorar las condiciones que tendrían hipotéticas bacterias marcianas.

Hace unos meses presentamos en el V Congreso virtual de Astrobiología de Colombia, en una sección dedicada a Astrobiología y Educación, nuestra comunicación titulada "¿Podrían sobrevivir microorganismos terrestres en Marte? Una experiencia educativa con alumnado de secundaria. En ella discutíamos que otra posible implicación de nuestro trabajo era valorar la posibilidad -y esta es mucho más real- de que microorganismos terrestres pudieran contaminar otros mundos viajando en los instrumentos espaciales, en el caso de que éstos no hubiesen sido convenientemente esterilizados. Es algo sobre lo que también existe abundante literatura científica y sobre lo que se han llevado a cabo experimentos en la Estación Espacial Internacional.

Las implicaciones de todo esto son importantes. Pensemos en que si, por ejemplo, se quiere estudiar la presencia de vida en Marte o en la Luna, bien presente o pasada, nuestros hipotéticos polizones microscópicos podrían dar falsos positivos. Y esto incluso en el caso de que no sobreviviesen si lo que se detecta es la presencia de materia orgánica o cualquier otro biomarcador.

Perseverance (ilustración). Fuente: Wikipedia
 

Este 2021 se presenta como un año de oro en la exploración de Marte. Dentro de unos días llegará al planeta rojo Perseverance, un rover parecido a Curiosity con experimentos específicos para intentar conocer si en Marte hubo vida. Y será el primero, pero no el último de toda una serie de instrumentos lanzados por diversos países que en los próximos meses o años llegarán a Marte. Quizá por eso vuelva a tener interés lo relacionado con la posible contaminación de entornos extraterrestres. Una prueba de ello es este artículo que ha publicado recientemente el diario El País y que Manuel Espinosa nos recomienda: Las misiones espaciales privadas elevan el riesgo de contaminación biológica. 

Algunos también muy interesantes se pueden leer en la edición inglesa de The Conversation:

Colonizing Mars means contaminating Mars - and never knowing for sure if it has its own native life.

Mars: how scientist prevent Earth´microbes from contaminating other planets.

Con nuestros estudios acerca de la supervivencia de nuestras bacterias en ambientes simulados marcianos pretendíamos conocer cómo podría ser esa hipotética vida microbiana marciana, en el caso de que existiera o hubiese existido. Pero nuestros experimentos también aportan luz a algo que es tremendamente real, y es valorar la posibilidad de que, sin las medidas apropiadas, pudiéramos contaminar biológicamente con microorganismos terrestres aquellos mundos que queremos explorar y debemos preservar.

sábado, 30 de enero de 2021

¿Qué bacteria promotora del crecimiento usaremos para cultivar nuestras plantas en suelos salinos?

Como comentábamos en la anterior entrada dedicada a nuestro proyecto, uno de sus objetivos es valorar la tolerancia de determinadas plantas (maíz y carilla) ante suelos con elevada concentración salina. El exceso de sales en los suelos causa en las plantas estrés osmótico y altera el equilibrio homeostático de las mismas con el resultado de un menor crecimiento de las mismas. El segundo objetivo es comprobar si determinados microorganismos podrían favorecer el desarrollo de las plantas en estos ambientes de alta salinidad. Y para ello, el primer requisito es que estas bacterias sean capaces de sobrevivir en medios con una elevada concentración de sales. 

Pseudomonas putida: imagen a microscopía confocal (izda.) y electrónica (dcha.). Cortesía de Juan de Dios Alché.

Nuestro punto de partida para seleccionar los microorganismos han sido los experimentos de tolerancia a sales -concretamente a clorato potásico- que llevamos a cabo en nuestro proyecto sobre Marte. Tras valorar estos resultados todos habéis coincido en que las bacterias más adecuadas son: Bacillus subtilis, Pseudomonas putida y Halomonas sp. Nuestra primera actividad ha sido investigar en la literatura si alguna de las anteriores pudiera tener un efecto promotor del crecimiento de las plantas en presencia de concentraciones elevadas de sales. Vuestras propuestas, así como la justificación bibliográfica, se pueden consultar en la sección de comentarios de la entrada anterior. Incluyo aquí las más citadas o las que parecen más relevantes.

Pseudomonas putida:
Costa Gutiérrez, S.B. (2019). Microflora de la rizósfera de soja en condiciones de alta salinidad: aislamiento y estudio de cepas de Pseudomonas putida benéfica frente al estrés salino. Enlace.
Hernández Montiel et al. (2020). Respuestas morfologías-productiva de plantas de pimiento morrón biofertilizadas con Pseudomonas putida y dosis reducidas de fertilizantes sintéticos en invernadero. Terra Latioamericana 38(3): 583-596. (Enlace).

Halomonas sp:
Desale et al. (2013). Plant Growth promoting properties of Halobacillus and Halomonas sp. in presence of salinity and heavy metals. Journal of Basic Microbiology, 54(8):781-791. (Enlace).
Tiwari et al. (2011). Salt-tolerant rhizobacteria-mediated induced tolerance in wheat (Triticum aestivum) and chemical diversity in rhizosphere enhance plant growth. Biology and Fertility of Soils, 47, article number 907. (Enlace).

Bacillus subtilis:
Sánchez López et al. (2016). Efecto de las PGPB sobre el crecimiento de Pennisetum clandestinum bajo condiciones de estrés salino. Rev. Colomb. Biotecnol. 16(1):65-72. (Enlace).
Calhabeu Ferreira et al. (2018). Bacillus subtitles improves maize tolerance to salinity. Ciencia Rural, v48:08. (Enlace)

Cultivar en suelos salinos es una necesidad en nuestro planeta. La acción antrópica, el calentamiento global por ejemplo, está aumentando la extensión de las zonas desérticas, en las que la alta concentración de sales en el suelo impide el crecimiento de las plantas. La investigación en este campo es, por ello, muy importante. Pero también puede ser un problema a resolver en el cada vez más que probable escenario de establecer colonias humanas en otros mundos, como la Luna o Marte. 
En proyectos anteriores hemos evaluado la supervivencia de microorganismos en las condiciones de Marte o el crecimiento de plantas en suelos marcianos simulados de naturaleza puramente volcánica. Pero en Marte hay otros materiales que igualmente podrían presentar este problema debido a la presencia de sales en el suelo. La historia de Marte en el pasado fue similar a la de la Tierra, con grandes extensiones de agua líquida que se evaporó dejando importantes depósitos de sales en el suelo. El cráter Gale, estudiado por el rover Curiosity, es una estructura de impacto que en su momento contuvo un lago que posteriormente se secó.

Cráter Gale en Marte. Reconstrucción del lago que primigeniamente ocupaba la estructura de impacto.

Nuestra tarea es ahora investigar sobre los suelos salinos de Marte. En lugares como el cráter Gale hay un importante depósito de arcillas y se ha descubierto la presencia de sales. Es ahora momento de investigar sobre los resultados obtenidos por los rovers en la superficie de Marte. ¿Cuáles son las sales más abundantes en Marte? ¿Dónde se han encontrado? ¿En qué concentración? ¿Cuál es la composición de los suelos en los que aparecen? ¿Hay suelos similares en la Tierra? ¿Se podrían cultivar plantas en esos suelos? 
Nuestros comentarios deberán venir refrendados por las pertinentes referencias bibliográficas. Es importante citar los trabajos de la forma apropiada. Existen diversos formatos para hacer una referencia bibliográfica. En nuestro caso podemos adoptar el siguiente:
Autores, año de publicación, título del artículo, nombre de la revista, volumen, número de la primera y de la última página.
Debemos tomar e incluir también la dirección de internet donde se ha localizado el trabajo para facilitar futuras consultas.

viernes, 15 de enero de 2021

¿Sueñan los pimientos con la medicina?

Capsicum annuum
Capsicum annuum
Los pimientos (Capsicum annuum) son alimentos habituales en nuestra dieta. Existe un gran número de variedades, cada una de ellas con unas determinadas características culinarias. ¿Pero es esa la única utilidad que presentan estos frutos? Parafraseando a Philip K. Dick y al igual que hacían los androides en una de sus relatos más conocidos... ¿soñaría un pimiento con ser algo más que una simple hortaliza? ¿soñaría, por ejemplo, con tener utilidad terapéutica?

¿Sueñan los pimientos con la medicina? es el nombre del proyecto que desde el grupo de Antioxidantes, Radicales Libres y Óxido Nítrico en Biotecnología y Agroalimentación de la Estación Experimental del Zaidín y bajo la dirección del doctor José Manuel Palma Martínez vamos a desarrollar con nuestro alumnado de Anatomía Aplicada de primero de bachillerato. La promoción de la salud es uno de los objetivos principales de esta asignatura y este proyecto sin duda contribuye a ello a través de diversos enfoques como sus propiedades nutritivas, los efectos de su consumo o el uso de algunos de sus componentes como productos con actividad terapéutica para tratar diversas dolencias.

Este proyecto se enmarca dentro de la iniciativa del Consejo Superior del Investigaciones Científicas Cuenta la Ciencia, que en la Estación Experimental del Zaidín engloba a una serie de proyectos que se engloban bajo la actividad CAOS (Ciencias Agrarias On-line en Secundaria).

Ayer tuvimos nuestra primera sesión on-line con José Manuel Palma; nos acompañaron otros investigadores de la Estación Experimental del Zaidín. En ella pudimos conocer algunos de los hechos que justifican la elección del pimiento para este proyecto. Desde un punto de vista económico es la segunda hortaliza de mayor distribución en el consumo mundial; su importancia en la alimentación no deja lugar a dudas. En nuestro caso concreto, España es el quinto país del mundo en cuanto a la producción de pimientos y el segundo en cuanto a volumen de exportación. Desde un punto de vista culinario existen cientos de variedades de primientos, que a grandes rasgos podemos clasificar en dos grandes grupos: los dulces y los picantes. El sabor característico de estos últimos se debe a la presencia de un compuesto denominado capsaicina. Existe una amplia gama de variedades que se clasifican según su grado de pungencia, su picor, mediante la escala de Scoville. Pero además de contribuir al sabor de estas hortalizas, la capsaicina tiene otras aplicaciones que habremos de investigar; y puede que los pimientos contengan, además, otras sustancias con propiedades desconocidas aunque interesantes para la salud.

Estos principios son los que van a ir definiendo nuestro proyecto. Plantearemos una serie de tareas que habrá que ir resolviendo a lo largo de los próximos meses. Algunas requerirán documentarnos, bien bibliográficamente o a través de internet; otras estudiar los hábitos de consumo de pimientos en la sociedad; investigaremos su valor nutritivo, relacionaremos las distintas variedades con su contenido en capsaicina... Y también habrá lugar para experimentos de laboratorio. De todo ello iremos dejando constancia en este blog.

lunes, 11 de enero de 2021

Sobrevivir en mundos salados

Sobrevivir en mundos salados es el nombre del nuevo proyecto que vamos a llevar a cabo en nuestras clases a lo largo de los próximos meses en nuestras clases de biología y que hoy hemos comenzado. Auspiciado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas dentro de la iniciativa Cuenta la Ciencia, es una de las actividades que engloba CAOS (Ciencias agrarias on-line en secundaria) un conjunto de proyectos dirigidos desde la Estación Experimental del Zaidín. De nuevo contaremos con la dirección de Manuel Espinosa, nuestro científico de cabecera durante los últimos cursos. 

La alta concentración de sales en el suelo es muy nociva tanto para las plantas como para el resto de los seres vivos. Es una consecuencia más del calentamiento global que está empobreciendo los suelos e indirectamente haciendo que se pierda biodiversidad cuando se destruyen tierras vírgenes para dedicarlas al cultivo. Manuel Espinosa nos ha hablado de las dos posibles soluciones. Una de ella es cultivar especies más tolerantes a las sales, obtenidas bien mediante cruces dirigidos y selección artificial o mediante la modificación genética o transgénesis. La otra posibilidad es usar microorganismos para proteger a las plantas de los efectos tóxicos de la abundancia de sales. Ejemplo de estos es la bacteria Pseudomonas stutzeri MJL19, aislada de la única planta que crece en los suelos salados de Salinas Grandes, una región de Argentina donde solo crece ese vegetal; esta bacteria es conocida nuestra y la hemos utilizado en nuestros proyectos sobre astrobiología.

Pero hablando de astrobiología, existen proyectos como Mars One, que plantean establecer colonias humanas en Marte. En ellas serían muy importantes los cultivos en suelos marcianos. En Marte, son muy abundantes los suelos de naturaleza volcánica; a valorar la posibilidad de cultivar plantas en suelos de esta naturaleza dedicamos nuestros trabajos de cuersos anteriores. Pero en Marte existen también otras zonas de naturaleza sedimentaria; estas se formaron en épocas muy antiguas en las que había agua líquida en la superficie del planeta rojo. Cuando esta se perdió, se originaron suelos con depósitos de sales. Así lo ha podido constatar el rover Curiosity en el cráter Gale. Entre aquellas se han detectado cloruro de sodio, sulfato de calcio y cloratos y percloratos, estos últimos muy tóxicos para los seres vivos pero con capacidad de originar salmueras, la única posibilidad de que en la actualidad haya agua líquida en Marte. Cultivar plantas en Marte puede requerir proteger a las plantas de sus efectos tóxicos.

Nuestro proyecto va a tener una doble vertiente. Por un lado tendremos que desarrollar una labor de investigación bibliográfica acerca de los efectos de las sales sobre las plantas, de cómo los microorganismos pueden protegerlas en ambientes salinos o de qué se conoce acerca de la composición salina de los suelos de Marte. Por otro lado desarrollaremos una fase experimental en la que comprobaremos el efecto de diversas sales sobre la germinación y el desarrollo de las plantas; las sales serán cloruro sódico, clorato potásico y sulfato de calcio. Las plantas serán maíz (Zea mays) y carilla (Vigna unguiculata). Valoraremos también el posible efecto protector de los microorganismos. Para ello seleccionaremos una bacteria de las que empleamos en nuestros proyectos anteriores sobre Marte. La imagen siguiente muestra la tolerancia de diversos microorganismos ante distintas concentraciones crecientes de clorato potásico.

En base a estos resultados previos y la información que podamos encontrar en la bibliografía sobre los efectos de estos microorganismos sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas, justificaremos nuestra elección. De igual modo, ahora mismo estamos en la fase de definición del proyecto, por lo que también os pedimos vuestras aportaciones y así como propuestas y diseño de experimentos. Tenemos nuestro espacio para ello en los comentarios del blog. Y para acabar, una imagen de nuestros cultivos en suelo marciano simulado del proyecto anterior.


lunes, 23 de noviembre de 2020

Edición genética mediante la tecnología CRISPR-Cas

 
Esta mañana, en nuestra clase de biología hemos podido aprender acerca de la importancia de la tecnología CRISPR en la edición genética y de sus repercusiones, entre ellas la concesión del premio Nobel de Química de 2020  a las investigadoras Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna. En estos momentos de pandemia y de confinamiento ello ha sido posibles gracias a la videoconferencia impartida por el doctor Francisco Martínez-Abarca, investigador de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC). La charla ha sido seguida en nuestro laboratorio por el alumnado presencial y desde casa por aquellos que esta semana reciben las clases on line. Además ha participado en la actividad el alumnado de los ciclos formativos de Química así como alumnado del IES Francisco Ayala y público externo al instituto.

A lo largo de la charla, Francisco Martínez-Abarca nos ha detallado los antecedentes de estos procedimientos, las variantes que existen en los distintos sistemas, sus aplicaciones así como las experiencias dirigidas por este investigador con alumnado de secundaria en un proyecto cuyo objetivo principal era detectar las secuencias CRISPR en la bacteria Vibrio vulnificus; todo ello de una manera muy amena y perfectamente adaptada a nuestro alumnado.

Tras la conferencia, ha venido un interesante turno de preguntas donde los asistentes han planteado sus inquietudes acerca de las posibilidades de esta tecnología, los aspectos éticos de la misma o las perspectivas de futuro, entre otras cuestiones.

Queda ahora hacer nuestra reflexión personal de todo lo aprendido en la clase de hoy y compartir nuestras ideas en este blog. Y, como no, plantear todas las dudas que nos hayan quedado por preguntar o puedan surgir tras la charla, y que de aquí trasladermos al doctor Martínez-Abarca. Esperamos, pues, vuestros comentarios.

La actividad se ha desarrollado en el marco de La Noche Europea de los Investigadores, evento organizado por la Fundación Descubre. Desde esta entidad se nos pide participar en una encuesta de valoración de la misma, la cual os pedimos que realicéis. Podéis acceder a ella desde este enlace: encuesta sobre la actividad.