Pandemia y matemáticas: cómo sabemos cuando empezamos a vencer a la COVID 19

Uno de los términos que más oímos en cuanto a cómo evoluciona la pandemia ocasionada por el coronavirus es cómo va cambiando la curva de la enfermedad, cuando cambiará la tendencia y cuando se aplanará la misma. Esos serán buenos síntomas pues indicarán que le estamos ganando la lucha a la expansión de la infección o que incluso, como ya sucede en China, estará controlada. 

En mi centro anterior, el IES Antonio de Mendoza,  estudiamos distintas epidemias que se han dado a lo largo de la historia, como las de cólera y alguna de viruela en el siglo XIX o el efecto de la gran pandemia de gripe de 1918, todas ellas en Alcalá la Real. Las abordábamos desde una doble perspectiva, histórica y biodemográfica, y siempre con un marcado carácter divulgativo. Si alguien está interesado puede acceder a los artículos que he enlazado. 

He retomado los datos de ésta última y he calculado la curva de la pandemia de gripe de 1918 en Alcalá la Real. A diferencia de la mayoría de las que vemos en prensa, esta muestra fallecidos, que es la información a la que podíamos acceder en los registros demográficos. El número de afectados debió de ser de cómo mínimo unas cinco veces mayor. La curva es esta:

La curva que seguirá la evolución de afectados y fallecidos por la COVID-19 será similar. Con una fase exponencial al principio, caracterizada por un crecimiento muy rápido, se llegará a un punto de inflexión a partir del cual la tendencia se invertirá e irá disminuyendo el número de afectados, para finalmente aplanarse, cuando ya no haya nuevas personas infectadas. En la curva de la pandemia de gripe de 1918 en Alcalá la Real este punto de inflexión tuvo lugar, más o menos, en los primeros días de noviembre. 

A todos nos preocupa qué va a pasar con esta pandemia, cómo va evolucionar, cuando se alcanzará ese punto de inflexión y sobre todo, cuando se aplanará la curva. Estos momentos indicarán cuando empezamos a controlar los contagios y su frecuencia disminuye o cuando habremos vencido a la pandemia.

Podemos seguir la evolución de la pandemia a través de los distintos periódicos. Los de mayor difusión dedican páginas al respecto (El País, por ejemplo). A nivel andaluz, también se puede encontrar información acerca de la evolución en las provincias andaluzas (Diario Sur). Los anteriores proporcionan datos elaborados. Datos de los pormenores de la pandemia en Granada los podéis ver en los periódicos locales. 

Con los datos del número de contagiados hasta hoy, 23 de marzo, obtenidos de estas fuentes la evolución de la pandemia en Granada era la que muestra la siguiente gráfica. Los datos representados son los oficiales, es decir los reconocidos por las autoridades sanitarias. En la prensa circulan cifras mayores basadas en las pruebas y diagnósticos que se realizan en los centros sanitarios.

Como veis, comparando ambas gráficas, aún nos encontramos en la fase de crecimiento exponencial, aunque esperemos que muy pronto alcancemos ese punto de inflexión que determine que estamos controlando y venciendo a este coronavirus.

Los matemáticos y los epidemiólogos, viendo la evolución de datos pueden predecir con su correspondiente margen de error, el progreso de esta curva que viene definida por una función logística. Su tratamiento matemático queda muy lejos de lo que se estudia en bachillerato, y por supuesto aún mucho más de lo que tenemos que tratar en nuestras materias relacionadas con la Biología o la Anatomía.

Pero os voy a proponer una actividad en la que podremos valorar la marcha de la pandemia en Granada y comprobar cómo la vamos dominando. Os facilito una hoja de Excel con la gráfica de los datos de la pandemia en Granada para que vosotros vayáis añadiendo los datos de cada día y vayáis valorando por vuestra cuenta cómo vamos evolucionando.

Y ahora viene la parte más complicada. ¿Cómo podemos comprobar la tendencia? Valorar matemáticamente la gráfica, como os digo, se nos escapa de nuestras capacidades, pero podemos hacer una aproximación. Y para ello vamos considerar la función por partes. Vamos a suponer que cada cinco días la evolución del número de afectados sigue una relación lineal, es decir, matemáticamente se comporta como una recta y vamos a calcular su pendiente. Para esto vamos a hacer que cualquiera de las hojas de cálculo que utilizamos nos calcule la recta de regresión para esos puntos. Mientras la pendiente aumente a lo largo de los periodos de tiempo que consideremos, la epidemia progresará; cuando veamos que este valor se va reduciendo, estaremos ganando terreno a la enfermedad y cuando la pendiente sea 0, significará que no hay casos nuevos.

En la figura de arriba os presento los cálculos para estos días, considerando incluso las cifras que hoy se han publicado. Como podéis ver, la pendiente (el coeficiente de la x en la ecuación de primer grado) ha ido aumentando progresivamente en las primeras siete representaciones; pero en la última el valor es algo menor. Nos hace falta estudiar la tendencia a lo largo de los próximos días para ver si esto se mantiene.
Os adjunto una hoja de Excel para que podáis ir simplemente sobreescribiendo los datos y anotando los valores que obtenéis. Con ellos podéis hacer los correspondientes gráficos. Podéis acceder desde este enlace y descargarla en vuestro ordenador (hoja de Excel evolución covid 19).
Os aseguro que no es tan complicado como a primera vista parece. Y lo podemos extender a otras provincias andaluzas o incluso a otras comunidades para las que dispongamos de datos. Os dejo algunos enlaces a periódicos desde los que podéis acceder a los datos a medida que se van actualizando.

Así evoluciona la curva del coronavirus en España y en cada autonomía. El País.
Evolución de los contagios en Málaga y Andalucía. Diario Sur. 

Y desde otro punto de vista, porque también es necesario que sepamos quién es nuestro enemigo y cómo desde una perspectiva biológica puede evolucionar, os dejo un enlace a un magnífico artículo escrito por la viróloga Ester Lázaro: ¿Cómo cambian los virus? Si tenéis alguna duda sobre éste, nada más que la planteéis en los comentarios. Cuidaos.

Cosas que podemos hacer frente a la pandemia del coronavirus

Vivimos tiempos complicados. Difícilmente podríamos imaginar que nos íbamos a ver en una pandemia causada por un virus y que tendríamos que estar recluidos en nuestras casas para prevenir la expansión del mismo. Y algo sorprendente -me enteré el otro día- es que este coronavirus tiene solamente ocho genes. Es un virus con ocho genes, con una cadena de ARN que contiene algo más de 20.000 ribonucleótidos. Y está poniendo en jaque a organismos como nosotros que tenemos un genoma con unos 25.000 genes y tres mil millones de pares de bases.

De https://www.scientificanimations.com/wiki-images/ - https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=88377371

Luchar contra esta pandemia es responsabilidad de todos. En nuestro caso manteniendo el aislamiento necesario para frenar la transmisión del virus. Aprendiendo y enseñando desde nuestras casas para que esta situación no nos impida progresar. Pero quizá podamos hacer algo más. Y creo que algo importante.

Como sabéis, en nuestro instituto tenemos una más que buena relación con los centros de investigación que tenemos a nuestro alrededor, la Estación Experimental del Zaidín o el Instituto de Astrofísica de Andalucía. Una muestra de ello son los proyectos que venimos desarrollando durante este curso y que, en las circunstancias que estamos, pueden haber tomado un valor añadido siguiendo su evolución desde nuestras casas.
En este caso la epidemia está siendo producida por un agente infeccioso viral; como sabéis nosotros estamos trabajando sobre posibles efectos antimicrobianos de extractos vegetales. ¿Y si alguno pudiera tener algún efecto adicional, por qué no, no solo ante bacterias sino sobre otros agentes patógenos? Ya lo estáis investigando en alguna de las entradas anteriores a nivel bibliográfico.

Pues bien, el otro día hablando sobre el tema con nuestro gran amigo y colaborador, el doctor Francisco Martínez-Abarca, de la Estación Experimental del Zaidín, comentábamos la importancia de estar bien informados ante la pandemia. La información fluye por numerosos cauces, y uno de ellos son las redes sociales a las que, en mayor o menor medida, todos estamos abonados: WhatsApp, Facebook, Instagram... Y la información puede ser veraz, y por tanto ayudar a combatir la pandemia, o por el contrario, puede ser inapropiada. Y en este caso no ayudará a ello.
Y la cosa es muy importante. Importante hasta el punto que el propio presidente del gobierno se ha referido a ella en sus últimas comparecencias públicas y Radio Televisión Española ha dedicado una sección de su página web. Podéis acceder desde este enlace: Stop bulos: Desmentimos los bulos del coronavirus en redes. Y hay más sitios que advierten ante la mala información; otro ejemplo es LiveScience (este en inglés) 13 Coronavirus myths busted by science.
Compartimos la única materia del bachillerato en la que estudiamos la anatomía de nuestro organismo, su funcionamiento o fisiología y, lo que es más importante, cómo podemos aplicar el conocimiento de todo esto para la salud. Creo que podemos aportar nuestro granito de arena a la lucha contra esta pandemia desde nuestras casas y junto a la gente que nos rodea valorando la información que a todos nos llega a través de las redes sociales o de las personas que nos rodean. Creo que sois conscientes, más que nunca, de la importancia de tener una información veraz acerca de cómo afrontar la enfermedad y de lo perjudicial que puede llegar a ser extender noticias no contrastadas.
¿Qué tenemos que hacer? Vamos a ver las informaciones que nos llegan, seleccionar las que nos parezcan más relevantes y compartirlas, es decir, a redactarlas como comentarios a esta entrada del blog. Los demás investigaremos sobre ellas y valoraremos qué hay de cierto o de erróneo sobre las mismas. Si no lo vemos claro, intentaremos recurrir a algún experto que nos resuelva las dudas. Finalmente, compartiremos nuestras impresiones como respuestas a cada uno de los comentarios anteriores. Evitando bulos afrontaremos mejor esta situación.
Y como ejemplo de lo que son buenas informaciones os incluyo este enlace a la página web de la Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular sobre el coronavirus que nos envía el doctor Francisco Martínez-Abarca. 

Las aulas en nuestras casas: Genética molecular

Los efectos de la pandemia del coronavirus siguen en aumento. Tanto en Granada, como en Andalucía  y el resto de España los casos continúan aumentando de modo exponencial. Cada vez estamos más convencidos de la necesidad de permanecer en nuestras casas y es necesario que traslademos las aulas a nuestros hogares. Tendremos que reinventarnos, sobre todo los que estamos acostumbrados al contacto directo y reconfortante con nuestro alumnado. 

En el curso de Biología de segundo de bachillerato empezamos en estos días la genética molecular. Os dejo nuestra primera clase virtual donde contamos cómo se llegó a descubrir que el ADN era la molécula responsable de la herencia. Y espero vuestras dudas; las podéis plantear en los comentarios.

La segunda clase va dedicada a la duplicación del material genético.

La tercera clase describe la transcripción, el proceso por el que el ADN se copia a ARN.

La cuarta clase o minidocumental está dirigida al proceso de la traducción, incluyendo el código genético y la síntesis de proteínas.

Continuamos con nuestro proyecto desde nuestras casas

La situación de pandemia que vivimos ha obligado a hacer un paréntesis en nuestra actividad docente presencial. Ahora tenemos la responsabilidad y la necesidad de actuar para conseguir detener cuanto antes la expansión del coronavirus y ello nos obliga a que cambiemos la dinámica de nuestras clases; buscaremos nuevas estrategias que nos permitan mantener la actividad docente desde nuestras casas y eso también afecta a nuestro proyecto. Durante el tiempo que dure esta cuarentena no podremos hacer experiencias de laboratorio. Pero la ciencia no solo se hace en los laboratorios, se hace revisando la bibliografía, analizando los resultados, planteando nuevos experimentos o incluso preparando la publicación de artículos científicos con los que dar a conocer los avances.

Aunque he ido leyendo vuestras aportaciones conforme las habéis ido enviando, las he vuelto a revisar a ahora todas juntas para tener una visión de conjunto. En primer lugar tengo que agradeceos vuestra participación a la vez que felicitaos por vuestros comentarios, que en general tienen un gran nivel. Las he comentado con Manuel Espinosa, nuestro investigador, y hay un par de cosas que se deducen de vuestros análisis y que podemos resolver sin necesidad de hacer nuevos experimentos y que nos pueden llevar a conclusiones importantes acerca de nuestro trabajo.

En primer lugar. Todos habéis observado que la actividad antibacteriana, tanto de extractos como de aceites esenciales, es mucho más patente frente a Bacillus megaterium que frente a al resto de las bacterias de prueba. Dicho de otra manera, siempre hemos encontrado halos de inhibición más definidos frente a esta bacteria que frente al resto de microorganismos que hemos ensayado, con un comportamiento más homogéneo, salvo algún caso concreto. Pero ¿qué diferencias hay entre nuestras bacterias?

Bacillus megaterium es una bacteria gram positiva. Por el contrario, el resto de los microorganismos ensayados (Escherichia coli, Xanthomonas campestris, Pseudomonas syringae y Dickeya dadantii) son gram negativas. Este concepto hace referencia a una tinción que proporciona información acerca de la pared celular de las bacterias.

La pared celular de las bacterias gram positivas está constituida por una gruesa capa de mucopéptido  que rodea a la membrana plasmática. El mucopéptido está constituido por cadenas de polisacáridos unidos entre sí por cadenas de aminoácidos asociado a otros compuestos como polisacáridos, proteínas y unos compuestos llamados ácidos teicóicos. Por el contrario, las gram negativas tienen una capa de mucopéptido mucho más fina, por encima de la cual se dispone otra membrana, parecida a la plasmática, con lipopolisacáridos y proteínas, muchas con función enzimática. No presenta ácidos teicóicos. 

Esta diferencia de estructura puede afectar a la sensibilidad que presentan las bacterias frente a los antibióticos. Algunos de estos actúan contra los enzimas que participan en la formación de la pared celular, como es el caso de la penicilina. La formación defectuosa de la pared celular conlleva la muerte de la bacteria.

Y ahora toca investigar desde la bibliografía. Esto no va ser tan fácil como la realización de los experimentos en el laboratorio. Pero estáis demostrando una gran capacidad ante el proyecto. ¿Es habitual esta mayor actividad de extractos vegetales o de aceites esenciales frente a bacterias gram positivas? En caso afirmativo ¿qué explicaciones se han propuesto por los investigadores? ¿por qué pueden ser más sensibles las bacterias gram positivas? ¿podemos encontrar alguna otra explicación en la bibliografía?

Nos centramos ahora en los aceites esenciales. Todos habéis descrito la gran actividad antimicrobiana de algunos aceites como los obtenidos a partir de los distintos tomillos que hemos probado (Thymus vulgaris, Thymus zygis) o de la ajedrea (Satureja montana). Los aceites esenciales son una mezcla compleja de compuestos químicos volátiles producidos por las plantas con distintas funciones. La composición química se ha estudiado y existe abundante bibliografía sobre la misma. La propuesta que os hacemos es que comparéis la composición química de los distintos aceites esenciales que presentan mayor actividad y veáis si existe alguna coincidencia en los compuestos que los forman. ¿Podremos relacionar alguno de estos componentes con la actividad antimicrobiana de nuestros aceites?

Y un último dato para que veáis la importancia que puede tener un proyecto como el que desarrollamos con extractos de plantas y aceites esenciales. Quizá el mayor motivo de preocupación que tenemos en estos días es la progresión de la infección por el coronavirus. Pues bien os dejo este par de referencias para que veáis cómo se ha descrito en extractos vegetales y en aceites esenciales actividad antivírica. Simplemente, echadle un vistazo y nos comentáis.

In vitro antiviral activity of twenty-seven medicinal plant extracts from Southwest Nigeria against three serotypes of echoviruses.

Antibacterial, anti fungal and antiviral effects of three essential oil blends.

Algo inesperado

Algunas veces suceden con nuestros experimentos cosas que no esperamos. Algo así le sucedió a Fleming cuando descubrió la penicilina. Una placa en la que cultivaba la bacteria Staphylococcus aureus se le contaminó con un hongo; en lugar de desechar la placa sin más, observó que alrededor del micelio no había crecido su bacteria. El hongo, Penicillium notatum, producía algo que inhibía el crecimiento de los microorganismos. Y así se descubrió la penicilina.

En el proyecto de este año estamos buscando sustancias antimicrobianas en extractos vegetales. Ya conocéis el procedimiento; y al igual que Fleming, buscamos halos de inhibición sobre nuestras bacterias de prueba. Hemos ido leyendo nuestros resultados y anotando cuáles eran activos y cuáles no frente a nuestras bacterias de prueba. Pero volviendo a observar las placas pasados unos días he observado algo que me ha llamado la atención. Os muestro unas imágenes de las placas a lo largo de estas dos últimas semanas. Corresponden a la lectura de las placas un par de días después del ensayo (viernes de hace dos semanas), del viernes de la semana pasada y de hoy martes.

¿Qué es los que nos ha llamado la atención en las placas? Y lo que es más importante ¿cómo explicamos esos resultados? ¿Qué sugerís que hagamos? ¿Qué experimentos podríamos plantear a partir de estos resultados? Ya sabéis, las respuestas en los comentarios.

Probamos los aceites esenciales frente a las bacterias patógenas de plantas

Los aceites esenciales se han revelado como potentes agentes antimicrobianos. Nuestros experimentos anteriores usando como bacterias de prueba a Bacillus megaterium y Escherichia coli nos ha mostrado que no todos tienen el mismo efecto y que incluso su potencial inhibidor del crecimiento varía entre ambos microorganismos.

Hemos probado la actividad antimicrobiana de los aceites esenciales frente a las bacterias patógenas de plantas con las que hemos ensayado los extractos vegetales. Se trata de Xanthomonas campestris (Xc),  Pseudomonas syringae (Ps) y Dickeya dadantii (Dd). Las imágenes con los resultados se muestran debajo. Valoraremos la actividad antimicrobiana como en el caso de los extractos, midiendo el diámetro de los halos, calculando su superficie y restando la superficie del disco de papel impregnado con el aceite esencial (los discos que usamos miden 6 mm de diámetro). Estos provienen de romero, pachuli, hisopo, mejorana, palmarosa, ajedrea, ravintsara, geranio, salvia española, lavandín, bergamota, menta, tomillo, enebro y espliego.

Hemos ensayado también la actividad antimicrobiana de otros aceites esenciales que había en el laboratorio desde hace mucho tiempo. Se trata de tomillo carrasqueño, lavandín, romero, petitgrain, salvia española, nerobi, geranio, anís y tomillo.

¿Qué conclusiones podemos obtener a partir de nuestros resultados? Si revisamos los resultados que obtuvimos con nuestras bacterias de prueba, ¿coinciden los resultados en los aceites que se repiten? ¿A qué se pueden deber las diferencias que observamos? ¿Se ha descrito en la bibliografía una actividad antimicrobiana como la que observamos en estos aceites esenciales? Como veis, los resultados nos aclaran algunas preguntas pero siempre nos llevan a otras. Así es la ciencia; eso demuestra que vamos por el buen camino. Esperamos vuestros comentarios.

Ensayamos nuestros extractos frente a bacterias patógenas vegetales

A lo largo de estas  semanas hemos estado obteniendo nuevos extractos vegetales. En  algunos casos lo hemos hecho triturando la planta en presencia de etanol al 70%; en otros hemos macerado las muestras secas en el mismo disolvente durante 48 horas y después hemos triturado. El pasado miércoles ensayamos su actividad ante nuestras bacterias de prueba, Bacillus megaterium y Escherichia coli. Los resultados se pueden leer en las siguientes imágenes.

Pero además, ensayamos la actividad frente a tres bacterias patógenas de plantas. Se trata de Xanthomonas campestris, Pseudomonas syringae y Dickeya dadantii. Es importante que conozcamos a nuestras bacterias de prueba. Algunos de vosotros podéis buscar información sobre ellas y hacer un breve comentario en esta misma entrada del blog. Cuando tengamos que preparar nuestro artículo y presentar nuestros resultados tendremos trabajo adelantado.

Volviendo a nuestra investigación, los resultados que obtuvimos los podemos ver en las imágenes de abajo. Las fotografías están editadas modificando el brillo y el contraste para hacer más patentes los halos y facilitar su interpretación.

Es ahora el momento de obtener nuestros resultados. Para valorar la actividad antimicrobiana vamos a medir el diámetro de los halos de inhibición y vamos a calcular su superficie; a ella le restaremos la superficie del disco que impregna los extractos (miden 6 mm de diámetro); así tendremos un cálculo de la zona donde no han crecido las bacterias. Es recomendable que cada placa sea medida por varias personas para después poder calcular los valores medios y reducir los errores. Compartiremos nuestras medidas en los comentarios del blog. En el caso de que alguien no hubiese podido medir las placas se puede hacer sobre las mismas imágenes sabiendo el diámetro de los discos de papel y haciendo la proporción adecuada.

Pero también es momento para valorar nuestros resultados e ir sacando nuestras conclusiones. ¿Qué extractos afectan en general a todas las plantas? ¿Cuáles, por el contrario, solo afectan a alguna en particular? ¿Qué aspectos podemos mejorar de nuestros experimentos? ¿¿Cuáles pueden ser nuestras actuaciones de aquí en adelante? Además de las notas que cada uno debe tomar sobre los resultados del proyecto es bueno que compartamos nuestras ideas en los comentarios.

Conocemos más sobre antibióticos con Sonia Anaya

Dentro de las actividades que llevamos a cabo para nuestro proyecto sobre antimicrobianos, esta mañana hemos recibido en nuestro laboratorio a Sonia Anaya Ordóñez, farmacéutica del distrito sanitario Granada-Metropolitano y experta en el uso de antibióticos.

Nos ha hablado de la importancia de las bacterias en nuestro organismo y de cómo la microbiota es una parte importante del mismo. Se trata de una gran cantidad de microorganismos necesarios para que nuestro cuerpo funcione adecuadamente; sin embargo, en ocasiones alguno de ellos se vuelve patógeno, da lugar a una infección y para eliminarlo es necesario el uso de antibióticos.

Descubiertos accidentalmente por Fleming, los antibióticos curan las infecciones. Sin embargo, no todos son eficaces para todas las bacterias; cada uno tiene su espectro de acción. Y también tienen efectos secundarios pues a la hora de actuar no distinguen bacterias patógenas de aquellas que nos resultan beneficiosas. En ocasiones, pueden dar lugar a problemas muy serios, como las reacciones anafilácticas.

El problema más importante que se desprende del uso de los antibióticos es la aparición de resistencias, es decir, la aparición de mecanismos moleculares por los que las bacterias se vuelven insensibles a los mismos. El uso indiscriminado e inadecuado de los antibióticos es el principal factor que favorece que se seleccionen bacterias resistentes a estos fármacos. La importancia de este problema se manifiesta en el hecho de que cada vez transcurre menos tiempo desde que se descubre un nuevo antibiótico y aparecen bacterias resistentes al mismo. Y el hecho de que las bacterias tengan mecanismos por los que intercambian material genético hace que una cepa en particular pueda hacerse resistente a un número cada vez mayor de antibióticos. Y esto es un problema importantísimo pues cada vez hay menos antibióticos que resulten efectivos frente a estas superbacterias.

Como nos ha comentado Sonia, el principal problema que ha llevado a la aparición de estos microorganismos multirresistentes ha sido el uso indiscriminado e inadecuado de los antibióticos. Por ejemplo, cuando se prescriben para el tratamiento de infecciones víricas o cuando no se siguen las pautas terapéuticas adecuadamente.

Actualmente mueren unas 700.000 personas en el mundo cada año porque no hay antibióticos con que tratar las infecciones que padecen. En España mueren unas 3.000. Para 2050 se espera que se produzcan 10.000.000 millones de muertes debido a la resistencia a los antibióticos.

Quizá ante este panorama nuestro proyecto adquiera un nuevo sentido. Nos puede dar una idea de la importancia de la investigación en nuevos productos para controlar a los microorganismos, en nuestro caso, procedentes de plantas o incluso de otras bacterias. Por otro lado, cuando vemos las interacciones que se producen entre microorganismos, vemos que ellos mismos desarrollan mecanismos que controlan el crecimiento de estirpes competidoras; quizá veamos en ello, que eliminar indiscriminadamente microorganismos puede dar lugar a problemas ocasionados por alterar el equilibrio que los mismos microorganismos tienen en la naturaleza, algo que hacemos cuando consumimos antibióticos sin necesidad.

Es ahora momento de pensar sobre todo cuanto estamos aprendiendo y de compartir nuestras reflexiones sobre el proyecto. ¿Qué opináis? ¿Qué sugerencias tenéis? ¿Qué nos aporta la charla de hoy a nuestro proyecto? Esperamos vuestros comentarios.

Nuestros primeros ensayos con aceites esenciales

Los aceites esenciales son las sustancias aromáticas responsables del olor de las plantas. Son sintetizadas y segregadas por determinadas estructuras de la planta, como células oleíferas, cavidades secretoras, pelos glandulosos, o tejidos específicos como la corteza de los cítricos, pétalos de las rosas, etc. Están muy extendidas en la naturaleza y son abundantes en las labiadas, coníferas y compuestas. Constituyen una fracción muy pequeña del peso seco de la planta, normalmente entre el 0,1 y el 1% y son insolubles en agua y solubles en alcoholes y disolventes orgánicos. Químicamente, suelen ser una mezcla compleja de sustancias de diverso tipo, principalmente terpenos, unos lípidos insaponificables derivados de un compuesto denominado isopreno. Se pueden obtener por distintos métodos; el más frecuente es la destilación por arrastre de vapor.

Desde un punto de vista farmacológico, sus propiedades son muy variadas dada la heterogeneidad de moléculas que los componen. En relación a nuestro proyecto -dado que buscamos sustancias con efecto antimicrobiano de origen vegetal- son interesantes porque tienen un importante poder antiséptico que se manifiesta frente a un gran número de bacterias, incluso frente a cepas resistentes a antibióticos. Algunos son activos frente a las levaduras, hongos unicelulares. En cuanto a su aplicación en las personas hay que tener en cuenta que, a pesar de ser considerados productos naturales, algunos de ellos pueden causar daños por sobredosificación.

Además de ensayar el efecto antimicrobiano de determinados extractos vegetales, nos hemos planteado para nuestro proyecto estudiar los efectos de los aceites esenciales sobre los microorganismos. Para ello hemos adquirido quince de ellos. Son los procedentes de las siguientes plantas: ajedrea (Satureja montana), lavandin (Lavandula hybrida), espliego (Lavandula latifolia), romero (Rosmarinus officinalis), bergamota (Citrus bergamia), salvia española (Salvia lavandulifolia), enebro (Juniperus communis), geranio (Pelargonium graveolens), tomillo (Thymus zygis)), menta (Mentha piperita), pachuli (Pogostemon cablin), palmarosa (Cymbopogon martinii), mejorana (Thymus mastichina), ravintsara (Citrus cinnamomum) e hisopo (Hyssopus officinalis). Sería interesante para nuestro proyecto ver si se ha descrito para estos mismos aceites actividad antimicrobiana. ¿Qué tal si cada uno de vosotros elige uno e indaga en la bibliografía? Ya sabéis... Google Académico nos proporciona respuestas bibliográficas. 

Hemos hecho un primer ensayo frente a nuestras bacterias Escherichia coli y Bacillus megaterium. Las imágenes de debajo muestran los resultados. Es posible que las placas con Bacillus megaterium tengan alguna otra bacteria que haya contaminado el cultivo del cual la tomamos para inocular en el agar semisólido. En cualquier caso nos permite hacer una valoración previa de la actividad de los mismos.

¿Qué conclusiones podemos sacar del estudio de las placas? ¿Tienen todos los aceites esenciales el mismo poder antiséptico frente a nuestras bacterias de prueba? ¿Qué nuevos experimentos podemos plantear con estas sustancias?

Os dejo unas referencias generales sobre los aceites esenciales, de la primera he sacado la mayor parte de la información de este texto. Es importante para incluirlas en la bibliografía del trabajo final.

Los aceites esenciales. Aplicaciones farmacológicas, cosméticas y alimentarias.
Aceites esenciales: conceptos básicos y actividad microbiana.

Antimicrobianos bacterianos

Este curso dedicamos nuestros proyectos a la búsqueda de antimicrobianos. En las páginas de este blog se pueden ver nuestros avances en la detección de posibles efectos inhibidores del crecimiento de extractos vegetales y de aceites esenciales de procedencia vegetal. Pero además de las plantas, tanto los hongos como otros microorganismos son capaces de producir este tipo de sustancias.

Las bacterias también producen antibióticos. La estreptomicina o la bacitracina son ejemplos de sustancias de un amplio espectro que resultan activas frente a microorganismos de otras especies. En otras ocasiones el efecto se ejerce únicamente sobre cepas de la misma especie o especies muy próximas; en este caso hablamos de bacteriocinas. Igualmente pueden producir otros tipos de compuestos, como ácidos o agua oxigenada, que también pueden llegar a inhibir el crecimiento de otras bacterias.

Como complemento al proyecto de antimicrobianos vegetales nos hemos planteado identificar algunas bacterias productoras de sustancias inhibidoras del crecimiento. Nuestro punto de partida han sido muestras de suelo procedentes del huerto de nuestro instituto junto a otras proporcionadas por nuestro alumnado de segundo de bachillerato tomadas en distintas localidades como Cenes, Melegís, Restábal o Churriana de la Vega. Otras muestras han sido tomadas de hojas de diversos árboles. 

Suspendimos el suelo en suero fisiológico estéril y diseminamos en placa para obtener colonias aisladas. Las hojas, bien se colocaron directamente sobre el agar de las placas de Petri o se suspendieron en suero fisiológico y se extendieron sobre las mismas. Una vez crecidas, se tomaron muestras de las colonias aisladas y se llevaron a nuevas placas, identificándose con un código que recordase su procedencia. Para todos nuestros experimentos hemos utilizado el medio de cultivo TSA (agar de soja y tripticaseína). Algunas de las placas originales se pueden ver en la imagen de arriba.

Con las bacterias aisladas se inocularon nuevos cultivos en placa, de modo que las colonias creciesen regularmente repartidas en éstas. Se incubaron y se ensayó la actividad antibacteriana frente a la bacteria gram positiva Bacillus megaterium y la gram negativa Escherichia coli. 

Para ello se inocularon tubos que contenían  5 ml de agar semisólido (medio TSB + agar al 0,6%) a una temperatura en torno a los 42-45 ºC  con 100 microlitros de cultivos de ambos microorganismos. Inmediatamente se vertía el contenido de los mismos asegurándose de que cubría por completo a todas las colonias. El objetivo era el crecimiento en césped de las bacterias de prueba sobre el agar de la placa. Los cultivos se incubaban en la estufa a  28ºC.

La presencia de actividad antimicrobiana se detecta por la aparición de halos de inhibición alrededor de las colonias, es decir, de zonas en las que las bacterias de prueba o no crecen o lo hacen con dificultad.

Las imágenes muestran las primeras placas con nuestros resultados. Las dos primeras las hemos obtenido en nuestro laboratorio; la tercera corresponde a aislados que ha hecho Manuel Espinosa en la Estación Experimental del Zaidín a partir de unas placas que se nos contaminaron. En cualquier caso comprenden casi la totalidad de nuestros aislados. En estas placas se puede apreciar cómo algunos microorganismos inhiben el crecimiento de las bacterias de prueba. ¿En cuáles se aprecia actividad antimicrobiana? 

Nuestro propósito ahora es identificar y conocer cómo son algunos de estos microorganismos. Esta fase del proyecto la llevaremos a cabo en la Estación Experimental del Zaidín y para ello utilizaremos técnicas de análisis de ADN. Pero antes de ello debemos elegir a nuestros mejores candidatos, que deben ser quienes más actividad muestren frente a las bacterias de prueba.

Y ahora es momento de plantear algunas preguntas. ¿Cómo podemos dar una medida de la actividad antibacteriana que nos permita comparar a nuestros microorganismos? ¿Qué criterios deben cumplir las cepas que seleccionemos? ¿Cómo debemos trabajar? ¿Qué microorganismo o microorganismos proponéis para nuestros estudios posteriores? ¿Qué sugerencias proponéis para completar nuestro proyecto? Compartamos nuestras respuestas en los comentarios.

Nuevos experimentos con granada y aceites esenciales

Continundo con nuestros experimentos hemos probado la actividad antibacteriana de la granada (Punica granatum), tanto de la corteza como del fruto de la misma. Para la corteza, y según se describe en la bibliografía, hemos usado distintos procedimientos. Por un lado hemos hecho cocimientos de corteza seca y de corteza fresca y, al igual que con el resto de las plantas, hemos hecho una extracción con etanol al 70%, concretamente macerando durante dos días 2 gramos de corteza en 10 ml de solución de etanol. Hemos probado la actividad del zumo fresco filtrado, sin filtrar y de los restos del filtrado en etanol al 70%. Los resultados se muestran en la imagen 1.

Algo muy descrito en la bibliografía es el poder bactericida de los aceites esenciales de plantas. Estos contienen una gran cantidad de productos activos que les dota de un importante carácter antimicrobiano. Estos compuestos resultan últimamente de especial interés pues se está valorando su uso en la ganadería para evitar dar antibióticos convencionales al ganado. De hecho hay un grupo de trabajo en la Estación Experimental del Zaidín que investiga en este sentido. Pues bien, en nuestro laboratorio disponemos de muestras de aceites esenciales. Llevan mucho tiempo aquí pero hemos querido valorar si aún eran capaces de inhibir el crecimiemto de nuestras bacterias. Se trata de aceites esenciales de romero, salvia, lavandín, tomillo, anís, geranio, árbol del te, petitgrain y tomillo carraqueño.

En la imagen 2 se muestra la acción de éstos sobre Escherichia coli y Bacillus megaterium. Se ha manipulado el brillo y el contraste de las imágenes -especialmente en el caso de E. coli- para favorececer la detección en las fotos de los halos de inhibición.

Toca ahora hacer una valoración de nuestros resultados. ¿Afectan los aceites esenciales por igual a ambos microorganismos? Aunque el experimento era simplemente para valorar la actividad ¿son todos iguales de activos? ¿cuál o cuáles presenta más actividad? 

Sería interesante que nos documentáramos sobre el papel antimicrobiano de los aceites esenciales. Ver qué dice la bibliografía sobre ellos, cuáles son sus principios activos, cuáles son los que presentan más actividad, qué uso tienen... ¿Que otras cosas podríamos investigar en relación a éstos para nuestro proyecto? Vuestras ideas valen muchísimo más de lo que vosotros mismos os creéis. Espero vuestros comentarios.

Proyecto Antimicrobianos vegetales. Primeros resultados

En la última sesión dedicada al proyecto ensayamos la posible actividad antimicrobiana de doce extractos de plantas frente a Bacillus megaterium y Escherichia coli. Recordemos que para ello inoculábamos 100 microlitros de un cultivo líquido de estas bacterias en 5 ml de agar semisólido (TSB + agar 0,6%) y lo depositábamos sobre placas con medio TSA. Con ello conseguiríamos un crecimiento en césped sobre toda la placa, es decir, los microorganismos formarían una capa continua sobre el agar.  Una vez hecho lo anterior,  disponíamos los discos de papel impregnado en los extractos vegetales obtenidos tal y como indicábamos en la entrada anterior.

Los resultados los podemos ver en la imagen que se adjunta. Para extraer las conclusiones oportunas debemos estudiar con cuidado el crecimiento bacteriano en la proximidad de los distintos discos y observar diferencias entre ellos.

¿Hay algo llamativo en las placas? ¿Hemos encontrado algún efecto antimicrobiano en cualquiera de nuestros extractos? ¿En cuál o cuáles? ¿Cómo podríamos dar una medida de la actividad de los extractos de nuestras plantas? Esto último es importante para comparar la actividad de distintos extractos o en el caso de que ensayemos distintas concentraciones de los mismos.

En las sesiones de introducción al proyecto aprendimos cómo buscar información en bases de datos de publicaciones científicas. ¿Se ha descrito en la bibliografía actividad antimicrobiana en la planta o plantas con las que estamos trabajando? Para ello es importante tener en cuenta que es mejor que le preguntemos a la base de datos con el nombre científico de la planta. And not only in Spanish!

Como es habitual, aunque os lo recuerdo para los que os habéis incorporado en este curso al instituto, las respuestas a todas estas preguntas deben hacerse como comentarios a esta entrada del blog, aparte de en las notas de nuestros cuadernos. Es importante también incluir nuestras impresiones de los experimentos y nuevas propuestas que completen nuestro trabajo. Todo ello nos será útil para la elaboración del artículo final.

Comenzamos nuestra búsqueda de antimicrobianos

Formalmente iniciábamos nuestro proyecto hace unas semanas, con la búsqueda de información bibliográfica sobre plantas con actividad microbiana, y una primera sesión teórica con nuestro investigador Manuel Espinosa, de la Estación Experimental del Zaidín. Iniciamos también la recolección de las plantas cuya actividad vamos a ensayar, muchas de ellas procedentes de nuestro huerto escolar y otras proporcionadas por el alumnado. Estas fueron secadas en la estufa por un periodo no inferior a 5 días a una temperatura de 40ºC.

El pasado lunes empezamos a preparar los extractos. Para ello triturabamos 2 gramos de la planta seca en 10 ml de etanol al 70%. Seguidamente filtrábamos la mezcla y almacenábamos el filtrado en el congelador.

Hoy hemos comenzado la fase de ensayo de la actividad antimicrobiana. Para ello hemos impregnado discos de papel de filtro en las distintas soluciones, los hemos dejado secar para eliminar el etanol y los hemos depositado sobre placas de Petri con medio de cultivo TSA. La placas se han cubierto con 5 ml de agar semisólido a 45ºC inoculado con las dos especies de prueba que vamos a utilizar. Concretamente se trata de la bacterias Gram negativa Escherichia coli y la Gram positiva Bacillus megaterium. Ambas son conocidas nuestras pues las hemos utilizado en nuestros proyectos sobre astrobiología y Marte. Concretamente hemos añadido 100 microlitros de cultivos líquidos de dos microorganismos a tubos con 5 ml de medio TSB adicionado con agar a una concentración del 0,6%. Estos se han vertido cubriendo los discos con los extractos vegetales. Con esto pretendemos que los microorganismos de prueba crezcan formando un césped por toda la placa. Detectaríamos la presencia de sustancias antimicrobianas por la aparición de halos de inhibición, es decir, de zonas alrededor de los discos en las cuales no habrían crecido las bacterias.

Paralalemente hemos ensayado también la capacidad de microorganismos sin identificar para producir sustancias como los antibióticos o las bacteriocinas. Aquellos fueron obtenidos de muestras de suelo de distinta procedencia y de hojas de diversas plantas aportadas por nuestro alumnado de segundo de bachillerato. A partir de ellos se extendieron placas de Petri y se aislaron colonias individuales. De ellas hemos hecho réplicas, y hemos cubierto con las dos bacterias de prueba que usamos con las plantas mediante la misma  técnica.

Es importante que vayamos dejando nuestras impresiones de los experimentos y que describamos  tanto nuestros procedimientos, las modificaciones que en su caso hagamos de los mismos y, por supuesto, los resultados que vayamos obteniendo. Todo ello sería necesario para la elaboración de nuestro trabajo final. 

Las medidas del universo con David Galadí

Nuestra noción de las distancias en el Universo o del tamaño de los objetos que lo pueblan no deja de ser imprecisa, incluso para los que nos dedicamos a la enseñanza de disciplinas científicas. Basta con jugar con las escalas, traernos las distancias que separan los objetos celestes a la escala de nuestra realidad más próxima para que nuestra sorpresa no tenga límite. 

Este fue el argumento de la conferencia que David Galadí Enríquez, astrónomo del observatorio de Calar Alto en Almería, desarrolló en su charla sobre las medidas y distancias en el universo celebrada en la biblioteca Francisco Ayala, cerca de nuestro instituto. Esta conferencia complementaba y daba base teórica a la exposición de imágenes astronómicas que itinera por diversos centros de nuestra ciudad.

Mostrar el Sol reducido al tamaño de una bola pequeña, a Júpiter como una cuenta de collar o un perdigón de 1 mm situado en el otro extremo de la sala fueron parte de los recursos didácticos con los que David Galadí nos sorprendió en su magnífica charla.

A ella asistieron alumnos y alumnas de cuarto de ESO y de primero de bachillerato de ciencias, los cuáles mostrarón gran interés que posteriormente se continuó con las preguntas finales.

La actividad concluyó con la visita a la exposición sobre imágenes astronómicas. Y había una sorpresa más. David y Dulcinea nos tenían preparado un telescopio para poder observar Venus en pleno día. Lamentablemente a la hora de la actividad Venus se encontraba por debajo de los edificios que rodean a la plaza Fontiveros. Esperaremos a una próxima ocasión.
(Imágenes cortesía de Dulcinea Otero)

Nuestra selección de plantas a estudiar

Como ya sabéis nuestro proyecto para este curso consiste en detectar posible actividad antimicrobiana en plantas de nuestro entorno. En la tabla adjunta están las plantas que habéis propuesto estudiar. Algunas de ellas son propuestas personales mientras que otras se han elegido en función de las propiedades que describe la bibliografía. Junto a estas, prestaremos una atención especial a las plantas que crecen en nuestro huerto y para ello contaremos con el asesoramiento de Luis Quesada, responsable del Ekovergel.

Todas vuestras propuestas son útiles, aunque necesitamos confirmar si en estas plantas se han descrito propiedades antimicrobianas o no. Para ello os propongo hacer una revisión de la bibliografía y recopilar algunas referencias que confirmen en cuáles está presente la actividad. Es fácil; en cualquiera de los buscadores introduciremos el nombre de nuestra planta y añadiremos palabras relacionadas con la actividad antibiótica. No todos os tenéis que encargar de todas; distribuiremos las plantas entre los participantes en el proyecto de modo que cada uno se encargue de tres o cuatro de ellas.

Otra cosa que tenemos que ir definiendo es cómo vamos a ensayar la actividad antimicrobiana y cómo vamos a preparar los extractos de las plantas. A la vez que revisamo la bibliografía para la actividad anterior nos informaremos de cómo los autores de los artículos han llevado a cabo sus ensayos. Lo encontraremos en el apartado de material y métodos de los trabajos.

Y como siempre, no olvidéis que esto es un proyecto colectivo. Por tanto hemos de compartir nuestros resultados como comentarios a esta entrada.