Arxiu de la categoria: General

From lab to big screen (I)

A little more than a month for the great gala of the cinema, the Oscars, I present some films related to genetics. There is a variety of feature films, especially sci-fi. For this reason, this is the first of several articles about cinema. In this article I will focus on films based on genetic diseases.

WONDER (2017)

Director: Stephen Chbosky

Cast: Jacob Tremblay, Julia Roberts, Owen Wilson

Genre: Drama

Synapsis: A 10 years-old boy born with a facial deformity is destined to fit in at a new school, and to make everyone understand he is just another ordinary kid, and that beauty is not skin deep.

Relation with genetics: Auggie suffers Treacher Collins syndrome, a condition that affects the development of bones and other tissues of the face. This condition affects an estimated 1 in 50,000 people. In most cases, it is due to a genetic mutation of chromosome 5. Specifically, in the gene TCOF1, involved in the development of bones and other tissues of the face.

Video 1. Wonder trailer (Source: YouTube)

JULIA’S EYES (2010)

Director: Guillem Morales

Cast: Belén Rueda, Lluís Homar, Julia Gutiérrez Caba

Genre: Terror

Synopsis: It tells the story of a woman slowly going blind, the death of her twin sister tries to uncover the mysterious.

Relation with genetics: Both Julia and her sister suffer from retinitis pigmentosa. This disease causes the progressive loss of vision, affecting the retina, which is the layer of light-sensitive tissue in the back of the eye.

The first symptoms tend to be the loss of night vision and difficult to guide in low light. Later, the disease produces the appearance of blind spots in the lateral vision. With the passage of time, these blind spots come together producing a tunnel vision (Figure 1). Finally, this leads to blindness.

retinitis_pigmentosapic
Figure 1. Comparison between normal view and view wtih retinitis pigmentosa (Source: EyeHealthWeb)

The inheritance pattern can be autosomal dominant, recessive or linked to the X chromosome. In the first case, a single copy of the altered gene in each cell is sufficient to cause the disease. Most people with autosomal dominant retinitis pigmentosa have an affected father and other family members with the disorder.

Video 2. Julia’s eyes trailer (Source: YouTube)

MY SISTER’S KEEPER (2009)

Director: Nick Cassavetes

Cast: Cameron Díaz, Abigail Breslin, Alec Baldwin

Genre: Drama

Synopsis: Sara and Brian Fitzgerald’s life with their young son and their two-year-old daughter, Kate, is forever altered when they learn that Kate has leukaemia. The parents’ only hope is to conceive another child, Anna, specifically intended to save Kate’s life. Kate and Anna share a bond closer than most sisters: though Kate is older her life depends on Anna. Until Anna, now 11, says “no. Seeking medical emancipation, she hires her own lawyer, initiating a court case that divides the family and that could leave Kate’s rapidly failing body in the hands of fate.

Relation with genetics: Leukemias are the first type of cancer in which genetic alterations were described, such as translocations, which are the most frequent (more than 50% of cases). In addition, these have high prognosis and diagnostic value. There are many types of leukemias, therefore it is a diverse group of blood cancers, which affect blood cells and bone marrow. It is the most frequent type of cancer in children; however, it affects more adults than children.

A first classification is based on the lineage: lymphoid (blood-forming cells) or myeloid (cells of the bone marrow). At the same time, you are (lymphoid or myeloid) also classified according to the clinical presentation: acute (symptoms in short period of time and severe symptoms) or chronic (the time is longer).

In adults, acute myeloid leukemia (AML) and chronic lymphocytic leukemia (CLL) are more frequent, while in children it is acute lymphoblastic leukemia (ALL).

Video 3. My sister’s keeper trailer (Source: YouTube)

LORENZO’S OIL (1992)

Director: George Miller

Cast: Nick Nolte, Susan Sarandon, Peter Ustinov

Genre: Drama

Synopsis: The story concerns 5-years-old Lorenzo, suffering mightily from an apparently incurable and degenerative brain illness called ALD. His parents, an economist and a linguist, refuse to accept the received wisdom that there is no hope, and set about learning biochemistry to pursue a cure on their own. The film becomes an intriguing scientific mystery mixed with a story of pain, grief, and the strain on the two adults.

Relation with genetics: Lorenzo suffers from adrenoleukodystrophy (ADL) or also known as Schilder’s disease. It is a disease that mainly affects boys, since it has a pattern of inheritance linked to the X chromosome. It is in this chromosome where the ABCD1 gene is located, involved in the transport of very long chain fatty acids in peroxisomes (organelles involved in the metabolism of fatty acids).

It mainly affects the nervous system and the adrenal glands, which are small glands located in the upper part of each kidney. In this disorder, myelin deteriorates, the coating that isolates the nerves in the brain and spinal cord, reducing the ability of the nerves to transmit information to the brain. In addition, damage to the outer layer of the adrenal glands cause a shortage of certain hormones, resulting in weakness, weight loss, changes in the skin, vomiting and coma.

Video 4. Lorenzo’s oil trailer (Source: YouTube)

REFERENCES

MireiaRamos-angles2.jpg

Anuncis

Del laboratorio a la gran pantalla (I)

A poco más de un mes para la gran gala del cine, los premios Oscar, os presento algunas películas relacionadas con la genética. Hay gran variedad de largometrajes, sobre todo de ciencia ficción, por este motivo este es el primero de varios artículos sobre cine. En este artículo nos centraremos en algunas películas basadas en enfermedades genéticas.

WONDER (2017)

Dirección: Stephen Chbosky

Reparto: Julia Roberts, Jacob Tremblay, Owen Wilson

Género: Drama

Sinopsis: August Pullman es un niño nacido con malformaciones faciales que, hasta ahora, le han impedido ir a la escuela. Auggie se convierte en el más improbable de los héroes cuando entra en quinto grado del colegio local, con el apoyo de sus padres. La compasión y la aceptación de sus nuevos compañeros y del resto de la comunidad serán puestos a prueba, pero el extraordinario viaje de Auggie los unirá a todos y demostrará que no puedes camuflarte cuando has nacido para hacer algo grande.

Relación con la genética: El protagonista de esta película padece el síndrome de Treacher Collins, una malformación craneofacial congénita rara y que afecta a dos de cada 100.000 nacimientos. En gran parte de los casos, se debe a una mutación genética del cromosoma 5. Concretamente, en el gen TCOF1, implicado en el desarrollo de huesos y otros tejidos de la cara.

Vídeo 1. Tráiler Wonder (Fuente: YouTube)

LOS OJOS DE JULIA (2010)

Dirección: Guillem Morales

Reparto: Belén Rueda, Lluís Homar, Julia Gutiérrez Caba

Género: Terror

Sinopsis: Julia regresa a Bellevue con su marido para visitar a su hermana, que está casi ciega debido a una enfermedad degenerativa de la que intentó operarse sin éxito. Al llegar, descubren que se ha suicidado. Julia no sólo debe afrontar la pérdida de su hermana, sino también la pérdida de toda esperanza para detener su inminente ceguera, pues ella sufre la misma enfermedad y parece compartir su mismo destino.

Relación con la genética: Tanto Julia como su hermana padecen retinosis pigmentaria. Esta enfermedad provoca la pérdida progresiva de visión, afectando a la retina, que es la capa de tejido sensible a la luz en la parte posterior del ojo.

Los primeros síntomas acostumbran a ser la pérdida de visión nocturna y dificulta guiarse con poca luz. Más tarde, la enfermedad produce la aparición de puntos ciegos en la visión lateral. Con el paso del tiempo, estos puntos ciegos se van juntando produciendo una visión de túnel (Figura 1). Finalmente, esto desemboca en una ceguera.

retinitis_pigmentosapic.jpg
Figura 1. Comparación de visión normal (izquierda) y visión túnel de una persona que padece retinosis pigmentaria (derecha) (Fuente: EyeHealthWeb)

El patrón de herencia puede ser autosómico dominante, recesivo o ligado al cromosoma X. En el primer caso, con una sola copia del gen alterado en cada célula es suficiente para causar la enfermedad. La mayoría de las personas con retinosis pigmentaria autosómica dominante tienen un padre afectado y otros miembros de la familia con el trastorno.

Vídeo 2. Tráiler Los ojos de Julia (Fuente: YouTube)

LA DECISIÓN DE ANNE (2009)

Dirección: Nick Cassavetes

Reparto: Cameron Díaz, Abigail Breslin, Alec Baldwin

Género: Drama

Sinopsis: La vida de Sara y Brian Fitzgerald cambia radicalmente cuando a su hija Kate le diagnostican una leucemia. La única esperanza de salvación es recurrir a la ingeniería genética para tener otro hijo, Anne. Entre ella y Kate se establece una relación muy estrecha, sobre todo porque ambas tienen que someterse a diversos tratamientos médicos y compartir largas estancias en el hospital. Sin embargo, cuando Anne cumple once años contrata a un abogado para emanciparse médicamente.

Relación con la genética: Las leucemias son el primer tipo de cáncer en el que se describieron alteraciones genéticas, como las translocaciones, que son las más frecuentes (más del 50% de los casos). Además, éstas tienen valor pronóstico y diagnóstico elevado. Existen muchos tipos de leucemias, por lo tanto es un grupo diverso de cánceres hematológicos, que afectan células de la sangre y médula ósea. Es el tipo de cáncer más frecuente en niños; sin embargo afecta a más adultos que niños.

Una primera clasificación es en base al linaje: linfoide (células formadoras de sangre) o mieloide (células de la médula ósea). A la vez, estás (linfoides o mieloides) también se clasifican según la presentación clínica: aguda (síntomas en corto período de tiempo y síntomas graves) o crónica (el tiempo es más largo).

En adultos son más frecuentes la leucemia mieloide aguda (AML) y la leucemia linfocítica crónica (CLL), mientras que en niños es la leucemia linfoblástica aguda (ALL).

Vídeo 3. Tráiler La decisión de Anne (Fuente: YouTube)

EL ACEITE DE LA VIDA (1992)

Dirección: George Miller

Reparto: Nick Nolte, Susan Sarandon, Peter Ustinov

Género: Drama

Sinopsis: Lorenzo comienza a desarrollar a los tres años una grave enfermedad neurológica para la cual no existe ningún tratamiento conocido. En muy poco tiempo, el niño queda postrado en la cama: no puede andar, ni ver ni hablar. Sus padres, sin embargo, no se rinden y luchan sin tregua hasta agotar todos los recursos a su alcance. A pesar de que ninguno de los dos es médico, empiezan a estudiar genética, biología, neurología… y buscan ayuda en todos los frentes médicos posibles.

Relación con la genética: Lorenzo padece adrenoleucodistrofia (ADL) o también conocida como la enfermedad de Schilder. Es una enfermedad que afecta principalmente a niños varones, ya que tiene un patrón de herencia ligado al cromosoma X. Es en este cromosoma dónde se localiza el gen ABCD1, involucrado en el transporte de los ácidos grasos de cadena muy larga en los peroxisomas (orgánulos que participan en el metabolismo de los ácidos grasos).

Afecta principalmente al sistema nervioso y las glándulas suprarrenales, que son pequeñas glándulas localizadas en la parte superior de cada riñón. En este trastorno, se produce un deterioro de la mielina, el recubrimiento que aísla los nervios en el cerebro y la médula espinal, lo que reduce la capacidad de los nervios de transmitir información al cerebro. Además, el daño a la capa externa de las glándulas suprarrenales causa una escasez de ciertas hormonas, dando como resultado debilidad, pérdida de peso, cambios en la piel, vómitos y coma.

Vídeo 4. Tráiler El aceite de la vida (Fuente: YouTube)

REFERENCIAS

MireiaRamos-castella2.jpg

Del laboratori a la gran pantalla (I)

A poc més d’un mes per la gran gala del cinema, els premis Oscar, us presento algunes pel·lícules relacionades amb la genètica. Hi ha gran varietat de llargmetratges, sobre tot de ciència ficció, per aquest motiu aquest és el primer de varis articles sobre cine. En aquest article ens centrarem en algunes pel·lícules basades en malalties genètiques.

WONDER (2017)

Direcció: Stephen Chbosky

Repartiment: Julia Roberts, Jacob Tremblay, Owen Wilson

Gènere: Drama

Sinopsi: August Pullman és un nen nascut amb malformacions facials que, fins ara, li han impedit anar a l’escola. Auggie es converteix en el més improbable dels herois quan entra a cinquè de l’escola local, amb el suport dels seus pares. La compassió i l’acceptació dels seus nous companys i de la resta de la comunitat seran posats a prova, però l’extraordinari viatge de l’Auggie els unirà a tots i demostrarà que no pots camuflar-te quan has nascut per fer quelcom gran.

Relació amb la genètica: El protagonista d’aquesta pel·lícula pateix la síndrome de Treacher Collins, una malformació craniofacial congènita rara i que afecta a 2 de cada 100.000 naixements. En gran part dels casos, es deu a una mutació genètica del cromosoma 5. Concretament, en el gen TCOF1, implicat en el desenvolupament d’ossos i altres teixits de la cara.

Video 1. Tràiler Wonder en castellà (Font: YouTube)

ELS ULLS DE LA JÚLIA (2010)

Direcció: Guillem Morales

Repartiment: Belén Rueda, Lluís Homar, Julia Gutiérrez Caba

Gènere: Terror

Sinopsi: La Júlia torna a Bellevue amb el seu marit per visitar a la seva germana, que està perdent la vista degut a una malaltia degenerativa de la que va intentar operar-se sense èxit. A l’arribar, descobreixen que s’ha suicidat. La Júlia no només ha d’enfrontar-se a la pèrdua de la seva germana, sinó també a la pèrdua de tota esperança per aturar la imminent ceguera, ja que ella pateix la mateixa malaltia i sembla compartir el seu mateix destí.

Relació amb la genética: Totes dues germanes pateixen retinosi pigmentària. Aquesta malaltia provoca la pèrdua progressiva de visió, afectant a la retina, que és la capa de teixit sensible a la llum en la part posterior de l’ull.

Els primers símptomes acostumen a ser la pèrdua de visió nocturna i això dificulta guiar-se amb poca llum. Més tard, la malaltia causa l’aparició de punts cecs en la visió lateral. Amb el pas del temps, aquests punts cecs s’uneixen produint una visió de túnel (Figura 1). Finalment, això acaba amb una ceguesa completa.

retinitis_pigmentosapic
Figura 1. Comparació de visió normal (esquerra) i visió túnel d’una persona que pateix retinosi pigmentària (dreta) (Font: EyeHealthWeb)

El patró d’herència pot ser autosòmic dominant, recessiu o lligat al cromosoma X. En el primer cas, amb una sola còpia del gen alterat a cada cèl·lula és suficient per causar la malaltia. La majoria de persones amb retinosi pigmentària autosòmica dominant tenen un progenitor afectat i altres membres de la família amb el trastorn.

Video 2. Tràiler Els ulls de la Júlia en castellà (Font: YouTube)

LA DECISIÓ DE L’ANNE (2009)

Direcció: Nick Cassavetes

Repartiment: Cameron Díaz, Abigail Breslin, Alec Baldwin

Gènere: Drama

Sinopsi: La vida de la Sara i en Brian FitzGerald canvia radicalment quan a la seva filla Kate li diagnostiquen una leucèmia. La única esperança de salvació és recorrer a la enginyeria genética per tenir un altre fill, l’Anne. Entre ella i la Kate s’estableix una relació molt estreta, sobre tot perquè ambdues han de sotmetre’s a diversos tractaments mèdics i compartir llargues estàncies a l’hospital. No obstant, quan l’Anne compleix onze anys contracta a un advocat per emancipar-se mèdicament.

Relació amb la genética: Les leucèmies són el primer tipus de càncer en el que es van descriure alteracions genètiques, com les translocacions, que són les més freqüents (més del 50% dels casos). A més, aquestes tenen valor pronòstic i diagnòstic elevat. Existeixen molts tipus de leucèmies, per tant, és un grup divers de càncers hematològics, que afecten cèl·lules de la sang i la medul·la òssia. És el tipus de cáncer més freqüent en nens; tot i això afecta a més adults que nens.

Una primera classificació és en base al llinatge: limfoide (cèl·lules formadores de sang) o mieloide (cèl·lules de la medul·la òssia). A la vegada, aquestes (limfoides o mieloides) també es clasifiquen segons la presentació clínica: aguda (símptomes en un curt període de temps i símptomes greus) o crònica (el temps és més llarg).

En adults són més freqüents la leucèmia mieloide aguda (AML) i la leucèmia limfocítica crònica (CLL), mentre que en nens ho és la leucèmia limfoblàstica aguda (ALL).

Video 3. Tràiler La decisió de l’Anne en castellà (Font: YouTube)

L’OLI DE LA VIDA (1992)

Direcció: George Miller

Repartiment: Nick Nolte, Susan Sarandon, Peter Ustinov

Gènere: Drama

Sinopsi: Als tres anys, en Lorenzo comença a desenvolupar una greu malaltia neurológica per la qual no existeix cap tractament conegut. En molt poc temps, el nen queda prostrat al llit: no pot caminar, ni veure ni parlar. Els seus pares no es rendeixen i lluiten sense parar fins a esgotar tots els recursos que tenen al seu abast. Tot i que cap dels dos és metge, comencen a estudiar genètica, biologia, neurologia… i busquen ajuda en tots els camps mèdics posibles.

Relació amb la genètica: En Lorenzo pateix adrenoleucodistròfia (ADL) o també coneguda com la malaltia de Schilder. És una malaltia que afecta principalment a nens macles, ja que tenen un patró d’herència lligat al cromosoma X. És en aquest cromosoma on es localitza el gen ABCD1, implicat en el transport dels àcids grassos de cadena molt llarga en els peroxisomes (orgànuls que participen en el metabolisme dels àcids grassos).

Afecta principalment al sistema nerviós i les glàndules suprarrenals, que són petites glàndules localitzades a la part superior de cada ronyó. En aquest trastorn, es produeix un deteriorament de la mielina, el recobriment que aïlla els nervis en el cervell i la medul·la espinal, fet que redueix la capacitat dels nervis de transmetre informació al cervell. A més, el dany a la capa externa de les glàndules suprarrenals causa una escassetat de certes hormones, donant com a resultat debilitat, pèrdua de pes, canvis en la pell, vòmits i coma.

Video 4. Tráiler L’oli de la vida en castellà (Font: YouTube)

REFERÈNCIES

MireiaRamos-catala2

 

2017 in review

A new year begins and it is time to make a review of how the previous one has been. We do not want to be different and, wanting to show transparency, we present a summary of what 2017 has been like for All you need is Biology. 

In 2017, All you need is Biology has grown significantly with respect to the previous year. In fact, the number of visits has been 2.5 times higher than in the previous year. In 2017 we achieved 789,867 visits and 562,851 visitors, which indicates that, on average, each visitor has seen 1.4 pages. We planned to reach half a million visits, so we can consider that we exceed the goal by far. This growth year after year confirms that All you need is Biology is consolidating.

This year, visits have come from 220 countries, 18 more than the previous year.

mapa

Anyway, it should be noted that there are 5 major countries visiting the blog, the first being Spain, followed closely by the United States and Mexico.

As you know, our blog is trilingual. The most read language is Spanish, followed by English and finally Catalan. The trends are the same as in previous years, although English and Catalan have increased slightly.

Regarding the origin of the visits, we can conclude that the organic traffic, that is, the one that comes from the search engines, is the most important. The growth of organic traffic has doubled in one year, which indicates very good news.

In 2017, only 43 new articles have been published, due to the fact that some collaborators have abandoned their work due to lack of time. It is for this reason that in 2018 our intention is to look for new collaborators of all the topics without covering to offer you fresher contents.

I do not want to end this summary without thanking each and every one of the people who are helping this project. I would like to start with my collaborators, whose work I thank with all my heart, and, of course, our readers, without whom this would not make sense.

See you in 2018!

Así nos ha ido en 2017

Empieza un nuevo año y es el momento de hacer balance de como ha ido el anterior. Nosotros no queremos ser menos y, con ganas de mostrar transparencia, os presentamos un resumen de como ha sido 2017 para All you need is Biology.

En 2017, All you need is Biology ha crecido notablemente respecto el año anterior. De hecho, el número de visitas ha sido 2,5 veces mayor que en el año anterior. En 2017 hemos conseguido 789.867 visitas y 562.851 visitantes, lo que indica que, de media, cada visitante ha visto 1,4 páginas. Nos planteamos llegar al medio millón de visitas, de manera que podemos considerar que superamos el objetivo con creces. Este crecimiento año tras año confirma que All you need is Biology se está consolidando.

Visitas y visitantes

Este año, los visitas nos han llegado de 220 países, 18 países más que el año anterior.

mapa

De todos modos, cabe destacar que son 5 los principales païses que visitan el blog, siendo el primero de ellos España, seguido de muy cerca por Estados Unidos y México.

Paises

Como bien sabrás, nuestro blog es trilingüe. El idioma más leído es el castellano, seguido por el inglés y finalmente el catalán. Las tendencias son iguales que en años anteriores, aunque el inglés y el catalán han aumentado ligeramente.

Idiomas

En cuanto al origen de las visitas podemos concluir que el tráfico orgánico, es decir, el que proviene de los buscadores, es el principal. El crecimiento del tráfico orgánico se ha doblado en un año, lo que indica muy buenas noticias.

Procedencia visitas

En 2017 se han publicado sólo 43 artículos nuevos, debido a que los colaboradores han ido abandonado su labor por falta de tiempo. Es por este motivo que en 2018 nuestra intención es buscar nuevos colaboradores de todas las temáticas sin cubrir para ofreceros contenidos más frescos.

No quisiera terminar este resumen sin dar las gracias a todas y cada una de las personas que están ayudando a que este proyecto crezca. Quisiera empezar por mis colaboradores, cuya labor agradezco de todo corazón, y, por supuesto, a nuestros lectores, sin los cuales ésto no tendría sentido.

¡Nos vemos en 2018!

Així ens ha anat al 2017

Comença un nou any i és el moment de fer balanç de com ha anat l’anterior. Nosaltres no volem ser menys i, amb ganes de mostrar transparència, us presentem un resum de com ha estat 2017 per All you need is Biology. 

Durant el 2017, All you need is Biology ha crescut notablement respecte l’any anterior. De fet, el nombre de visites ha estat 2,5 vegades més gran que l’any anterior. Al 2017 hem aconseguit 789.867 visites i 562.851 visitants, el que indica que, de mitjana, cada visitant ha vist 1,4 pàgines. Ens vam plantejar arribar al mig milió de visites, de manera que podem considerar que superem l’objectiu amb escreix. Aquest creixement any rere any confirma que All you need is Biology s’està consolidant.

Aquest any, les visites ens han arribat de 220 països, 18 països més que l’any anterior.

mapa

De totes maneres, cal destacar que són 5 els principals països que visiten el blog, sent el primer d’ells Espanya, seguit de molt de prop pels Estats Units i Mèxic.

Com bé sabràs, el nostre blog és trilingüe. L’idioma més llegit és el castellà, seguit per l’anglès i finalment el català. Les tendències són iguals que en anys anteriors, tot i que l’anglès i el català han augmentat lleugerament.

Quant a l’origen de les visites podem concloure que el trànsit orgànic, és a dir, el que prové dels cercadors, és el principal. El creixement del trànsit orgànic s’ha doblat en un any, el que indica una molt bona notícia.

Al 2017 s’han publicat només 43 articles nous, a causa de que els col·laboradors han anat abandonant la seva tasca per falta de temps. És per aquest motiu que pel 2018 la nostra intenció és buscar nous col·laboradors de totes les temàtiques sense cobrir per oferir-continguts més frescos.

No voldria acabar aquest resum sense donar les gràcies a totes i cadascuna de les persones que estan ajudant a que aquest projecte creixi. Voldria començar pels meus col·laboradors, la tasca que fan l’agraeixo de tot cor, i, per descomptat, als nostres lectors, sense els quals això no tindria sentit.

Ens veiem a 2018!

Insects and microorganisms symbiosis: the endosymbionts

Symbiotic relationships are an important motor for organisms’ diversification and evolution. The relationships insects have established with some endosymbiotic microorganisms (that is, those inhabiting the inner of their bodies) have provided them of a lot of surprising physiological and ecological adaptations. 

The value of the relationship between insects and their endosymbionts

The major cause for insects’ evolutive and adaptive success is their potential to stablish beneficial relationships with other life beings and, especially, with those microorganisms inhabiting their insides: the endosymbionts.

Some years ago, it was considered that the greatest contribution of endosymbiotic microorganisms to the physiology of insects was their role in feeding habits, which would explain, at least in part, the diversity of diets among insects. However, it has been shown that endosymbionts affect many other physiological traits.

Types of endosymbiosis in insects

Endosymbiotic microorganisms can be found inside the gut, in the spaces between cells and inside cells.

Generally, the more internal the endosymbiotic microorganisms are within the host’s body, the closer their relationship with the insect is. The four most common types of endosymbiosis in insects are explained below, from the most external and least close relationship to the most internal and closest one.

Gut microbes

Gut microbiota of insects is composed both of prokaryotes (unicellular, without nucleus, like bacteria and archaea) and eukaryotes (unicellular or pluricellular, with nucleus, like protozoans) that live outside the gut cells. They usually inhabit the hind part of insect’s gut (hindgut), either moving freely in its lumen or remaining attached to its walls. In some phytophagous insects, likes termites and cockroaches, the hindgut is a chamber without oxygen (anaerobic) where fermentation of cellulose and other complex sugars takes place.

 

Worker termite gut; the green part corresponds to the hindgut without oxygen. Figure belonging to the following paper: Brune, A. (2014). Symbiotic digestion of lignocellulose in termite guts. Nature Reviews Microbiology, 12(3), 168-180.

In termites, this anaerobic chamber contains facultative anaerobic prokaryotes (they can develop either with or without oxygen) and obligate anaerobic prokaryotes (they can only develop without oxygen), such as spirochetes and methanogens, which aid in digestion. In addition, in some worker termites, this chamber also contains protozoans that play a major role in the digestion of wood cellulose (Have you ever seen a piece of furniture pierced by termites?).

Unlike other endosymbionts, gut microbes are horizontally transmitted between insects; that is, insects don’t inherit gut microbes from their parents, but they should acquire them throughout their lives. In termites, acquisition of gut microbes takes place through a process called trophallaxis: the workers, which are the only able to feed by themselves, digest the food and transmit the resulting product mixed with gut microorganisms to the rest of the colony members through their mouthparts.

Trophollaxis. Picture by Shutterstock.

Moreover, microorganisms are removed during molting processes, so termites (and other insects performing trophollaxis) can acquire them again through trophollaxis.

Endoparasites

Parasites that live and/or develop inside an organism are known as endoparasites. They are also horizontally transmitted between insects.

Insects stablish fairly more relationships with pluricellular endoparasites than with microorganisms, being the pluricellular endoparasites the most harmful for insects in general terms; these are the cases of insect parasitoids (of which we talked in this post) and nematodes (able to transmit deathful bacteria to insects).

The most relevant endoparasitic relationship between insects and microorganisms, and the only one we are going to explain here, are vectors: the insect (or vector) serve as a container to the parasite until it reaches the definitive host. Parasites transported by vector usually are pathogenic protozoans harmful to vertebrates, like Trypanosoma (Chagas disease), Leishmania (leishmaniosis) or Plasmodium (Malaria).

Mosquito of the genus Anopheles, the major vector of the protozoan causing malaria worldwide: Plasmodium. Public domain image.

Extracellular and intracellular symbiosis

Unlike gut microbes and endoparasites, extracellular and intracellular endosymbionts are vertically transmitted generation after generation; that is, the insect inherits them from its parents

  • Extracellular endosymbionts

Extracellular endosymbionts, which can be both prokaryotes and eukaryotes, can be found in different organs of the body (even in the intestine along with the gut microbes). In any case, they never penetrate inside the cells. However, some species can be found outside and inside cells.

Since many extracellular microorganisms can also be intracellular, the possibility that they are found, in an evolutionary sense, in a transition stage between gut microbes and intracellular endosymbionts has been discussed.

An interesting case of extracellular endosymbiosis takes place in some species of aphids of the tribe Cerataphidini. Generally, aphids stablish a close relationship with an intracellular endosymbiont bacteria (Buchnera), but in some species of the aforementioned tribe these bacteria are substituted by extracellular unicellular yeast-like fungi (YLS or ‘yeast-like symbiont’) which inhabit the cavities between organs and inside different adipose bodies. Like Buchnera in the rest of aphids, YLS would play a key role on aphid feeding habits, participating in the production of essential nutrients.

Ceratovacuna nekoashi (Cerataphidini). Link (CC 2.5)

It is suggested that YLS would have evolved from an entomopathogenic fungus (that is, harmful to insects) whose lineage would later have derived into beneficial endosymbiotic organisms.

  • Intracellular endosymbionts

It is considered that at least 70% of insects has endosymbiotic microorganisms inside its cells. There exist two types of intracellular endosymbionts:

Mycetocyte symbionts or Blochmann bodies

Bacteriocytes or mycetocytes are specialized adipose cells containing endosymbionts which can be found in some groups of insects. These cells are vertically transmitted to the offspring and gathered together forming organs known as mycetomes o bacteriomes.

Blochmann bodies, or simply the endosymbionts inside mycetomes, are related to three groups of insects: Blattaria (cockroaches), some groups of heteropterans within Homoptera (cicadas, rust flies, aphids, etc.) and Curculionidae (curculionid beetles).

Buchnera aphidicola inside a mycetome of the aphid Acyrthosiphon pisum. The central element is the mycetome’s nucleus. Buchnera cells, which are round, are located packed in the citoplasm of the mycetome. Picture by J. White y N. Moran, University of Arizona (CC 2.5).

The most well studied case is the relationship between Buchnera and aphids. This intracellular bacterium recycles the uric acid and some other nitrogenous wastes produced by the aphid in order to produce the amino acid glutamine, which is then used by this same endosymbiont to produce other essential amino acids necessary for the aphid to develop. It is also considered that Buchnera produces vitamin B2 (riboflavin). This can explain why aphids have such a high reproductive rate and a big evolutive success despite having a diet rich in carbohydrates (which they obtain from plant’s sap) and poor in nitrogenous compounds.

It has been confirmed that Buchnera cells decrease in number when nutrients are scarce. This suggests that aphids use Buchnera cells as an alternative food source in difficult situations. So, aphids take more advantages from this relationship than Buchnera.

Guest endosymbionts

In this case, the guest (endosymbiont) alters some physiological traits of the insect to obtain some advantage.

Guest endosymbionts usually affect the sex ratio of insects (proportion of males and females in a population) as well as other reproductive traits. Guest endosymbionts that alter the sex ratio are known as sex-ratio distorters. Some guest microbes inhabiting the cytoplasm of insect’s cells are vertically transmitted to the offspring through ovules, so they need a higher proportion of female insects to guarantee their own perpetuity. To alter this proportion, they use different methods: male killing, induction of parthenogenesis, feminization or cytoplasm incompatibility, for which they usually induce changes at the genetic level.

One of the most well-studied cases is Wolbachia, an intracellular bacterium capable to induce a sex-ratio bias through almost every of the aforementioned methods.

Phenotypes resulting from insects infected with Wolbachia. Figure belonging to the following paper: Werren, J. H., Baldo, L. & Clark, M. E. 2008. Wolbachia: master manipulators of invertebrate biology. Nature Reviews Microbiology, 6(10), 741-751.

.          .          .

Do you know any other relationship between microbes and insects? Leave your comments below!

References

  • Bourtzis K. Miller T. A. (2003). Insect Symbiosis. CRC Press.
  • Douglas, A.E. (1998). Nutritional interactions in insect-microbial symbioses: Aphids and their symbiotic bacteria Buchnera. Annual Review of Entomology, 43: 17–38.
  • Vega F.E., Blackwell M. (2005). Insect-Fungal Associations: Ecology and Evolution. Oxford University Press, USA.

The cover image is a montage made by the author from two images: 1) bacterium vector (by Flaticon from www.flaticon.com) and 2) termite vector (obtained from www.allstatepest.com.au).