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.

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

• FilmAffinity
• SensaCine
• Fotogramas
• Genetics Home Reference
• OMIM
• Asociación Nacional del Síndrome de Treacher Collins
• Asociación de Afectados de Retinosis Pigmentaria de Euskadi
• EcuRed

Plantas hiperacumuladoras de metales pesados

Durante millones de años la evolución ha llevado a las plantas a desarrollar diferentes estrategias para defenderse de los enemigos naturales, dando pie a una lucha de armamento evolutiva en la cual la supervivencia de unos y otros depende de la habilidad de hacer frente a las adaptaciones de los otros. Y es en este escenario donde la acumulación de metales pesados en altos niveles en planta juega un papel muy importante.

 INTRODUCCIÓN

Según Boyd (2012), la defensa de las plantas puede considerarse bajo distintos puntos de vista:

• mecánica: espinas, coberturas, etc.
• química: diferentes compuestos inorgánicos y orgánicos.
• visual: cripsis y mimetismo.
• comportamiento: relacionado con modificaciones en la fenología.
• y asociativa: simbiosis con otros organismos, como es el caso del género Cecropia que establece simbiosis con las hormigas del género Azteca, las cuales protegen a estas plantas – para saber más: Plantas y animales también pueden vivir en matrimonio– .

Defensa mecánica con espinas (Autor: Karyn Christner, Flickr, CC).

 

Se ha visto que la defensa química es ubicua, y por lo tanto, muchas interacciones entre organismos se explican bajo este punto de vista. Además, algunas plantas contienen grandes cantidades de ciertos elementos químicos, frecuentemente metales o componentes metálicos, que juegan un papel de defensa relevante, son las llamadas plantas hiperacumuladoras.

Plantas hiperacumuladoras  y sus características principales

Estas plantas pertenecen a diferentes familias, por lo tanto la hiperacumulación es una adquisición independiente que ha surgido varias veces durante la evolución, pero que en todos los casos genera la habilidad de crecer en suelos metalíferos y acumular extraordinarias cantidades  de metales pesados en órganos aéreos, a diferencia de los niveles encontrados en la mayoría de especies. Se sabe que las concentraciones de estos elementos químicos pueden ser entre 100 – 1000 veces mayores que las presentes en especies no hiperacumuladoras.

Generalmente, la química describe los metales pesados como aquellos metales de transición con una masa atómica superior a 20 y una densidad relativa cercana a 5. Pero, des del punto de vista biológico, los metales pesados son aquellos metales o metaloides que pueden ser tóxicos en bajas concentraciones. Aun así, las plantas hiperacumuladoras consiguen ser tolerantes, es decir, hiperacumulan estos metales pesados sin sufrir efectos fitotóxicos (toxicidad expresada en la planta).

En este sentido, hay tres características principales que describen las plantas hiperacumuladoras:

• Fuerte aumento de la tasa de absorción de metales pesados.
• Raíces que realizan la translocación más rápidamente.
• Gran habilidad por detoxificar y acumular metales pesados en hojas.

Por lo tanto, las plantas hiperacumuladoras están bien preparadas para la asimilación, translocación a hojas y acumulación de grandes cantidades de metales pesados en vacuolas o en paredes celulares. En parte, esto es debido a una sobreexpresión constitutiva de genes que codifican para transportadores de membrana

Los valores límite que permiten diferenciar una planta hiperacumuladora de una que no lo es, están relacionados con la fitotoxicidad específica de cada metal pesado. Según este criterio, las plantas hiperacumuladoras son plantas que cuando crecen en suelos naturales acumulan en las partes aéreas (en gramos de peso seco):

• > 10 mg·g^-1 (1%) de Mn o Zn,
• > 1 mg·g^-1 (0,1%) de As, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sb, Se o Ti
• Ó > 0,1 mg·g^-1 (0,01%) de Cd.

Minuartia verna, hiperacumuladora de cobre (Autor: Candiru, Flickr, CC).

LA APARICIÓN DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS Y SUS IMPLICACIONES

Hasta el momento se ha planteado diferentes hipótesis para explicar porque ciertas plantas han llegado a ser hiperacumuladoras de metales pesados:

• Tolerancia y disposición de metales.
• Resistencia a la sequía.
• Interferencia con otras plantas vecinas
• Defensa contra los enemigos naturales.

La hipótesis que recibe más soporte  es la denominada “Elemental defence” (defensa por elementos), que indica que ciertos metales pesados podrían tener un rol defensivo en la planta contra los enemigos a naturales, tales como los herbívoros y los patógenos. Estos organismos al consumir la planta presentarían efectos tóxicos, lo cual los llevaría a la muerte o bien a reducir el consumo de esta planta en un futuro. Aun así, aunque los metales pesados pueden actuar a través de su toxicidad, esto no garantiza que la planta no sea dañada o atacada antes que el enemigo natural sea afectado por estos. Por ellos sigue siendo necesario una defensa más efectiva que permita evitar el ataque.

Por otro lado, de acuerdo con una hipótesis más moderna, “Joint effects” (efectos conjuntos), los metales pesados podrían actuar juntamente con otros compuestos orgánicos de defensa dando lugar a una mayor defensa global. Las ventajas de los elementos inorgánicos, donde se incluyen los metales pesados, es que no son sintetizados por la planta, se absorben del suelo directamente y por lo tanto no hay tanto consumo energético invertido en la defensa, y además no pueden ser biodegradados. Aun así, algunos enemigos naturales pueden llegar a quelar los metales pesados gracias a quelatos (sustancias que se unen a estos metales pesados para reducir su toxicidad) o acumularlos en órganos donde se reduciría su actividad. Esta nueva hipótesis justificaría la presencia simultánea de distintos metales pesados y compuestos orgánicos de defensa en la misma planta, con la finalidad de conseguir una defensa mayor que afecte a más enemigos naturales, los cuales se esperaría no fuesen capaces de tolerar los distintos elementos tóxicos.

Thlaspi caerulescens, hiperacumuladora de zinc (Autor: Randi Hausken, Flickr, CC).

Por otro lado, se ha visto que ciertos herbívoros tienen habilidades para evitar el consumo de plantas con altos niveles de metales pesados, realizando lo que se denomina “taste for metals” (“degustación de metales”). Aunque se sabe que esto sucede, no es del todo conocido el mecanismo exacto de todo este proceso de alerta y evitación.

Solanum nigrum, hiperacumuladora de cadmio (Autor: John Tann, Flickr, CC).

Además, aunque las concentraciones de metales pesados que asumen estas plantas son elevadas, algunos  herbívoros logran sobrepasar esta defensa siendo tolerantes, es decir, su dieta les permite ingerir elevadas dosis de metales y por tanto alimentarse de la planta. Esto lleva a pensar que ciertos herbívoros podrían convertirse en especialistas en el consumo de estas plantas, y que, por tanto, este tipo de defensa quedaría reducido a organismos con dietas variadas, los denominados generalistas. Esto ha resultado no ser del todo cierto, ya que algunas veces los herbívoros generalistas presentan una preferencia y tolerancia superior por las plantas hiperacumuladoras que los organismos especialistas.

Por todos estos motivos se puede decir que la evolución continua jugando un papel importante en esta lucha de armamento.

 REFERENCIAS

• Boyd, R., Davis, M.A., Wall, M.A. & Balkwill K. (2002). Nickel defends the South African hyperaccumulator Senecio coronatus (Asteraceae) against Helix aspersa (Mollusca: Pulmonidae). Chemoecology 12, p. 91–97.
• Boyd, R. (2007). The defense hypothesis of elemental hyperaccumulation: status, challenges and new directions. Plant soil 293, p. 153-176.
• Boyd, R. (2012). Elemental Defenses of Plants by Metals. Nature Education Knowledge 3 (10), p. 57.
• Laskowski, R. & Hopkin, S.P. (1996). Effect of Zn, Cu, Pb and Cd on Fitness in Snails (Helix aspersa). Ecotoxicology and environmentak safety 34, p. 59-69.
• Marschner, P. (2012). Mineral Nutrition of Higher Plants (3). Chennai: Academic Press.
• Noret, N., Meerts, P., Tolrà, R., Poschenrieder, C., Barceló, J. & Escarre, J. (2005). Palatability of Thlaspi caerulescens for snails: influence of zinc and glucosinolates. New Phytologist 165, p. 763-772.
• Prasad, A.K.V.S.K. & Saradhi P.P. (1994).Effect of zinc on free radicals and proline in Brassica and Cajanus. Phytochemistry 39, p. 45-47.
• Rascio, N. & Navari-Izzo, F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting?. Plant Science 180 (2),p. 169-181.
• Shiojiri, K., Takabayashi, J., Yano, S. & Takafuji, A. (2000) Herbivore-species-specific interactions between crucifer plants and parasitic wasps (Hymenoptera: Braconidae) that are mediated by infochemicals present in areas damaged by herbivores. Applied Entomology and Zoology 35, p. 519–524.
• Solanki, R. & Dhankhar, R. (2011). Biochemical changes and adaptive strategies of plants under heavy metal stress. Biologia 66 (2), p. 195-204.
• Verbruggen, N., Hermans, C. & Schat, H. (2009). Molecular mechanisms of metal hyperaccumulation in plants. New Phytologist 181 (4), p. 759–776.
• Wenzel, W.W. & Jockwer F. (1999). Accumulation of heavy metals in plants grown on mineralised soils of the Austrian Alps. Environmental pollution 104, p. 145-155.

21 de marzo: día mundial del síndrome de Down

El día 21 de marzo se celebra el Día Mundial del Síndrome de Down. Este síndrome es una combinación cromosómica natural que siempre ha formado parte de la condición humana. Existe en todas las regiones del mundo y, normalmente, tiene efectos variables en los estilos de aprendizaje, las características físicas o la salud. Afecta a 1 de cada 700 niños, siendo la anomalía cromosómica más frecuente y la primera causa de discapacidad intelectual. Con este artículo quiero dar a conocer un poco más este síndrome.

¿POR QUÉ SE LLAMA ASÍ?

Su nombre se debe al médico inglés John Langdon Down que, en 1866, describió a un grupo de pacientes con discapacidad intelectual que mostraban características físicas muy parecidas. Estos pacientes sufrían síndrome de Down.

Sin embargo, ya existían obras de arte donde aparecían personas con síndrome de Down (Figura 1), pero fue Langdon Down el primero en agruparlos en una subcategoría dentro de los individuos con deterioro cognitivo.

Figura 1. “La adoración del niño Jesús” (1515). Esta pintura al óleo, hecha por un discípulo de Jan Joest van Kalkar, muestra a dos personas con síndrome de Down (Fuente: Arte y síndrome de Down)

Se llama síndrome porque las personas afectadas expresan un conjunto de síntomas o signos conocidos, que pueden aparecer juntos, aunque su origen es desconocido. Pese a que los rasgos físicos sean comunes cada persona con síndrome de Down es un individuo único y puede presentar las características en diferentes grados o no.

¿CUÁLES SON LOS RASGOS QUE LOS CARACTERIZAN?

• Hipotonía: tono muscular bajo, falta de fuerza en los músculos
• Orejas pequeñas
• Fisuras palpebrales oblicuas: forma característica de los ojos, inclinados hacia arriba
• Nariz pequeña
• Braquicefalia: parte de atrás de la cabeza plana, sin curvatura
• Manos con pliegue simiano: las líneas que forman una M en la palma de la mano están fusionadas (Figura 2)
• Tendencia a la obesidad

Figura 2. (1) Pliegues palmares esperados formando una M y (2) pliegue simiano, característico de síndrome de Down (Fuente: Incidencia de nacimientos pretérmino y de término con peso bajo al nacer y existencia de línea Sydney)

Cuando son pequeños presentan retraso en alcanzar capacidades como sentarse con independencia, deambular, primeras palabras…

¿QUÉ PAPEL JUEGA LA GENÉTICA?

En 1959, el médico francés, Jérôme Lejeune vio que las personas con síndrome de Down en vez de tener 46 cromosomas en cada célula tenían 47. Este cromosoma de más era el 21 (Figura 3). El artículo ¿Por qué me parezco a mis padres? nos recuerda qué es un cromosoma.

Figura 3. Cariotipo masculino de síndrome de Down (Fuente: Mireia Ramos, Cerba Internacional SAE)

El síndrome de Down o trisomía 21, que es como se le empezó a llamar entonces, es consecuencia de un cromosoma 21 extra. Pero tener un cromosoma 21 de más se puede dar por tres fenómenos.

NO DISYUNCIÓN

Es la causa mayoritaria, representando un 95% de los casos. Se debe a un error en el proceso de división celular. Es decir, que en el momento en que la célula del progenitor se tiene que dividir porque el hijo herede sólo un cromosoma 21, hay un error y el hijo hereda los dos cromosomas 21 de este progenitor. Como consecuencia el hijo tendrá 3 cromosomas 21: uno por parte de un progenitor y dos, que no se han podido separar, por parte del otro progenitor.

TRANSLOCACIÓN

En el momento de la división celular, de uno de los progenitores, un cromosoma 21 se une a otro cromosoma, mayoritariamente a un cromosoma 14. Entonces, el hijo tendrá 3 cromosomas 21: uno por parte de un progenitor y dos, el que tiene que recibir y el que está unido a un cromosoma 14, por parte del otro progenitor.

Representa el 4% de los casos y es importante identificarla parar evitar transmitir la translocación si la pareja quiere tener otro hijo.

MOSAICISMO

Es la causa menos frecuente ya que representa un 1% de los casos. Se produce una no disyunción después de la fecundación, pero no en todas las células. Esto provoca que haya células con 46 cromosomas y células con 47, formando un mosaico.

Las células con 47 cromosomas tendrán un cromosoma 21 extra.

TENER UN HIJO CON SÍNDROME DE DOWN

Se ha visto que la edad de la madre está relacionada con tener un hijo con síndrome de Down, es decir, cuando mayor sea la madre, la probabilidad de tener un hijo con síndrome de Down aumenta. Hay un aumento progresivo a los 30-35 años y a partir de los 38 la incidencia es exponencial.

Como es la trisomía más aceptada por la naturaleza, en las pruebas de embarazo se mira de forma rutinaria. Si se detecta que el feto tiene síndrome de Down la pareja puede escoger si seguir adelante o parar el embarazo.

Las personas con síndrome de Down cada vez están más integradas en nuestra sociedad. De acuerdo que su coeficiente intelectual es de 45-48, cuando el rango estándar ronda los 100, pero la integración escolar con un soporte especial es altamente beneficiosa y pueden llegar hasta un coeficiente intelectual de 70.

Cada vez hay más empresas que ofrecen lugares de trabajo para ellos y esto no nos tendría que extrañar, porque al fin y al cabo sólo tienen un cromosoma de más (Figura 4).

Figura 4. “Calma, sólo es un cromosoma extra” (Fuente: Pinterest)

REFERENCIAS

• Naciones Unidas: Día Mundial del síndrome de Down
• World Down Syndrome Day
• National Down Syndrome Society
• Medline Plus
• Down España