Utilització
d'isòtops radioactius en Microbiologia
Que és un Isotop?
A dos cossos s’els anomenen isòtops quan, tenint el mateix nombre d'electrons perifèrics, els seus nuclis contenen un nombre diferent de neutrons (l’exemple més simple és el del hidrogen, amb un sol protó en el seu nucli quan és hidrogen normal, i d’un neutró + un protó quan es tracta d’hidrogen pesant; un altre exemple és el del carboni i els seus isótops 11 o 14 amb 5 neutrons i 8 neutrons respectivament.
Tipus d’Isòtops:
Actualment es coneixen més de sis-cents. Molts existeixen ja en estat natural, però altres es preparen artificialment, uns són estables, mentre que d’altres es desintegren espontàniament, són inestables és a dir, radioactius.
La radioactivitat s'explica per una modificació espontània del nucli d’un àtom, modificació que ve acompanyada de l’emissió de radiacions α, β, γ, (sobretot β, γ) i s’expressa en Curie.
La desintegració radioactiva es produeix seguint un
ritme inalterable, diferent per cada cos. Es caracteritza pel que s'ha anomenat
temps de semivida és a dir, el temps necessari perquè la meitat de la
concentració d’un cos hagi desaparegut per desintegració. Aquest temps és doncs
molt variable, pot anar desde uns pocs segons, a alguns minuts, dies, anys,
inclús segles.
Per obtenir cossos radioactius artificials, es bombardeja isòtops estables dels quals s’obtindran els isótops radioactius desitjats.
Per designar els isòtops s'afegeix al símbol químic del cos dos índexs, l'inferior designa el lloc que ocupa en el quadre de Mendeleieff, i és, per tant, igual per a tots els isòtops del mateix cos, i el superior designa el nombre total de partícules del nucli.
Com ja hem dit, els isòtops radiactius tenen la propietat d’emetre radiació alfa , beta, y gamma espontàneament, poden ser radiactius per naturalesa determinats elements, però d’altres s’han d’excitar prèviament.
La radiació alfa es un flux de partícules carregades positivament composta de dos protons i dos neutrons, la radiació beta és un fluxe d’electrons (betanegatius) o positrons (betapositius) generat per la desintegració dels neutrons o protons del nucli quan aquest està excitat, i la radiació gamma, que és la radiació més forta de totes està composta d’ones electromagnètiques. Aquestes radiacions es poden mesurar per les impressions que deixen en una placa radiográfica, també per la fluorescència que emeten alguns elements excitats, per ionització de gasos.
Per obtenir cossos radioactius artificials, es bombardeja isòtops estables dels quals s’obtindran els isótops radioactius desitjats.
Per designar els isòtops s'afegeix al símbol químic del cos dos índexs, l'inferior designa el lloc que ocupa en el quadre de Mendeleieff, i és, per tant, igual per a tots els isòtops del mateix cos, i el superior designa el nombre total de partícules del nucli.
Com ja hem dit, els isòtops radiactius tenen la propietat d’emetre radiació alfa , beta, y gamma espontàneament, poden ser radiactius per naturalesa determinats elements, però d’altres s’han d’excitar prèviament.
La radiació alfa es un flux de partícules carregades positivament composta de dos protons i dos neutrons, la radiació beta és un fluxe d’electrons (betanegatius) o positrons (betapositius) generat per la desintegració dels neutrons o protons del nucli quan aquest està excitat, i la radiació gamma, que és la radiació més forta de totes està composta d’ones electromagnètiques. Aquestes radiacions es poden mesurar per les impressions que deixen en una placa radiográfica, també per la fluorescència que emeten alguns elements excitats, per ionització de gasos.
(Les
radiacions queden impresses en diferents materials)
(Veure video: http://www.facebook.com/l.php? u=http%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3Dec8iomUS34U&h=MAQFzcymV )
Principals usos d’isotops :
La possibilitat de detectar aquestes radiacions ha trobat una àmplia aplicació en el camp de la investigació científica, i desde un punt de vista pràctic s’usa en diversos camps, com la medicina, industria, agricultura...
Les activitats industrials i agrícoles han tingut com a resultat la dispersió de molts contaminants en totes les parts de l'atmosfera, hidrosfera i biosfera. L'anàlisi de l'abundància dels isòtops estables en els materials naturals orgànics i inorgànics constitueix una eina útil per a la determinació de l'origen i història d'un material present en un ambient.
Els isòtops estables proporcionen una base experimental per a
inferir l'establiment de la vida sobre la Terra, la reconstrucció seqüencial de
la invenció dels diferents processos metabòlics, l'evolució de diferents
microbiotas, faunes i flores. El conjunt dels cicles biogeoquímics observats en
el món contemporani és el resultat de l'evolució de 3.500 milions d'anys
d'història "viva" de la Terra.
Usos isotops amb microorganismes:
El més important és la trçabilitat
que tenen, poder fer el seu seguiment o molècula ha permès descubrir el
funcionament de moltes reaccions, rutes i processos cel.lular com per exemple:
Científics van idear una tècnica per mesurar amb més precisió el
flux de carboni que es produeix en comunitats de microorganismes i per apreciar
amb més detall els seus processos i funcions metabòliques.
Els canvis que es produeixen en les comunitats microbianes posen
de relleu en molts casos processos que poden afectar el medi ambient en la seva
totalitat.
Aquestes comunitats, situades en l'escalafó més baix de la cadena
tròfica, ofereixen als especialistes en microbiologia informació d'utilitat per
detectar aquests processos, prevenir i fins i tot posar-hi remei. Tanmateix, a
la Terra hi ha entre 5 i 100 milions d'espècies de microorganismes, i per això
resulta extremadament difícil determinar els organismes clau d'aquestes
comunitats microbianes en els quals s'han de centrar els estudis.
Els científics que va realitzar el projecte ISOTONIC «Eines
isotòpiques per investigar l'estructura i funció de les comunitats microbianes»
ha fet possible la identificació de les espècies clau amb més efectivitat, així
com l'estudi dels processos naturals de remineralització i l'escrutini de les
interaccions entre els microorganismes. La nova tècnica, anomenada Protein-SIP
«sondeig amb isòtops estables», presenta grans possibilitats pel que fa a
aplicacions es refereix i podria fins i tot permetre el desenvolupament de nous
tractaments mèdics.
La tècnica Protein-SIP consisteix a administrar a les comunitats
microbianes una font de carboni que conté dos isòtops de massa diferent (els
isòtops són àtoms del mateix element químic que tenen quantitats diferents de
neutrons). Amb anterioritat al desenvolupament d'aquesta nova tècnica, la
identificació de les espècies de metabolisme actiu podia fer per mitjà
d'anàlisi de l'ADN (àcid desoxiribonucleic) o bé de l'ARN (àcid ribonucleic).
Ara la tècnica Protein-SIP permet estudiar el flux de carboni, que
és la diferència entre el carboni absorbit i generat, i també identificar les
cadenes tròfiques que es donen en el si d'una comunitat microbiana i fins i tot
examinar les interaccions entre els diferents grups de microorganismes que la
componen ..
El 1952 Alfred Hershey i Martha Chase van realitzar una sèrie d'experiments destinats a dilucidar si l'ADN o les proteïnes era el material hereditari. Marcant l'ADN i les proteïnes amb isòtops radioactius en un cultiu d'un virus, es podia seguir el camí de les proteïnes i de l'ADN en un experiment, demostrant com d'ells entrava en el bacteri.Aquest seria el material hereditari (factor transformador de Griffith). Atès que l'ADN conté fòsfor (P) però no sofre (S), ells van marcar l'ADN amb fòsfor-32 radioactiu. D'altra banda, les proteïnes no contenen P però si S, i per tant es van marcar amb sofre-35. Hershey i Chase van trobar que el S-35 queda fora de la cèl · lula mentre que el P-32 l'hi trobava a l'interior, indicant que l'ADN era el suport físic de l'herència.
(Representació de l’experiment
d’Alfred Hershey i Martha Chase)
La técnica de la
imunofluorescència directe, per a la detecció de virus tracta de la detecció
d’antígens (directe) o antianticosos (indirecte), es fa marcant (en el cas de
la directe) anticosssos específics antivirals amb una molécula que té un isòtop
radiactiu que en unirs-se a l’antígen emet fluorescència observable al
microscòpi.
Un altre exemple el trobem en el
estudi dels bacteris metilotrofics, que poden utilitzar molècules d'un sol
carboni, C1 (és a dir, que no tenen unions carboni-carboni) com a única font
d'energia i carboni
El creixement del bacteri metilotrofa Methylobacterium extorquens
amb 13CH3
OH (99% 13C-metanol), augmenta la densitat relativa del DNA
respecte
M. extorquens en presència de 12CH3 OH, en un gradient de densitat
de clorur de cesi. Resultats similars s'han obtingut amb Methylomicrobiumnalbum
en presència de 12CH4 i 13CH4. Aquesta característica permet distingir els
microorganismes actius metabòlicament en una mostra ambiental en funció del
substrat present en el medi.
Les fraccions de 12C-DNA i 13C-DNA recollides de sòls exposats a
metanol 12C i 13C, respectivament, van ser utilitzades com motlles per a la
PCR. Es va emprar un gen específic de la subunitat petita del rRNA de bacteris,
arqueobacteris i eucariotes com encebador. L'amplificació del 13C-DNA del sòl
exposat a 13CH3 OH mostrar que només els bacteris estaven implicades en
l'assimilació del metanol. L'anàlisi filogenètica de la seqüència 16S del rRNA
amplificat, va posar de manifest dues
línies diferents de bacteris que assimilen metanol: el subgrup α
de les proteobacterias i la divisió Acidobacterium. Aquest resultat va ser
inesperat, ja que el metanol pot ser metabolitzat i assimilat per un ampli rang
de microorganismes que inclouen Gram-negatius, Gram-positius i alguns llevats.
L'anàlisi paral · lel de la seqüència del gen mxaF, que codifica la subunitat a
de l'metanol deshidrogenasa trobada en els bacteris metilotrofas gramnegatius,
corroboren les dades obtingudes amb 16S rRNA, el que indica que els metilotrofos
Gram-negatius actius del sòl del bosc estan restringits al subgrup a de les
proteobacterias.
Conclusions:
Conclusions:
Els isotops són
una eina molt útil a microbiologia gracies a la seva propietat d’emetre
radiació, el que permet fer un seguiment d’aquestes substáncies en diferents microorganismes.
D’aquesta manera s’ha pogut observar diversos processos i rutes metabóliques de
les cel.lules que fins l’aparició d’aquesta tècnica no hauríen estat possibles.
Amb la tècnica
de la proteín-SIP podem fer estudis de les comunitats microbiològiques que hi
ha en la natura, com actúen i veure de quines ens en podríem beneficiar.
El seguiment
dels isòtops ha permès avanços en la medicina i la indústria també.
Webgrafia:
-http://www.fundaciondelcorazon.com/informacion-para-pacientes/metodos-diagnosticos/isotopos-radioactivos.html
-http://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2F161.116.7.34%2Fconferencies%2Fcarpetes%2Fguerrero%2F3_ARTICULOS_MICROB_ACTSEM%2F32_ISOTOPOS_ACTSEM_30.PDF&h=MAQFzcymV
-http://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2F161.116.7.34%2Fconferencies%2Fcarpetes%2Fguerrero%2F3_ARTICULOS_MICROB_ACTSEM%2F32_ISOTOPOS_ACTSEM_30.PDF&h=MAQFzcymV
-http://www.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fwww.madrimasd.org%2Finformacionidi%2Fnoticias%2Fnoticia.asp%3Fid%3D44004&h=MAQFzcymV
Us deixo els meus comentaris.
ResponderEliminarEn general trobo que heu tractat el tema de manera molt superficial, i no l’heu centrat en la microbiologia. En tot el treball presenteu només una aplicació dels isòtops que es va utilitzar en un experiment concret, que afecta a la biologia general. Heu de trobar aplicacions en la microbiologia. Hauríeu de parlar no només d’aplicacions amb isòtops radioactius sinó també amb isòtops estables. Els experiments amb isòtops permeten determinar les transformacions de compostos, i assegurar si aquestes les fan realment els microorganismes que s’estudien. Crec que us fa falta documentar-vos més, i per això us aniria bé buscar en llibres i articles científics, no només en pàgines web. A la biblioteca podeu trobar llibres de geomicrobiologia o d’ecologia microbiana que us poden anar bé. A més algunes de les pàgines web que poseu no tenen massa relació amb la microbiologia.
Les figures que presenteu estan poc centrades en l’aplicació dels isòtops a la microbiologia. Recordeu que totes les figures han de tenir peu de figura i estar citades al text. Les referències són poques i com us he dit, trobo a faltar alguns llibres o articles, però en tot cas, també s’han de citar al text. Finalment, estaria bé que treballéssiu més amb els avantatges que us dóna aquest format: inserció de fotografies, vídeos, esquemes, vincles a la web, ... Sobretot amb una finalitat didàctica, que us faciliti les explicacions i la comprensió dels continguts.
L’apartat de conclusions l’haureu de refer de nou, centrant-vos en el tema que heu triat.
En general trobo que us queda molta feina per fer de cares a la versió definitiva.
Evaluable:
ResponderEliminarA través de la técnica protein SIP, administrando a las comunidades microbianas una fuente de carbono que contenga dos isotopos de masa diferente, como sabremos de cuales nos podríamos beneficiar?
Sara Muriel Goñi
Los dos isótopos estables del Carbono són el C12 y el C13 que responde a una señal resonante, en ser metabolizados, quedarán inseridos en las proteïnas de la comunidad microbiana, uno de ellos será el normal, cosa que no permitirá su diferenciación ni seguimiento en el organismo, debido a que es el que tiene ya,pero el C13 por sus propiedades, si que nos permitirá hacer su seguimiento, i por tanto será del que nos beneficiemos.
Eliminar