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Endosimbiosis (3): Los midiclorianos y su extraña relación con las mitocondrias

22 febrero, 2010

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– Maestro Señor, oí hablar a Yoda acerca de los midiclorianos. He estado preguntándome, ¿qué son los midiclorianos?

– Los midiclorianos son formas de vida microscópica que residen en todas las células vivas.

– ¿Y están dentro de mí?

– Dentro de tus células, sí.  Estamos en simbiosis con ellos.

– ¿Simbiosis?

– Son formas de vida que viven juntas para beneficio mutuo.  Sin los midiclorianos, la vida no existiría y tampoco conoceríamos la Fuerza. Ellos nos hablan continuamente, comunicándonos la voluntad de la Fuerza

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Con esta escena, George Lucas nos presentaba en su impresionante saga “La Guerra de las Galaxias” a los midiclorianos, la base misma de la Fuerza. Y en opinión de muchos fans, matando a la vez parte de la magia que rodeaba a su Universo, al darle algo de lógica a su atractiva mitología.

Como opinión personal, algo de razón tienen… Sin embargo, ¿es una explicación sacada de la manga? ¿Existe algo que podamos llamar “midicloriano”? ¿Hasta dónde llegan las simbiosis? En cualquier caso, como veremos en esta entrada, los “midiclorianos” pueden ser más reales de lo que parece a simple vista… Aunque igual nos llevamos una desilusión al conocerlos, ¿o no?.

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El Reverso Tenebroso

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Un ejemplar de garrapata (Ixodes ricinus Linnaeus, 1758)

He aquí la caparra. Si bien por su aspecto puede recordar a un insecto, como lo son las pulgas y los piojos, la garrapata no lo es. En realidad se trata de un ácaro, un grupo de animales que está más emparentado con las arañas y escorpiones. Los ácaros son por lo general seres de muy pequeño tamaño que miden entre 0.1 y 1 mm de longitud; bichos cosmopolitas, se encuentran por todas partes, desde tu casa hasta las cumbres alpinas, pasando por el trópico y el desierto, en aguas dulces y saladas, bajo el mantillo o en la perpetua noche abisal (Ref. 11), como Bathyhalacarus Sokolov & Yankovskaya, un género de ácaros que habita en los abismos oceánicos, donde se han llegado a encontrar a más de 6.000 metros de profundidad (Ref. 1).

Y a nivel de microhábitat, los encontramos sobre plantas, incluyendo los cultivos y las copas de la pluviselva tropical; alimentándose por legiones de musgos, helechos, hojas, tallos, flores, frutos, líquenes, tapetes microbianos, otros animálculos o depredándose entre sí. Algunas especies constituyen importantes plagas agrícolas, mientras que otros nos resultan útiles como agentes de control biológico de plagas. Y muchos, innumerables, son parásitos de aves y mamíferos, así como de otras muchas especies animales (Ref. 11).

Detalle del aparato bucal de las garrapatas. Cosa fina, ¿eh?, si te pica esto es lo que penetra en tu piel. Derecha, microscopio de barrido. Izquierda, microscopio óptico.

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La caparra, o garrapata, pertenece a este último grupo, el de los parásitos. La especie más abundante, habitual y fácil de ver en la Península Ibérica es Ixodes ricinus (Linnaeus, 1758). Este vampiro se encuentra distribuido prácticamente por toda la Península Ibérica, si bien su distribución alcanza hasta hasta Rusia, atravesando toda Europa. Y desde un punto de vista sanitario, es un problema. Se trata de un vector, un transmisor de patógenos, entre los que destaca Borrelia burgdorferi, responsable de la Enfermedad de Lyme, una enfermedad que aunque en sus primeras etapas recuerda a la gripe, más tarde puede presentar complicaciones que ponen en peligro las articulaciones, el corazón y el sistema nervioso. (Ref. 2 y 7).

Otra vez la garrapata (Ixodes ricinus Linnaeus, 1758). Véase un ejemplar recién mudado (izquierda) y un ejemplar bien alimentado de sangre (derecha). Crédito: Animal 411

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La garrapata tiene un ciclo vital que dura entre dos y tres años, aunque en climas nórdicos puede prolongarse hasta cinco o seis. Cuenta con tres etapas: larva, ninfa y adulto (Ref. 2) y normalmente cada etapa tiene un año de duración (Ref. 3). Comenzamos con hembras saciadas de sangre. Escondidas entre la vegetación, realizan una puesta que puede superar los 2.000 huevos. En pocos días eclosionan larvitas con tres pares de patas, casi invisibles al ojo humano, que buscarán refugio para pasar el invierno (Ref. 2 y 3).

Llegada la primavera ascenderán a traves de la vegetación y, apostadas en el ápice de una hojita o una rama, esperarán el paso de un hospedador. Cuando detecten su calor, extenderán sus patitas para asirse a él, roedor o pajarillo, es indiferente, lo importante es agarrarse bien a su pelaje o plumaje. Y una vez bien sujeto, utilizará su  poderoso aparato bucal para atravesar la piel de su presa, logrando así el acceso a la preciada y cálida sangre (Ref. 2 y 3).

La inmensa puesta de una hembra de caparra. Crédito: BADA-UK

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Tras dos o tres días se habrá henchido de sangre, aumentando de 10 a 20 veces su propio peso. Entonces se dejará caer sobre el suelo donde iniciará una lenta digestión y crecimiento. Después mudará, convirtiéndose en una ninfa de cuatro pares de patas y un tamaño de 1.5 – 2 mm. De nuevo dejará pasar el invierno, para con la llegada de la primavera repetir el ritual del año anterior. Pero si puede permitírselo, esta vez elegirá un bicho más gordo: un gato, un conejo, o un perro; aunque tampoco le hará ascos a un ser humano (Ref. 2 y 3).

Garrapatas realizando el ritual de captura de presas. Esperan la llegada de su futuro huésped y cuando lo sienten cerca, extienden sus patitas. Si ustedes tienen la fortuna de encontrar en el campo una garrapata haciendo tal ritual, acerquénle un poco el dedo, verán que graciosas son extendiendo y moviendo sus paticas. Crédito: Zoológia bezchordátov

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Cuatro o cinco días le bastarán para saciarse de sangre, otra vez se dejará caer, digerirá sus reservas de alimento, mudará y finalmente se convertirá en adulto. Entonces tendrá de 4 a 5 mm de longitud y aletargada, esperará el paso de otro invierno. El calor de la nueva primavera le incitará a buscar un nuevo anfitrión, sus gustos han cambiado, ahora prefiere grandes rumiantes, como ganado ovino y vacuno, mas tampoco desdeñarán ni perros ni humanos. De nuevo escalarán la vegetación y esperarán el paso de la incauta presa (Ref. 2 y 3).

El apareamiento tiene lugar sobre el propio anfitrión y la hembra necesitará tan solo una semana para adquirir hasta 5 ml de volumen sanguíneo y aumentar su peso de 5 a 12 veces. Se dejará caer y una vez en el suelo, buscará un refugio donde resguardar sus huevos, reiniciando el ciclo de la vida. No es tan bonito como el del rey león, pero bueno, ellas no tienen la culpa. Una hembra puede realizar múltiples puestas a lo largo de su vida, subiendo a un nuevo huésped entre ellas (Ref. 2 y 3).

(1) Las hembras depositan sus huevos tras alimentarse; (2) nacen las larvas hexápodas y pasan el invierno; (3) primavera, las larvitas buscan su 1º huésped; (4) las larvas mudan y se convierten en ninfas; (5) pasan el invierno; (6) y en primavera buscan un nuevo huésped; (7) mudan en el suelo, se convierten en adultos y pasan el invierno; (8) en esta 3ª primavera los adultos vuelven a buscar otro huésped para aparearse, reproducirse y cerrar el ciclo. Crédito: CDC

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¿Dónde están mis midiclorianos?

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Podría preguntarse alguien. Y con razón. Al inicio de esta entrada prometí midiclorianos, pero lo primero que suelto es una presentación de las garrapatas. Tengo mis razones. La principal, es que las garrapatas son el único animal en el que se han encontrado “midiclorianos”.

En una entrada anterior publicamos un caso único, la primera vez que se demostraba a ciencia cierta la presencia de bacterias que vivían como endosimbiontes de otras bacterias. En este caso teníamos un insecto, el cual en algunas células especializadas albergaba β-proteobacterias endosimbiontes (que se habían convertido en un órganulo especial -las esferas simbióticas-), las cuales a su vez englobaban a otras bacterias endosimbiontes (concretamente γ-proteobacterias) en su interior.

Este también es otro caso único. Las garrapatas son el primer organismo descubierto en el que encontramos que sus mitocondrias -bacterias endosimbiontes modificadas- son recipientes que en su interior albergan a otras bacterias endosimbiontes. Este hallazgo fascinó tanto a los parasitólogos que las han estudiado, que a algunos de ellos no se les ocurrió mejor idea que bautizarlas como “Candidatus Midichloria mitochondrii”, en honor a la gran saga de George Lucas (Ref. 9)

Las mitocondrias son pequeñas factorías celulares. Tienen un tamaño entre 0.5 y 10.0 μm (entrando del rango del rango del tamaño bacteriano) y entre sus principales funciones, cuentan con la síntesis de muchos compuestos básicos para el metabolismo celular y la producción de energía. Estos orgánulos celulares solo los encontramos en los organismos eucariotas (animales, plantas, hongos y protistas, una amalgama de microorganimos que incluye a los protozoos y a diversos grupos de algas unicelulares). Incluso podríamos establecer la “norma” de que las mitocondrias solo se encuentran en organismos eucariotas y que casi todos los organismos eucariotas tienen mitocondrias. Hasta ahora, no se han encontrado excepciones a esta regla.

Mitocondria. Arriba, sección transversal de una mitocondria vista por Microscopía Electrónica de Transmisión. Abajo, representación esquemática de una mitocondria. * espacio intermembranal. Crédito: Brooklyn College

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El origen de las mitocondrias -y los cloroplastos de las células vegetales- han sido un misterio para la Biología durante mucho tiempo. Inicialmente, siguiendo la mentalidad descendiente del gradualismo lento y pausado del darwinismo, se pensaba que estas se engendraron directamente desde las membranas de las entonces células procariotas. Era la mejor explicación que había entonces.

Hasta que llegó Lynn Margulis. En el año 1967 publicó un artículo titulado “On the origin of mitosing cells” donde cambiaba totalmente el escenario en el cual se originarían tales orgánulos celulares. Vale que la evolución darwiniana, gradual y lenta (aunque no necesariamente tan lenta), hoy día puede mantenerse vigente para explicar el origen último de las mitocondrias y cloroplastos. Sin embargo, según Margulis tales organelas no se originaron desde las membranas de los ancestros de las células eucariotas. Sino que evolucionaron de forma independiente, son lo que queda de antiguas bacterias, que de una forma u otra acabaron entablando simbiosis con los ancestros de las células eucariotas y viviendo en su interior como endosimbiontes.

Modelo de la “Teoría de la Endosimbiosis Seriada” de Lynn Margulis. (a) Posible origen de la célula proto-eucariota, donde el núcleo podría derivar de membranas celulares. (b) Origen de las mitocondrias y cloroplastos desde antiguas bacterias de vida libre. Crédito: Carol’s Classroom

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Este modelo es reconocido como “Teoría de la Endosimbiosis Seriada” y actualmente, cuenta con una gran cantidad de pruebas a su favor. Sin ir más lejos la genética nos desvela hoy que de todos los organismos cuyos genes se han secuenciado hasta ahora, el material genético de las mitocondrias (las mitocondrias también tienen DNA propio) es mucho más parecido al de las α-proteobacterias <<alfa – proteobacterias>> que al de cualquier otro organismo (Ref. 4). Y curiosamente, este grupo de bacterias incluye tanto a bacterias que viven hoy día como parásitos intracelulares (como el género Rickettsia) como a bacterias también intracelulares pero que viven como endosimbiontes (por ejemplo, el género Rhizobium, del cuál ya hablamos en esta otra entrada).

Pero los científicos han ido más lejos. Y actualmente, aunque hay todo un debate en marcha, varios autores apuestan por emplazar a estas organelas dentro del grupo de las Rickettsiales, un taxón de bacterias que incluye toda una serie de patógenos que viven en el interior de las células de varias especies de organismos, incluyendo el hombre. Aunque dado que conocemos menos del 1% de la biodiversidad bacteriana, los científicos esperan encontrar muchas más sorpresas en futuros estudios (Ref. 4).

Precioso corte longitudinal de una mitocondria visto con MET (Microscopía Electrónica de Transmisión). Nótese las crestas

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Los “midiclorianos”. Esas desconocidas bacterias

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Candidatus Midichloria mitochondrii” es una bacteria que no solo cuenta con un estilo de vida intracelular, sino también intramitocondrial. El término Candidatus no forma parte del nombre científico, es un término que se aplica cuando un taxón bacteriano no puede ser cultivado en laboratorio. Mientras que “Midichloria” es todo un homenaje a la Guerra de las Galaxias (“midicloriano” en inglés es “midi-chlorian“). Luego supongo que tenemos todo el derecho del mundo para llamarlas, sin rodeos, “midiclorianos“. No hace falta explicar de dónde viene “mitochondrii” ¿verdad?   ;o) (Ref. 9).

Aunque todo hay que decirlo, algunos autores son más serios y se resisten a llamarla de tal manera. Prefieren nombrarla por su denominación original: IricES1 (Ixodes ricinus EndoSymbiont 1) (Ref. 6).

Esta bacteria fue descubierta por primera vez por el biólogo David Lewis mientras estudiaba el ovario de las caparras en la década de 1970. Lewis publicó sus resultados en el año 1979, mostrando al mundo las bacterias que había descubierto en el interior de las células de los ovarios de las garrapatas (Ixodes ricinus), unas bacterias que medraban tanto en el citoplasma como en el interior de las mitocondrias (Ref. 5).

Detalle de MET donde vemos a la (b) bacteria “Candidatus Midichloria mitochondrii” encerrada en la (m) mitocondria o incluso libres en el citoplasma (B) (pulsar para ampliar). Crédito: (ref. 8)

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Los estudios moleculares han incluido a estas bacterias en el grupo de las α-proteobacterias, junto a mitocondrias, rickettsias y rizobios. Y además, pueden englobarse dentro de las Rickettsiales, junto a las mitocondrias y varios grupos más de bacterias que hacen su vida parásita en el interior de otras células (Ref. 9).

¿Dónde podemos encontrar a este microbio? Para responder a tal pregunta, un equipo internacional de investigadores recolectaron ejemplares de I. ricinus de Alemania, Algeria, Austria, Inglaterra, Irlanda, Italia, República Checa, Rusia, Suecia, Suiza y Túnez. Descubrieron que IricES1 habita en todas las hembras de caparra de todas las localidades estudiadas; en los machos, solo se hallaba en un 44%. Por otro lado también se ha detectado en un 100% de los huevos y en los animales coloniza los tejidos reproductores de la hembra,  sobre todo los ovocitos, las células que engendrarán los óvulos y futuros huevos (Ref. 6).

Con todos estos datos, según los autores IricES1 es una bacteria que se transmite verticalmente desde las madres a los hijos y, mientras tiene lugar el desarrollo embrionario, las bacterias migran hasta los tejidos que originarán el ovario. Los machos no tienen ovario, ergo, tienen menos probabilidades de que estas bacterias lleguen a prosperar en su interior (Ref. 6).

Mapa con las localidades donde recolectaron las garrapatas en cuyo interior albergaban a “Candidatus Midichloria mitochondrii”. Si afinan la vista verán los numeritos. Crédito: (ref. 6)

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Esta amplísima extensión, además del hecho de que prácticamente se encuentre en el 100% de las hembras, es un apoyo a la hipótesis de que los “midiclorianos” sean simbiontes, después de todo, por definición un simbionte es fundamental para la supervivencia de su hospedador  y por lo tanto, lo lógico es encontrar a los presuntos simbiontes en todos los animales. Sin embargo, la verdadera naturaleza de los “midiclorianos” no está clara. Por un lado, algunos estudios muestran que la actividad de IricES1 es mayor después de la alimentación del animal y coincide con la producción de metabolitos por parte de este. Pero por el otro lado, sucede que si las garrapatas pierden sus presuntos simbiontes (como sucede cuando se crían en el laboratorio) pues no les pasa nada ni su vitalidad se ve afectada (Ref. 10).

Por ello el papel de los “midiclorianos” no está nada claro, podrían ser realmente parásitos muy especializados, meros comensales o simplemente bacterias mutualistas (Ref. 6). Para otros autores, son depredadores. Incluso hallá por 1979, David Lewis ya sugirió que tal vez estas bacterias se replicaban en el interior de la mitocondria, consumiéndola en consecuencia (Ref. 4 y 8).

Datos aportados por trabajos más recientes parecen apoyar esta última opción. Una investigación encabezada por el profesor Luciano Sacchi, del Dipartimento di Biologia Animale de la Università di Pavia (Italia, más información del autor aquí), revela que en el citoplasma celular los “midiclorianos” se hallan rodeados por una membrana del anfitrión, que en cierto modo, tiene el mismo origen que la membrana externa de la mitocondria. Así, cuando contactan la membrana que rodea a los “midiclorianos” y la membrana externa de la mitocondria, ambas se fusionan, quedando el microbio en el espacio existente entre ambas membranas (Ref. 8).

Se han descubierto al menos tres tipos de depredación entre procariotas (bacterias): epibiótica, la bacteria predadora devora a la bacteria presa sin penetrar en ella  (ej. Vampirococcus); periplásmica, la bacteria predadora se sitúa en el espacio existente entre la membrana externa y la membrana interna de la bacteria presa (ej. Bdellovibrio) o citoplasmática, la bacteria predadora penetra en su presa (ej. Daptobacter) (Ref. 8).

Según las conclusiones del estudio encabezado por Luciano Sacchi, parece ser que los “midiclorianos” tienen una actividad predadora como Bdellovibrio, ya que han observado que las bacterias consumen la mitocondria a la par que se replican en el espacio entre membranas. Sin embargo, también sugieren que estas actividades están bajo el control de la célula huésped, ya que existe un cierto equilibrio entre la población bacteriana y la proporción de mitocondrias infectadas y en cualquier caso, nunca se inhibe la oogénesis ni la maduración del ovocito (Ref. 8).

Secuencia donde vemos a “Candidatus Midichloria mitochondrii” (b) consumiendo una mitocondria (ma) (pulsar para ampliar). Crédito: (ref. 8)

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Así pues, estos son los “midiclorianos” de nuestro mundo real. No otorgan superpoderes ni nada parecido, son bacterias, pero también son un caso único en el que las encontramos viviendo en el interior de las mitocondrias.  ¿Serán parásitos? ¿Serán simbiontes? ¿Cumplen algún favor a su huésped que nos resulte desconocido?  No se sabe. Este es sin duda, un caso en el que los estudios no han hecho nada más que empezar.

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[continuación de la serie en: Endosimbiosis (4): unidos por las Tinieblas]

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Entradas relacionadas:

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BONUS TRACK.

Para terminar, ¿qué tal un poco de ÉPICA? :mrgreen:

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REFERENCIAS

  • 11.- Walter, D. E.; Krantz, G. y Lindquist, E. (1996). Acari. The Mites. Version 13 December 1996 in The Tree of Life Web Project

  1. 22 febrero, 2010 en 15:53

    Maestro Cnidus, ¿es posible que al fin hayamos encontrado al jedi de la profecía? ¿Será él quien traiga el equilibrio a la fuerza?

  2. Alicia
    22 febrero, 2010 en 18:46

    Hoy no duermo, seguro. ¿¿¿5 ml??? Uf… Me gustaría ver los “materiales y métodos”. Gracias, Cnidus. Enorme post.

  3. 22 febrero, 2010 en 20:04

    Graxias! 😀

    Hexo,

    Maestro Cnidus, ¿es posible que al fin hayamos encontrado al jedi de la profecía? ¿Será él quien traiga el equilibrio a la fuerza?
    http://img689.imageshack.us/img689/8894/garrapatajedi.jpg

    Juaaas!!! Grandísimo, esa sí que da miedo. Se come al Emperador con patatas

    Alicia,

    Hoy no duermo, seguro. ¿¿¿5 ml???

    Pues igual me he quedado corto y todo 🙄

    This problem is greatest for ixodid ticks which may imbibe as much as 15 ml blood whilst continuously attached to their host for 10 days or more.

    NUTTALL P. A. (1998) Displaced tick-parasite interactions at the host interface. Congrès British Society for Parasitology. Autumn Symposium (09/1997) 1998, vol. 116, SUP (120 p.) (1 p.1/2), pp. S65-S72

  4. 23 febrero, 2010 en 11:08

    El lado oscuro de la fuerza. 😀

    Tremendo el post, Cnidus. De todas formas es muy sospechosa la presencia del parásito en el 100% de las hembras. No recuerdo ningún caso de un parásito comparable, por muy sostenible y neutra que sea su actividad.

    Mi apuesta es que ese lado oscuro cumple alguna función que en último término puede beneficiar a la célula. Pero antes de afirmar eso hay que demostrarlo, claro… 😀

    PD: Ver una garrapata comiendo es una de las imágenes más repulsivas que nos puede ofrecer la naturaleza. Y es peor aún si la ves en tu perro y no sabes cómo quitársela. Los humanos no solemos tener ese problema, en todos los casos que conozco un rápido manotazo (es casi imposible reaccionar de otro modo) ha hecho lo que en teoría nunca debe hacerse, quitar el cuerpo del bicho dejando su cabeza dentro de la piel. 😛

  5. 23 febrero, 2010 en 22:14

    extraordinario articulo. el mundo de lo muy pequeño es asombroso.

  6. WOLFLink
    24 febrero, 2010 en 0:45

    Ooooh O.O Wooow que buen artículo.
    Que estraordinarios son los midiclorianos .-.

  7. WOLFLink
    24 febrero, 2010 en 0:46

    extraordinarios* corrijo xD

  8. 24 febrero, 2010 en 4:41

    ¡Bravo, Cnidus! Lo que más me impresiona (y emociona, a la vez) es pensar en lo mucho que queda por conocer, de este y muchos temas.

    Como siempre, ustedes rompiendo barreras y llevando la calidad más allá.

  9. neoclasic
    28 febrero, 2010 en 3:19

    Un excelente artículo. Casi hace perdonable lo que Lucas le hizo a la saga con esa idea tan tonta.

  10. ma de lourdes aleman
    25 julio, 2010 en 19:27

    es muy interesante la vida de los parasitos y mucho mas la de los seres tan pequeños dentro de las mitocondrias, pero da miedo pensar que cosas que ni te imaginas que existan te puedan provocar enfermedades. Ahora tengo mas miedo a las garrapatas del doggy.

  11. 22 agosto, 2010 en 21:25

    es tan interesante y larga la vida de las garrapatas, pero que asco como pueden creser asi no las son todo una plaga.

  12. Anónimo
    7 febrero, 2014 en 12:44

    muy buen aporte gracias por tu investigacion

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