BioUnalm

TOP 10: Las peores cosas de trabajar en un laboratorio

2012-01-27T14:43:00.001-05:00

Encontré este interesante artículo publicado en Science Careers. La verdad es que me ha gustado mucho —me sentí identificado con varios aspectos— tanto que me tomé la libertad de traducirlo y hacerle algunas modificaciones, en base a mi experiencia personal, para ustedes.

Tus amigos no-científicos no entienden lo que haces.

Cuando te reúnes con tus amigos del colegio o del barrio y empiezan a hablar acerca de sus trabajos, qué es lo que hacen y cuáles han sido los logros más recientes, ellos fácilmente lo pueden resumir en un “he construido una casa/edificio/puente/carretera”, o “he dejado satisfecho a un cliente” (que feo sonó eso xD), o tu amigo abogado dirá “he sacado de la cárcel a un asaltante confeso y encima he logrado que lo indemnicen”, pero cuando te toca a ti ¿qué dirás? “Bueno he curado… uhm, la verdad no he curado, las ratas viven un poco más pero no las he curado, así que he descubierto… no, esa palabra es muy fuerte. La verdad he probado… este… tampoco, las pruebas están en curso y hay resultados buenos pero no concluyentes que están generando nuevas preguntas, este… !ya no jodan y sigan bebiendo!” Al menos estás mejor que tu amigo con un doctorado en humanidades que podría haber contestado “he vendido todo mi stock de agendas 2012 en el bus”.
El científico más exitoso o con mayor trayectoria se lleva el crédito por todo lo que tu haces.

Si tú descubres algo, el investigador principal o el jefe del laboratorio (en adelante él) se lleva todo el crédito. A él le entrevistarán, a él le invitarán a dar conferencias o salir en la televisión. Si tú escribes un artículo con una imagen digna de una portada de Nature, él se llevará todo el reconocimiento. Si tu proyecto de investigación consigue un fondo de financiamiento de $1,000,000, él se llevará todo el prestigio (y el dinero). Y ¿tú que obtienes? Con suerte, escribir más artículos y proyectos de financiamiento que reforzarán el currículo de él.
Los equipos del laboratorio son extremadamente costosos y delicados. Tú no.

”Ups! Podemos mandar a comprar la pieza de repuesto del equipo “X” o contratar a otro investigador de posdoctorado por un año”.
A veces los experimentos fallan por una razón. A veces fallan sin razón.

Todos los que trabajamos o hemos trabajado en un laboratorio sabemos que las cosas pueden funcionar perfectamente por meses, incluso años, pero de repente dejan de hacerlo sin una razón aparente (Lo mismo que ocurre con el Internet Explorer®). Esta falla abrupta e inexplicable cambia tu trabajo a un meta-trabajo, ya que dejas de hacerte preguntas sobre la ciencia y empiezas a cuestionar la consistencia de tu técnica. Puedes perder años diciendo cosas como: “La última vez que funcionó el experimento autoclavé los tips y microtubos por 21 minutos en vez de 20” o “la última vez que funcionó el experimento no había desayunado” o “la última vez que funcionó el experimento me olvidé de encender el aire acondicionado”.
Tu horario está determinado por cosas intangibles.

¡Las malditas líneas celulares necesitan ser atendidas regularmente! Las HeLa cada 24 horas, las VERO cada 48, las DH82 cada semana. La PCR sale en tres horas y la electroforesis en dos. Tengo que evaluar el crecimiento microbiano a las 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 y 24 horas. Tengo que determinar la tasa a la que el tejido canceroso reduce su tamaño durante los próximos siete días, no importa si es domingo, feriado, o si mañana es la única presentación del Richard Dawkins en la ciudad, porque tengo que saber si el fármaco que estoy desarrollando es eficiente o no para el tratamiento de adenocarcinomas. ¡La maldita galaxia sólo es visible a la una de la madrugada y debo tener suerte que el cielo esté despejado!. Si no fuera por tu trabajo en el laboratorio, tu vida social sería muy animada. Así que deben entender por qué a veces no podemos ir al cumpleaños de fulano, a la graduación de mengano, a la boda de zutano, o… a la fiesta greco-romana (“el que se aburre, se pone su ropa y se va”), en una casa de playa con piscina y modelos de lencería colombiana de ******.
La ciencia que sale en la televisión te ha condicionado a esperar los grandes descubrimientos del día o la semana.

¿Alguna vez has hecho algún descubrimiento sorprendente en el laboratorio? Bueno, yo tampoco. Claro, he tenido ciertas experiencias exitosas, que por lo general significa que los controles funcionaron bien (el control negativo salió negativo, sin contaminaciones) o que los experimentos no dañaron a nadie. Sin embargo, un ¡Eureka! real es ese que te lleva a correr por el pasillo del Instituto llevando una copia impresa de tu cromatograma o la imagen de tu gel de electroforesis donde aparece la bandita que cambiará la historia de la humanidad, o ese que te da derecho a irrumpir en una habitación llena de militares de alto rango y pedirles que llamen al presidente sin importar que sean las tres de la mañana. Ese descubrimiento no lo tendrás ni en tus mejores sueños. A menos que cuentes cómo te salió una PCR positiva cuando te olvidaste de poner los primers en el mix de reacción (¿?), a mí me ocurrió xD. Eso sí es un gran descubrimiento… aunque lo más probable es que los reactivos estaban contaminados.
Tu trabajo es peligroso.

Innumerables veces he oído a las personas decir que su trabajo los está matando, pero ninguno de ellos trabaja con cosas que realmente pueden matarlos, por ejemplo: productos químicos cáusticos, venenos, agentes sumamente infecciosos, instrumentos altamente electrificados; o con cosas que pueden causarles un gran daño, tales como: sustancias radiactivas, cloroformo, ácido sulfúrico o clorhídrico concentrado y, por su puesto, un jefe de investigación molesto.
Los laboratorios no son propicios para el sexo.

A menos que tu trabajes en un laboratorio sexual, que puede o no ser algo real, es poco probable que puedas convencer a alguien a tener sexo bajo la cabina de bioseguridad de clase 2B, o en la oscuridad del cuarto de revelación de geles de electroforesis con la luz UV encendida para crear un ambiente ‘más romántico’ (“ignora los tips desechados, nena”) y decirle cosas románticas como “pon tus dedos de zinc en mis cremalleras de leucina”. A ver, demuéstrenme que estoy equivocado.
Te tienes que vestir como un científico.

Cuando era un ‘boyescou’ (Boy Scout) tenía que vestir una horrible camiseta con cuello bordado a crochet de color celeste, metido dentro de mi pantalón corto de color verde kaki, con una zapatilla de lona marca Converse y un ridículo sombrero con un escudo de un águila al centro. Yo creí que las cosas no podían ser peores. Pero, algunos de nuestros uniformes científicos son bastante feos. Unos guantes de látex de color morado, cubre-zapatos desechables que parecen gorros de ducha, lentes de protección que atrapan la humedad corporal como si estuviéramos recolectando coca en medio de la selva tropical y batas blancas con cuello y solapas que a los hombres nos hace ver como nerds y a las mujeres las hace ver como hombres que se ven como nerds.
Sientes que el tiempo te arrastra inexorablemente hacia tu propia muerte.

Si piensan que he sido muy melodramático y hasta exagerado es porque, obviamente, ustedes nunca han sido estudiantes de posgrado o de posdoctorado en una carrera de ciencias. Cuando lo eres, gastas más tiempo de lo planeado trabajando en cosas menos interesantes de lo que habías creído, ganando menos dinero de lo que habías pensado y con un futuro menos tangible y probable de lo que te habías proyectado.

Si bien esta entrada puede ser muy desalentadora, siempre es bueno exponer la verdad con algo de ironía, a veces es más fácil de digerir. Obviamente, en mi caso, nunca me he arrepentido de haberme dedicado a la investigación científica, porque gracias a ella tengo la libertad de hacerme ciertas preguntas, que estoy seguro muchas personas en el mundo también se las han hecho, pero que yo soy capaz de poder responderlas. Bueno, sólo capacidad porque el dinero es el otro 50% que se necesita para lograrlo. En la ciencia, ¡EL DINERO SI HACE LA FELICIDAD!

Vía | Science Careers.

Imagen: ©Hal Mayforth.

Empaquetamiento del ADN viral

2012-01-26T11:35:00.001-05:00

Uno de los procesos claves en el ciclo de vida de los virus es el empaquetamiento de su material genético dentro de la cápside viral. El mecanismo es sumamente complejo. Por ejemplo, en el caso del bacteriófago Phi29 (imagen de portada) su ADN tiene una longitud de 6500 nanómetros (nm) pero la cápside mide sólo 50nm de largo por 40nm de diámetro. Entonces, cómo hace el fago para meter todo eso en un volumen sumamente pequeño? Cuál es la fuerza necesaria para superar las 60 atmósferas de presión interna que la cápside viral alcanza a medida que introduce el ADN?

Para saber la respuesta lee mi primera colaboración para Amazings: Como empaquetan los virus su ADN?

Virus empaqueta fragmentos de ARN de su hospedero

2012-01-25T18:08:00.001-05:00

Posibilitaría la transferencia horizontal de genes entre organismos que comparten el mismo patógeno viral, así como la evolución de nuevos virus.

Si generalizamos, todos los virus cumplen el mismo ciclo de vida. Primero infectan una célula, ya sea eucariota, bacteria o arquea. Luego liberan su material genético —que puede ser ADN o ARN— para ser copiado y traducido usando la maquinaria molecular del hospedero. Finalmente la cápsula viral se ensambla, el ácido nucleico es empaquetado y los nuevos virus son liberados para repetir el proceso.

En ciertos casos, el virus empaqueta algo más que su propio material genético. Por ejemplo, los bacteriófagos como el fago λ integran su ADN al genoma de la bacteria y se mantiene ahí hasta que algún tipo de estrés desencadene su liberación. Al escindirse, puede llevar consigo porciones de ADN o incluso genes completos del hospedero que llegarán a formar parte del fago y serán transportados hacia un nuevo microbio. A esto se le conoce como transducción y es un tipo de transferencia horizontal de genes en bacterias.

Pero, qué pasa en el caso de los virus de ARN que, con excepción de los retrovirus, no llegan a integrar su genoma al de su hospedero. ¿Ellos también tendrán la capacidad de realizar algún tipo de transferencia horizontal de genes? ¿Podrán empaquetar las moléculas de ARN que deambulan por el citoplasma del hospedero? Según un estudio publicado el 24 de Enero en PNAS esto es posible.

Usando técnicas de secuenciamiento de ARN de última generación, investigadores del Scripps Research Institute encontraron ARN de origen eucariota en virus y cápsulas virales vacías de la familia Nodaviridae. “Hemos observado que el 1% del ARN contenido dentro de los virus corresponde al hospedero”, reportó el Dr. Andrew Routh, autor principal del estudio.

Routh y sus colegas estudiaron el Flock House Virus (FHV), un nodavirus bastante simple porque lo único que tiene es una cápsula proteica sin envoltura externa y un material genético compuesto por una molécula de ARN dividida en dos: el ARN1 que codifica para la enzima que lo replica (ARN polimerasa), y el ARN2 que codifica las proteínas que conforman la cápside viral.

Los virus fueron infectados en líneas celulares derivadas de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), para luego ser aislados y tratados con enzimas degradadoras de ARN y ADN que eviten la contaminación con ácidos nucleicos externos. El resultado fue que el 1% del ARN secuenciado no correspondía ni al ARN1 ni al ARN2 del FHV, sino a ARN mensajeros de la D. melanogaster. Además hallaron pequeñísimas proporciones de ARN ribosomal, ARN no codificante y transposones (secuencias que se integran en cualquier región del genoma causando mutaciones).

En un segundo experimento, Routh y sus colegas quisieron determinar si lo mismo ocurría en cápsulas virales vacías (o partículas tipo virales). Para ello introdujeron la secuencia que codifica para las proteínas de la cápside viral —o sea el ARN2— en una línea celular derivada de la polilla Spodoptera frugiperda (una plaga agrícola importante), para que se sinteticen y ensamblen dentro de ella.

Se cree que las partículas tipo virales son inocuas porque carecen del material genético que vuelve patógeno a un virus (sólo están llenos principalmente de ARN ribosomal, el ARN más abundante dentro cualquier célula). Esta propiedad les ha permitido ser útiles para el desarrollo de nuevas vacunas y transportadores de agentes terapéuticos en el tratamiento de ciertas enfermedades como el cáncer.

Sin embargo, cuando los investigadores analizaron y secuenciaron el contenido se dieron con la sorpresa que el 5% eran transposones, una proporción muy superior al 0.1% encontrado en los virus completos del experimento anterior. El mismo resultado fue obtenido cuando usaron partículas virales de otro nodavirus.

“Esta observación podría tener un impacto sobre la evolución de nuevos virus”, comenta Routh. “Si estos componentes adquiriesen la capacidad de interactuar con las proteínas de la cápside viral, y si esta interacción fuera beneficiosa evolutivamente, entonces uno podría presenciar la evolución de un nuevo virus”, añade.

Pongamos como ejemplo que el FHV logra insertar una secuencia de ARN que codifica para la transcriptasa inversa obtenido de otro virus presente en la misma célula. Cuando el FHV infecte otra célula, a parte de sus dos genes esenciales (ARN1 y ARN2) tendrá uno que codifique para una enzima que le permitirá transcribir su material genético de ARN a ADN y así poder integrarse en el genoma del hospedero. El FHV ahora será un retrovirus —habrá evolucionado.

Por otro lado, este estudio nos ayudaría a explicar la aparente proliferación de transposones entre diversos organismos, por ejemplo, entre diferentes especies de Drosophila, de plantas superiores, incluso de tetrápodos poco relacionados. Estos elementos transponibles presentan una notable similaridad en sus secuencias, que descarta la idea que hayan evolucionado de manera independiente. La transferencia horizontal de genes es la mejor explicación y este estudio abre un nuevo rango de agentes para realizar este proceso.

Referencia:

Routh, A., Domitrovic, T., & Johnson, J. (2012). Host RNAs, including transposons, are encapsidated by a eukaryotic single-stranded RNA virus Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1116168109

Imagen: Vía VirusWorld.

VIDEO: El grafeno

2012-01-25T09:03:00.001-05:00

Interesante forma de explicar qué es el grafeno, cómo se obtuvo y cuáles son sus asombrosas propiedades. El video llamado “Misión Posible: Grafeno” (“Mission Possible: Graphene”), producido por los australianos Derek Mueller y Chris Stewart, fue el ganador del Cyberscreen Science Film Festival, llevado a cabo en la conferencia Science Online 2012.

[El video está en inglés pero pueden activar y traducir los subtítulos (CC) al español]

Para ver todos los videos ganadores, sigan este enlace.

Desarrollan bacteria que produce etanol a partir de algas marrones

2012-01-23T12:11:00.001-05:00

Científicos insertaron los genes necesarios para la fermentación del alginato generando un rendimiento superior al 80% del esperado.

Los precios de los combustibles aumentan, las reservas se van agotando y el mundo demanda cada vez más energía. Una solución a este problema son los combustibles renovables obtenidos a partir de materias primas vivas (plantas). Sin embargo, las plantas también son la base de nuestra alimentación. Sin ellas no tendríamos frutas, verduras, carnes, huevos, leche, etc. Esto nos ha llevado a una encrucijada: decidir entre usar los campos de cultivo para la producción de energía o alimentos.

Por suerte el mundo cuenta con biólogos. Ellos vieron la posibilidad de usar cualquier cosa de origen vivo como materia prima, por ejemplo: los desechos de la industria agrícola, las malezas, las algas marinas, etc., y así no competir con la biomasa destinada a la alimentación.

El problema es degradar y fermentar los azúcares complejos que componen estas materias primas, por ejemplo: la lignocelulosa. Los avances en la biotecnología y la ingeniería genética han permitido superar este obstáculo gracias a que conocemos ciertos organismos capaces de degradar cada uno de estos azúcares. Lo único que debemos hacer es caracterizar la enzima empleada para ese trabajo y el gen que la codifica. Luego sólo queda sintetizarlo e insertarlo en un microorganismo que sea más fácil de manejar.

Se ve un trabajo sencillo pero no lo es. Insertar una nueva reacción bioquímica a un organismo tiene sus pros y sus contras. Por un lado solucionamos el problema de degradar y fermentar la materia prima; mientras que por el otro podemos afectar reacciones propias del organismo, reduciendo así su eficiencia y rendimiento (cantidad de etanol producido por gramo de biomasa).

Una de estas materias primas abundantes pero difíciles de degradar son las algas marrones, las cuales son cultivadas industrialmente con rendimientos que alcanzan las 60 toneladas métricas por hectárea por año. No requieren de mano de obra para su mantenimiento, tampoco el uso de fertilizantes y el principal uso que se le da en la actualidad es como ingrediente en la producción de alimento para animales, fertilizantes y biopolímeros.

Lamentablemente los azúcares que componen esta alga —glucanos, manitol y alginato— complican su fermentación. Se han identificado enzimas que degradan los glucanos y el manitol, es más, se han desarrollado bacterias capaces de producir etanol a partir de ellos, pero los rendimientos no son muy altos debido a que se requieren de ambientes con pequeñas cantidades de oxígeno (microaeróbicos) para neutralizar el exceso de agentes reductores generados por la fermentación del manitol.

Otro inconveniente es que no hay microorganismos industriales que degraden el alginato. Por suerte, en los últimos años se han identificado bacterias capaces de hacerlo. Estos cuentan con tres enzimas principales: i) la alginato liasa (Aly), que es la encargada de romper los polímeros del alginato y convertirlos en cadenas más pequeñas (de 2, 3 o 4 azúcares); ii) la oligoalginato liasa (Oal), que rompe estas pequeñas cadenas en sus azúcares individuales; y iii) una enzima que transforma estos azúcares en otros más fáciles de fermentar.

Un grupo de investigadores de Bio Architecture Lab, liderados por Adam Wargacki desarrollaron una E. coli capaz de degradar y fermentar el alginato mediante la introducción de los genes requeridos para este trabajo. Según el artículo publicado el 20 de Enero en Science, la bacteria fue capaz de producir etanol con un rendimiento que alcanzó el 80% del máximo teórico predicho, abriendo el camino para la producción de bioetanol de forma más barata y sostenible.

Lo primero que hicieron fue buscar una enzima capaz de romper los polímeros de alginato (Aly) y la hallaron en una bacteria conocida como Pseudoalteromonas sp. Luego buscaron la forma de secretar la enzima para que su función la realice fuera de la bacteria. Para esto fusionaron la enzima con una proteína de membrana externa de E. coli llamada antígeno 43 (Ag43). Esta proteína tiene una actividad proteasa propia, así que se aprovechó de ella para cortar la enzima Aly fusionada y liberarla al medio externo una vez que alcance la membrana extracelular.

Ahora se debía buscar la forma de meter éstas pequeñas cadenas de alginato al espacio que separa la membrana extracelular de la pared celular (periplasma). Se encontraron unos transportadores de alginato en una bacteria poco conocida llamada Sphingomonas sp. Sin embargo, fue muy difícil expresar el sistema de transporte en E. coli. Fue así que los investigadores buscaron una forma alternativa de hacerlo y la encontraron en una bacteria más relacionada llamada Erwinia chrysanthemi.

E. chrysanthemi tiene un sistema de transporte muy simple y usaron esta información para buscar una bacteria que degrade el alginato y que a su vez incluya éste transportador. En la base de datos del NCBI encontraron una bacteria llamada Vibrio splendidus que tenía un fragmento de ADN de casi 30,000 pares de base, el cual incluía los genes que codificaban para los transportadores, las enzimas que degradan los oligoalginatos (Oal) y las que transforman estos azúcares en unos más sencillos.

Wargacki y sus colegas clonaron esta secuencia y la introdujeron en la E. coli. Como resultado obtuvieron una bacteria que degrada las algas marrones (el alginato, manitol y glucanos) sin necesidad de someterlas a un tratamiento previo de sacarificación (romper los azúcares complejos en unos más simples mediante procesos químicos, térmicos o mecánicos). La E. coli, que de por sí puede degradar el manitol y los glucanos, ahora también degradaba el alginato.

La nueva bacteria fue probada en un medio con estos tres azucares en proporciones 5:8:1 (A:M:G) —la misma encontrada en las algas marrones— para determinar los parámetros óptimos de trabajo. Finalmente la probaron en cultivos de Saccharina japonica (una especie de alga marrón) y determinaron que su rendimiento de producción alcanzó el 80% del estimado teórico.

Sin dudas un trabajo que genera muy buenas expectativas para el futuro de la biología sintética y la producción de biocombustibles de manera rentable y eficiente. No obstante, como todo organismo vivo, las rutas metabólicas están integradas (el producto de una reacción sirve de sustrato para otra reacción), lo que podría traer consigo algunos efectos no deseados para la bacteria o en el producto final, por ejemplo, la contaminación con acetato, lactato y otros productos secundarios de la fermentación microbiana.

Si bien los investigadores cuantificaron los niveles de estas sustancias obteniendo valores casi indetectables, el proceso de escalamiento (llevarlo a volúmenes industriales) es el último obstáculo por superar, y muchas veces el más difícil, donde muchos proyectos biotecnológicos tienden a fallar. Esperemos que éste no sea el caso.

Referencia:

Wargacki, A., Leonard, E., Win, M., Regitsky, D., Santos, C., Kim, P., Cooper, S., Raisner, R., Herman, A., Sivitz, A., Lakshmanaswamy, A., Kashiyama, Y., Baker, D., & Yoshikuni, Y. (2012). An Engineered Microbial Platform for Direct Biofuel Production from Brown Macroalgae Science, 335 (6066), 308-313 DOI: 10.1126/science.1214547

Imagen: Flickr ©Black Balance.

Resumen semanal #03-12

2012-01-21T09:00:00.000-05:00

Varios fósiles recogidos por el naturalista inglés Charles Darwin en el siglo XIX, dados por desaparecidos, han sido hallados en un armario de la institución científica British Geological Survey. (Galería)

Un equipo de investigadores chinos ha encontrado indicios de que el anticiclo de Krebs (ciclo reductivo de los ácidos tricarboxílicos) puede estar fotocatalizado en la superficie de los minerales de sulfuro comunes.

Espectaculares imágenes de la Nebulosa del Águila, donde se encuentran los famosos “pilares de la creación”, fueron captadas por el Telescopio Espacial Herschel y el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. (También en ABC blogs y RTVE).

Científicos recrean la evolución de la multicelularidad en el laboratorio. Demostraron que, bajo condiciones óptimas, las levaduras podían agregarse en complejos multicelulares después de 60 días de selección. (También en ABC Ciencia).

Las boas constrictoras pueden sentir el latido del corazón de sus víctimas y dejan de estrujarlas cuando éste se detiene.

Observatorios espaciales de la NASA vuelven a capturar en video la desintegración de un cometa aproximándose al sol.

La selva del Amazonas: del pulmón del mundo a emisor de CO2.

Proteína BCL2 proporciona beneficios similares al ejercicio físico en ratones.

¿Los fenómenos climáticos como La Niña pueden 'anunciar' la propagación de una enfermedad como la influenza?. Existe cierta correlación que no debe confundirse con causalidad. (También en El Mundo – Ciencia).

Espectacular imagen del espectro infrarrojo de la Nebulosa de la Hélice.

Moratoria a los artículos científicos sobre la gripe H5N1.

Los ordenadores cuánticos, además de ofrecer nuevas posibilidades en los cálculos, han de preservar la privacidad de la información.

RECOMENDABLE: Decálogo de la divulgación científica por José M. López Nicolás.

Nueve formas en la que los periodistas demuestran que no entienden la ciencia.

Caminando sobre huevos

2012-01-20T09:42:00.001-05:00

Los huevos son estructuras extremadamente resistentes a la presión externa, pero muy frágiles a la vez. Así han evolucionado. La resistencia a la presión les permiten soportar el peso de la madre —la gallina en este caso— cuando los empolla; mientras que la fragilidad le permite al polluelo romperlo con la ayuda de su pequeño pico.

Los huevos adquirieron esa forma (de huevo), no por un capricho de la naturaleza, sino porque ésta le permite distribuir mejor el peso de la madre. Recuerden que nada en la naturaleza está puesto por casualidad, todo cumple una función importante.

Entonces, si distribuimos adecuadamente nuestro peso sobre una fila de huevos, podremos caminar sobre ellos sin romperlos. Es así como funciona este truco. Sin embargo, si ejercen una mayor presión en una pequeña porción del cascarón, lo romperán con facilidad.

Este video fue realizado por Steve Spangler, quien desarrolla interesantes kits de experimentos de ciencia para niños. Pueden visitar su canal en YouTube y ver más trucos como esta cinta de pH casera:

Todos los experimentos se hacen con materiales que podemos encontrar en casa, especialmente en la cocina. Recuerda siempre usar lentes protectores.

Vía | Nature Blogs.

Restos de maíz ancestral descubiertos en costas peruanas

2012-01-18T22:10:00.001-05:00

Tienen más de 6,000 años de antigüedad y darían claves sobre la cronología, evolución de razas y los contextos culturales asociados a este cultivo en Sudamérica.

Hace unos 8,700 años, los antiguos pobladores mexicanos domesticaron una planta silvestre llamada teosinte. Mil años después, ya se había diseminado por América Central. Hace unos 7,000 años llegaron a América del Sur. Y hoy es el cultivo más importante del mundo. Sí… estamos hablando del maíz.

El Perú es uno de los países con mayor número de variedades de maíz en el mundo. Estudios previos concuerdan que esta planta ya era cultivada por los antiguos pobladores peruanos hace más de 4,000 años. Sin embargo, debido a la falta de fósiles bien preservados de mayor antigüedad, sabemos muy poco sobre la evolución y diversificación temprana de este cultivo en nuestro territorio.

Entre los años 2007 y 2011, mientras se hacían excavaciones en el complejo arqueológico de Paredones y Huaca Prieta, ubicado en la costa norte del Perú, un equipo de arqueólogos liderados por el Dr. Tom Dillehay de la Universidad de Vanderbilt, halló una gran cantidad de restos de maíz en excelentes condiciones. La colección que estaba compuesta por mazorcas, tallos, granos, espigas, harinas y fitolitos, era la más grande y diversa descubierta hasta la fecha.

Los restos fueron enviados a Estados Unidos para calcular su antigüedad. Usando la técnica de datación por radiocarbono acoplado a un espectrómetro de masas con aceleradores (AMS), se determinó que la colección databa de hace unos 3,000 a 6,700 años —en pleno periodo pre-cerámico—, siendo catalogados como los macrofósiles de maíz más antiguos descubiertos en América, según un artículo publicado el 17 de Enero en PNAS.

La antigüedad de las muestras concuerdan con los restos de almidón y fitolitos hallados en Panamá y Ecuador, los cuales datan de hace 7,600 y 7,000 años, respectivamente. Sin embargo, éstos aparecen de manera intermitente a través del tiempo, lo que indicaría que su consumo no formaba parte de la dieta primaria de los antiguos pobladores peruanos.

En cuanto a sus características morfológicas, las mazorcas eran muy pequeñas —tenían entre tres y seis centímetros de longitud— y estaban compuestos por 96 granos repartidos en ocho filas. Según el Dr. Alexander Grobman, profesor emérito de la Universidad Nacional Agraria La Molina y autor principal del estudio, los restos pertenecerían a las razas Proto-Confite Morocho, Confite Chavinense y un híbrido de ambas [Figura de portada]. Estas razas son las precursoras de la mayoría de los maíces andinos de la actualidad, tales como: Huayleño, Granada, Paro y Chullpi; y la raza costera, Mochero.

Los antiguos agricultores peruanos empezaron a seleccionar los maíces con mayor número de filas de granos, generados por la fasciación (alargamiento) de las mazorcas. Así fue como lograron obtener variedades cada vez más productivas, las cuales empezaron a ser halladas a inicios del periodo cerámico (hace 4,000 años), sugiriendo que las razas proto-Chullpi y proto-Alazan aparecieron a fines del pre-cerámico.

Por otro lado, no se hallaron restos de vasijas, vasos o recipientes de almacenamiento, que indiquen la fermentación de los granos de maíz para la producción de bebidas, tal como sugieren ciertos investigadores.

Grobman y sus colegas concluyen que cuando el maíz abandonó las tierras mexicanas, dejó de cruzarse con el teosinte, mejorando así su productividad y facilitando su selección. “Los maíces peruanos descritos aquí son diferentes —en ciertos aspectos significativos— a las muestras casi contemporáneas halladas en la cueva Guila Naquitz (México)”, comenta Dolores Piperno, co-autora del trabajo e investigadora del Smithsonian Tropical Research Institute.

Para terminar, los investigadores recomiendan que se vuelva a excavar otros complejos arqueológicos de la costa peruana, con el fin de encontrar y analizar nuevos restos vegetales y recabar información sustancial sobre el desarrollo y dispersión de este cultivo en América del Sur.

Referencia:

Grobman, A., Bonavia, D., Dillehay, T., Piperno, D., Iriarte, J., & Holst, I. (2012). Preceramic maize from Paredones and Huaca Prieta, Peru Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1120270109

¿El ATN fue el primer material genético de la vida?

2012-01-17T08:36:00.001-05:00

Ácido nucleico más simple tiene la capacidad de transmitir información y adquirir estructuras complejas con funciones químicas sofisticadas.

La información se transmite a través del ADN y se expresa gracias al ARN. Pero, ¿por qué la naturaleza eligió los azúcares de cinco carbonos (las ribofuranosas) y no otros, como el componente central del material genético?

Muchas líneas de investigación apuntan a lo mismo: la evolución temprana de la vida pudo haber estado dominada por el ARN. Esta molécula tiene la capacidad de almacenar y transmitir información, es indispensable para la iniciación de la replicación y la transcripción del ADN (los primers), establece el nexo entre los genes y las proteínas (el ARN mensajero) y adquiere estructuras secundarias (horquillas y bucles) y terciarias (como el ARN ribosomal o el ARN de transferencia) para realizar funciones complejas (catalizar reacciones químicas o regular la expresión genética).

Sin embargo, para entender cómo emergió la vida desde una química prebiótica, se deben explicar los pasos que generaron este “mundo del ARN”. Es por esto que también existe la hipótesis del “mundo del pre-ARN”, el cual postula que el ARN estuvo precedido por un material genético mucho más simple y estable.

En 1999, Albert Eschenmoser hizo un estudio sistemático de todos los ácidos nucleicos alternativos que podían formar el emparejamiento de Watson y Crick (Adenina con Timina y Citosina con Guanina), encontrando que una gran cantidad de ellos eran capaces de almacenar la información genética.

Se pudieron formar ácidos nucleicos de doble cadena con azúcares de tres (glicerol), cuatro (treosa, eritrosa), cinco (xilosa, arabinosa, lixosa) y seis (glucosa, altrosa) carbonos; incluso con péptidos. Esto indica que la replicación es un proceso bastante versátil. Sin embargo, para sostener un metabolismo primitivo, el material genético primordial debía formar estructuras terciarias que le permitieran realizar funciones más sofisticadas, tales como: reconocer moléculas específicas y catalizar reacciones químicas.

Entonces, determinar que ácidos nucleicos alternativos presentan dicha capacidad, ayudaría a entender cómo se originó y evolucionó la vida en la Tierra. Uno de estos candidatos ha generado un considerable interés entre los investigadores dada su simplicidad y su habilidad para formar estructuras helicoidales complementarias estables con el ARN, el ADN, y consigo misma. Se trata del ácido treonucleico (ATN o ácido nucleico de treosa).

El ATN está formado por un azúcar de cuatro carbonos llamado treosa (treofuranosa, para ser precisos). Los grupos fosfato se unen a los carbonos número 3 y 2, así que su sentido de lectura será 3’ –> 2’, a diferencia del ARN y ADN que es 5’ –> 3’.

En el 2003, científicos del Howard Hughes Medical Institute (Boston, EEUU), descubrieron algunas enzimas capaces de sintetizar pequeños segmentos de ATN a partir de un molde de ADN; y en el 2005, desarrollaron una variante de la ADN polimerasa llamada ‘Therminator’ que, bajo condiciones óptimas, podía sintetizar un ATN de 80 nucleótidos con una alta eficiencia y fidelidad.

Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona (EEUU), liderados por el Dr. John Chaput, han sintetizado diferentes moléculas de ATN y han demostrado que ésta puede adquirir formas complejas, con la capacidad de evolucionar y unirse a objetivos arbitrarios con una alta afinidad y especificidad. Los resultados fueron publicados la semana pasada en Nature Chemistry.

Chaput y sus colegas tomaron un grupo de moléculas de ADN llamada biblioteca L1, compuestas por secuencias de 90 nucleótidos (nt): 50nt arbitrarios centrales flanqueados por secuencias constantes de 20nt que serán reconocidas por los iniciadores. El proceso de síntesis del ATN es similar a una PCR (en realidad es una PCR). Cada solución de reacción está compuesta por los moldes de ADN que han de ser copiados (biblioteca L1), la enzima que hará el trabajo (ADN polimerasa Therminator), los iniciadores (primers de 20nt) y los nucleótidos a base de treosa (tTTP, tCTP, tGTP y tDTP*). [*Se usó la Diaminopurina, un análogo de la Adenina, porque aumenta la estabilidad del híbrido ATN-ADN].

Sin embargo, cada vez que procedían a hacer la reacción, ésta se truncaba. Simplemente, no se podía sintetizar el ATN. Los investigadores estaban confundidos. ¿Por qué Therminator podía transcribir secuencias individuales de ADN a ATN eficientemente, pero fallaba cuando el sustrato era cambiado por un grupo de secuencias aleatorias?

Al cambiar cada uno de los nucleótidos de treosa por sus versiones normales (con desoxirribosa)descubrieron que Therminator no podía sintetizar repeticiones de Guanina presentes en el ADN molde. Resulta que el 90% de las secuencias de la biblioteca L1 tenían al menos una repetición GGG o GGGG que truncaba la reacción.

Entonces, para superar este inconveniente, Chaput y sus colegas desarrollaron dos bibliotecas de ADN más: L2 (sin Guaninas) y L3 (baja frecuencia de Guaninas). Esta vez el rendimiento de síntesis de ATN fue de un 60% y 30%, respectivamente. Por primera vez se creaban bibliotecas genéticas de ATN.

Ahora quedaba algo más por hacer. Los investigadores querían ver si estas secuencias de ATN arbitrarias podían evolucionar y formar un aptámero. Los aptámeros son ácidos nucleicos de cadena simple (ADN o ARN), de 70 a 100 nucleótidos de longitud, con la capacidad de reconocer, de manera específica y con alta afinidad, varios tipos de moléculas diana mediante un plegamiento tridimensional de su cadena. En otras palabras, serían unos “anticuerpos” hechos de ácidos nucleicos en vez de aminoácidos.

Para ello usaron una técnica conocida como selección in vitro (evolución molecular en un tubo de ensayo). A partir de la biblioteca de ADN L2 formaron secuencias de ATN, las cuales fueron confrontadas con moléculas de trombina (una proteína humana). Luego, separaron y eliminaron aquellas secuencias que no se unían a la trombina, mientras que las que lograban hacerlo, pasaban a otra ronda de síntesis. De esta manera, cada ciclo de selección enriquecía la solución con secuencias de ATN que reconocen y se unen específicamente a la trombina. Finalmente, confrontaron estas moléculas de ATN seleccionadas con otras proteínas diferentes a la trombina. Ninguna mostró afinidad por ellas.

Si bien estas secuencias de ATN carecen de nucleótidos de Citosina (Citidina), desde el punto de vista evolutivo, es una ventaja: la Citidina tiene un tiempo de vida media de sólo 340 años porque tiende a perder su grupo amino muy fácilmente, y 340 años en el tiempo evolutivo es prácticamente nada. Por otro lado, se ha demostrado que las ribozimas (moléculas de ARN con la capacidad de autoreplicarse) pueden prescindir de la Citidina y, aún así, conservar su estructura terciaria y función.

Todos estos resultados indicarían que las moléculas de ATN adquieren estructuras terciarias que reconocen específicamente determinadas regiones de la superficie de la trombina, demostrando por primera vez la selección in vitro y la evolución molecular de un material genético hecho a base de treosa.

Si bien los resultados no son concluyentes (es muy difícil que lo sean cuando se trata de explicar el origen de la vida), si proveen ciertas evidencias que pudo haber un material genético mucho más simple que el ARN, en las primeras etapas de la evolución de la vida. El ATN demostró ser capaz de almacenar y transmitir información, así como de adquirir estructuras complejas para desarrollar funciones sofisticadas. Un azúcar de cuatro carbonos es más fácil de sintetizar que uno de cinco en una química prebiótica.

Referencia:

Yu, H., Zhang, S., & Chaput, J. (2012). Darwinian evolution of an alternative genetic system provides support for TNA as an RNA progenitor Nature Chemistry DOI: 10.1038/nchem.1241

Esta entrada participa del IX Carnaval de Biología celebrado en La ciencia de la vida y el XI Carnaval de Química albergado por La aventura de la ciencia.

PASANTÍA: Vienna Biocenter Summer School

2012-01-16T08:17:00.001-05:00

¿Tienes algo planeado para este ~~verano~~ invierno (por este lado del mundo)? Por qué mejor no aprovechas para participar del Vienna Biocentre (VBC) Summer School.

Esta es una gran oportunidad para todos los estudiantes de pre-grado que deseen obtener experiencia de trabajo en un laboratorio de primer nivel en el mundo, formando parte de un grupo de investigación en diferentes proyectos, seminarios semanales y simposios. Además, pasarla muy bien y conocer diferentes ciudades europeas.

“Vienna Biocenter es uno de los mejores centros de investigación en Europa y cualquiera que este interesado en hacer investigación debería postular, no se pierde nada y se puede ganar mucho”, comenta Omar Julca, egresado de la UNALM y ex-becario del programa.

Lo único que necesitas es haber cursado, como mínimo, dos años de estudios universitarios en cualquier área de las ciencias naturales y tener una verdadera pasión por la ciencia. La fecha límite para postular es el 17 de Febrero, ¿qué esperas?

Página Web: http://www.vbcsummerschool.at/

Aquí también les presento otras oportunidades:

Fecha límite: 1 de Febrero, 2012.
Vanderbilt International Scholar Program
http://www.mc.vanderbilt.edu/visp/visra.html

Fecha límite: 6 de Febrero, 2012
Summer Research Program for Undergraduate Life Science Students, SCHOOL OF LIFE SCIENCES
LAUSANNE, SWITZERLAND
http://sv.epfl.ch/summer-research

Fecha límite: 26 de Marzo, 2012
LSM Summer Research Program
http://www.lsm.bio.lmu.de/summer_school/

Resumen semanal #02-11

2012-01-14T09:00:00.000-05:00

Plantas carnívoras hay de muchos tipos, pero ésta es diferente a todas… captura a sus presas bajo el suelo.

El tamaño de los telómeros podría ayudar a predecir la esperanza de vida… al menos en el pinzón cebra.

Científicos brasileños descubren abejas “soldado”. Tienen un tamaño y contextura superior a la de sus compañeras y su función es proteger la colonia.

Científicos encuentran híbridos de una especie de tortuga gigante (Chelonoidis elephantopus) de las Islas Galápagos extinta hace más de 150 años. El estudio revela que los híbridos encontrados podrían ser los descendiente directos de al menos 38 C. elephantopus puros. (Información adicional en Público-Ciencia, 20 Minutos y Agencia SINC).

Astrónomos de la NASA descubren un gran cúmulo de galaxias a 7,000 millones de años luz de la Tierra. Éstas se mantienen unidas gracias al efecto gravitatorio de la esquiva materia oscura. Por otro lado, investigadores británicos y canadienses elaboran el mapa más completo de distribución de la materia oscura en el universo (también en El Mundo-Ciencia).

Sistemas solares binarios (con dos soles) no serían raros en nuestra galaxia: Descubren dos nuevos planetas similares a “Tatooine”. Además, la NASA observa el sistema planetario más pequeño conocido hasta la fecha a 130 años luz y el primer exoplaneta “con anillos” a 420 años luz de la Tierra. Y los científicos estiman que hay más planetas que estrellas en la Vía Láctea.

Encuentran abundante vida en las fuentes hidrotermales más profundas del mundo, entre ellas una nueva especie de camarón con un receptor fotosensible en la espalda (También en Europa Press).

Usando la técnica de “eye tracking” (monitorización visual), investigadores húngaros demostraron que los perros interpretan las miradas humanas tal como lo hace un niño pequeño.

Una rana descubierta en Papúa y Nueva Guinea es el vertebrado más pequeño del mundo. Mide menos de 8 milímetros.

Después de 30 años de sospechas, investigadores de la UC SAn Francisco descubren por qué ciertas personas tienden a volverse alcohólicas y otras no. La clave estaría en la liberación de opioides en las áreas del cerebro responsables de la valoración de la recompensa.

Para los más jóvenes (13 – 18 años), participen del la Feria de las Ciencias de Google.

Un bit de información requiere de un millón de átomos para ser almacenado. Sin embargo, IBM logró reducir este número a tan sólo 12 átomos.

Altas dosis de opiáceos podrían curar el dolor crónico y restaurar la función de los nervios en ratas.

DOCUMENTAL: “El mal del cerebro”. Estreno, éste miércoles 18 de Enero. Más información AQUÍ.

Tu foto podría ser portada del segundo número de la Revista Amazings, ¡participa del concurso!

Estas son las cinco cosas que debes saber antes de salir con un científico.

De los creadores de “No enseñen evolución en las escuelas públicas” por ejemplo en Texas (EEUU), “No a las matemáticas en las escuelas públicas”.

“Resucitan” proteínas ancestrales para ver cómo evolucionaron

2012-01-13T02:32:00.001-05:00

Simples mutaciones, que en principio son degenerativas, aumentan el grado de complejidad de las maquinarias moleculares.

Esta maravilla que vemos en la figura superior es la ATPasa vacuolar (ATPasa-V), y no es más que una “máquina” que usa la energía provista por el ATP para bombear protones —átomos de hidrógeno sin su electrón (H+)— hacia el interior de ciertos organelos, con el fin de intercambiarlos después por otras sustancias, tales como: iones de calcio, neurotransmisores y hormonas; o también acidificar las cabezas de los espermatozoides (acrosomas) para facilitar la penetración del óvulo.

Al igual que muchas maquinarias celulares, la ATPasa-V está conformada por varias proteínas, lo que la convierte en una molécula sumamente compleja. La región V₁ —compuesta por ocho proteínas— hidroliza el ATP y provee de energía al anillo V₀ —conformado por seis proteínas— para que rote y mueva los protones hacia el interior de los organelos.

Pero, ¿cómo se alcanzó tal complejidad? Todo parte de un ensamblaje muy simple y primitivo que va adquiriendo nuevas partes durante su evolución, confiriéndole nuevas funciones con un grado de complejidad cada vez superior. El problema radica en cómo se adquieren dichas partes.

La evolución nos dice que este proceso empieza por la duplicación de un gen. Luego, las mutaciones tomarán un rol protagonista, modificando y combinando sus secuencias, por lo tanto, su función. Al final del camino, y si la selección natural se lo permite, estos nuevos genes originados del mismo gen ancestral (parálogos), codificarán proteínas que cumplirán con tareas específicas diferentes, aumentando la complejidad del sistema.

Sin embargo, explicarlo de esta manera es bastante abstracto. Lamentablemente, no podemos seguir la evolución de una maquinaria molecular compleja “paso a paso”, porque no disponemos de millones de años para hacerlo. Entonces, ¿habrá alguna manera de “ver la evolución” en el laboratorio? Pues sí.

Un grupo de investigadores del Instituto de Biología Molecular de la Universidad de Oregón, liderados por Gregory Finningan y Joe Thornton, resucitaron las proteínas ancestrales que formaron parte del anillo V₀ primitivo y las expresaron en una levadura, observando que lograban ensamblarse correctamente para formar una ATPasa-V funcional. Según el artículo publicado el 9 de Enero en Nature, los investigadores también determinaron las mutaciones que condujeron al grado de complejidad observado en la actualidad.

Aunque la ATPasa-V está presente en todas las células eucariotas, el anillo V₀ varía dependiendo del linaje. En los animales y la mayoría de eucariotas, el anillo V₀ está compuesto por dos subunidades (una Vma16 y cinco Vma3); mientras que en los hongos, está compuesto por tres (una Vma16, una Vma11 y cuatro Vma3). Todas estas proteínas son codificadas por genes parálogos, que como explicamos hace algunos párrafos, se originaron a partir del mismo gen ancestral.

Desde 1990, los científicos han sido capaces de resucitar proteínas ancestrales. En principio, la metodología se basa en comparar la secuencia de aminoácidos de una determinada proteína en diferentes organismos —algunos serán más primitivos que otros, por lo tanto, sus secuencias también lo serán. Estas diferencias proveen a los investigadores de claves de cómo las secuencias cambian: habrán aminoácidos que serán sustituidos por otros con una mayor facilidad. A esto le llamamos, parsimonia.

A inicios del siglo XXI, Thornton desarrolló un algoritmo computacional que le permitía reconstruir proteínas ancestrales de una manera más rápida. Lo primero que se hace es alinear y comparar las secuencias en base a su filogenia (a). Luego se analizan los cambios más probables y se reconstruye la proteína ancestral (b). Después se pasa a una secuencia de nucleótidos en base al código genético. Y, finalmente, se sintetiza el gen (c) para introducirlo y en un organismo modelo (d), quien se encargará de expresarlo para hacer los análisis respectivos (e).

Entonces, usando las secuencias de las proteínas Vma16 (fucsia), Vma3 (celeste) y Vma11 (amarillo), Finningan y sus colaboradores reconstruyeron los genes ancestrales. Al compararlas, los investigadores observaron que Vma3 y Vma11 son proteínas hermanas, que compartieron una proteína ancestral común hace más de 800 millones de años. A su vez, Vma3/Vma11 y Vma16 también se originaron a partir de un mismo ancestro común, tal vez a inicios del origen de los eucariotas.

Usando el algoritmo computacional, los investigadores lograron reconstruir cuatro proteínas ancestrales: Anc.3 (ancestro de todas las Vma3 de hongos), Anc.11 (ancestro de todas las Vma11), Anc.16 (ancestro de todas las Vma16) y Anc.3-11 (ancestro de Anc.3 y Anc.11). Luego, insertó los genes correspondientes en diferentes levaduras.

Los resultados fueron asombrosos. Cuando las levaduras carecían de las proteínas Vma3, o la Vma11, o ambas a la vez, no podían desarrollarse ni formar colonias. Sin embargo, cuando se les insertó el gen que codifica para la proteína Anc.3-11, el crecimiento de estas levaduras fue restaurado: la Anc.3-11 tomó el papel de la Vma3 y Vma11. El mismo resultado se obtuvo cuando pusieron el gen Anc.16 en levaduras deficientes para la subunidad Vma16. Y, por si fuera poco, al poner las proteínas Anc.3-11 y Anc.16 en levaduras deficientes para las tres subunidades del anillo V₀, éstas pudieron crecer con toda normalidad. Además, un análisis de acidificación demostró que la ATPasa-V “ancestral” era completamente funcional.

Con estos resultados Finningan y sus colegas pudieron revelar cómo evolucionó el anillo V₀ para volverse cada vez más complejo. Al inicio, el anillo estaba formado por un sólo tipo de subunidad: la proteína más ancestral de todas (digamos la “Anc.3-11-16”). Luego, ésta se duplicó y cada una empezó a adquirir mutaciones que las diferenciaron mutuamente. Una pasó a formar la subunidad Anc.16 y la otra la subunidad Anc.3-11 (Figura b). Anc.3-11 tenía la capacidad de interactuar con otra Anc.3-11 (enlace P) y con la Anc-16, por cualquiera de los dos lados (enlace Q y R).

Y entonces ocurrió lo inevitable… Hace unos 800 millones de años (después que los animales y los hongos se separaran), Anc.3-11 se duplicó y cada una empezó a adquirir nuevas mutaciones. Uno de los genes perdió su capacidad de unirse con la Anc.16 mediante el enlace Q (Anc.11), y el otro mediante el enlace R (Anc.3), pero si conservaron la capacidad de unirse entre sí mediante el enlace P (Figura a).

Fue así como evolucionaron las tres subunidades que ahora observamos en el anillo V₀ de la ATPasa-V de los hongos. Sin embargo, aún faltaba entender qué mutaciones condujeron a esta diferenciación y especialización de funciones.

Al comparar las secuencias de aminoácidos de Anc.3-11 con Anc.3 y Anc.11, los investigadores encontraron 25 y 31 sustituciones, respectivamente. Para determinar cuál de estos cambios fue el responsable de la divergencia de estas proteínas hermanas, Finningan y su equipo manipularon el gen Anc.11-3 e probaron cada una de las mutaciones.

Los resultados mostraron que sólo dos sustituciones de aminoácidos fueron los responsables de toda esta especialización y complejidad del anillo V₀. El cambio de una valina por una fenilalanina en la posición 15 hacía que Anc.11-3 perdiera su capacidad de funcionar como Anc.3; mientras que el reemplazo de una metionia por una isoleucina en la posición 22 hacía que Anc.11-3 perdiera su función como Anc.11.

Este estudio es bastante interesante por dos cosas. Primero, porque nos permitió observar directamente cómo evolucionan las maquinarias moleculares complejas gracias a la reconstrucción de proteínas ancestrales. Y segundo, porque el trabajo demostró que la complejidad se puede adquirir fácilmente a través de simples procesos de duplicación genética y simples mutaciones degenerativas, que a la larga ofrecen algún tipo de ventaja adaptativa al organismo.

Sin embargo, los investigadores son bastante prudentes con sus conclusiones. “Somos conscientes de que no hay otro análisis similar de la trayectoria evolutiva de una maquinaria molecular, por lo que la generalidad de nuestras observaciones es desconocida”, advierte Thornton. Simplemente, el estudio nos da una respuesta sencilla y elegante de cómo estas maravillas de la naturaleza se hacen cada vez más complejas.

Referencia:

Finnigan, G., Hanson-Smith, V., Stevens, T., & Thornton, J. (2012). Evolution of increased complexity in a molecular machine Nature DOI: 10.1038/nature10724

Joseph W. Thornton. (2004). Resurrecting ancient genes: experimental analysis of extinct molecules Nat Rev Gen 5, 366-375 DOI: 10.1038/nrg1324

Esta entrada participa en el IX Carnaval de Biología celebrado en el blog La ciencia de la vida de mi colega Carlos Lobato.

Descubren señal química que vuelve sociable a los nemátodos

2012-01-11T09:01:00.001-05:00

La presencia o ausencia de indol en la feromona atrae o repele a los que son hermafroditas.

El nemátodo Caenorhabditis elegans es un buen modelo biológico para hacer estudios básicos sobre el comportamiento social, especialmente los que involucran la alimentación, la densidad poblacional, el apareamiento y la agregación. Estudios recientes han demostrado que un grupo de moléculas, conocidas como los ascarósidos, regulan diversos aspectos del comportamiento del diminuto animal.

Los ascarósidos ascr#1, ascr#2 y ascr#3 han sido identificados como los principales componentes de las feromonas que promueven la agregación de los machos. Sin embargo, los hermafroditas, quienes conforman la mayor parte de la población de los nemátodos, son insensibles a bajas concentraciones de estos ascarósidos y son repelidos a concentraciones usadas por los machos para reunirse.

Con el fin de identificar las señales químicas que promueven la agregación de los hermafroditas, un grupo de investigadores, liderados por el bioquímico Frank Schroeder de la Universidad de Cornell, analizaron los compuestos generados tanto en nemátodos silvestres como en mutantes para la proteína DAF-22, la cual es requerida en la biosíntesis de las feromonas de estas especies. Según reportaron el 10 de Enero en PLoS BIology, los indol-ascarósidos ejercen un potente efecto atractivo en los nemátodos hermafroditas, sugiriendo que estos pequeños gusanos tienen un lenguaje químico de comportamiento social bastante complejo.

Schroeder y sus colaboradores identificaron muchos compuestos unidos al indol —una molécula derivada del tritófano— en los gusanos silvestres, pero no en los mutantes para el gen daf-22; siendo el indol unido al ascr#3 (icas#3), el más abundante de todos estos compuestos [Figura de portada].

Entonces, como había una diferencia sustancial (químicamente hablando) entre el ascr#3 y el icas#3, los investigadores quisieron saber si estas moléculas generaban respuestas diferentes en el nemátodo. Para ello, sintetizaron químicamente el icas#3 y otros ascarósidos indolados más como el icas#1 e icas#9, y los pusieron en el medio de cultivo. A concentraciones elevadas, estos indol-ascarósidos promovían la agregación de machos y hermafroditas. Pero cuando se repitió el experimento a bajas concentraciones, los icas#3 e icas#9 sólo promovieron la agregación de los hermafroditas mas no de los machos. El efecto de estos indol-ascarósidos es potente.

Los investigadores también analizaron que neuronas eran activadas por esta novedosa feromona. Lo que encontraron fue que los hermafroditas respondían al icas#3 aún en ausencia de las neuronas RMG, las cuales detectan las condiciones del entorno, integran la información y mandan la señal a los músculos para promover la agregación; por ejemplo, cuando hay abundancia de alimento. Sin embargo, cuando las neuronas ASK estaban ausentes, la respuesta no se daba.

Estos resultados contradicen lo encontrado en estudios previos. En estos se decía que los ascarósidos actúan tanto a nivel de las neuronas RMG como las ASK. Sin embargo, como podemos ver en el párrafo anterior, cada respuesta es mediada por un circuito neuronal diferente: los ascarósidos (feromonas que repelen a los hermafroditas) son reconocidos por las neuronas RMG y los indol-ascarósidos (feromonas que promueven la reunión de los hermafroditas) son reconocidos por las neuronas ASK.

Estos dos tipos de feromonas actúan en una coordinación magistral. Cuando está presente la icas#3, aún en presencia de ascr#3, los hermafroditas se agregan, siempre y cuando las concentraciones sean bajas. Sin embargo, cuando se incrementa la concentración de ascr#3, las hermafroditas se ven repelidas, aún icas#3 esté presente en el medio.

De estas observaciones podemos concluir que, cuando las densidades poblacionales son elevadas, la concentración de ascr#3 aumenta gradualmente. Esto provoca que los hermafroditas, quienes conforman la mayor parte de la población, se vean repelidas, reduciendo así la competencia por el alimento.

Además, los investigadores sugieren que los nemátodos tienen la capacidad de ajustar los niveles de feromonas liberados. Pueden promover la agregación liberando la versión no-indolada y así reunirse para reproducirse, o pueden reprimirla, liberando la versión indolada para evitar la competencia por el alimento. Estos resultados demuestran el alto nivel de complejidad en la comunicación social de los nemátodos.

Referencias:

Srinivasan, J., von Reuss, S., Bose, N., Zaslaver, A., Mahanti, P., Ho, M., O'Doherty, O., Edison, A., Sternberg, P., & Schroeder, F. (2012). A Modular Library of Small Molecule Signals Regulates Social Behaviors in Caenorhabditis elegans PLoS Biology, 10 (1) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001237

Weaver J (2012) New Signaling Chemicals Spur Worms to Seek Company. PLoS Biol 10(1): e1001240. doi:10.1371/journal.pbio.1001240

Esperanza de vida de un ave dependería del tamaño de sus telómeros

2012-01-10T10:11:00.001-05:00

Estudio realizado en pinzones cebra muestra una fuerte relación entre los telómeros y la longevidad.

Los telómeros son unos recubrimientos especiales ubicados en los extremos de los cromosomas. Cumplen con dos funciones importantes: i) evitar que estos extremos sean reconocidos como rupturas en el ADN, lo que llevaría a activar un mecanismo de reparación que los uniría con otros, provocando graves daños a la célula, y ii) proteger al ADN de la reducción que sufre cada vez que la célula se divide, porque, la enzima que copia el ADN, no puede replicar completamente uno de los extremos (la cadena retrasada donde se ubican los fragmentos de Okazaki) al no tener de donde sostenerse.

Durante nuestro desarrollo embrionario, tenemos activa una enzima llamada telomerasa que se encarga de reponer los telómeros perdidos durante la replicación del ADN. Sin embargo, una vez que nacemos y empezamos a crecer, se inactiva. Se cree que esta inactivación evolucionó como un mecanismo que reprime la formación de tumores. Lamentablemente, cuando los telómeros son muy cortos, ya sea por problemas genéticos o por su reducción a lo largo de la vida, la célula deja de dividirse y empieza a envejecer. He aquí su relación con el envejecimiento.

Es entonces donde sale a la luz la siguiente pregunta: ¿si tenemos unos telómeros más largos, viviremos más años? Si aplicamos la lógica, la respuesta sería afirmativa. Es más, hay estudios donde se ha encontrado cierta relación entre el tamaño de los telómeros y la esperanza de vida. Sin embargo, estos resultados no han sido concluyentes porque también hay otros estudios donde dicha relación no aparece.

Uno de los principales problemas es la forma como se aborda el estudio. En humanos, por ejemplo, los telómeros son analizados en personas de avanzada edad, para ver si su longitud tiene algo que ver con su longevidad. El problema es que no se puede hacer un estudio a largo plazo (desde que nace hasta que muere) porque tomaría más de 70 años en hacerlo. Otro dato que no se toma en consideración es que la mayor parte de los telómeros se pierden durante los primeros años de vida, y esta tasa varía entre una persona y otra, dando resultados sumamente dispersos y confusos. La exposición a agentes que propician la reducción de los telómeros (altas dietas calóricas, esfuerzo físico constante, agentes químicos en los alimentos, etc.) también juegan un rol importante en este efecto.

Ahora, un grupo de investigadores británicos, liderados por el Dr. Britt Heidinger de la Universidad de Glasgow, han estudiado el tamaño de los telómeros de un centenar de pinzones cebra durante distintas etapas de su vida, encontrando que la longitud que tiene a los 25 días de nacidos está muy relacionado con su esperanza de vida, según un artículo publicado el 9 de Enero en PNAS.

Heidinger estudiaron 99 pinzones cebra durante 9 años. Cada cierto tiempo les tomaban muestras de sangre para evaluar el tamaño de sus telómeros. Lo primero que observaron fue que la tasa de reducción fue mayor durante el primer año de vida, y ésta se aceleraba si las aves se reproducían.

Al terminar el estudio, los investigadores observaron que aquellos pinzones que tenían los telómeros más largos a los 25 días de nacidos, mostraban una mayor esperanza de vida. Esta correlación se perdía cuando se analizaba el tamaño de los telómeros después de ese momento.

Sin embargo, como pueden ver en el gráfico, la variación de lo resultados es muy grande. Si bien se observa cierta tendencia (a mayor es la longitud de los telómeros, mayor es la esperanza de vida), la variabilidad de los resultados hace que su índice de correlación no sea tan contundente como para dar por sentada la afirmación. Y si a esto le sumamos que factores externos de muerte como son las enfermedades, la depredación o la inanición han sido controlados, lo que ocurre en la naturaleza es mucho más complejo.

Tampoco indica que estos resultados sean aplicados a otros modelos biológicos, incluso a los humanos. Cada uno presentan una distinta tasa de pérdida de telómeros que está en función a su propia fisiología. Sin embargo, hay datos bastante buenos que pueden ser rescatados, por ejemplo, el hecho que la reproducción acelera la pérdida de los telómeros. Otro dato interesante es la confirmación de que ésta tasa es mayor durante los primeros meses de vida.

Bueno, concluiremos diciendo que si bien los telómeros juegan un rol importante en la senescencia celular, no podemos usarlos para predecir la esperanza de vida de un organismo porque éste depende de muchos factores, tanto internos como externos.

Referencia:

Heidinger, B., Blount, J., Boner, W., Griffiths, K., Metcalfe, N., & Monaghan, P. (2012). Telomere length in early life predicts lifespan Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1113306109

Planta carnívora atrapa su presa bajo el suelo

2012-01-09T22:39:00.001-05:00

Usan hojas adhesivas subterráneas para atrapar y digerir nemátodos.

Estamos acostumbrados a pensar en las plantas como unos seres inmóviles e inofensivos. Sin embargo, las plantas carnívoras —que para Darwin eran las plantas más asombrosas en el mundo— no se ciñen a este estereotipo. Las adaptaciones morfológicas y fisiológicas que han adquirido a lo largo de su historia evolutiva, las convierten en unos organismos fascinantes.

Las manifestaciones más asombrosas son sus hojas especializadas que se convierten en trampas mortales, con la capacidad de digerir a sus presas y absorber los nutrientes, lo que les ha llevado, en algunos casos, a prescindir de la fotosíntesis. Esto lo hacen porque sus hábitats naturales se caracterizan por ser pobres en nutrientes elementales como lo son: el nitrógeno, fósforo, potasio, entre otros. No obstante, ésta no es la forma más económica de obtenerlos.

Las plantas carnívoras representan menos del 0.2% del total de plantas con flores descritas a la fecha. Esto se debe principalmente al costo energético que deben invertir para producir néctares y aromas atractivos para sus presas (Sarracenia purpurea), jarrones coloridos con patrones de radiación UV que sean reconocibles por los insectos (Nepenthes sp.), sustancias mucilaginosas (Drossera rotundifolia) o resinosas (Roridula gorgonias) que no dejen escapar el alimento una vez capturado, o incluso trampas que se activen por un sofisticado gatillo (Dionaea muscipula). Así como también desarrollar glándulas especializadas en producir enzimas digestivas.

Sin embargo, un estudio publicado hoy en PNAS sugiere que el porcentaje que representan las plantas carnívoras podría estar subestimado porque científicos brasileños, liderados por el biólogo Caio Pereira de la Universidad Estatal de Campinas, han descrito una planta del género Philcoxia que tiene la capacidad de capturar y digerir nemátodos usando unas hojas adherentes subterráneas.

El género Philcoxia, que pertenece a la familia Plantaginaceae, está compuesta por tres especies que crecen exclusivamente en los campos rocosos del centro de Brasil. Esta zona se caracteriza por ser muy rocosa y arenosa, con bajas cantidades de nutrientes pero bien iluminado, y con un régimen de lluvias estacionales. Todas estas condiciones favorecen la existencia de plantas carnívoras, por lo que hacía sospechar que las Philcoxia eran carnívoras.

Pero, a pesar que las Philcoxia presentaban características típicas de las plantas carnívoras, nunca se pudo determinar la estrategia empleada para capturar sus presas. La forma como obtenía sus nutrientes fue un gran misterio para los botánicos y ecólogos brasileños.

Todo cambio en el 2007 cuando el Dr. Peter Fritsch y sus colaboradores de la Academia de Ciencias de California y la Universidad Estatal de Campinas, descubrieron la presencia de nemátodos adheridos a las hojas subterráneas de Philcoxia minensis almacenadas en un herbario. Todo apuntaba a que esta planta era carnívora.

Para corroborar esta hipótesis, Pereira y sus colaboradores “alimentaron” a la planta con unos sabrosos nemátodos marcados con Nitrógeno-15 (un isótopo más pesado del nitrógeno que no se encuentra normalmente en los seres vivos). Al analizar sus hojas, observaron que los niveles de ¹⁵N alcanzaron el 5% y 15% del total a las 24 y 48 horas, respectivamente. Además, la concentración total de nitrógeno y fósforo también fue significativamente superior al promedio observado en las especies vecinas. Estos resultados demostraban que la planta asimilaba los nutrientes liberados por el nemátodo.

Al hacer un estudio enzimático de las hojas de P. nimensis observaron que las fosfatasas se encontraban muy activas, lo que indicaría que la planta digería sus presas por sí misma, descartando así que el proceso sea realizado por algún tipo de bacteria simbionte.

Lo reportado en este estudio es una estrategia única no descrita anteriormente. La P. nimensis, y posiblemente las otras dos especies de Philcoxia, usan unas hojas subterráneas adhesivas para atrapar los nemátodos que allí habitan. Luego, secretan enzimas que empiezan a digerir a la desafortunada presa para que finalmente asimilen los nutrientes generados.

Esta estrategia es bastante críptica en comparación a las otras. Esto porque sus hojas especializadas son bastante pequeñas (de 0.5 a 1.5mm de diámetro) y se encuentran escondidas bajo el suelo. Además, sus presas son microscópicas. Todo esto nos llevaría a pensar que podrían haber muchas más especies de plantas que se alimenten de algún tipo de microorganismo o que usen estrategias que no pueden ser apreciadas a simple vista, subestimando así el número total de especies de plantas carnívoras descritas en la actualidad.

Referencia:

Pereira, C., Almenara, D., Winter, C., Fritsch, P., Lambers, H., & Oliveira, R. (2012). Underground leaves of Philcoxia trap and digest nematodes Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1114199109

Planarias reformularían la función de los centrosomas

2012-01-07T22:07:00.001-05:00

Sus células prescinden de ellos, pero su capacidad regenerativa y desarrollo embrionario no se ven afectados.

Los centrosomas son unos organelos esenciales en todas las células animales. Están formados por dos centriolos orientados perpendicularmente, cada uno compuesto de nueve tripletes de microtúbulos ordenados en forma cilíndrica y rodeados por una masa amorfa de proteínas llamada materia pericentriolar. Su principal función es organizar los microtúbulos tanto para dar forma, polaridad y movilidad a la célula como para generar el huso mitótico por donde migrarán los cromosomas durante la división celular. Los centriolos, además, son el punto de anclaje de los cilios (protuberancias celulares que sirven para dar movimiento).

Decimos que estos organelos son esenciales porque son casos muy peculiares en los cuales no están presentes en las células animales, por ejemplo: durante las primeras fases del desarrollo embrionario de ratones y en los estados avanzados de desarrollo en la mosca de la fruta. No obstante, un estudio publicado esta semana en Science demuestra que las células de las planarias carecen de centrosomas, sugiriendo que su mantenimiento a través del proceso evolutivo tenga poco o nada que ver con la división celular.

Las planarias son los maestros de la regeneración. Pueden perder cualquier parte de su cuerpo —incluso su cabeza— y volver a regenerarla rápidamente. Tal es su habilidad que el año pasado, un grupo de investigadores del Howard Hughes Medical Institute (HHMI), lograron regenerar una planaria completa a partir de una única célula. Todo el proceso se basa en divisiones celulares continuas y posterior diferenciación de tejidos gracias a que sus células mantienen la pluripotencia y totipotencia (neoblastos) durante toda su vida.

Estos gusanos planos carecen de centrosomas pero no de centriolos, los cuales están presentes en las células multiciliadas de su cuerpo. Como los centriolos son el núcleo de los centrosomas y estos, a su vez, son importantes para la división celular, un grupo de investigadores liderados por la Dra. Juliette Azimzadeh de la UC California decidieron revelar el papel que juega los centriolos en la regeneración de las planarias.

Para sus experimentos, Azimzadeh y sus colegas usaron la planaria Schmidtea mediterranea, a quien le bloquearon la expresión de las proteínas que conforman el centriolo usando ARNs de interferencia. Los investigadores observaron que este bloqueo afectaba la locomoción del animal porque los cilios no llegaban a desarrollarse. Sin embargo, su capacidad regenerativa no se vio afectada en lo más mínimo.

Por otro lado, al estudiar los embriones de S. mediterranea usando moléculas fluorescentes que se unen a las proteínas centriolares, los investigadores no observaron fluorescencia alguna. Estos dos resultados apuntaban a lo mismo: los centriolos, y por tanto, los centrosomas, no son necesarios para la división celular, la regeneración de tejidos o el desarrollo embrionario; sólo se ensamblan durante la diferenciación de las células ciliadas.

El estudio además reveló que, durante su evolución, las planarias perdieron genes necesarios para el ensamblaje y duplicación de los centrosomas, entre ellos los que codifican para las proteínas SPD-2/Cep192, CNN/CDK5RAP2 y Nek2; mientras que los genes esenciales para la formación de los centriolos se conservaron para ser expresados durante la diferenciación de las células multiciliadas.

Al estudiar otros gusanos planos más primitivos como el Macrostomum lignano, se observó que ellos presentaban genes homólogos a SPD-2/Cep192 y Nek2 y que los centriolos se ubicaban hacia los polos de sus células, lo que indicaría que los centrosomas aún estaban presentes en las primeras etapas evolutivas de las planarias.

Entonces, la conservación de los centrosomas en el resto de animales a lo largo de su evolución no sería porque cumplen un rol fundamental en la división celular, sino que, en realidad, su principal función sería coordinar procesos de desarrollo específicos aún desconocidos.

Referencia:

Azimzadeh, J., Wong, M., Downhour, D., Alvarado, A., & Marshall, W. (2012). Centrosome Loss in the Evolution of Planarians Science DOI: 10.1126/science.1214457

Resumen semanal #01-12

2012-01-07T12:00:00.000-05:00

Satélites GRAIL-A y GRAIL-B que investigarán el origen de la Luna y harán un maá gravitatorio de ella ya se encuentran en órbita (incluye podcast por América Valenzuela). Además, el blog Eureka nos trae una información bastante completa y detallada. Información original vía NASA.

Los cuasicristales, estructuras imposibles de encontrar en la naturaleza y descritas por Daniel Shechtman en 1982 —hallazgo que le valió el Nobel de Química el año pasado— pudieron venir del espacio según un artículo publicado el 3 de Enero en PNAS. (Nota español: BBC Mundo y Público-Ciencia inglés: Nature News & NewScientist).

Larva de mosca Apocephalus borealis estaría involucrada con la reducción de las poblaciones de abejas melíferas en Estados Unidos según un artículo publicado el 3 de Enero en PLoS ONE. (Inglés: Not Exactly Rocket Science & Scientific American Blogs).

Usando cámaras de alta velocidad científicos revelan la importancia de las colas de las lagartijas al momento de saltar. Este estudio indicaría que la agilidad de ciertos dinosaurios se daba gracias a la estabilidad que les brindaba su cola. Observaciones permitieron diseñar robots con cola que reproducen los movimientos del animal. (Los enlaces incluyen videos).

Gusanos son modificados genéticamente para producir la seda de las arañas. Son más fáciles de criar que las solitarias y agresivas arañas. (También en ABC Ciencia y BBC Mundo).

Físicos crean una capa de invisibilidad temporal de 50 picosegundos. En otras palabras, lograron ocultar un suceso por un periodo muy corto de tiempo.

Científico peruano crea huesos a base de cáscara de coco. Su costo es 10 veces menor a las elaboradas a base de titanio y otras aleaciones.

Pez imita a pulpo imitador. ¿Suena confuso?. Miren el video:

Científicos crean hormigas “supersoldados” aplicando hormonas a sus larvas. (También en Público-Ciencias).

Ocho formas de perder peso para perezosos. Información original vía New Scientist.

La Tierra en 366 días… y por Twitter! (@Tierra366d)

Levitación cuántica.

La inmensidad de Saturno (vía @Badastronomer). Foto tomada por la sonda Cassini.

Físicos vuelven invisible un suceso en el tiempo

2012-01-06T08:21:00.001-05:00

Usando materiales que modifican la velocidad de la luz crean un hoyo temporal donde cualquier suceso puede ser ocultado.

Tener una capa de invisibilidad temporal sería el sueño de cualquier asaltante de bancos o museos porque le permitiría hacer todas sus fechorías sin que nadie se diera cuenta de ello. Así que, para todos los malhechores que leen diariamente el blog les traigo una “excelente noticia”.

Físicos de la Universidad de Cornell (Estados Unidos) han demostrado experimentalmente que crear hoyos temporales es posible. Según un estudio publicado el 4 de Enero en Nature, el grupo de investigadores liderados por el Dr. Moti Fridman lograron ocultar sucesos durante 50 picosegundos (0.00000000000005 segundos).

Nosotros podemos ver objetos, y por lo tanto, sucesos gracias a la luz. La materia tiene la propiedad de interactuar con ella, ya sea absorbiéndola, reflejándola, dispersándola o refractándola. Entonces, si logramos modificar estas propiedades podríamos modificar la forma en cómo detectamos un determinado objeto.

Estoy seguro que muchos recordaremos haber visto en los dibujos animados o en el Chapulín Colorado la famosa “pintura invisible”. Bastaba untarte un poco de ella para desaparecer completamente. Bueno, si bien no existe dicha pintura, existen materiales artificiales (metamateriales) con índices de refracción negativos o que cambian a lo largo de toda su estructura, haciendo que la luz, en vez de chocar contra ella y dispersarse —como lo haría típicamente al toparse con cualquier objeto— lo rodee tal como lo hace una corriente de agua cuando hay una piedra en medio. La luz seguirá su rumbo como si no hubiera nada en frente, creando una capa de invisibilidad espacial.

Entonces, si pudiéramos crear un hueco en medio de un rayo de luz, ¿todo lo que esté o pase durante el tiempo que dure ese hueco sería invisible ante nuestros ojos?. Sí, porque la luz no interactuará con el objeto y, por lo tanto, no modificará ninguna de sus propiedades. Esto fue precisamente lo que hicieron los investigadores de la Universidad de Cornell.

Fridman y sus colegas usaron una lente de tiempo dividida (STL) y un medio dispersivo. Seguro se estarán preguntando ¿qué es una lente de tiempo? Bueno, si recuerdan sus cursos de óptica, las lentes normales (lentes ópticas) son dispositivos que convergen (concentran) o divergen (separan) los rayos de luz espacialmente. Las lentes de tiempo hacen lo mismo, pero no en el espacio, sino en el tiempo.

Sabemos que la luz visible está compuesta por diferentes longitudes de onda, cada una cae dentro de un rango de color específico. Así que este tipo de lentes hace que la luz cambie de color en diferentes momentos en el tiempo. La STL, por su parte, hace esto pero de dos formas, una mitad separa los colores azules y la otra los colores rojos, en diferentes momentos. Luego, la luz separada en colores pasa a través de un medio dispersivo el cual modifica la velocidad de la luz según su color.

El primer medio dispersor hace que los rayos de luz roja se vuelvan más lentos que los azules creándose un hueco. Todo lo que ocurra en este hueco será invisible porque no habrá luz que interactúe con el suceso. Luego, para regenerar el rayo de luz y sea apreciado como si nada hubiera pasado, el sistema se repite pero de forma inversa. El medio dispersivo esta vez hará que los rayos de luz azul sean más lentos y otra STL volverá a unir los rayos de luz para regenerar el original.

Este video lo explica de manera detallada:

Sin dudas es un bonito experimento que demuestra la factibilidad de crear una capa de invisibilidad temporal. El estudio ya había sido pre-publicado en el mes de Julio del 2011 vía ArXiv.org y el blog Aventura de la ciencia lo comentó en aquel entonces.

Como pueden ver los investigadores usaron un pulso de rayo láser verde el cual atravesó la lente de tiempo dividida y el medio dispersivo (fibra de modo simple) con el que lograron generar una capa de invisibilidad temporal de 50 picosegundos (50 veces la milésima de la millonésima de la millonésima parte de un segundo). El suceso que ocultaron durante este periodo de tiempo fue un pulso de luz con la capacidad de interactuar con el rayo láser. Los resultados mostraron que la amplitud del evento se redujo en más de 10 veces.

Ahora los físicos buscan combinar las capas de invisibilidad espacial con la temporal y lo creen poder hacer porque ambas actúan en dimensiones físicas diferentes. La principal aplicación que se le puede dar es mejorar la seguridad de la transmisión de información a través de las redes de fibra óptica, así que Fridman y sus colegas están buscando crear capas de invisibilidad temporal mucho más largas, del orden de los micro y, por qué no, de los milisegundos.

P.D: Siento desilusionar a mis lectores asaltantes que llegaron hasta este punto de la historia.

Referencias:

Fridman, M., Farsi, A., Okawachi, Y., & Gaeta, A. (2012). Demonstration of temporal cloaking Nature, 481 (7379), 62-65 DOI: 10.1038/nature10695

Boyd, R., & Shi, Z. (2012). Optical physics: How to hide in time Nature, 481 (7379), 35-36 DOI: 10.1038/481035a

Video vía Scientific American Blogs.

Esta entrada participa en el VI Carnaval de la Tecnología celebrado este mes en Scientia.

Científicos hallan proteína de interferencia en microorganismo halófilo

2012-01-05T03:51:00.001-05:00

Reconocen secuencias específicas de siete nucleótidos para silenciar la expresión del gen.

Hace algunos días vimos un video muy didáctico de lo que es un ARN de interferencia (ARNi). Los ARNi han sido ampliamente estudiados desde su descubrimiento en 1998 por Andrew Fire y Craig Mello, el cual les valió el Nobel de Fisiología en el 2006. Su función es regular la expresión de los genes después de que hayan sido transcritos de ADN a ARN mensajero (ARNm), en otras palabras, “apagan” o “silencian” determinados genes.

Están compuestos por unos cuantos nucleótidos —entre 21 y 23 la mayoría de las veces— que son complementarios a una región específica del ARNm, emparejándose con ellos y formando una porción de doble hebra que es degradada rápidamente por las nucleasas de la célula.

Sin embargo, los ARNi no serían los únicos encargados de silenciar los genes a este nivel ya que un grupo de investigadores estadounidenses del Robert Wood Johnson Medical School, liderados por el Dr. Masayori Inouye, han descubierto una proteína capaz de reconocer y cortar secuencias específicas de siete nucleótidos en el ARNm con el fin de regular su expresión. Los resultados fueron publicados el 3 de Enero en Nature Communications.

Todo empezó en el 2003 cuando el mismo grupo de científicos descubrió una enzima —la MazF— en E. coli que era capaz de cortar el ARNm en regiones que portaban la secuencia ACA, silenciando así la expresión de estos genes. A estas enzimas las llamaron “interferasas”. A partir de entonces se hallaron más MazF homólogas en otras especies de bacterias, cada una con especificidades que variaban entre 3 y 5 nucleótidos.

Por ejemplo, las interferasas de Mycobacterium tuberculosis y Staphylococcus aureus reconocen secuencias específicas de cinco bases que regulan la expresión de genes asociados con su patogenicidad. No obstante, estas secuencias de reconocimiento son demasiado cortas como para silenciar la expresión de genes específicos tal como lo hacen los ARNi.

Cuando Inouye y sus colaboradores analizaron el genoma de Haloquadrata walsbyi, una arquea de forma plana y cuadrada que vive en ambientes extremadamente salinos (halófilo), encontraron un gen que codificaba una proteína homóloga a la MazF de E. coli. A este gen lo llamaron mazF-hw.

Las interferasas MazF funcionan bajo un sistema toxina-antitoxina. Esto quiere decir que hay otra proteína que regula el efecto silenciador de MazF. Esta proteína se llama MazE y los genes que los codifican están ubicados uno junto al otro (operón mazE-mazF).

En H. walsbyi también se encontró otro gen junto a mazF-hw al que llamaron mazY-hw, sin embargo la proteína que codificaba no presentaba homología con MazE.

Para hacer un estudio más profundo de la interferasa MazF-hw, el Dr. Yoshihiro Yamaguchi, autor principal del estudio, aisló el gen, lo puso en un vector (pColdII-mazF-hw) que es activado en presencia de IPTG y lo introdujo en E. coli. Hizo el mismo procedimiento el otro gen (pET-mazY).

[Para entender como se hace un vector y como se inserta un gen en una bacteria mirar el video BioUnalm for dummies #2]

Al analizar el crecimiento de la E. coli transformada observó que MazF-hw era tóxico para ella (no había crecimiento) a menos que MazY estuviera presente (ver Figura C). Esto demostraba que MazY-hw y MazE cumplían la misma función a pesar de no presentar homología.

Con el fin de determinar cuál era la secuencia específica que MazF-hw reconocía, los investigadores purificaron la proteína y la estudiaron in vitro. Para ello usaron como sustrato el ARN del fago MS2 y los ARN ribosomales de bacterias (16S y 23S) y levaduras (18S y 28S). Los resultados mostraron que MazF-hw sólo cortaba el ARN del fago MS2 y lo hacía en un sólo punto. Además, cuando se ponía junto a MazY-hw, su capacidad de corte era inhibida. Esto demostraba dos cosas: i) había una secuencia de reconocimiento única en el ARN del fago que no estaba presente en los ARN ribosomales y ii) MazY-hw es la antitoxina de MazF-hw.

Usando herramientas bioinformáticas predijeron que la secuencia de reconocimiento y corte debía tener como mínimo seis bases. Las candidatas eran las secuencias UUACUC y UACUCA. Para determinar cuál era, diseñaron dos pequeñas moléculas de ARN de 13 bases donde estarían inmersas estas dos secuencias. Sin embargo, la MazF-hw no fue capaz de cortarlas. Entonces, diseñaron otras secuencias añadiendo distintos nucleótidos a cada uno de los extremos de las seis bases centrales y determinaron que la MazF-hw reconocía y cortaba una secuencia específica de siete nucleótidos (UUACUCA) y lo hacía con una especificidad superior al 99%. Además se determinó que el corte lo hacía después de la segunda U.

Las implicancias de este descubrimiento son grandes. Es la primera vez que se identifica una secuencia de reconocimiento y corte tan larga. En promedio, esta secuencia se repite cada 16,000 nucleótidos dentro de H. walsbyi, en otras palabras, no es muy frecuente y sólo estaría presente en unos pocos genes.

Al analizar los ~2,600 genes de H. walsbyi se encontró la secuencia UUACUCA en 183 de ellos: 170 presentaban una copia, 12 dos copias y sólo una presentaba tres copias de la secuencia mencionada. Como la sensibilidad del ARNm a ser cortado por la MazF-hw es proporcional al número de copias de la secuencia de reconocimiento, sólo un gen estaría fuertemente regulado por esta proteína.

El gen boa era el que presentaba las tres copias. Este gen codifica para un regulador de la bacteriorodopsina, quien es la encargada de usar la energía de la luz para bombear protones y generar ATP. Al hacer los estudios in vitro observaron que la interferasa MazF-hw era inhibida a concentraciones de 10mM de MgCl₂ y 400mM de NaCl. Sin embargo estos microorganismos requieren de concentraciones de 3M de NaCl para vivir y puede resistir hasta 2M de MgCl₂, lo que indicaría que MazF-hw no se encuentra activa en condiciones normales de desarrollo.

Entonces, ¿en qué momento funciona?. La H. walsbyi vive feliz flotando sobre la superficie de aguas saturadas de sales, capturando la luz del sol para producir ATP. Pero cuando los niveles de sal se reducen (estado hipo-osmótico) debido a las lluvias o el desborde de un río, las H. walsbyi pierden su capacidad de flote y se hunden, su capacidad de producir ATP se reduce porque los rayos solares no la alcanzarán con la misma eficiencia. Entonces, como la concentración de sal del entorno disminuye, la MazF-hw se activa y la bacteriorodopsina deja de ser producida (al fin y al cabo, ya no le es útil).

La activación de la MazF-hw puede desempeñar un rol importante en la respuesta de H. walsbyi a las condiciones duras del entorno: los sistemas toxina-antitoxina se caracterizan por ello. Sin embargo, aún queda otra pregunta por resolver: ¿Por qué MazF-hw fue tóxica para E. coli?

Al analizar todos los genes de E. coli se encontró la presencia de la secuencia UUACUCA en 223 de ellos, de los cuales cuatro son esenciales para su crecimiento (lolDi, rplC, rpmD y rpoB). La explicación sería que MazF-hw degrada los ARNm de estos genes evitando así que la bacteria se desarrolle.

Como conclusión tenemos que MazF-hw es una proteína que regula la expresión genética a nivel del ARNm, pero a diferencia de otras proteínas similares descritas anteriormente, su especificidad es mucho mayor, tanto así que podría regular la expresión de unos pocos gen (incluso uno sólo). Por otro lado, las interferasas no son enzimas de restricción porque no actúan a nivel del ADN.

Ahora los científicos apuntan a buscar más genes homólogos a MazF-hw, tal vez con secuencias de reconocimiento mucho más largas las cuales mejorarían enormemente su especificidad, hasta el punto de llegar a comportarse como los ARN de interferencia, los cuales reconocen secuencias de 22 bases en promedio.

Además, los investigadores apuntan al desarrollo de interferasas específicas para inactivar genes humanos que se encuentran sobreexpresados en ciertas condiciones patológicas (cánceres o enfermedades metabólicas). También se podrían diseñar interferasas que permitan bloquear el desarrollo de virus y bacterias patógenas de plantas con el fin de desarrollar variedades de cultivos resistentes a enfermedades. Sin dudas, se ha abierto un nuevo campo de investigación que espera ser aprovechado.

Referencia:

Yamaguchi, Y., Nariya, H., Park, J., & Inouye, M. (2012). Inhibition of specific gene expressions by protein-mediated mRNA interference Nature Communications, 3 DOI: 10.1038/ncomms1621

Imagen: H. Walsbyi (Bolhuis et al., 2004).

Desarrollan técnica para detectar esporas de ántrax en sobres cerrados

2012-01-04T08:48:00.001-05:00

Científicos usaron una variante de la espectroscopía Raman.

Desde el 11 de Septiembre del 2001, Estados Unidos ha reforzado las medidas de seguridad de sus aeropuertos y servicios postales ante la amenaza de cualquier atentado terrorista. Una forma típica de ataque es a través de agentes infecciosos sumamente virulentos y cuyo tratamiento es ineficiente o inexistente (bioterrorismo). Tal es el miedo que hace poco se ha puesto una moratoria a la publicación de dos artículos —uno en Science y otro en Nature— sobre el desarrollo en el laboratorio de una cepa de la gripe H5N1 sumamente virulenta.

El problema es que las técnicas empleadas para detectar cualquier tipo de espora o partícula viral dentro de sobres y cartas son ineficientes. La resolución obtenida o la interferencia con otros compuestos presentes dentro (Ej.: papeles, polvo y otros químicos no peligrosos) dificultan el trabajo.

Un grupo de investigadores estadounidenses liderados por el Dr. Rajan Arora de la Universidad de Wisconsin han logrado detectar la presencia de esporas de ántrax dentro de sobres cerrados usando una variante de la espectroscopía Raman según un artículo publicado el 3 de Enero en PNAS.

De manera sencilla, la espectroscopía Raman se basa en el cambio de la frecuencia de los fotones de luz al interactuar con las moléculas. Esto dependerá de la rotación y vibración de los enlaces. Cada molécula tiene un patrón específico de dispersión que permite identificarlo. El problema es que el papel y todo lo que haya dentro de los sobres interfieren con la luz incidente y la señal emitida por el componente de interés disminuyendo considerablemente su intensidad o creando un ruido de fondo.

La solución llegó en el 2002 cuando Scully et al. mejoraron la intensidad de la señal usando la espectroscopía de dispersión anti-Stokes Raman coherente (CARS). Esta técnica genera un estado de máxima coherencia molecular que se da cuando las moléculas oscilan a una amplitud máxima y todas al unísono. En el presente estudio, Arora y sus colaboradores combinaron CARS con la microscopía Raman coherente para reducir la interferencia del medio y aumentar la rapidez de detección de esporas de ántrax dentro de sobres cerrados. Para ello usaron pulsos cortos de dos rayos láser combinados y enfocados sobre la muestra permitiendo obtener un espectro de dispersión de buena resolución.

Para demostrar la eficacia de la técnica, los investigadores pusieron dentro de unos sobres cerrados un poco de ácido dipicolínico (DPA), el principal componente de las esporas del ántrax, y lograron identificar claramente su patrón de dispersión. Para complicar la cosa, mezclaron el DPA con polvo de tiza, para ver si la técnica era capaz de diferenciarlos. Como era de esperarse, la microespectroscopía CARS lo pudo hacer aunque la intensidad de la señal se redujo de manera considerable. Además, la técnica no sólo permitió identificar los componentes sino determinar su ubicación y hasta concentración dentro del sobre.

La velocidad de análisis es de aproximadamente 100ms por campo de observación, no muy rápida como para analizar un sobre entero de forma instantánea. Sin embargo, esta técnica puede emplearse junto a otras como la microscopía óptica de transmisión para hacer el CARS sólo en regiones sospechosas del sobre.

Referencia:

Arora, R., Petrov, G., Yakovlev, V., & Scully, M. (2012). Detecting anthrax in the mail by coherent Raman microspectroscopy Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1115242108

ECI 2012v

2012-01-02T23:08:00.001-05:00

Arrancamos el año con uno de los eventos académicos más importantes del país, se trata del Encuentro Científico Internacional de verano (ECI 2012v) coordinado por el Dr. Modesto Montoya, el cual tendrá lugar entre el 3 y 6 de Enero en distintos auditorios de la ciudad de Lima. La inscripción es gratuita a través de la página oficial. Este evento reúne a los científicos peruanos que vienen haciendo investigaciones de gran relevancia en diferentes partes del mundo.

El ECI 2012 llevará el nombre del físico nuclear Víctor Latorre Aguilar, en cuyo periodo como presidente del Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN), se inauguró el centro nuclear de investigación de 10MW de potencia “Oscar Miró Quesada de la Guerra (RACSO)”.

Pueden ver el programa del evento a través del siguiente link:
http://www.encuentrocientificointernacional.org/eci2012v/eci2011vprogramapreliminar.htm

Sin dudas, la calidad del evento está asegurada, aunque [muy personalmente], haré unas recomendaciones:

Introducción al acelerador sincrotrón y sus aplicaciones. Marcos Quispe. Sincrotrón ALBA, Barcelona, España.
Martes 3 de Enero, 8:30am, Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Desenmascarando el veneno de Bothrops andianus (punta de lanza): Purificación e Caracterización de la Estructura Primaria de una nueva serinoproteasa con actividad Trombina “like” (TLBan). Valeriano-Zapana et al. State University of Campinas (UNICAMP), Campinas, SP, Brazil.
Martes 3 de Enero, 9:00am. Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Avances en las investigaciones sobre molectrónica. Jorge Seminario. Universidad de Texas A&M, Estados Unidos.
Martes 3 de Enero, 10:00am. Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Perspectivas de la fusión nuclear. Bernard Bigot. Comisión de Energía Atómica, Francia.
Martes 3 de Enero, 3:00pm. Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.

IMPERDIBLE: Avances en las investigaciones sobre las fuerzas que dominan al ADN. PhD. Carlos Bustamante. Universidad de Berkeley, Estados Unidos.
Martes 3 de Enero, 5:30pm. Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.

Simple detection methods of fluoride, lead (Pb) and glyphosatepresent in water. Pacheco Tanaka et al. LEPAE, University of Porto, Portugal. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Nigatake, Miyagino-ku, Japan.
Miércoles 4 de Enero, 9:20am, Consejo Departamental de Lima del Colegio de Ingenieros del Perú. Av. Marconi 210, San Isidro
Mecanismos atmosféricos asociados al retroceso glaciar en los Andes del Centro y Sur del Perú. Ángel Cornejo. Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología, Lima, Perú.
Miércoles 4 de Enero, 3:00pm. Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA). Luis Felipe Villarán 1069, San Isidro
Creación de quarks pesados producidos por maximización de La Ecuación de Weizsacker-Williams en la Aniquilación Electro-Positrón. Carlos Moya y Antonio Rivasplata. Universidad Nacional de Trujillo, Trujillo, Perú.
Miércoles 4 de Enero, 9:40am, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Particle Identification Using The Threshold Cerenkov Detector with Radial Segmentation (TCDRS). Ely I. León. Florida A&M University, Tallahassee, Estados Unidos.
Miércoles 4 de Enero, 10:00am, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Obtención de prototipo de hueso humero a partir de cáscaras de coco. Walter Pardavé Livia. Universidad Manuela Beltrán, Bucaramanga, Colombia.
Miércoles 4 de Enero, 11:40am, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Selección de genotipos de camote (Ipomoea batatas L.) con características de resistencia al nematodo del nudo (Meloydogine incognita Kofoid and White). Estrada Taboada et al. Universidad Nacional Agraria la Molina, Lima, Perú. Centro Internacional de la Papa, Lima, Perú.
Miércoles 4 de Enero, 4:40pm, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Sobre la organización del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación del Perú José Luis Segovia Juárez. Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Lima, Perú
Miércoles 4 de Enero, 11:30pm, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Argumentos a favor y en argumentos en contra la creación del Ministerio de Ciencia y Tecnología. Modesto Montoya. Red Internacional de Ciencia y Tecnología.
Miércoles 4 de Enero, 12:00pm, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Mesa redonda: Beneficios de la creación del Ministerio de Ciencia y Tecnología.
Jueves 5 de Enero, 2:45pm, Consejo Departamental de Lima del Colegio de Ingenieros del Perú. Av. Marconi 210, San Isidro
Resultados preliminares y comparación de dos radares de meteoros con diferente frecuencia de Operación en el radio Observatorio de Jicamarca. Condori et al. Radio Observatorio de Jicamarca, Instituto Geofísico del Perú, Perú.
Jueves 5 de Enero, 2:20pm, Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA) Luis Felipe Villarán 1069, San Isidro
Instalación y operación de detectores cherencov de agua para el observatorio de GRB's de gran apertura (LAGO) Tueros et al. Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial, Lima, Perú
Jueves 5 de Enero, 3:50pm, Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA) Luis Felipe Villarán 1069, San Isidro
Alta precisión de temperaturas efectivas para 62 estrellas tipo solares a partir de perfiles Ha. Cornejo et al. Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial , Lima, Perú
Jueves 5 de Enero, 4:10pm, Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA) Luis Felipe Villarán 1069, San Isidro

IMPERDIBLE: Investigando el agujero negro en el centro de nuestra galaxia, Sgr A Giulano et al. ICRAR/Curtin Universiy – Australia
Jueves 5 de Enero, 5:10pm, Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA). Luis Felipe Villarán 1069, San Isidro

Bioprospección de los venenos de serpientes con visión a su aplicación en biotecnología en la era Póst-Genómica. Luis Alberto Ponce-Soto. University of Campinas, Campinas, SP, Brasil
Jueves 5 de Enero, 10:20am, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Rol de la testosterona en la adaptación a la altura. Gustavo Gonzales Rengifo. Facultad de Ciencias y Filosofía, Universidad Peruana Cayetano Heredia, Lima, Perú.
Jueves 5 de Enero, 4:30pm, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
¿Cuánta hemoglobina es necesaria para vivir en la altura? El caso del ejercicio en el Mal de Montaña Crónico. Francisco Villafuerte. Beca de retorno, Universidad Peruana Cayetano Heredia, Lima, Perú
Jueves 5 de Enero, 5:30pm, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
Identificación del polimorfismo genético de TLR2 y TLR4 y su asociación con resistencia a enfermedades en alpacas (Vicugna pacos). Juan Agapito. Instituto Peruano de Energía Nuclear, Lima, Perú
Jueves 5 de Enero, 2:30pm, Instituto Peruano de Energía Nuclear. Av. Canadá 1470, San Borja
La física cuántica para el ordenamiento territorial. Joan Tincopa Langle. Centro de investigación geográfica y Geopolíticas, Lima, Perú.
Jueves 5 de Enero, 3:40pm, Universidad Privada Norbert Wiener. Jr. Larrabure y Unanue 110 Urb. Santa Beatriz
Efecto quimioprotector de un fitomedicamento de hojas de Piper Aduncum En Lcera Péptica y cáncer gástrico inducidos en diferentes modelos experimentales in-vitro, in-vivo. Jorge Arroyo. Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Perú.
Jueves 5 de Enero, 3:00pm, Cámara de Comercio de Lima (CCL). Av. Giuseppe Garibaldi Nº 396, Jesús María
Respuesta ionosférica debido a las explosiones solares. Rivero Gavilán et al. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Brasil
Viernes 6 de Enero, 8:30am, Gran Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Av. Túpac Amaru 280, Rímac

IMPERDIBLE: Nanotecnología ambiental. Oscar J. Perales-Pérez, PhD. University of Puerto Rico at Mayaguez, Estados Unidos.
Viernes 6 de Enero, 11:30am, Gran Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Av. Túpac Amaru 280, Rímac

Proteínas motoras al rescate: regulación de la recombinasa Rad51. Santa María & Hannah Klein. New York University School of Medicine, New York, Estados Unidos.
Viernes 6 de Enero, 2:00pm, Gran Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Av. Túpac Amaru 280, Rímac
Cosmología moderna: los paradigmas de materia oscura y energía oscura en el Universo. Alan M. Velásquez-Toribio. Universidade Federal do Espirito Santa, Vitória, ES, Brasil.
Viernes 6 de Enero, 2:30pm, Gran Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Av. Túpac Amaru 280, Rímac

IMPERDIBLE: Nuevos blancos moleculares en la terapia del cáncer. Castro-Gamero et al. Universidade de São Paulo, Brasil.
Viernes 6 de Enero, 3:30pm, Gran Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Av. Túpac Amaru 280, Rímac

Estudio ab initio de la fotoisomerización y desprotonación de la base de Schiff del retinal. Salazar-Salinas et al.Texas A&M University, College Station, TX, Estados Unidos.
Viernes 6 de Enero, 4:00pm, Gran Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Av. Túpac Amaru 280, Rímac
Caracterización del genoma del cáncer de mama y colorrectal. Dominguez et al. Lund University, Lund, Sweden.
Viernes 6 de Enero, 4:30pm, Gran Teatro de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Av. Túpac Amaru 280, Rímac

Nos vemos!

Cierre del X Carnaval de Química

2011-12-31T19:39:00.001-05:00

Durante este mes, BioUnalm tuvo el honor de acoger la X Edición del Carnaval de Química. Esta edición fue especial porque el 2011 fue el Año Internacional de la Química. Quiero agradecer a todos los que contribuyeron con el carnaval, ya que es por ustedes que ésta gran iniciativa sigue vigente, divulgando de manera rigurosa y entretenida esta apasionante área de la ciencia. Así que, sin más preámbulos, les presento las 11 entradas participantes.

La primera contribución llegó gracias a @Manuel_SanchezA a través de su blog Curiosidades de la microbiología. Manuel nos habló sobre qué pasó con las archifamosas bacterias del arsénico, un año después de su publicación en Science. En él nos comenta los resultados obtenidos por la principal crítica del trabajo de Wolfe-Simon et al., la microbióloga Rosie Redfield, así como también, la publicación de la secuencia del genoma de esta bacteria gracias al trabajo del Dr. Simon Silver.

@DaniEPAP —creador del Carnaval— se hizo presente con una interesante pregunta: “¿Cuál es tu reacción química favorita?” a través de su blog Ese punto azul pálido. Entre las más populares tenemos la Rx de Maillard, Rx de Belousov Zhabotinsky y el pardeamiento enzimático por oxidación de polifenoles (la explicación de por qué tu manzana se “oxida” una vez que la muerdes).

Además, @DaniEPAP se hizo presente con otra entrada. ¿Alguna vez te preguntaste cómo despega un módulo lunar en la LUNA? ¿Cuál fue el combustible usado?. Entérate aquí.

El chocolate, a parte de ser un delicioso manjar, tiene propiedades beneficiosas para la salud gracias a la gran cantidad de antioxidantes que posee. Borja a través de su blog Destejiendo el mundo (@Destejiendo) nos muestra la relación entre los chocolates y la salud.

Quienes seguimos el gran blog de @ScientiaJMLN, Scientia, estamos acostumbrados a leer unas historias fascinantes. José Manuel tiene la habilidad de encontrarle una relación tan fantástica a cosas que “aparentemente” no las tienen. Adaptada a una historia épica (El señor de los anillos), él nos cuenta cómo pudo atrapar a la pinosilvina —un potente agente antimicrobiano y antifúngico natural— usando sus queridas ciclodextrinas. Sin lugar a dudas se lleva el Óscar a “Mejor artículo científico adaptado”.

Desde la hermosa tierra de Ecuador, Alexis Hidrobo nos cuenta la química que está detrás del amor, la acción que cumplen las endorfinas, feniletilaminas, norepinefrinas y oxitocinas en el amor de pareja. Su artículo “Las flechas químicas de Cupido” fue publicado a través de Hablando de Ciencia (@HdCiencia). Además, quiero aprovechar la oportunidad para felicitarlos por el documental “Del mito a la razón”, un trabajo independiente memorable.

¿Algún día nos olvidaremos por completo de las lavadoras y los detergentes?. Como siempre Francis (@emulenews) nos trae las últimas novedades de la ciencia. Esta vez nos cuenta sobre un algodón recubierto con una capa de dióxido de titanio dopado con nitrógeno y con otra de yoduro de plata que se limpian simplemente poniéndolas al sol.

¿Será que todos los procesos importantes para la vida, incluso esa extraña cosa que llamamos conciencia humana, no sea más que una simple interacción de partículas subatómicas y campos de energía?. El anfitrión, @biounalm, se hace presente tratando de responder esta interrogante.

¿Cuáles han sido las investigaciones más resaltantes del año en el mundo de la química? La respuesta sólo la puede dar un referente en la divulgación científica en español como lo es César Tomé (@EDocet). César considera que los avances más importantes del 2011 se centraron en dos grandes áreas de estudio: el origen de la vida y la biología sintética. Entérate cuáles son (en la primera de ellas) a través de su blog Experientia Docet.

@jmmulet nos cuenta la historia de unos hermanos mellizos que padecían de una enfermedad muy rara cuyos síntomas eran tan peculiares que ningún especialista pudo dar un diagnóstico definitivo. Un día encontraron a un paciente que presentaba la misma sintomatología, pero a diferencia de los mellizos, su mal estaba identificado: distonia dopa-sensible (una enfermedad genética). El tratamiento funcionó, pero sólo por un tiempo. Nuevos síntomas aparecieron. Finalmente encontraron la causa original a todos sus problemas. ¿Cómo lo hicieron? Entérate cómo leyendo la entrada preparada por JM Mulet en Los productos naturales ¡vaya timo!.

Finalmente, Elisa Benitez (@EbeniTIC) a través de su blog Que no te aburran las M@tes quien nos da una breve entrada sobre el Año Internacional de la Química.

Bueno, no queda nada más que desearles a todos un Feliz Año 2012, que todas sus metas se cumplan y sus proyectos se concreten y será hasta una nueva oportunidad. Ahora cedo el testigo a Daniel Martín Reina quien albergará en su blog, La aventura de la ciencia, la XI edición del carnaval. Éxitos!.

NOT-Top TEN del 2011: lo más extraño, bizarro y jocoso del año

2011-12-31T16:10:00.001-05:00

En el 2011 se presentaron historias, noticias e investigaciones realmente extrañas y, en algunos casos, jocosas. Así que como un bonus track al Top TEN presentado ayer haremos un recuento de las 10 historias que te robaron una sonrisa o un WTF?! durante el año, un NOT-Top TEN al mismo estilo de ESPN…

10. Plantas que actúan como personas

Cuando vemos una planta, creemos que son los seres vivos más aburridos del mundo, ya que son sésiles, no nos divierten, y no mueven sus hojas si están felices. Sin embargo, a pesar de que parezcan inanimados, presentan muchas actividades sociales típicas de los humanos. Aquí haremos un pequeño recuento de cosas que hacen que las plantas se comporten como personas.

9. Estrecha relación entre un murciélago y una planta carnívora

En 1980, un ecólogo llamado Jonathan Moran hizo una extraña observación en la especie Nepenthes rafflesiana ‘elongata’. A diferencia de la otras, esta variedad no presentaba aromas ni colores llamativos que le permitan atraer pequeñas presas. Debido a esto, la N. r. elongata capturara siete veces menos insectos que las variedades comunes. Entonces, ¿cómo hace para sobrevivir un “predador” que no caza?. La respuesta estaba en su mejor amigo, el murciélago Kerivoula hardwickii.

8. El mejor ABSTRACT de la historia

7. Los extravagantes cascos de los membrácidos

Los membrácidos (treehoppers) es el grupo insectos más raros y espectaculares que he visto alguna vez ya que poseen una especie de casco que adquiere unas formas muy caprichosas, tales como: espinas, semillas, hojas, excrementos de aves, hasta de hormigas. ¿A qué se debe? Entérate aquí.

6. Un bonito regalo garantiza el apareamiento

Resulta que las arañas niñeras (Pisaura mirabilis) también ‘pagan por tener sexo’. Los machos que deseen aparearse con una hembra no pueden presentarse con las ~~manos~~ patas vacías. Lo que hacen es capturar un insecto, envolverlo con su seda y ofrecérselo a su compañera para que ella se entretenga examinándolo y comiéndolo mientras el macho hace su trabajo.

5. Volviendo los tejidos transparentes

¿Alguna vez has imaginado tener el poder de ver a través de la ~~ropa~~ piel de alguien? ¿Ver cómo funciona —en tiempo real— cada uno de sus órganos?. Tal vez sea una idea descabellada pero un grupo de investigadores japoneses (cuándo no los japoneses con sus cosas raras) han desarrollado una novedosa solución acuosa llamada Scale que permite convertir los tejidos en estructuras ópticamente transparentes, sin perder su forma ni función.

4. Hongos convierten a hormigas en zombis

Imagínense que dentro de sus intrincadas cavernas subterráneas, las hormigas tuvieran una sala de cines en 3D. Todas hacen fila para ver el estreno de una película de terror que trata sobre un hongo, Ophiocordyceps unilateralis, con la capacidad de invadir sus cerebros y modificar su comportamiento a través de químicos que controlan la mente, provocando que dejen su trabajo, abandonen la colonia y se dirijan hacia una hoja ubicada a unos 25cm del suelo en un ángulo específico contra el sol, para finalmente matarlas y liberar sus esporas… Para mala suerte de las hormigas, esto no es una película sino la vida real.

3. Ganadores de la Carrera mundial de células

Este año, por primera vez en la historia de la biología, se llevó a cabo la Carrera Mundial de Células. Los ganadores fueron anunciados en Diciembre durante el Encuentro Anual de la Sociedad Americana para la Biología Celular. Con una impresionante velocidad de 0.000000312Km/h células madre fetales mesenquimales de la médula ósea obtenidas por investigadores de la Universidad de Singapur se llevaron el título. Nuestra historia “La fórmula 1 celular” fue citada por la página oficial del concurso.

2. PhD Comics: La materia oscura

Espectacular trabajo realizado por Jorge Cham (creador de PhD Comics) que nos explica de manera sencilla, entretenida y detallada, ¿qué es la materia oscura?… Tienen que verlo:

Dark Matters from PHD Comics on Vimeo.

1. El póster vivo de “Contagio”

Este año se estrenó la película “Contagio”. Me gustó mucho la trama y la rigurosidad científica que le pusieron a la historia (algo muy difícil de ver en los productos de Hollywood), así como también la forma cómo un simple bloguero charlatán conspiranoico sin escrúpulos puede influir en la forma de pensar de las personas, poniendo en riesgo miles de vidas. Sin embargo, lo más memorable fue el anuncio publicitario que pusieron días antes de su estreno. Sólo tienen que ver el video:

¡FELIZ AÑO A TODOS!

Top TEN del 2011

2011-12-30T12:18:00.001-05:00

Como es costumbre cada fin de año, haremos un recuento de los 10 acontecimientos científicos cubiertos en el blog que causaron más impacto entre los lectores. Este año ha sido muy movido para la ciencia, lleno de descubrimientos, controversias, cosas que alguna vez te preguntaste pero nunca te atreviste a hacerlo, así que empezaremos la cuenta regresiva (fue muy difícil hacerlo porque hubo historias muy buenas que no pudieron ser consideradas, espero que estén de acuerdo con el ranking):

10. Qué viva el Carnaval!

No se trata de carnavales llenos de disfraces, sexo, alcohol y drogas, sino de unos mucho más divertidos. Este año BioUnalm fue anfitrión de los Carnavales de Biología, Física y Química [mañana sale el resumen]. Las historias abordadas por grandes divulgadores que se hicieron presentes son simplemente ESPECTACULARES, así que te puedes entretener leyendo cada una de ellas a través de los resúmenes y esperemos acoger otros carnavales en el 2012.

9. Fundamentos claves de la biología se desmoronan

Como en toda área de la ciencia, existen ciertos fundamentos y teorías que se mantienen vigentes por muchísimos años llegando a ser considerados como principios básicos que rigen una determinada función de la naturaleza. Sin embargo, lo bello de la ciencia es que por más rigurosa y corroborada que sea una teoría, tarde o temprano aparece un suceso aislado que la desmorona.

El primero ocurrió en mayo, cuando científicos de la Universidad de Pennsylvania reportaron haber encontrado más de 10,000 regiones en las cuales las bases del ARNm no correspondían a las bases del ADN que la generaron, y muchos de estos ARNm llegaban a codificar proteínas que portaban estos cambios en sus secuencias de aminoácidos, incluso, algunos eran más grandes o más pequeños que los originales.

El artículo publicado en Science llamó la atención de la comunidad científica y muchos se mostraron escépticos, y no era para menos —que el ARNm no hiciera caso a lo que le dice su “manual de instrucciones” era muy raro. Ya se conocían ciertas enzimas y mecanismos moleculares que editaban el ARNm cambiando su secuencia final. Sin embargo, lo que encontraron estos investigadores era muy extraño porque los cambios se daban de formas que no eran explicadas con los mecanismos conocidos.

El segundo ocurrió en Diciembre. A todos nos enseñaron que las células eucariotas se diferencian de las procariotas (bacterias) porque estas últimas no presentan núcleo, ni compartimientos internos especializados (organelos), ni microtúbulos. Sin embargo, un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) descubrieron que ciertas bacterias del género Prosthecobacter presentaban microtúbulos hechos a base de dos tubulinas muy primitivas.

8. La luz como interruptor de genes

¿Podemos controlar genes y por lo tanto el comportamiento de alguien usando un simple rayo de luz? De ser posible, lo es, pero falta mucho para que lo apliquemos a nuestra vida cotidiana. Sin embargo, este año se dio un gran avance en la optogenética ya que un grupo de investigadores logró curar a ratones diabéticos usando una cápsula de células portando genes que codifican para la insulina que se activaban en presencia de la luz azul.

7. Tendemos a empatar cuando jugamos yan-ken-po

¿Quién no ha resuelto una disputa, de manera justa, jugando “piedra, papel o tijera”? Según un estudio publicado en Proceedings of the Royal Society B de manera inconsciente estamos predispuestos a empatar porque imitamos los movimientos de nuestro adversario. Esta fue la entrada más visitada del año, gracias al empujoncito que nos dio Microsiervos.

6. Accidente nuclear de Fukushima

Como muchos recordamos, el 11 de Marzo ocurrió un terremoto de 8.9° al norte de Japón el cual dañó considerablemente las turbinas de enfriamiento de los reactores nucleares de la Planta Nuclear Fukushima Daiichi. En un primer momento se dijo que todo estaba bajo control, pero al pasar los días veíamos que las torres estallaban, liberando grandes cantidades de sustancias radiactivas a la atmósfera, entre ellas el Cs-137 y el I-131. El peligro que representaba este suceso lo abordamos en dos episodios (Parte I y Parte II). Sin embargo, los medios de comunicación no daban una información acertada debido a que no entendían los conceptos básicos de mediciones de radiactividad, tasa de dosis, dosis absorbida y dosis equivalente. Se daban muchos valores en milisierverts por hora (mSv/Hr), Curios (Cu) o Becquereles por metro cuadrado (Bq/m²) que nadie entendía, así que elaboré dos artículos explicando detalladamente en qué consistían estas unidades y cuáles eran los límites aceptables y máximos permitidos (Parte I y Parte II).

5. La capacidad regenerativa de las salamandras

Las salamandras son unos animales espectaculares porque tienen la capacidad de regenerar cualquier tejido, órgano o parte de su cuerpo (extremidades, cola y hasta ojos) rápidamente. Sin embargo, por más de 200 años no se ha tenido muy en claro cuántas veces la salamandra podría hacer este “truco”, o si esta capacidad regenerativa se veía afectada a medida que envejecía. Para dar una respuesta definitiva, un grupo de investigadores japoneses hicieron una estudio que duró nada menos que 16 años en una especia de salamandra llamada Cynops pyrrhogaster (tritón pecho de fuego), con el fin de evaluar su capacidad regenerativa durante este periodo de tiempo.

4. Especial de Halloween

Podemos encontrar cosas muy tenebrosas en el mundo natural. El 31 de Octubre hice un recuento de las historias más escalofriantes y bizarras que he escrito en el blog. Entérate cuáles son…

3. El Megavirus

En Octubre se descubrió en las costas chilenas al virus más grande conocido hasta la fecha, tal es su colosal tamaño que puede ser confundido con una bacteria y hasta puede ser infectado por otros virus (virófagos). Estos virus gigantes presentan genes encargados de reparar el ADN, otros que codifican enzimas encargadas plegar las proteínas y unas más que modifican aminoácidos y azúcares, que no son encontrados en los típicos virus que hoy conocemos. Y si a todo esto sumamos que estos virus son aislados de ecosistemas marinos, no sería descabellado pensar que se originaron a partir de células eucariotas primitivas. Sin embargo, a diferencia de ellas, su evolución se oriento hacia la reducción de su genoma (evolución reductiva), típica de las bacterias intracelulares.

2.El mundo subatómico de la biología

La biología a nivel molecular funciona de manera muy diferente a lo que conocemos. Todo ocurre en un mundo de probabilidades, donde un electrón puede estar en más de un lugar a la vez. Donde la energía de los fotones recibidos por los complejos fotosintéticos son transportados por el camino más eficiente hacia los centros de reacción, pero para hacerlo deben probar todas las rutas posibles de manera simultánea. Donde los olores no son percibidos según la forma de la molécula sino por la vibración de sus enlaces. En otras palabras, toda la complejidad de la vida puede verse reducida a una “simple” interacción de partículas y campos de energía…

1. Más rápido que la luz

Sin dudas, esta ha sido la noticia del año (en el mundo científico). El escepticismo es muy grande. Muchos artículos que tratan de explicar este fenómeno han sido publicados en los últimos meses. Pero ¿de qué se trata?. Resulta que un grupo de investigadores del CERN y del experimento OPERA del Laboratorio Nacional del Gran Sasso en Italia han descubierto que los neutrinos viajan más rápido que la luz en el vacío. Esto lo observaron al calcular que los neutrinos cubrían una distancia aproximada de 730Km unos 60 nanosegundos más rápido de lo que le tomaría a la luz hacerlo.

Esto contradice lo que dice la Teoría Especial de la Relatividad propuesta por Albert Einstein en 1905. Según ésta, no existe nada más rápido en el universo que la velocidad de la luz porque se requeriría de una energía infinita para hacerlo, algo que es imposible de alcanzar. Las explicaciones propuestas se basan en la sensibilidad y precisión de los equipos, análisis de los resultados, duración de los pulsos de rayos de neutrinos disparados desde el CERN los cuales son muy grandes comparados con la desviación estándar de las medidas tomadas, el punto de vista de los observadores (los GPS, los detectores en Italia y el CERN y las propias partículas) que es la base de la Teoría Especial de la Relatividad, etc. Seguro que el próximo año tendremos más novedades.

NOTA: El ranking se hizo en base al número de visitas por entrada, la presencia en las redes sociales (twitter, facebook, menéame, divúlgame, etc.) y el impacto mundial de la noticia.

Bacterias de la piel producen “efecto AXE” sobre los mosquitos de la malaria

2011-12-29T06:56:00.001-05:00

Compuestos volátiles generados por estas bacterias nos vuelven más o menos atractivos para los mosquitos.

Muchos nos hemos preguntado ¿por qué los moquitos pican más a unos que a otros?. Resulta que estos insectos se guían por señales químicas que emanamos de nuestro cuerpo. Bajo ese mismo principio actúan los repelentes, que están conformados por sustancias químicas que no son atractivas para ellos.

Las bacterias de la piel cumplen un rol importante en nuestro aroma personal, sin ellas, por ejemplo, nuestro sudor no tuviera olor alguno, sobre todo en las axilas. Entonces, como la microbiota epidérmica es diferente en cada persona, los mosquitos se verán atraídos por unos más que por otros.

Para corroborar esta hipótesis, un grupo de investigadores liderados por el Dr. Niels Verhulst de la Universidad de Wageningen (Holanda) han demostrado que la composición bacteriana de la piel juega un rol importante en la atracción de los mosquitos transmisores de la malaria (Anopheles gambiae). Los resultados aparecen publicados el 28 de Diciembre en PLoS ONE.

Verhulst y sus colaboradores reclutaron a 48 voluntarios entre 20 y 64 años. A cada uno se le dio una media de nylon que debían usar durante los tres días que durara el experimento. Además, se colectó sus emanaciones corporales dos veces por día. Luego se comparó el poder atractivo de las emanaciones de cada participante con respecto a un olor control y a partir de las medias de nylon se hizo el cultivo de los microorganismos que quedaron atrapados en ella.

Nueve de los 48 participantes demostraron ser muy atractivos para los mosquitos mientras que siete no lo fueron. Cuando hicieron los cultivos bacterianos y los relacionaron con sus respectivos voluntarios observaron que los participantes que eran menos atractivos para los mosquitos tenían una mayor diversidad pero menor abundancia microbiana que los que eran más atractivos.

Por otro lado, la abundancia relativa de especies del género Staphylococcus fue mayor en los participantes más atractivos, mientras que los del género Pseudomonas eran más abundantes en los participantes menos atractivos. Otros géneros como Brevibacterium y Corynebacterium no mostraron diferencias significativas entre unos y otros.

Debemos considerar que sólo una pequeña parte de las bacterias que habitan en nuestra piel pueden ser cultivados en el laboratorio. Sin embargo, Staphylococcus y Pseudomonas son las más abundantes de todas.

Según los resultados obtenidos, las personas que tienen una mayor abundancia de especies del género Staphylococcus emanan sustancias volátiles que son más atractivas para los mosquitos de la malaria, mientras que las personas con mayor proporción de especies del género Pseudomonas liberan sustancias menos atractivas para ellos. Conclusiones similares ya han sido obtenidas en dos estudios previos (aquí y aquí), demostrándose así la veracidad de la hipótesis.

La explicación podría ser que una mayor diversidad microbiana —especialmente de Pseudomonas—en la piel hace que las sustancias volátiles atractivas para los mosquitos que son producidas por los Staphylococcus sean transformadas en sustancias menos atractivas o repelentes para ellos. Otra explicación es que el “efecto AXE” de los Staphylococcus es enmascarado por las sustancias volátiles generadas por otras bacterias.

Estos resultados podrían ayudar a desarrollar cremas o jabones que reduzcan los niveles de Staphylococcus en la piel y así evitar la picadura por estos insectos. Los resultados podrían ser confirmados además en otras especies de mosquitos como Aedes aegypti quien es responsable de la transmisión del dengue y la fiebre amarilla.

Referencia:

Verhulst, N., Qiu, Y., Beijleveld, H., Maliepaard, C., Knights, D., Schulz, S., Berg-Lyons, D., Lauber, C., Verduijn, W., Haasnoot, G., Mumm, R., Bouwmeester, H., Claas, F., Dicke, M., van Loon, J., Takken, W., Knight, R., & Smallegange, R. (2011). Composition of Human Skin Microbiota Affects Attractiveness to Malaria Mosquitoes PLoS ONE, 6 (12) DOI: 10.1371/journal.pone.0028991