¿Por qué a algunas personas les afecta más un hecho traumático que a otras?

Quién no ha sufrido un hecho traumático durante su vida, ya sea un accidente automovilístico, un terremoto, un asalto o una violación. Tal vez no a todos, pero sé que a la mayoría sí, por lo menos un asalto en la calle. ¿Les ha cambiado la forma como ven el mundo que los rodea?. Muchos me dirán que no porque es parte de la vida y a cualquiera le puede pasar. Sin embargo, hay personas en las que uno de estos acontecimientos los deja marcados para toda la vida, creándoles un miedo incontrolable o un trauma psicológico que no pueden superar.

A este problema, en el mundo de la salud mental, se le conoce como Trastorno por Estrés Pos-Traumático (PTSD, por sus siglas en inglés). Este desorden es tan común y evolutivamente primitivo que hasta los animales lo pueden padecer. Por ejemplo, cuando un perrito ha sido maltratado por su dueño, es muy difícil que se te acerque para que lo acaricies, se alejan con el rabo entre las piernas, o se defienden ferozmente. En los humanos, se ven casos de personas que, tras haber sobrevivido a un fuerte accidente automovilístico, tienen miedo a viajar en carro y evitan a como de lugar hacerlo. Pero, también se ven casos en que estos hechos traumáticos no afectan en lo más mínimo a la persona y esta puede continuar con su vida normalmente. En otras palabras, hay personas que se recuperan rápidamente de un trauma y otras que no. Pero, ¿de qué depende esto?

Investigadores norteamericanos liderados por el Dr. Kerry J. Ressler del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), encontraron las posibles bases moleculares de este trastorno. Ellos observaron que PACAP —un neuropéptido envuelto en la coordinación de las funciones cerebrales en respuesta al estrés— y el gen ADCYAP1R1, que codifica para la proteína receptora de PACAP (PAC1), están directamente relacionados con la manifestación del PTSD, según reportaron esta semana en Nature.

Los investigadores seleccionaron a pacientes con alto riesgo de padecer un PTSD crónico ya que tenían antecedentes de haber estado expuestos a situaciones traumáticas. Al analizar las muestras de sangre los investigadores observaron una relación directa entre los niveles PACAP y los síntomas de un PTSD. Sin embargo, esta relación sólo fue encontrada en las mujeres. Luego analizaron al gen que codifica para receptor de PACAP, lo secuenciaron y los compararon entre sí. Los investigadores encontraron una variante genética que estaban directamente asociadas con el PTSD, sin embargo, nuevamente estaba limitada sólo a las mujeres.

Pero, ¿por qué solo se encontraba estas dos relaciones en las mujeres y no en los varones? Un estudio más exhaustivo demostró que esta variante en el gen ADCYAP1R1 estaban ubicadas dentro de una región putativa que respondía a la presencia de estrógeno —una de las principales hormonas femeninas. Es por esta razón que también las mujeres son más propensas a sufrir de desórdenes psicológicos pos-traumáticos.

Pero, ¿cómo hace una experiencia traumática para relacionarse con una variante genética?. Un hecho traumático ocurre en nuestro entorno, entonces lo consideraremos como un factor ambiental. Los factores ambientales también tienen la capacidad de influir en la expresión o inactivación de determinados genes, a través de cambios en la estructura del ADN. A esto lo conocemos como epigenética.

Cuando vivimos un hecho traumático, se activan ciertas rutas metabólicas en nuestras células, las cuales producen y liberan determinados factores de transcripción, neurotransmisores y hormonas, que nos ponen en un estado fisiológico conocido como estrés. El ADN puede ser modificado mediante la unión de grupos metilo a determinados nucleótidos (metilación del ADN), el cual cambia la forma de la cromatina, exponiendo o escondiendo determinados genes.

Ressler et al. observaron que en los pacientes propensos a sufrir de PTSD, una región del gen ADCYAP1R1 estaba sumamente metilada, y estaba presente tanto en los varones como en las mujeres. Los investigadores creen que a medida que se repite un hecho traumático, los genes relacionados con la respuesta al estrés empiezan a acumular metilaciones, los cuales cambiarán la forma en que responden después de ocurrido el hecho traumático.

Este estudio abre el camino hacia la búsqueda de marcadores específicos para el diagnóstico preventivo del PTSD y el desarrollo de nuevos tratamientos. Los tratamientos actuales contra el PTSD incluyen prolongadas terapias psicológicas y el uso de drogas que bloquean los receptores de determinados neurotransmisores. Lamentablemente, no en todas las personas funciona de la misma manera. Tal vez, dentro de unos años, podremos usar los niveles de PACAP en sangre para determinar si una persona que acaba de pasar por un hecho traumático desarrollará un PTSD y empezar con la terapia psicológica lo más pronto posible. Por otro lado, podríamos secuenciar el gen ADCYAP1R1 y ver si la persona tiene la variante genética responsable del riesgo a sufrir de PTSD.

Referencias:

Ressler, K.J., et al. Post-traumatic stress disorder is associated with PACAP and the PAC1 receptor. Nature 470: 492–497 doi:10.1038/nature09856 (2011).

Bertini, I. & Lichinat, C. A molecular shield from trauma. Nature 470: 468–469. (2011).

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Wellcome Images Awards

El miércoles pasado fue anunciado el XI Wellcome Images Awards, uno de los concursos de imágenes médicas más importantes del mundo. Wellcome Images es una de las colecciones más ricas en imágenes biomédicas, las cuales reflejan todo el avance que ha tenido esta parte de la ciencia en los últimos años. Gracias al desarrollo de novedosas técnicas de marcación con moléculas fluorescentes, la criomicroscopía electrónica y el modelamiento en 3D, se ha revolucionado la forma de mostrar los procesos biológicos a través de fotos, videos y animaciones.

Así que les recomiendo que se den una vuelta por esta galería. http://www.wellcomeimageawards.org/index.htm

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El poder de las metáforas al momento de tomar decisiones

Hoy fue publicado un interesante artículo en PLoS ONE el cual nos muestra la gran influencia que pueden tener las metáforas sobre nuestra forma de razonar, sin que nos demos cuenta. El artículo se enfoca principalmente en la forma como percibimos un crimen relacionándolo con dos metáforas: como una bestia salvaje (el criminal) que anda buscando presas para devorar (las víctimas), o como un virus o una plaga (el criminal) que va diseminado e infectando personas o comunidades (las víctimas). Según como nos presenten el problema, las soluciones que propondremos serán completamente diferentes.

Estas dos metáforas tienen bastante sentido. La prevalencia del crimen en ciudades como la nuestra es muy alta, cada día va en aumento y extendiéndose por más lugares. En otras palabras, este problema puede ser fácilmente descrito como una epidemia. Por otro lado, un crimen es un ataque a una persona indefensa, así que lo podemos describir como el ataque de un depredador a una presa. ¿Cuál sería la mejor solución para este problema? Si lo consideramos como una epidemia o un virus, lo mejor sería buscar el foco de infección, cortar el brote de raíz —para evitar más infectados— y desarrollar una vacuna. Pero, si lo consideramos como un peligroso depredador, lo mejor sería capturarlo para evitar que mate a más presas.

El problema de considerar al crimen de una u otra manera tiene sus repercusiones. Por ejemplo, un violador en serie atacó a 11 mujeres antes de ser capturado, 15 meses después de su primera violación. Si la policía hubiera dado a conocer a la población todo lo que sabían acerca del violador, tal vez se hubieran podido evitar las 8 últimas violaciones, ya que las mujeres del lugar hubieran tomado sus precauciones. Sin embargo, como el objetivo de la policía era capturar al violador, mantuvieron la investigación en secreto a fin no alertar al criminal. Pero, mientras lo perseguían, el violador seguía cometiendo sus atrocidades. En el primer caso se considera al violador como una epidemia, en la que se informa a la población para que tomen sus precauciones y no se enfermen. En el segundo caso se  considera al violador como un depredador al cual deben capturar lo más pronto posible para que ya no mate más presas. Entonces, las 11 mujeres fueron víctimas no solo del violador… sino también, de las metáforas.

Para determinar de manera cuantitativa el efecto que tienen las metáforas al momento de tomar decisiones, Paul H. Thibodeau y Lera Boroditsky del Departamento de Psicología de la Universidad de Stanford, reclutaron a 485 estudiantes voluntarios quienes fueron sometidos a cinco diferentes experimentos.

En el Experimento 1 se les dio a los voluntarios un reporte sobre el incremento en la tasa de crímenes de una determinada ciudad y se les pidió que propongan una solución para el problema. Los participantes fueron divididos en dos grupos, a uno se les presentó el crimen como una bestia depredadora y al otro como un virus infeccioso. Sorprendentemente, cuando el crimen fue presentado como un virus, los participantes propusieron investigar las causas de este incremento y tratar el problema a través de una reforma social, erradicando la pobreza y mejorando la educación. Por otro lado, cuando el crimen fue presentado como una bestia depredadora, los participantes propusieron capturar y castigar duramente a los criminales, incentivando la promulgación de leyes más duras y con menores consentimientos.

En el experimento 2, los investigadores quisieron ver si eran las metáforas, por sí solas, las que influenciaban en las decisiones que tomaban los participantes. Para ello, usaron el mismo reporte que en el primer experimento, quitando los verbos y adjetivos que hacen referencia explícita a un virus (Ej. infectar/padecer) o a una bestia salvaje (Ej. acechar/cazar). Los resultados fueron similares al primer experimento, lo que indica que las metáforas no deben ser explícitas para influir en la forma como razonamos.

En el experimento 3, los investigadores quisieron saber si por el solo hecho de que las palabras “bestia” y “virus” aparecían en el texto, los participantes activaban asociaciones léxicas con estas palabras, así no estuvieran dentro del contexto. Al oír la palabra bestia salvaje, al instante se nos viene a la mente las palabras capturar, enjaular, perseguir, etc., estas son las asociaciones léxicas que pudieron haber influido en la decisión de los participantes. Para probar esta posibilidad, los investigadores pidieron a los participantes que dijeran un sinónimo para la palabra “bestia” y para la palabra “virus”, de tal manera que quedara grabada en su subconsciente y después les dieron el mismo reporte que en el experimento 2, pero esta vez la palabra metafórica fue omitida. Por ejemplo, en vez de decir “la delincuencia es como una bestia/virus que está causando estragos a la ciudad…” pusieron “la delincuencia está causando estragos en la ciudad…”. En este experimento, no hubo diferencias entre las soluciones que dieron los participantes, lo que indica que las metáforas actúan mas que como palabras aisladas. Su poder radica en formar parte de frases elaboradas.

En el experimento 4, los investigadores quisieron ver si las metáforas no sólo afectan la forma como los participantes proponen resolver el problema de la delincuencia, sino también, la forma como recopilan información para resolver futuros problemas. Si los participantes buscan información relacionada con la metáfora inicial que han leído, esto indicaría que el efecto que tienen en nuestra forma de pensar es podría ser a largo plazo, de manera repetitiva. Sorprendentemente, los resultados mostraron que los participantes buscaron información que era compatible con el marco metafórico.

Finalmente, en el experimento 5, los investigadores quisieron ver si poner la metáfora al inicio del texto o al final del mismo influía en la forma de solucionar el problema de los participantes. Una posibilidad es que si se pone la metáfora al inicio del texto, coaccionan en nuestra manera de pensar, ya que toda la información posterior que resulte ambigua la trataríamos de relacionar con la metáfora inicial, en otras palabras, la metáfora es asimilada y ayuda a estructurar la información que viene después. La otra posibilidad es que la metáfora activa un paquete de ideas y que al presentarse al final, estará más fresco en nuestra mente, influyendo más en nuestra manera de razonar. Entonces, nuestra respuesta hacia una determinada solución será potenciada. Los resultados de este último experimento mostraron que no hay un efecto significativo de poner la metáfora al inicio o al final, lo que indica que la metáfora fue asimilada gracias a la estructuración de las ideas presentes en el texto.

Sin dudas es un experimento bastante interesante. Hasta ahora no era capaz de entender el gran efecto que tienen las metáforas en nuestra manera de razonar. Por ejemplo, esto de las metáforas es muy aplicado en la ciencia. Si queremos que una persona común y corriente entienda como funciona la electricidad, es más fácil que lo haga si les decimos que se imaginen un rio, y que cada molécula de agua corresponde a una carga eléctrica. La biología usa mucho de las metáforas, por ejemplo, al describir al genoma como un manual de instrucciones, o los nucleótidos como letras y los genes como palabras.

Las metáforas sin dudas tienen un gran potencial debido al gran efecto que ejercen sobre nuestra manera de pensar. Por ejemplo, los candidatos a la presidencia de un país podrían usarlo para captar electores, los estudiantes para conseguir becas, los investigadores para obtener financiamiento, etc., la idea es saber como presentarlas.

Referencia:

Thibodeau, P., & Boroditsky, L. (2011). Metaphors We Think With: The Role of Metaphor in Reasoning PLoS ONE, 6 (2) DOI: 10.1371/journal.pone.0016782

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La radiación emitida por los celulares aumenta la actividad cerebral… pero sólo un poquito

Muchas veces he escuchado decir a la gente que la radiación emitida por los celulares puede producir cáncer cerebral, y si lo llevas en los bolsillos, puede producir esterilidad. En la universidad, he visto que varios compañeros hicieron pequeños experimentos para ver si la radiación emitida durante una llamada por celular tiene algún efecto sobre el crecimiento microbiano o la germinación de semillas. Para ello, sometieron a placas con medios de cultivo portando semillas o colonias bacterianas, a dosis de llamadas —o simplemente timbrados si no había mucho saldo— para ver si después de unos días, había un efecto perjudicial en ellas.

Obviamente los resultados no fueron significativos. En primer lugar porque las semillas son capaces de resistir altas dosis de radiación, no sólo magnética, sino también ionizante. Por otro lado, la radiación electromagnética emitida por un celular no es capaz de dañar el ADN, así que no se observarán colonias deformes. Sin embargo, esto no quiere decir que dicha radiación no tenga un efecto perjudicial sobre nosotros, ya que podría interferir con la transmisión de señales eléctrica a través de las neuronas. Lamentablemente, hasta ahora no han habido estudios serios o procedimientos experimentales bien diseñados que permitan de una vez por todas responder a esta interrogante.

Un estudio que aparecerá en el número de mañana del Journal of the American Medical Association demuestra que la radiación emitida por los celulares si tiene un pequeño efecto sobre la actividad cerebral. Sin embargo, los investigadores no saben a ciencia cierta que significan estos resultados, pero han demostrado de dicha radiación tiene un efecto no natural en nuestro cerebro.

Los campos electromagnéticos de radiofrecuencia modulada (CE-RFM) emitidos por los celulares han aumentado vertiginosamente en los últimos años, lo que ha provocado un cierto miedo en la población por creer que pueden ser responsables de ciertas enfermedades como el cáncer. Cuando recibimos una llamada, los CE-RFM son absorbidos por nuestras células cerebrales, pero debido a que su intensidad es muy baja, muchos científicos creen que no es capaz de causar daño en el ADN que podría llevar a un cáncer. Sin embargo, las frecuencias oscilatorias de los CE-RFM podrían interferir con la actividad neuronal.

La energía de las CE-RFM de los celulares no es capaz de dañar el ADN pero si es capaz hacer vibrar los enlaces de las moléculas que conforman nuestras células, provocando un incremento en su temperatura. Pero, según un estudio publicado en el 2000, dicho incremento es imperceptible, llegando a un máximo de 0.1°C.

En el presente estudio, investigadores norteamericanos liderados por el Dr. Nora D. Volkow tomaron a 47 personas voluntarias para ver si una exposición larga y duradera a las CE-RFM puede generar algún efecto fisiológico, para ello usarán una novedosa técnica de visualización de actividad cerebral llamada la Tomografía por Emisión de Positrones (PET). Esta técnica usa una glucosa marcada con un átomo radiactivo emisor de positrones —el Flúor-18. Los positrones, por ser una partícula de antimateria, se aniquilarán ni bien se pongan en contacto con un electrón. La aniquilación liberará dos rayos gamma de 511 kiloelectrón-voltios (Kev) en sentidos opuestos, los cuales serán detectados y transformados en una imagen en tiempo real por una computadora. De esta manera se verá la actividad cerebral durante el tiempo que dure el experimento.

El metabolismo de glucosa cerebral es el marcador más cercano y directo que tenemos de medir la actividad vascular y neuronal, de esta manera, si las CE-RFM alteran el funcionamiento del cerebro, se verá expresado en las imágenes PET.

A cada voluntario se le puso dos celulares, uno en cada oreja. Los celulares fueron puestos en modo ‘silencio’ para que los participantes no sepan cual de los dos era el que estaba emitiendo las CE-RFM. Después de pasado los primeros 20 minutos de exposición, se insertó la glucosa marcada radiactivamente, la cual fue monitoreada por 30 minutos, ya que este es el tiempo que el radioisótopo da mejores resultados, ya que con el tiempo decae y pierde su actividad. La energía absorbida por el cerebro fue de aproximadamente 1 Watt/Kg, el cual dependió de la marca y modelo del celular usado en cada experimento.

Los resultados mostraron que no hubo diferencias significativas en cuanto al metabolismo de glucosa en los controles negativos (41.2umol/100g) y los expuestos a los CE-RFM (41.7umol/100mg). Sin embargo, las imágenes PET si mostraron un efecto regional significativo. Los investigadores calcularon que el consumo de glucosa aumentó hasta en un 7% en el lado donde el celular emitía los CE-RFM. Pero, aún así, este aumento en el metabolismo de la glucosa está muy por debajo al aumento observado durante un estímulo visual, el cual es de un 6% – 51% superior al normal.

Bueno, para terminar, creo que este estudio ha sido muy bien elaborado, metodológicamente hablando, y se puede concluir que la radiación emitida por los celulares no es capaz de causar un gran daño al cerebro y mucho menos producir cáncer. Sin embargo, los investigadores son un poco más prudentes y dicen que los resultados todavía no son concluyentes. Bueno, tal vez pueda ser que los efectos de los CE-RFM son acumulativos. Si bien 50 minutos continuos hablando por celular aumenta en 7% el consumo de glucosa, tal vez las horas que pasamos durante nuestras vidas pegados a los celulares podrían acumularse y causar un mayor efecto, aunque personalmente creo que esto es imposible.

Sería interesante hacer un estudio similar con los testículos, para ver si las personas que lleven celulares en los bolsillos puedan perjudicar sus gónadas. En lo que respecta a las radiaciones ionizantes, las gónadas y el cristalino son las partes del cuerpo más sensibles a ella, causando esterilidad o hijos con problemas congénitos y cataratas. Pero, la radiación emitida por los celulares tienen una baja energía, una longitud de onda grande, que lo único que podrían causar es aumentar la vibración molecular y, por lo tanto, aumentar la temperatura en unas cuantas centésimas de grado.

Referencia:

Lai, H., & Hardell, L. (2011). Cell Phone Radiofrequency Radiation Exposure and Brain Glucose Metabolism JAMA: The Journal of the American Medical Association, 305 (8), 828-829 DOI: 10.1001/jama.2011.201

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Las frutas y verduras como nunca antes las habías visto

Andrew Ellison, un tecnólogo de la Escuela de Medicina de la Universidad de Boston, es el encargado de tomar las imágenes de resonancia magnética del cerebro de los pacientes que llegan al hospital, pero, por las noches, tiene un extraño pasatiempo…

Como pueden ver, Andrew usa el equipo de resonancia magnética del hospital para escanear frutas y verduras obteniendo unas imágenes espectaculares de ellas. Andrew usa un blog para publicar su trabajo, el cual recomiendo que lo visiten ya que cuenta con más de 40 imágenes como esta…

Imágenes de RM de una calabaza.

Link | http://insideinsides.blogspot.com

Vía | Science.

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Juega en las placas de ELISA

Bueno, después de algún tiempo les alcanzo otro juego para que mates el tiempo mientras esperas que termine de correr tu PCR o tu electroforesis, o para que hagas hora hasta la salida si ya no tienes nada que hacer. El juego se llama “The Microplate Game” y es un puzle tipo Tetris o Diamonds donde tienes que unir tres objetos iguales para poder eliminarlos.

A diferencia del tradicional diamonds en este juego patrocinado por Eppendorf® los tradicionales diamantes de colores son reemplazados por proteínas, ARN, levaduras, ADN, reagentes químicos, bacterias, anticuerpos y DMSO. La interface es una microplaca de dilución de 96 pocillos en los cuales haces las ELISAs o los cultivos de líneas celulares cuando haces pruebas de hibridización o de sensibilidad a antibióticos.

Primero empiezas con pocas piezas, pero a medida que aumentas tu puntaje van aumentando más objetos complicando el juego. Además tienes un límite de tiempo en el cual debes hacer la mayor cantidad de puntos posibles. La idea es ocupar los primeros puestos del ranking para tener más posibilidades de ganar un iPad®. Una vez que termines de jugar aparecerá un bonus que consiste en dispensar un determinado volumen de muestra en un pocillo específico, lo deberás hacer muy rápido para obtener más puntos.

Vía | Eppendorf.

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Clonación de plantas a través de semillas

Muchos de los cultivares más productivos y resistentes son el resultado del cruce de dos variedades genéticamente diferentes, cada uno con sus propios genes beneficiosos. Sin embargo, esta combinación de genes que hace que el híbrido sea tan robusto desaparece en la siguiente generación debido a que los genes se mezclan y forman nuevas combinaciones durante la formación de los gametos y la reproducción sexual. Entonces, si nos ponemos a pensar en una forma de preservar esta combinación genética beneficiosa, generación tras generación, la respuesta sería la clonación.

Muchos investigadores han buscado la forma de clonar preciados híbridos en grandes cantidades. En el laboratorio, se pueden clonar fácilmente las plantas a través del cultivo de tejidos vegetales in vitro, usando medios de cultivo especiales que transforman cualquier célula somática en un embrión capaz de producir una nueva planta, con una carga genética idéntica al de la planta original. Este proceso es conocido como embriogénesis somática.

Sin embargo, este proceso sería muy costoso como para llevarlo a cabo a gran escala. La forma más viable de obtener clones sería a través de la producción de semillas. Pero, como mencionamos anteriormente, las semillas son el resultado de la unión de los gametos masculinos presentes en el polen con los gametos femeninos presentes en el pistilo. Los gametos se forman a través de un mecanismo de división celular conocido como meiosis en el cual ocurre la recombinación genética. Las semillas tendrán diferentes combinaciones de los genes del padre y de la madre.

Entonces, ¿por qué no cruzamos la planta consigo misma (autofecundación) para así mantener la misma carga genética? El problema es que muchas plantas tienen mecanismos que evitan que su propio polen fecunde sus óvulos (autoincompatibilidad). Por otro lado, cuando hacemos la autofecundación, con el tiempo vamos a perder la heterocigosidad de nuestra planta, las mutaciones deletéreas recesivas se acumularán y se expresarán en el fenotipo, perdiendo el vigor de nuestro híbrido.

Un grupo de científicos liderados por el Dr. Mohan Marimuthu del Centro para la Biología Celular y Molecular de la India reportaron en Science el desarrollo de un método para obtener clones a través de semillas, algo que sin dudas revolucionará la agricultura porque se podrá mantener el vigor del híbrido indefinidamente.

De manera natural, ciertas plantas pueden desarrollar semillas sin la necesidad de meiosis ni de fecundación a través de un proceso conocido como apomixis. En la apomixis se forma un gameto femenino diploide gracias a un tipo especial de división celular conocida como apomeiosis. La apomeiosis no reduce a la mitad la carga genética del gameto, manteniendo la carga genética completa de la planta madre. Luego, este gameto diploide (2n) se transforma en un embrión mediante un mecanismo conocido como partenogénesis. Este tipo de reproducción asexual permite obtener clones de la planta madre de manera natural; lamentablemente, la apomixis no se da en las principales plantas cultivadas.

Hace un par de años, investigadores franceses lograron activar la apomeiosis en Arabidopsis thaliana. Para ello desarrollaron un triple mutante al cual llamaron MiMe  (Mitosis en vez de Meiosis). Los genes mutados eran: OSD, gen responsable de que se de la meiosis II, que es donde se reduce la carga genética a la mitad; AtSPO, gen responsable de la recombinación genética (crossing-over) pero provoca una segregación desbalanceada de los cromosomas; y AtREC, gen responsable de cambiar la meiosis I por una mitosis. Combinando estos tres mutantes obtenemos una apomeiosis porque evitamos que se de la recombinación genética y generamos gametos diploides. En el 2008, Ravi et al. lograron inducir la apomeiosis en A. thaliana mutando el gen DYAD/SWITCH1 (SWI1).

 

Así que, en el presente trabajo, Marimuthu et al. usaron estos dos mutantes —MiMe y dyad— para generar gametos diploides. Pero, para poder producir una semilla debe haber fecundación. Digamos que un gameto diploide femenino es fecundado por un gameto masculino, la semilla resultante será triploide (3n). La carga genética de esta semilla no será igual al de la planta madre ya que tendrá un juego de cromosomas extra. Entonces, ¿cómo podríamos generar una semilla clonal diploide mediante la fecundación?

Lo que hicieron Marimuthu y sus colaboradores fue usar otro mutante el cual elimina los cromosomas del gameto después de haber ocurrido la fecundación. Marimuthu et al. mutaron el gen CENH3. Este gen codifica para una histona relacionada con los centrómeros de los cromosomas. Cuando esta histona está mutada, los cromosomas no pueden ser segregados a las células hijas y terminan siendo eliminados. En otras palabras, la carga genética del gameto que porta el mutante cenh3 será eliminado después de la fecundación, así que sólo quedará una semilla diploide con la carga genética de la planta madre —un clon. A este mutante lo llamaron GEM.

Los investigadores hicieron pruebas de cruces entre GEM X dyad y GEM X MiMe. El cruce que mostró mejores resultados fue GEM(♂) X MiMe(♀) ya que se obtuvieron en promedio 14 semillas viables por fruto, de las cuales el 34% fueron diploides y el 98% de ellas tuvieron sólo los cromosomas maternales, demostrando que el mutante GEM tiene la capacidad de eliminar los cromosomas paternales. Por otro lado, también se probó cruces de GEM(♀) X MiMe(♂), obteniéndose semillas de origen paternal. A pesa de que este último cruce mostró una menor cantidad de semillas viables por fruto, debido a la sensibilidad de A. thaliana al exceso de genoma paternal, se pudo demostrar que se pueden obtener semillas clonales maternales y paternales.

Para terminar, este estudio demuestra que una reproducción clonal a través de semillas puede ser inducida en plantas sexuales a través de la mutación de genes conservados que tienen que ver con la meiosis y la segregación de cromosomas. Este mismo principio podría ser aplicado a otras plantas de importancia agronómica para poder mantener las características beneficiosas de un determinado híbrido. Esta técnica también permite conservar la heterocigosidad de la planta, manteniendo constante la variabilidad genética y los agricultores ya no tendrán que comprar semillas nuevas para cada cosecha, bastará con almacenarlas como lo hacen tradicionalmente, con la seguridad que su rendimiento y productividad seguirá siendo la misma generación tras generación.

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Referencia:

Marimuthu, M., Jolivet, S., Ravi, M., Pereira, L., Davda, J., Cromer, L., Wang, L., Nogue, F., Chan, S., Siddiqi, I., & Mercier, R. (2011). Synthetic Clonal Reproduction Through Seeds Science, 331 (6019), 876-876 DOI: 10.1126/science.1199682

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Ganadores del Desafío Internacional de Visualización en Ciencia e Ingeniería 2010

El día de ayer, la revista Science publicó una sección especial de los ganadores y finalistas de su concurso anual de imágenes científicas y tecnológicas conocida como el International Science & Engineering Visualization Challenge. Así que haremos un breve recuento de los mejores en cada categoría…

El primer puesto del concurso en la categoría ilustraciones es nada menos que el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH) en 3D. Ivan Konstantinov y su equipo de Visual Science Company en Moscú invirtieron meses para lograr esta espectacular imagen. Los artistas y científicos involucrados en este trabajo tomaron los datos de al menos 100 artículos científicos publicados sobre el VIH. Este modelo representa de manera muy detallada una partícula viral que sólo mide 100 nanómetros en la naturaleza.

Las proteínas naranjas en la superficie del virus representan a los receptores de membrana que reconocen y se unen a las células del sistema inmune, específicamente a los linfocitos T4. Una vez que la membrana del virus se fusiona con la membrana de la célula, el material genético —ARN— se convierte en ADN y se integra al genoma. Esta estrategia permite que las proteínas virales sean expresadas usando la maquinaria de la célula infectada.

En la categoría infografías, el primer puesto fue para el artista Kandis Elliot quien diseñó una que muestra a los hongos de manera sencilla. La infografía llamada Introduction to Fungi está bastante completa, nos muestra desde los hongos usados en procesos industriales como la elaboración del pan y la cerveza, hasta hongos perjudiciales para nosotros ya que nos causan enfermedades o provocan la pérdida de cultivos. Todos los datos puestos en la infografía están dispuestos de tal manera que todo tiene un orden lógico.

En la categoría fotografía el primer puesto fue para científicos y artistas norteamericanos del estado de Illinois quienes capturaron esta imagen con la ayuda de un microscopio de fuerza atómica. A simple vista parece ser la superficie de un océano, pero en realidad no tiene nada que ver ni siquiera con una gota de agua. Esta imagen corresponde a millones de moléculas dispuestas sobre la superficie de una lámina de oro.

Este efecto fue hecho usando dos moléculas muy similares. Las dos tienen una cabeza compuesta por azufre, pero una de ellas tiene una cola formada por carbono e hidrógeno y la otra tiene una cola formada por carbono y flúor. La diferencia en la composición de las colas hace que la diferencia en sus tamaños sea de 0.2nm, y es esta diferencia la que forma estos exóticos patrones que se asemejan a la superficie de un océano.

En la categoría medios no interactivos, el ganador fue una presentación que trata sobre el destino que toma la basura una vez que la hemos eliminado. Usando un rastreador de basura (trash track), los investigadores del MIT nos muestran el recorrido que toma nuestra basura y donde llega a parar después de unos meses.

En cuanto a la categoría videojuegos no hubo ningún ganador, aunque personalmente creo que EteRNA hubiera sido un justo ganador gracias a la buena calidad de sus gráficos, a pesar de ser bastante sencillos. Esto favorece enormemente al consumo de recursos por parte del sistema. Si hubiera tenido gráficos más elaborados, el juego hubiera sido sumamente lento a menos que uno tuviera una buena conexión a internet.

Un bonus track… Las partes del cerebro.

Ver la galería completa con los ganadores y las menciones honrosas en los siguientes links:

http://www.nsf.gov/news/special_reports/scivis/winners_2010.jsp
http://www.sciencemag.org/site/special/vis2010/show/index.xhtml

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¿Por qué estudiar las moléculas individualmente?

Hace unas semanas les comenté acerca de iBioSeminars, un recurso disponible de manera gratuita y online que nos ofrece clases y seminarios de los científicos más renombrados del mundo. Esta herramienta, es sin dudas, el mejor complemento para las clases que llevamos en la universidad.

La semana pasada salió la primera clase del Dr. Carlos Bustamante, quien labora como investigador y docente en la prestigiosa UC Berkeley. En el presente seminario, el Dr. Bustamante nos explica la importancia de estudiar las reacciones químicas a través de sustratos y enzimas individuales. La forma clásica como hemos estudiado la química y la bioquímica a través de los años se basa en el ensamble estadístico, o sea, estudiamos las reacciones químicas y su cinética a nivel de poblaciones de moléculas y los resultados obtenidos se dan en función al promedio de las reacciones que ocurrieron en cada una de las moléculas de dicha población.

Para explicarlo de manera sencilla, tenemos dos componentes (A y B), que al mezclarse forman un tercer componente (C), el cual presenta un color característico en la solución. Para caracterizar la reacción ponemos una determinada cantidad de A y una determinada cantidad de B, y después de ocurrida la reacción, medimos en un espectrofotómetro la cantidad de luz que absorbe la solución coloreada que se debe a la producción de C y determinamos su concentración. Luego, haciendo el balance estequiométrico sabemos exactamente cuanto A y cuanto B necesitamos para producir C. Por ejemplo: Con 1 mol de A y 1 mol de B producimos 1 mol de C. Esto no quiere decir que cada molécula de A que se encuentre con una molécula de B producirá automáticamente una molécula de C, habrá casos en los que no se de dicha reacción. Las causas pueden ser varias: las moléculas A o B están degradadas, no hay la energía cinética suficiente como para iniciar la reacción, o hay presencia dos o más de estereoisómeros de A o B que no les permiten reaccionar normalmente. Pero, si tomamos a las millones de moléculas de A y las millones de moléculas de B, en su mayoría producirán millones de moléculas de C. Si lo vemos todo como un conjunto la conclusión es que A reacciona con B y produce C.

Por otro lado, en nuestras células las reacciones químicas se dan a nivel de pocas moléculas, y debido al pequeño volumen de una célula, basta que una sola molécula este presente para que su concentración intracelular esté en el orden de las nanomoles. Por ejemplo, una bacteria tienen sólo una molécula de ADN de millones de pares de base y para su replicación sólo actuarán dos moléculas de ADN polimerasa. En otras palabras, esta y otras reacciones bioquímicas intracelulares se dan a nivel de moléculas individuales, y deben ser estudiadas como tales. Entonces, ¿cómo podemos estudiarlas? El Dr. Bustamante tiene la respuesta:

[Click para ver el video]

Vía | iBioSeminars.

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La planta carnívora más rápida del oeste

Miren este video y vean lo rápido que caza a su presa la planta carnívora acuática del género Utricularia

…¿bastante rápido cierto? Pero este video fue grabado con una cámara de alta velocidad, a unos 1440 cuadros por segundo, y ha sido reproducido a 20 cuadros por segundo. En otras palabras, el video está reproducido 77 veces más lento de su velocidad original.

El video dura tan sólo 12 segundos. Si lo multiplicamos por los 20 cuadros por segundo —que es la velocidad a la cual está reproducido— obtendremos en total 240 cuadros. Si un segundo equivale a 1440 cuadros, los 240 cuadros equivaldrán a unas 17 centésimas de segundo. El video que acaban de ver, en realidad tomó un poco menos de la quinta parte de un segundo en ser grabado.

Gracias a este video, científicos europeos pudieron revelar cómo hace esta pequeña planta para capturar tan rápida y eficientemente a sus presas. El mecanismo usado por Utricularia es bastante sencillo, simplemente las paredes internas de la trampa se contraen mediante una fuerza elástica, para poder eliminar el agua que hay dentro de ella. En este punto se encuentra con el revolver cargado, listo para disparar…

Cuando la planta siente la presencia de un pequeño crustáceo a través de unas finas vellosidades que se extienden de su superficie, la trampa se activa gracias a la fuerza elástica almacenada en la contracción de sus paredes internas. En menos de una milésima de segundo la cavidad interna se expande y genera una presión negativa que succiona con gran fuerza todo lo que está frente a ella, sin posibilidad alguna que escape.

Referencia:

Vincent, O., et al. Ultra-fast underwater suction traps. Proc. R. Soc. B [Published online before print] (2011) doi:10.1098/rspb.2010.2292

Más videos: http://bit.ly/hzoinb

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¿Los receptores olfatorios reconocen la forma de las moléculas o las vibraciones moleculares?

Si les pregunto… ¿Cuál de todos tus sentidos es el más importante? Les aseguro que casi el 100% me dirá la vista. Para muchos quedar ciegos es lo peor que nos podría pasar en la vida, y tal vez sea cierto, porque casi todo lo que hacemos depende de ella. Para otros animales, el oído será el sentido más importante, sobre todo para aquellos que viven en las profundidades del mar quienes se valen del sonar para poder cazar o de la ecolocalización para poder orientarse. Y para otros, el más importante será el olfato, ya que gracias a él pueden detectar las moléculas que hay en el entorno (feromonas) y poder encontrar una pareja con quien aparearse.

En los humanos, hemos despreciado mucho al sentido del olfato. Sin embargo, para muchos biólogos evolutivos, este sentido es uno de los más importantes, tal vez tan importante como lo es el sentido de la vista. En primer lugar, un olor puede evocar muchos más recuerdos que una imagen o un sonido. Y en segundo lugar, un gran porcentaje de los sabores que sentimos se dan gracias al sentido del olfato y no del gusto. Esto lo podemos demostrar fácilmente al taparnos la nariz y tomar un sorbo de café y uno de té. No podremos distinguir la diferencia entre ellos. Otro ejemplo es cuando tomamos un jarabe muy feo, al taparnos la nariz éste pasará desapercibido. Cuando estamos resfriados y con la nariz tapada, las comidas nos sabrán insípidas. Un cebiche no será el mismo.

A pesar de ser un sentido muy importante, sabemos poco acerca de su funcionamiento. De manera sencilla, la principal teoría que explica cómo olemos dice que cada molécula o parte de ella (odotipos) es reconocida en base a su forma (disposición de sus átomos) por un receptor en particular, formando u mecanismo tipo ‘llave-cerradura’. Sin embargo, la principal falla de esta teoría es que podemos captar decenas de miles de olores diferentes sólo con unos cientos de receptores, ¿cómo puede ser posible esto bajo un mecanismo de llave-cerradura?. Otra falla en la teoría es que moléculas con estructuras muy similares tienen olores completamente diferentes.

Una teoría alternativa para explicar como los receptores olfativos reconocen un olores se basa en las vibraciones de los átomos o de los grupos funcionales que conforman una molécula. Reemplazando los átomos de hidrógeno por deuterio, sería una buena forma de probar esta teoría. El deuterio es un isótopo del hidrógeno el cual tiene un neutrón y un protón en el núcleo, volviéndolo el doble de pesado que el hidrógeno y afectando la vibración molecular. A pesar de la sutil diferencia entre el hidrógeno y el deuterio, las propiedades químicas de ambos isótopos son las mismas. Esto quiere decir que la molécula que posea deuterio en vez de hidrógeno tendrá las mismas propiedades químicas que la molécula original.

Entonces, si la molécula deuterada y no deuterada posee las mismas propiedades químicas y estructurales, no debería haber diferencia entre ellas al momento de olerlas si la teoría de llave-cerradura es la correcta. Sin embargo, científicos griegos liderados por la Dra. María Isabel Franco, demostraron que la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) tiene la capacidad de distinguir el olor de una misma molécula deuterada y no deuterada, según reportaron el día lunes en PNAS.

Para probar la hipótesis de las vibraciones moleculares, los investigadores usaron un compuesto comercial llamado aceptofenona (ACP). La ACP también fue comprada en sus versiones deuteradas, las cuales tenían 3, 5 y 8 átomos de deuterio reemplazando a los hidrógenos. Las cuatro versiones del ACP fueron diluidos y puestos en dos extremos de un pequeño laberinto en forma de ‘T’. Las moscas se sintieron atraídas por el compuesto así que compararon la respuesta hacia el ACP normal con los deuterados. Los resultados mostraron que las moscas tenían la capacidad de distinguir entre las dos versiones de la ACP, y cuanto más deuterada se encontraba, más se alejaban de ella.

Además, se obtuvo el mismo resultado cuando se usó 1-octanol normal y uno deuterado, y también cuando hicieron lo mismo con el benzaldehido. Las moscas distinguían estos dos tipos de moléculas y en casi todos los casos no les gustaba la versión deuterada de la molécula.

Para corroborar estos resultados, los investigadores entrenaron a las moscas para que evitaran escoger una de las dos moléculas a través de una descarga eléctrica. Por ejemplo, cada vez que la mosca elegía la ACP normal recibía una descarga eléctrica. Así que cuando pusieron en el laberinto la versión deuterada con la normal, las moscas elegían la versión deuterada, a pesar que en el primer experimento no lo hacían. Esto demostraba que las moscas eran capaces de distinguir entre los dos olores.

Si bien en humanos no se ha demostrado la capacidad de distinguir el olor de moléculas deuteradas y no deuteradas, este artículo ofrece una buena evidencia que indicaría que la teoría de las vibraciones moleculares es la correcta. Aunque ha científicos que se mantienen escépticos ya que creen que las moscas tienen la capacidad de distinguir entre una molécula deuterada y otra no deuterada, sin la necesidad de que las vibraciones moleculares jueguen un papel crucial en este echo.

Para responder a esta crítica, los científicos diseñaron otro experimento en el cual se reemplazó los enlaces carbono-deuterio  (C-D) por grupos nitrilo (C≡N), los cuales poseen una vibración similar. Cuando a las moscas entrenaron para que la mosca relacionara la descarga eléctrica con la versión normal de la molécula y luego las sometieron al laberinto confrontando las versiones deuteradas y nitriladas, las moscas no pudieron encontrar diferencia significativas entre ellas, dando un punto a favor a la teoría de las vibraciones moleculares.

Bueno, el estudio se ve bastante prometedor y podría dar claves de la forma como funciona nuestro sentido del olfato. Sin embargo, sería muy difícil hacer experimentos similares en humanos porque nosotros no podemos distinguir entre una forma normal y una deuterada —nuestros receptores olfatorios no son tan sensibles. Y no somos los únicos, los perros, quienes también tienen un gran número de receptores olfatorios, tampoco pueden discriminar entre una y otra molécula, lo cual indicaría que hay algo más que aún nos falta entender.

Referencia:

Franco, M., Turin, L., Mershin, A., & Skoulakis, E. (2011). Molecular vibration-sensing component in Drosophila melanogaster olfaction Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1012293108

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Especial de San Valentín II

Para los que celebran esta fecha aquí les haré un pequeño recuento de las investigaciones publicadas en el blog, que tiene que ver algo con el amor y la amistad…

Si quieres saber si tu matrimonio tendrá éxito, sería bueno que te hagas un screening del gen AVPR1a, el cual está relacionado con la expresión de los receptores de vasopresina. Esta hormona tiene que ver mucho con la fidelidad. Un estudio demostró que lo ratones de la pradera, los cuales se caracterizan por ser promiscuos, al recibir una dosis de vasopresina se volvían más fieles. Pero no basta con tener mucha vasopresina, sino también los receptores para que esta hormona pueda ejercer su efecto. (Sigue leyendo…)

Si tienes una pareja promiscua, tal vez tengas espermatozoides más grandes y veloces… al menos si eres un pez cíclido. (Sigue leyendo…)

Cuando el amor va más allá de la muerte… (Sigue leyendo…)

Si eres feo… siéntete feliz porque de seguro liberarás más esperma por copulación que uno más guapo. La explicación de esto podría ser que cuando un macho es más atractivo tiene más posibilidades de copular con más hembras, y para poder hacer varios "rounds" debe eyacular poquito para que le alcance para todas; en cambio, cuando un macho es bien feo, la posibilidad de copular con muchas hembras es nula, a las justas podrá hacerlo con una sola, así que su esperma debe ser mejor y debe eyacular más para así poder asegurar su descendencia. (Sigue leyendo…)

Si no tienes con quien pasar mañana el Día de San Valentín, esta es una buena forma de conseguir una acompañante…

Una cita típica de una mosca es en un montón de caca, donde se congregan muchas moscas de diferentes especies, y debe haber una buena comunicación química para que haya un apareamiento exitoso. ¿Cómo hacen para reconocerse unas con otras? (Sigue leyendo…)

¿Por qué no debes salir con una astrónoma? He aquí la respuesta… (Sigue leyendo…)

Las teorías evolutivas sugieren que las mujeres prefieren a los hombres más fuertes porque, de esta manera, asegurarán que su descendencia tenga mayores chances de supervivencia. Sin embargo, la contraparte es que, estos hombres no tienen una tendencia a ser los mejores padres, invirtiendo menos recursos en su descendencia. ¿Tú como los prefieres? (Sigue leyendo…)

Los biólogos no somos románticos… a menos que seas astrobiólogo!

Si al morir llegas a reencarnarte en una abeja, es importante que sepas esto… (Sigue leyendo…)

Para la noche de pasión, todo lo que debes saber sobre el semen. (Sigue leyendo…)

Si eres mujer… ¿Sabes que es lo primero que ven lo hombres en ti? (Sigue leyendo…)

En los patos, el tamaño si importa… (Sigue leyendo…)

Si tu enamorada te dejó y eres asmático… NO ENTRES AL FACEBOOK (Sigue leyendo…)

¿Por qué el tiranosaurio rex era tan violento? Porque no tenía una acompañante para el Día de San Valentín y no le quedaba otro remedio que… (Sigue leyendo…)

Y para terminar… la mejor historia de amor del mundo bacteriano…

Usen protección!

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Se confirma que Lucy andaba en dos pies

Lucy (Australopithecus afarensis) fue un homínido que vivió hace al menos 3.2 millones de años, unos 3 millones de años después de que los humanos y los chimpancés —nuestros parientes más cercanos— compartieran el mismo ancestro común, convirtiéndola en el fósil más antiguo de nuestra línea evolutiva. Sin embargo, cuando Donald Johanson descubrió el esqueleto de Lucy en 1974, éste no estaba completo, le faltaban algunos huesos claves para determinar si fue o no el primer bípedo terrestre, uno de los principales hitos de nuestra evolución.

Desde su descubrimiento, se ha debatido mucho acerca si Lucy fue o no bípeda. Como pueden ver en el diagrama, al esqueleto le faltan justo los huesos de los pies, así que todas las suposiciones acerca de su bipedismo fueron obtenidas en base a los huesos de la columna y la pelvis. De confirmarse que Lucy andaba en dos pies, indicaría que esta adaptación ocurrió muy temprano en nuestra evolución —mucho antes de que nuestros cerebros empezaran a volverse más grandes— y que el bipedismo fue clave para el desarrollo de nuestra inteligencia.

Los huesos del pie son los únicos que pueden indicar si Lucy andaba erguida como los humanos modernos o pasaba la mayor parte del tiempo en lo árboles como los chimpancés. Una de las adaptaciones claves para que los humanos puedan caminar en dos pies es el arco longitudinal del pie. Gracias al descubrimiento de fósiles del cuarto metatarsiano de A. afarensis, que datan también de hace 3.2 millones de años, científicos norteamericanos liderados por el Dr. Carol V. Ward pudieron demostrar que Lucy andaba erguida según reportaron el viernes en Science.

Los investigadores del presente estudio han analizado los fósiles recolectados durante 15 años de al menos 35 A. afarensis, enfocándose principalmente en el cuarto metatarsiano. Los metatarsianos son los encargados de unir los dedos con el resto del pie y se ha demostrado que el cuarto metatarsiano varía entre los primates trepadores de árboles y los que caminan en dos pies. En A. afarensis este hueso se parece más al de los humanos que al de los chimpancés.

En el chimpancé, el extremo proximal del cuarto metatarsiano se encuentra plano contra el suelo, haciendo que la parte media del pie sea móvil. Esta característica le da una gran flexibilidad a sus pies permitiéndoles trepar con facilidad la rama de los árboles. En los humanos, el cuarto metatarsiano es diferente, se encuentra retorcido a lo largo de su eje y el extremo proximal se encuentra elevado con respecto al suelo formando un arco de adelante hacia atrás y de lado a lado. Esta característica no nos permite ‘agarrar’ con los pies pero si nos permite usarlo como una palanca para despegarnos del suelo y, a su vez, amortiguar los golpes al caminar o correr.

Estas mismas características son compartidas por A. afarensis lo que sugiere que Lucy si pudo andar en dos pies. Sin embargo, hay muchos científicos que permanecen escépticos ya que otros huesos del cuerpo aún siguen siendo similares al de los primates arborícolas, tales como los hombros y parte de la columna. Los investigadores de este estudio creen que esta es la evidencia más sólida de que Lucy andaba en dos pies, tal vez no caminaría tan erguida como nosotros, pero que era bípeda es casi un hecho.

Aquí les pongo algunas imágenes del estudio donde se muestra la gran similaridad del cuarto metatarsiano de A. afarensis  (AL 333-160) con el de los humanos (H. sapiens). Como se puede ver en la figura, los huesos del chimpancé y del gorila son más planos y se encuentran perfectamente alineados al centro, facilitándoles el movimiento a manera de una mano, para así poder trepar los árboles.

Referencia:

Ward, C. V., Kimbel, W. H. & Johanson, D. C. (2011). Complete Fourth Metatarsal and Arches in the Foot of Australopithecus afarensis. Science 331, 750-753. DOI: 10.1126/science.1201463

Vía | Nature News & Science News.

Imagen | BBCX365.

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Un árbol de la vida simplista

El objetivo de un árbol de la vida es representar de manera gráfica la evolución de todas las especies que habitan en la Tierra. Un árbol de la vida además nos permite observar las relaciones que hay entre una especie y otra —cuan cercanas o distantes evolutivamente se encuentran. Existen tantas especies en la Tierra que el árbol de la vida está compuesto por cientos de miles de ramas, así que este árbol que les presentaré es bastante resumido… y didáctico:

¿Éste será el propósito de la evolución?

Vía | NERS.

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El lago Vostok se resiste a revelar sus secretos

Actualización 06 de Febrero del 2012: Científicos rusos excavan 3,800 metros de hielo y alcanzan el Lago Vostok

En la Antártida (Polo Sur) se encuentra enterrado bajo 4 kilómetros de hielo, un lago sub-glacial que ha permanecido aislado por al menos 14 millones de años. Debido a estas condiciones, el lago se debe encontrar sobresaturado de oxígeno —unas 50 veces más de lo que se puede encontrar en un lago típico de nuestros días—, convirtiéndolo en un ambiente único para encontrar extrañas formas de vida que pudieron haber evolucionado lentamente o en especies completamente diferentes a las que hoy conocemos.

Desde el año 1990, el Instituto de Investigación de la Antártida y la Antártica en San Petersburgo (Rusia), han empezado a horadar un agujero que les permita alcanzar dicho lago para poder investigarlo. Sin embargo, en muchas ocasiones el proyecto fue detenido debido al miedo de contaminar este ecosistema único en el mundo. En 1998 el miedo fue tal que el agujero excavado en 8 años fue cerrado completamente.

El miedo es justificado, cualquier partícula o microorganismo que pueda alcanzar esta zona que ha permanecido imperturbada por más de 14 millones de años, es una grave amenaza a lo que podríamos encontrar ahí. Si no se tiene la tecnología capaz de evitar esta contaminación es mejor no hacerlo, tal vez dentro de unos años sí seremos capaces de estudiarlo a profundidad sin causar daño alguno y volver a cerrarlo para las futuras generaciones.

Sin embargo, un grupo de investigación ruso ha conseguido la autorización de la Secretaría del Tratado Antártico —ente responsable de velar por el cuidado de este gélido lugar— gracias a la técnica que desarrollaron para que puedan tomar muestras del lago sin llegar a contaminarlo.

La técnica es bastante sencilla. Una vez que el agujero alcance el lago Vostok, la presión contenida en él propulsará el agua hacia la superficie, permitiendo colectar una muestra significativa; y tan pronto como se ponga en contacto con el hielo del agujero, el cual se encuentra a -40°C, se congelará, sellándolo por completo. La misma presión con la que sale el agua evitará que cualquier partícula entre al lago. Es algo similar al mecanismo usado en las cámaras de flujo laminar, donde la inyección de aire hacia la cámara genera una presión positiva que evita el ingreso de cualquier partícula al área estéril.

El principal problema de la técnica es llegar hasta el lago. Para poder cavar un agujero de 4000 metros a través del hielo se necesita de un taladro especial de gran potencia. Pero la punta del taladro metálico alcanza el lago podría llegar contaminarlo. Además, los lubricantes y anticongelantes con los que funcionan estos equipos podrían matar a los microorganismos que están buscando. Así que para evitar esto, los investigadores han propuesto detener la excavación con el taladro mecánico 100 metros antes de llegar al lago. En este punto cambiarán la forma de horadar usando una lanza térmica equipada con una cámara, la cual derretirá el hielo hasta alcanzar el lago.

Durante los últimos años se ha venido excavando hasta alcanzar el lago Vostok, sin embargo es una tarea sumamente difícil ya que el hielo no se mantiene estático en el mismo lugar por siempre, tal como si fuera un río tiene una corriente, un flujo que desplaza la gran masa de hielo deformando el agujero. Por otro lado, debido a las condiciones climáticas, las excavaciones sólo se realizan durante el verano antártico.

Por estas razones, el equipo ruso tuvo que cancelar el trabajo a escasos 29 metros de la meta, esto debido a que el invierno antártico se aproxima rápidamente, poniendo en peligro más de 20 años de espera por este momento. El equipo planea llenar el agujero —que actualmente tiene 3749 metros de profundidad— con kerosene, esto para evita que se congele durante el invierno. Sin embargo, muchos se oponen a esta idea porque podría contaminar no sólo el lago Vostok, sino otros lagos sub-glaciales aledaños. Lo que sí se sabe es que no podrá alcanzarse el lago durante este verano.

¿Por qué es tan importante investigar este lago?… Les tengo un par de respuestas:

La primera tiene que ver con la evolución de la vida en la Tierra. Es muy probable que existan ciertas especies de organismos desconocidos para la ciencia, principalmente arqueas extremófilas, capaces de vivir en ausencia de luz y a bajas temperaturas, algo que no ha sido encontrado hasta ahora en el planeta. También es probable encontrar organismos que han vivido ahí, con pocas variaciones genéticas y morfológicas, por millones de años. Las condiciones ambientales del lago Voatok han sido constantes por millones de años, por esta razón los organismos que ahí podrían habitar no han tenido la necesidad de mutar o adquirir nuevas características para adaptarse a su entorno. Esto ayudaría a entender como han evolucionado nuestros genomas ante los cambios ambientales constantes de la superficie.

La segunda es que este lago se asemeja a muchos de los lagos que pueden estar presentes fuera del planeta, como en las lunas Europa o Encélado de Júpiter y Saturno, respectivamente. Estas lunas poseen superficies cubiertas de hielo, pero se cree que bajo este manto y con ayuda del calor emitido por el núcleo del satélite, pudiera existir lagos con agua líquida, capaces de almacenar formas de vida similares a las que se podrían encontrar en el lago Vostok. Además, de ser exitosa la perforación y colecta d muestras, podrían usar la misma técnica para investigar las lunas de Júpiter y Saturno en el año 2020, año en el que está planeado enviar la primera sonda de exploración a Europa.

Ahora un espectacular diagrama elaborado por la National Science Foundation:

Vía | Wired Science.

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¿Cómo saltan las pulgas?

Todos conocemos la gran capacidad de salto de las pulgas, pero la forma como se lleva a cabo ha sido un amplio tema de debate en el mundo científico, durante los últimos 50 años. Dos investigadores de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), usando cámaras de video de alta velocidad, por fin han encontrado la respuesta a esta interrogante. Los resultados fueron publicados ayer en el Journal of Experimental Biology.

La pulga, que sólo llega a medir algo más de 1mm de longitud, puede saltar hasta 50cm de distancia, tal como lo hace la pulga del perro, Ctenocephalides canis. Este salto equivale muchas veces su propia longitud; algo así como si un humano, en una prueba de salto largo, registre una marca superior a los 50m. Por si fuera poco, la aceleración que alcanza al momento de despegar hace que la pulga soporte cerca a 100 veces la fuerza de gravedad por un pequeño intervalo de tiempo (~1 milisegundo) ¿De donde sale la energía para realizar este gran salto?

Ningún músculo conocido en las pulgas es capaz de generar tal cantidad de energía como para poder propulsar al bicho a una distancia tan larga. En 1960, se descubrió que la energía requerida para el salto se almacenaba a manera de un resorte en una proteína elástica llamada resilina. Sin embargo, no se sabía a donde iba el poder almacenado en el resorte. Esto fue lo que intrigó a los científicos por muchos años. Unos creían que la fuerza iba hacia sus trocánteres (rodillas) y otros creían que iban hacia sus tarsos (pies).

Gracias a la tecnología de nuestros días, Sutton & Burrows lograron filmar el mecanismo de salto de unas pequeñas pulgas del erizo llamadas Archaeopsyllus erinacei. Antes de proceder a filmarlos diseñaron modelos matemáticos para emular sus saltos, para esto primero determinaron la fisionomía de sus piernas usando un microscopio electrónico de barrido.

Al analizar los videos observaron que al menos en el 10% de los casos, las rodillas de las pulgas ni siquiera tocaban el suelo, pero aún así la velocidad y distancia del salto fue la misma con respecto a aquellas que si tuvieron contacto con el suelo. Esto indicaba que el contacto de los trocánteres con el suelo no era indispensable par dar el salto. Además, las imágenes del microscopio revelaron la presencia de unas pequeñas espinas en la tibia y el tarso las cuales favorecían el contacto y la transferencia de energía al suelo. Estas pequeñas espinas no fueron encontrados en las rodillas de las pulgas lo que indicaría que la transferencia de energía de la proteína elástica se da hacia el tarso.

Referencia:

Sutton, GP., Burrows, M. Biomechanics of jumping in the flea. J Exp Biol  214: 836-847. (2011).
doi: 10.1242/jeb.052399

Vía Wired Science.

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Unificando las teorías del envejecimiento

¿Por qué envejecemos? Es una de las preguntas más intrigantes de la biología. Existen muchas hipótesis, todas muy convincentes, pero funcionan sólo en ciertas condiciones. Las dos principales teorías más aceptadas tienen que ver con los telómeros y con las mitocondrias. Ayer, científicos norteamericanos liderados por el Dr. Ergün Sahin del Instituto del Cáncer Dana-Farber, encontraron la molécula clave que unifica estas dos teorías. Los resultados fueron publicados en Nature.

Los síntomas del envejecimiento son conocidos por todos. Primero viene la pérdida de elasticidad de la piel y luego viene un progresivo deterioro y falla en el funcionamiento de nuestros principales órganos como el corazón, hígado, riñones, cerebro, etc. ¿A qué se debe?

Una de las causas se encuentra en el núcleo de las células. El ADN no puede replicarse por siempre, así que nuestras células no podrán regenerarse por siempre, sobre todo los tejidos que tienen una alta tasa de división celular, como el tejido intestinal. Esto se debe a que en cada proceso de replicación del ADN hay una pérdida, la cual se da porque la enzima responsable de este proceso no puede replicar los extremos de los cromosomas por no tener donde aferrarse.

Para evitar perder importante información genética debido a esta ‘falla en el diseño’, los extremos de los cromosomas estas protegidos por unas secuencias de ADN repetidas que se extienden por varios miles de pares de base. Estas secuencias repetidas son conocidas como los telómeros. Pero, los telómeros se irán acortando con cada división celular, hasta que finalmente se agotarán. Si ya no hay telómeros, habrá pérdida de información genética importante, la cual podría generar células defectuosas que podrían desarrollar un cáncer.

Para evitar esto, las células detectan cuando los telómeros están muy cortos y activan la expresión de un factor de transcripción conocido como la p53. La p53 es conocida como el guardián del genoma, ya que se activa ante la presencia del daño en el ADN, deteniendo su replicación, activando los mecanismos de reparación, y si ya no hay solución, induciendo la muerte celular programada (apoptosis). Con la vejez, no tendremos más telómeros y nuestras células dejarán de dividirse y morirán, provocando disfunciones en los tejidos y órganos.

Por otro lado, la otra causa del envejecimiento se encuentra en las mitocondrias, quienes son las responsables de proveer de toda la energía que requieren las células para funcionar. Las mitocondrias también tienen su propio material genético, el cual codifica para las proteínas requeridas para la maquinaria productora de energía —la cadena transportadora de electrones— y también es propensa a sufrir mutaciones.

Así que, con los años, las mitocondrias irán acumulando mutaciones hasta que finalmente la producción de energía para la célula se verá afectada. Al no haber energía, la célula no podrá cumplir sus funciones y dejará de dividirse y proliferarse. Los tejidos no podrán regenerarse y empezarán a fallar, especialmente los tejidos con bajas tasas de división celular (quiescentes) como el corazón y el cerebro.

Al parecer estos dos mecanismos de envejecimiento funcionan de manera independiente, pero sus efectos sobre los tejidos y órganos pueden ser concertados. Sahin y sus colaboradores descubrieron el nexo entre estos dos. Estudios previos en ratones modificados para que expresaran fallas en los telómeros demostraron que también había una reducción en la capacidad de proliferación de sus células, lo que indicaba que las mitocondrias también podían ser afectadas. Fue así que Sahin et al. hicieron unos experimentos con los mismos ratones y demostraron que las mitocondrias mostraban fallas en su funcionamiento, así que de alguna manera estaban ligados las fallas en los telómeros con las fallas en las mitocondrias.

Las mitocondrias poseen dos principales reguladores de la expresión de sus genes: la  PGC-1α y la PGC-1β. Durante el envejecimiento, estos dos factores reducen sus niveles de expresión. Al analizar los resultados de los experimentos con los ratones modificados, también se encontró una reducción en la expresión de las proteínas PGC-1, los cuales provocaban fallas cardiacas y hepáticas, principales indicios de envejecimiento.

Entonces, ¿cómo hacía la falla en los telómeros para inactivar a las proteínas PGC-1? Los investigadores se enfocaron en la p53, ya que este factor de transcripción es el que principalmente se expresa cuando hay fallas en los telómeros, y además, tiene la capacidad de regular muchas funciones celulares, tal vez una de ellas tenía que ver con las mitocondrias.

Sahin et al. encontraron que cuando los niveles de p53 aumentaban, los niveles de PGC-1 disminuían. Este simple resultado fue clave para poder unificar las dos principales teorías del envejecimiento. Para corroborar estos resultados, redujeron los niveles de expresión de la p53 en los ratones modificados y vieron que automáticamente la expresión de las PGC-1 volvían sus niveles normales. Fue así que Sahin et al. presentaron el siguiente modelo:

Este modelo no sólo permite relacionar las dos principales teorías del envejecimiento en una, sino también ayuda a explicar como se da el envejecimiento en tejidos con altas tasas de división celular y en tejidos quiescentes mediante el mismo mecanismo.

Sin embargo, este modelo también ha generado muchas preguntas. Por ejemplo, en algunos cáncer, los bajos niveles de p53 provocan una caída en la función mitocondrial, lo contrario a lo encontrado por Sahin. Entonces, ¿puede ser que la p53 actúe de manera diferente según el tejido? Por otro lado, cuando se reducen los niveles de PGC-1 en las mitocondrias, se ha observado que hay una mayor producción de especies reactivas de oxígeno las cuales son sumamente tóxicas para las células porque dañan el ADN. De esta manera, se aceleraría el proceso de envejecimiento a través de la mitocondria, ya que las mutaciones en su ADN se acumularían más rápido, provocando una deficiencia energética más acentuada.

Aún falta investigar más a fondo como se da este mecanismo. De poder entenderlo podríamos diseñar estrategias más efectivas para reducir el envejecimiento. Reducir el envejecimiento es completamente diferente a prolongar la vida. Para que quereos vivir más si a partir de los 60 años ya empezamos a sufrir de los achaques de la vejez, lo ideal vivir más, pero jóvenes, para eso deberíamos retardar el envejecimiento, para así llevar una vida plena hasta los 80 o más.

Referencia:

Sahin, E., Colla, S., Liesa, M., Moslehi, J., Müller, F., Guo, M., Cooper, M., Kotton, D., Fabian, A., Walkey, C., Maser, R., Tonon, G., Foerster, F., Xiong, R., Wang, Y., Shukla, S., Jaskelioff, M., Martin, E., Heffernan, T., Protopopov, A., Ivanova, E., Mahoney, J., Kost-Alimova, M., Perry, S., Bronson, R., Liao, R., Mulligan, R., Shirihai, O., Chin, L., & DePinho, R. (2011). Telomere dysfunction induces metabolic and mitochondrial compromise Nature DOI: 10.1038/nature09787

Kelly, D. (2011). Cell biology: Ageing theories unified Nature DOI: 10.1038/nature09896

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