¿Cómo se mantiene latente el VIH?

Mañana (1ro de Diciembre) se celebra el Día Mundial del SIDA, así que haremos una breve explicación de la latencia del VIH en los linfocitos-T CD4+

El ciclo del vida del Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH) es bastante similar al de otros virus. Una vez que una persona es contagiada, las partículas virales reconocen a los linfocitos-T CD4+ y los invaden. Debido a que su material genético está hecho de ARN, este debe ser transformado a ADN —mediante una transcriptasa inversa— para poder integrarse al genoma de la célula hospedera. En este punto al virus se le conoce como un provirus.

El provirus aprovecha de las enzimas y factores de transcripción de la célula que ha infectado para hacer muchas copias de sí mismo y producir nuevas partículas virales que serán liberadas para infectar otras células sanas. Este paso está controlado por la región LTR (repetición terminal larga).

Las terapias a base de anti-retrovirales lo que hacen es inhibir la replicación del virus a este nivel. Sin embargo, un pequeño porcentaje de los provirus no se activan y se mantienen latentes en el genoma de los linfocitos-T durante muchos años, hasta que las condiciones sean las adecuadas, por ejemplo: cuando el tratamiento es suspendido o cuando el sistema inmune responde ante una infección. Si bien los anti-retrovirales mantienen los niveles de VIH por debajo de los límites de detección, la insensibilidad de los virus latentes al tratamiento hace imposible su erradicación. En el momento menos pensado, los virus latentes pueden reactivarse provocando una viremia mortal o el desarrollo del SIDA.

Pero, ¿de qué factores depende que el virus esté activo o latente?. En un artículo publicado en PLoS Biology, investigadores del Centro Médico de la Universidad de Erasmus (Holanda) y de la UC San Francisco (EEUU), liderados por la Dra. Haleh Rafati, han revelado las claves moleculares de la latencia y la activación del VIH.

El ADN es una molécula sumamente larga que debe ser empaquetada para caber dentro de las células. Las histonas son unas proteínas usadas como soporte por el ADN para poder enrollarse. A cada ovillo se le conoce como nucleosoma y a su conjunto, cromatina. El enrollamiento también cumple la función de regular la expresión genética porque limita el acceso de las proteínas encargadas de transcribir los genes.

Estudios previos demostraron la presencia de tres nucleosomas en la región 5’ de LTR: nuc-0, nuc-1 y nuc-2; separados por dos fragmentos de ADN libre: DHS1 y DHS2. De los tres nucleosomas, nuc-1 está ubicado justo después de la región promotora de LTR (lugar donde los factores de transcripción de la célula se unen al ADN para promover la expresión de los genes virales). Sin embargo, los nucleosomas también pueden ser modificados para liberar la región promotora y se cree que esta es la clave de la latencia del VIH.

Existen diferentes clases de complejos enzimáticos que usan la energía obtenida de la hidrólisis del ATP para modificar las histonas y remodelar la cromatina. La clase SWI/SNF es uno de ellos. Estudios previos realizados por otros laboratorios encontraron datos contradictorios con respecto al papel que cumple SWI/SNF en la activación y latencia del VIH: algunos demostraban que SWI/SNF promovían la expresión viral, mientras que otros que la reprimían. El problema radicaba en que las células de los mamíferos presentan dos formas de SWI/SNF llamadas BAF y PBAF: 

Para determinar la función que cumplen tanto BAF como PBAF, Rafati y sus colaboradores usaron líneas celulares humanas infectadas con el VIH. Lo primero que descubrieron fue que BAF se unía a la región nuc-1, desplazando al nucleosoma que está presente en DHS1, y reprimiendo la expresión de LTR, proceso clave en la latencia del virus. Sin embargo, cuando insertaron un ARN de interferencia (ARNi) para bloquear la expresión de la subunidad BAF250a (específica de BAF), los investigadores observaron que LTR volvía a expresarse y el provirus se activaba.

No ocurría lo mismo cuando se inactivaba PBAF a través del bloqueo de la subunidad BAF180 con otro ARNi. Este primer resultado demostraba que BAF es importante en la latencia del virus porque se une a la región promotora de LTR, evitando que los factores de transcripción hagan su trabajo.

Cuando las condiciones son favorables para la replicación y diseminación del virus, BAF se libera de nuc-1. El nucleosoma vuelve a regenerarse y es acetilado gracias a la presencia de la proteína transactivadora Tat que es la encargada de reclutar a las p300 (una enzima acetil transferasa). Una vez acetilado, PBAF se une a ellos y promueve la expresión de LTR.

Si bien hay muchas interrogantes por responder, por ejemplo: ¿de qué depende la unión de BAF a nuc-1 para inactivar la expresión del virus? ¿las concentraciones basales de BAF y PABF en las células rigen el destino del virus? ¿cómo se activa Tat cuando el provirus está reprimido?; estos resultados muestran la importancia de los complejos BAF y PBAF en el ciclo de vida del VIH. Rafati et al. demostraron que el bloqueo de BAF reduce la habilidad del VIH de entrar en la fase de latencia, el cual puede servir como punto de partida para el desarrollo de agentes terapéuticos que actúen sobre BAF para que el virus siga replicándose y sea sensible a los tratamientos anti-retrovirales.

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Referencia:

Haleh Rafati, Maribel Parra, Shweta Hakre, Yuri Moshkin, Eric Verdin, & Tokameh Mahmoudi (2011). Repressive LTR Nucleosome Positioning by the BAF Complex Is Required for HIV Latency PLoS Biology DOI: 10.1371/journal.pbio.1001206

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BioUnalm

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Cultivan células del Síndrome de Timothy para entender las causas del autismo

Neuronas corticales no se diferenciaban adecuadamente y producían mayor cantidad de dopaminas y norepinefrinas.

El síndrome de Timothy es una enfermedad sumamente rara causada por una mutación dominante en el gen del canal de calcio Ca_v1.2 (CACNA1C), que es esencial para muchos procesos neuronales. Esta mutación genera un ingreso masivo de iones de calcio (Ca²⁺) a las células, provocando arritmias letales, malformaciones en los dedos, hipoglicemia y problemas neurológicos.

De los 20 casos reportados en el mundo, el 60% sufre de algún tipo de trastorno del espectro autista. Sin embargo, se desconocen las consecuencias de esta mutación sobre el desarrollo del cerebro humano y el rol que cumplen en la patogénesis de las enfermedades psiquiátricas.

Ahora, un grupo de investigadores estadounidenses liderados por los neurobiólogos Sergiu Paşca y Ricardo Dolmetsch de la Universidad de Stanford aislaron células de la piel de dos personas con el síndrome de Timothy para transformarlas en neuronas y estudiar los defectos que éstas pudieran tener. Los resultados aparecen publicados hoy en Nature Medicine.

Básicamente lo que hicieron los investigadores fue recrear la enfermedad en el laboratorio. Para esto tomaron células del fibroblasto dérmico (células que conforman el tejido que da soporte a la piel) y las reprogramaron para volverlas nuevamente pluripotentes —tal como una célula madre que puede diferenciarse en cualquier tipo de célula. Estas células conocidas como iPSC (células madre inducidas a pluripotencia) fueron cultivadas en condiciones especiales para que se transformaran en neuronas y así poder estudiar los defectos provocados por la mutación del gen CACNA1C.

A los 45 días de iniciado el cultivo, las dos terceras partes de las células ya se habían diferenciado en neuronas. La primera diferencia con respecto a las neuronas derivadas de personas sanas fue que las del síndrome de Timothy presentaban un potencial de acción más largo. Esto se debía a que el canal de calcio no era inactivado adecuadamente debido a la mutación, permitiendo un mayor ingreso de Ca²⁺ al interior de las células.

Como el Ca²⁺ funciona como un interruptor de genes, este ingreso incontrolado podría alterar la expresión de alguno de ellos. Paşca y sus colaboradores encontraron más de 200 genes desregulados en las neuronas con el síndrome de Timothy, de los cuales 11 han sido implicados con el autismo y otros problemas intelectuales. También se encontraron sobreexpresados los genes involucrados con la producción de dopamina y norepinefrina (catecolaminas). Estos neurotransmisores fueron cuantificados en el medio de cultivo, encontrándose una concentración 2.3 y 3.5 veces superior a lo normal, respectivamente.

Sin embargo, uno de los resultados más interesantes fue que había una menor proporción de neuronas de la capa cortical inferior cuando éstas derivaban de células del síndrome de Timothy (~67%) que cuando derivaban de células normales (85%). Esta capa es importante porque forma las proyecciones callosas encargadas de conectar los dos hemisferios del cerebro.

Entonces, si todos estos cambios fisiológicos eran producto del ingreso masivo de Ca²⁺ a las neuronas debido a la mutación en el canal Ca_v1.2, ¿la presencia de un compuesto que bloquee este canal podría suprimir estos problemas?. Para responder a esta interrogante, Paşca y su equipo añadieron al medio de cultivo la roscovitina, una molécula que inactiva el canal Ca_v1.2, y observaron que se redujo en un 68% el número de neuronas productoras de catecolaminas, demostrando así que la mutación era la causa de todos estos problemas fisiológicos.

La conclusión de los autores es que estos fenotipos observados en las neuronas derivadas de células con el síndrome de Timothy pueden estar asociados a ciertos desórdenes neurológicos y contribuir con la patología del autismo y otras enfermedades psiquiátricas como la esquizofrenia y los trastornos bipolares, especialmente porque las catecolaminas cumplen un rol importante en el comportamiento social.

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Referencia:

Paşca, S., Portmann, T., Voineagu, I., Yazawa, M., Shcheglovitov, A., Paşca, A., Cord, B., Palmer, T., Chikahisa, S., Nishino, S., Bernstein, J., Hallmayer, J., Geschwind, D., & Dolmetsch, R. (2011). Using iPSC-derived neurons to uncover cellular phenotypes associated with Timothy syndrome Nature Medicine DOI: 10.1038/nm.2576

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Los canales de “ciencia” y su programación

Cuando era niño y también de adolescente, me pasaba horas viendo los documentales y series de Discovery Channel y NatGeo. Cada día descubría cosas nuevas y fascinantes gracias a programas tan buenos como lo eran “Testigo Ocular”, “Horizontes científicos”, “Todo sobre…”, “La guía máxima”, “Planeta Tierra”, o los documentales producidos por la National Geographic Society con esa clásica musiquita introductoria (ver el video para que les caiga una lágrima por la nostalgia).

Ahora, pienso yo que el 90% de su programación es basura. Programas sobre fantasmas, casas embrujadas y ovnis ocupan la mayor parte de la semana; seguido por series sobre camioneros y pescadores “intrépidos”; y ni que hablar de clarividentes, pistoleros, chatarreros o desbaratadores de mitos. Estos canales de “ciencia” se han prostituido a lo MTV, un canal que en los 90’s sólo pasaban música y que ahora sólo el 10% de su programación hace gala a su nombre.

Los canales de “ciencia” son ahora canales de entretenimiento, y ese es el nombre con el que aparecen en las guías de programación que ofrecen las compañías de cable. El cambio ha sido gradual, poco a poco fueron apareciendo programas ajenos a la ciencia hasta llegar a cubrir casi el total de su programación. Yo me pregunto, ¿por qué hay tantos programas sobre técnicas de supervivencia si “A prueba de todo” con Bear Grills de Discovery Channel es el mejor y más completo?, ¿para qué ya poner “Pareja Salvaje”, “Survivorman” y “Desafío x 2”, en el mismo canal, si al final todos son la misma cosa?.

Creo yo que no hay alguien mejor que Jorge Cham —sí, el creador de PhDComics— para ilustrar esto de una manera muy divertida:

©2011 “Science Programming” por Jorge Cham.

Lamentablemente vivimos en un mundo donde los programas de fantasmas, exorismos y ovnis “venden”, donde el trabajo de cinco camioneros que hacen todos los días lo mismo —llevar bigas de un lugar a otro— es más interesante que hablar sobre los parásitos controladores de mente. Bueno, al fin y al cabo, uno mira la televisión para entretenerse.

Pero hay programas que te entretienen y a la vez te enseñan. Pienso que el mejor, en mi humilde opinión, era “El Mundo de Beakman” con los comentarios siempre inoportunos de la rata Lezter. También teníamos “Animales Asombrosos” con Henry, la lagartija, y otros más por ahí.

Por suerte, no está todo perdido. Hay algunos programas que son realmente buenos. por ejemplo, en mis ratos libres disfruto mucho viendo “El Universo” e “Historia de la Tierra” en History, “Parásitos Asesinos” en Discovery Channel, “Animal Planet al extremo” en Animal Planet, “Ciencia al desnudo” y “El Universo Desconocido” en NatGeo, entre otros.

Bueno, ahora me voy a seguir viendo unos capítulos más del Mundo de Beakman, gracias a la magia de YouTube.

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Parásito de la enfermedad de Chagas ayudaría a combatir el cáncer

Científicos usan a Trypanosoma cruzi para transportar antígenos de ciertos tipos de cáncer e inducir la respuesta inmune mediada por las células-T.

Muchas de las vacunas que hoy conocemos están hechas a base de virus o bacterias atenuadas (agentes infecciosos modificados para no ser virulentos) quienes, al entrar al cuerpo, generan una respuesta inmune que es “recordada” para cuando la verdadera infección ocurra. El mejor ejemplo que tenemos de ello es la vacuna contra la parálisis flácida aguda (PFA) o polio.

Esta estrategia consiste en que el agente infeccioso atenuado infecta las células sin llegar a proliferarse. Una vez dentro, expresan sus antígenos de superficie que son reconocidos por los linfocitos-T CD8+ quienes activan la apoptosis (muerte celular). El anticuerpo contra este antígeno queda “memorizado” y permite una respuesta rápida y eficiente cuando la verdadera infección se presente.

Entonces, ¿podemos considerar a las células cancerosas como agentes infecciosos para desarrollar vacunas contra ellas?. Sí, porque las células cancerosas también expresan antígenos específicos dependiendo de su origen. Uno de ellos es el antígeno NY-ESO-1, que pertenece a la familia de los antígenos cáncer/testículo (CTA, por sus siglas en inglés). Este antígeno está siendo muy investigado por su capacidad de generar anticuerpos y activar la respuesta inmune mediada por las células T en diferentes pacientes con cáncer. En la actualidad hay más de 30 ensayos clínicos en todo el mundo que buscan usarlo como agente terapéutico (inmunoterapia del cáncer) o como profiláctico (vacuna).

Sin embargo, el problema de usar virus o bacterias atenuadas para transportar este antígeno es que no generan una respuesta inmune persistente. La explicación es que al estar atenuados no proliferan y el reconocimiento de los antígenos por parte de los linfocitos-T se pierde una vez la infección sea eliminada.

Un grupo de investigadores brasileños liderados por la Dra. Caroline Junqueira de la Universidad Federal de Minas Gerais han logrado superar este problema usando una cepa atenuada del parásito Trypanosoma cruzi —protozoario causante de la enfermedad de Chagas— para transportar el antígeno NY-ESO-1, demostrando su capacidad y eficiencia para activar la respuesta de los linfocitos-T CD8+ in vitro y proteger o retardar el crecimiento de tumores en ratones. Los resultados aparecen publicados en PNAS.

Junqueira y sus colaboradores usaron T. cruzi porque es un parásito intracelular que tiene la capacidad de generar una fuerte y persistente respuesta inmune mediada por los linfocitos-T. T. cruzi es un inductor de los linfocitos-T CD4+ (linfocitos-T colaboradores) a través del reconocimiento de los receptores tipo-Toll (TLR). Estos linfocitos son claves en la respuesta inmune adaptativa. Además, persiste y se divide en citoplasma de la célula hospedera manteniendo la respuesta inmune activa por más tiempo y expresando los antígenos que son reconocidos por los linfocitos-T CD8+.

Los investigadores crearon cepas de T. cruzi CL-14 (versión altamente atenuada) portando el gen que codifica el antígeno NY-ESO-1 junto al gen de la tubulina (un gen con ~40 copias en el genoma del protozoario y que es altamente expresado). El parásito transgénico logró expresar los antígenos en dos líneas celulares humanas y además indujeron la respuesta de los linfocitos-T CD4+ y CD8+ in vitro.

Luego, Junqueira y su equipo quisieron ver la capacidad del T. cruzi transgénico de generar la respuesta inmune in vivo, para esto usaron ratones de laboratorio. Los ratones fueron vacunados dos veces —la segunda vez 30 días después de la primera— y mostraron altos niveles de anticuerpos específicos contra NY-ESO-1 y del interferón gamma (IFN-γ) generados por los linfocitos-T CD4+ que inducen la respuesta de los macrófagos. Los ratones que fueron vacunados mostraron estar protegidos contra el desarrollo de tumores generados por el trasplante de células cancerígenas de melanomas (B16F10), nunca se formaron tumores (ver imagen inferior central) y la mortalidad se redujo prácticamente a cero.

En un segundo experimento in vivo, los científicos quisieron determinar el efecto terapéutico del parásito transgénico, para ello usaron dos cepas de ratones (C57BL/6 y BALB/c) a quienes se les trasplantó células cancerosas del tejido conectivo (fibrosarcoma) y del colon (adenoma de colon) con el fin de generar tumores. Luego, los ratones fueron vacunados repetidas veces con los parásitos transgénicos, mostrando un retardo del 30% en el crecimiento de los tumores y un aumento del 50% en la esperanza de vida.

Si bien el T. cruzi es bastante sensible a drogas como el benznidazol, Junqueira et al. le insertaron el gen de la timidin kinasa del virus de herpes para volverlo sensible al aciclovir, esto con el fin de facilitar la eliminación al parásito una vez haya cumplido su objetivo.

Sin dudas son resultados muy alentadores, ya que se demostró tanto el efecto terapéutico y profiláctico de esta nueva estrategia de transporte del antígeno NY-ESO-1 para la activación de la respuesta inmune mediada por los linfocitos-T y prevenir así el desarrollo de tumores o retardar su crecimiento y aumentando la esperanza de vida. Además, se pueden insertar otros antígenos específicos para crear vacunas polivalentes que permitan protegernos contra diferentes tipos de cáncer.

Aún falta mucho por investigar, pero el hecho que haya funcionado tanto en ratones como en líneas celulares humanas es una gran motivación para seguir trabajando y financiando este tipo de investigaciones, sobre todo las que son hechas en América Latina.

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Referencia:

Caroline Junqueira, Luara I. Santos, Bruno Galvão-Filho, Santuza M. Teixeira, Flávia G. Rodrigues, Wanderson D. DaRocha, Egler Chiari, Achim A. Jungbluth, Gerd Ritter, Sacha Gnjati, Lloyd J. Old, & Ricardo T. Gazzinelli (2011). Trypanosoma cruzi as an effective cancer antigen delivery vector Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1110030108

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Científicos revelan cómo funciona el paracetamol

Metabolismo celular lo convierte en sustancias electrofílicas que bloquean el dolor por activación del los canales catiónicos TRPA1.

El paracetamol (acetaminofeno), o más conocido como Panadol®, es uno de los analgésicos más usados en el mundo, sobre todo para aliviar algunos síntomas del resfrío, gracias a su efecto antipirético (reduce la fiebre) extra. A pesar que lo conocemos desde finales del siglo XIX y lo comercializamos desde los 1950’s, su mecanismo de acción sigue siendo un misterio.

En un estudio publicado hoy en Nature Communications, científicos del King’s College de Londres liderados por el Dr. David Andersson revelaron que el efecto analgésico no lo hace el paracetamol propiamente dicho, sino ciertos compuestos generados al ser metabolizado por las células. Usando ratas transgénicas observaron que estos metabolitos activan el canal catiónico TRPA1 provocando la despolarización de la membrana y la inhibición de la transmisión sináptica.

Hace algunos años, se descubrió que los canales iónicos TRPA1 cumplían un rol importante en la transmisión de las señales dolorosas generado por estímulos químicos, mecánicos y térmicos. Estos canales son activados por ciertos compuestos hidrofílicos, provocando la despolarización de la  membrana neuronal a través del ingreso masivo de los iones calcio (Ca²⁺) y sodio (Na+) presentes en su superficie. Estos cationes cumplen una función importante en la excitabilidad neuronal y la generación del potencial de acción dependiente de los neurotransmisores.

Lo primero que hicieron Andersson y sus colaboradores fue analizar si el paracetamol era capaz de aliviar el dolor en ratas que no tenían el canal TRPA1. Para ello usaron una técnica llamada Prueba del Plato Caliente (o Hot/Cold Plate Test) que consiste en poner al animal dentro de una estructura parecida a una balanza, sobre un platillo que puede ser calentado o enfriado de manera controlada, y determinar el tiempo que tardan en mostrar algún signo de dolor ante una determinada temperatura. Los resultados fueron concluyentes: las ratas carentes del canal TRPA1 sentían más dolor que las ratas silvestres, a pesar haberles administrado el paracetamol.

Cuando el paracetamol ingresa a nuestro cuerpo, es atacado por nuestras enzimas generando diversos metabolitos, entre ellos dos compuestos altamente electrofílicos: el NAPQI (N-acetil-p-benzoquinoneimina) y la p-BQ (p-benzoquinona). Y tal  como el mencionamos anteriormente, los canales TRPA1 son activados por compuestos electrofílicos. Entonces, cuando los investigadores aplicaron directamente el NAPQI y la p-BQ sobre cultivos de neuronas in vitro se demostró que éstos eran capaces de activar los canales TRPA1.

Un análisis inmunohistoquímico (donde se marca al canal TRPA1 con moléculas fluorescentes para observar el lugar donde se expresan) mostró la presencia de los canales en el cuerno posterior de la médula espinal de los ratones, lugar donde también se expresaban otros canales asociados a la transmisión de dolor llamados TRPV1.

Por otro lado, en esta misma región de la médula espinal se encontró la L-cisteinil-S-paracetamol (una versión más estable del NAPQI) 30 minutos después de haber administrado el paracetamol a las ratas, confirmando así que el paracetamol es transformado en una sustancia electrofílica en el mismo lugar donde se expresan los canales TRPA1, específicamente, en las terminales centrales de las neuronas sensoriales.

Sin embargo, como estos compuestos son tóxicos para nuestras células, sobre todo las hepáticas y renales, los investigadores también han buscado otros compuestos no-hidrofílicos no-electrofílicos capaces de unirse a los canales TRPA1. Uno de ellos fue una sustancia derivada del ∆⁹-tetrahidrocanabinol proveniente de la marihuana (Cannabis sativa). Este compuesto modificado tiene la capacidad de unirse y activar los canales TRPA1 pero no los receptores de canabinoides CB1 y CB2 —los cuales son responsables del efecto psicoactivo de esta hierba. Además, a diferencia de los derivados del paracetamol, el ∆⁹-tetrahidrocanabiorcol producido por Andersson et al. no es tóxico.

Sin dudas este trabajo abrirá las puertas al desarrollo de nuevos analgésicos que actúen directamente sobre los canales TRPA1.

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Referencia:

Andersson, D., Gentry, C., Alenmyr, L., Killander, D., Lewis, S., Andersson, A., Bucher, B., Galzi, J., Sterner, O., Bevan, S., Högestätt, E., & Zygmunt, P. (2011). TRPA1 mediates spinal antinociception induced by acetaminophen and the cannabinoid Δ9-tetrahydrocannabiorcol Nature Communications, 2 DOI: 10.1038/ncomms1559

Esta entrada participa en el IX Carnaval de Química alojado este mes en Hablando de Ciencia.

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Mira a los ganadores del concurso BioScapes de Olympus

Imagen: Mr. Haris Antonopoulos. Huevos de chinches hediondos.

Olympus America Inc., por noveno año consecutivo, auspicia uno de los concursos de fotografía del mundo natural más importantes del mundo (el Olympus BioScapes Digital Imaging Competition). A diferencia de otros concursos, éste se caracteriza por mostrarnos las imágenes microscópicas más extraordinarias captadas por investigadores de las diferentes áreas de las ciencias de la vida. Las imágenes son tan bellas que muchas de ellas pueden ser consideradas como verdaderas obras de arte.

Imagen: Mr. Gerd Guenther. Sección transversal del tallo de un bambú de jardín (Fragesia sp.) mostrando los haces vasculares.

Los ganadores del 2011 fueron anunciados este mes. Las fotos y videos son capturados usando microscopios ópticos, donde el aumento, la técnica de iluminación (contraste de fases, confocal, fluorescencia, etc.), la tinción, y la marca del equipo son elegidos por los investigadores.

Imagen: Mr. Christopher B. Jackson. Esqueleto mineralizado de un radiolario (un protozoario unicelular).

Para mí, la siguiente imagen es una de las más espectaculares:

Imagen: Dr. Steve Lowry. Diatomeas dispuestas en forma de una bicicleta.

Son más de 60 imágenes videos realmente asombrosos…

Imagen: Dr. Dalibor Matýsek. Esporangio del moho Craterium minutum.

Galería completa | http://www.olympusbioscapes.com/gallery/2011/index.html

Protectores de pantalla | http://www.olympusbioscapes.com/screensavers/

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¿Por qué la mordedura de una serpiente de coral causa tanto dolor?

Científicos revelan que la acción del veneno se da a través de los canales iónicos sensibles al ácido (ASICs).

Muchos animales producen venenos y a pesar que algunos lo usen para cazar, su principal función es defensiva. Por lo general, están conformados por toxinas que cumplen funciones fisiológicas diferentes: destrucción de células, contracción de los músculos, coagulación de la sangre, bloqueo del sistema nervioso central, etc. Pero, gracias a ellos, hoy tenemos fármacos capaces de suprimir el dolor, aliviar las contracturas musculares y reducir la tensión arterial.

Los científicos también han aprovechado el efecto de ciertos venenos para explicar procesos claves de nuestra fisiología. Uno es estos es la sensación del dolor que es una respuesta de nuestro sistema nervioso ante un estímulo nóxico (que puede generar daño en las células). Estos estímulos son de varios tipos: térmicos (quemaduras o congelamientos), mecánicos (golpes, raspones, etc.), químicos (sustancias irritantes, contaminantes, venenos, etc.); cada uno con un mecanismo de respuesta diferente. Entenderlos nos ayudaría a desarrollar mejores analgésicos que permitan combatir los dolores agudos y crónicos.

En un estudio publicado el 16 de Noviembre en Nature, investigadores de la UC San Francisco liderados por el bioquímico Christopher Bohlen, han investigado la fisiología del dolor agudo producido por el veneno de la serpiente de coral de Texas (Micrurus tener tener), encontrando una asociación —no descrita anteriormente— con los canales iónicos sensibles al ácido tipo 1 (ASIC1).

El objetivo de este estudio fue identificar nuevas toxinas capaces de activar los receptores del dolor (nociceptores). Bohlen y sus colaboradores probaron distintos venenos de serpientes sobre poblaciones de neuronas cultivadas en el laboratorio, observando que el veneno de la coral de Texas (MitTx) estimulaba la mayoría de ellas.

Las corales se caracterizan por tener un potente veneno neurotóxico que genera un dolor tan agudo que la víctima debe ser hospitalizada para suministrarle grandes cantidades de morfina y otros analgésicos para aliviarlo. Lo extraño es que, en algunos casos, el dolor puede durar varias semanas.

Al estudiar la naturaleza química del veneno, los investigadores identificaron dos componentes: MitTx-α y MitTx-β, ambos de naturaleza proteica. La MitTx-α presenta una similaridad con las proteínas tipo Kunitz —inhibidores de las enzimas que degradan proteínas—; mientras que la MitTx-β, con la fosfolipasa tipo-A2 (PLA2) —enzimas que degradan las membranas celulares.

Ninguno de los dos componentes funciona de manera independientemente, sólo había activación de los nociceptores cuando los dos componentes eran mezclados o cuando se aplicaba uno después del otro. Estudios bioquímicos demostraron que MitTx-α y MitTx-β se unían en una proporción 1:1 y la reacción era exotérmica (liberan energía).

La hipótesis es que MitTx-α protege al veneno de la acción de las proteasas, mientras que MitTx-β degrada la membrana celular de los receptores, provocando la despolarización neuronal (los iones se liberan). Sin embargo, Bohlen y sus colegas no observaron la actividad fosfolipasa por parte de MitTx-β, así que la despolarización se debía a otro mecanismo y MitTx-β sólo se limitaba al reconocimiento y unión a las membranas celulares de los receptores —la región de unión a las membranas celulares de PLA2 también estaba presente en MitTx-β.

Fue así que los investigadores se enfocaron en los canales ASICs. Estos canales son transportadores de iones de sodio (Na+) activados por protones (H+) extracelulares. Esto quiere decir que si el medio externo tiene un pH más ácido (mayor concentración de H+), más iones Na+ entrarán a la célula y la membrana se despolarizará. Los ASIC tipo 1, 2 y 3 son los que se expresan en los nociceptores.

Cabe recordar que la entrada y salida de iones son procesos claves en la transducción de señales nerviosas. Además, estudios previos ya habían demostrado una relación entre la percepción del dolor y la activación de los canales ASICs.

Por ejemplo, la presencia del ácido láctico puede bajar el pH extracelular, activando los canales ASICs. En su forma inactiva, los ASICs se encuentran bloqueados por iones calcio (Ca²⁺). La presencia de H+ desplaza al Ca²⁺ y permite el ingreso del Na+, generando un estímulo.

Sin embargo, lo interesante de este trabajo fue que Bohlen y sus colaboradores observaron que el veneno de la coral podía activar los canales ASICs a pH fisiológico (neutro) y, además, mantenía el canal activo por un tiempo más prolongado, lo que explicaría la presencia del dolor varias semanas después del ataque.

Los canales ASIC1a y ASIC1b eran los que presentaban mayor actividad en respuesta al veneno. ASCI3, un canal que fue estudiado anteriormente por su expresión en los receptores sensoriales, era 100 veces menos sensible que los ASIC1. Y ASIC2b, por su parte, era insensible al veneno a pH fisiológico pero era fuertemente activado a pHs ácidos.

Finalmente, los investigadores descubrieron que los canales ASIC1 también se expresaban en las fibras nerviosas sensibles a capsaicina, las cuales expresan el receptor TRPV1 asociado con la transducción de las señales del dolor.

Con estos resultados se concluye que el veneno de las serpientes de coral activan el dolor a través de los canales ASIC1. Este veneno esta formado por una proteína que evita la degradación del veneno, prolongando su efecto, y por otra proteína que reconoce las membranas celulares, favoreciendo la activación del canal aún a pHs neutros. Este comportamiento es novedoso porque los estudios previos que asociaban los ASICs al dolor sólo lo hacían bajo condiciones de acidosis (acumulación de protones extracelulares) que ocurren normalmente en una inflamación.

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Referencia:

Bohlen, C., Chesler, A., Sharif-Naeini, R., Medzihradszky, K., Zhou, S., King, D., Sánchez, E., Burlingame, A., Basbaum, A., & Julius, D. (2011). A heteromeric Texas coral snake toxin targets acid-sensing ion channels to produce pain Nature, 479 (7373), 410-414 DOI: 10.1038/nature10607

Imagen: © 2004 Brad Moon.

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Científicos revelan los colores de una polilla de 47 millones de años de antigüedad

Nanoestructuras bien preservadas de las escamas fosilizadas permitieron reconstruir los colores.

Los colores de los animales no sólo se deben a los pigmentos que producen. Hay algunos que se generan gracias a la interacción física de la luz con nanoestructuras biológicas que cambian la forma como los fotones se reflejan, dispersan, absorben o refractan. A esto se le conoce como color estructural. Como ejemplo tenemos: los colores metálicos que presentan ciertos escarabajos, la iridiscencia de las alas de algunos mosquitos y avispas o los pintorescos colores de las alas de las mariposas.

Cuando se observan las escamas de las alas de los Lepidópteros —polillas y mariposas— bajo el microscopio electrónico, se pueden apreciar diminutos relieves formando crestas, valles, costillas arqueadas, poros y hasta cristales fotónicos, de distintos grosores y profundidades. Cada una de estas nanoestructuras presenta un índice de refracción diferente que cambia la forma como la luz se dispersa. Y si a esto le sumamos que las escamas se encuentran superpuestas en las alas, el efecto óptico será mucho más complejo —los haces dispersados interferirán unos con otros reflejando diferentes colores.

Estos colores y los patrones que adoptan, cumplen diversas funciones ecológicas, principalmente, en la comunicación visual. La búsqueda de pareja, el aposematismo (defensa contra los predadores a través de la expresión de colores que simbolizan ‘peligro’) o la cripsis (expresar colores similares a los de su entorno para pasar desapercibidos), son algunas de ellas.

Sin embargo, la evolución de la coloración estructural aún sigue siendo un misterio. Los datos filogenéticos y estructurales son contradictorios porque, a pesar que las nanoestructuras de las escamas difieren entre una especie y otra, la producción del color se da bajo el mismo fundamento físico: la dispersión coherente de la luz. La única forma de entender los pasos claves en la evolución de coloración estructural sería a través de los fósiles.

En un estudio publicado hoy en PLoS Biology, un grupo de investigadores de la Universidad de Yale (EEUU) liderados por la Dra. Maria McNamara, estudiaron la coloración estructural de escamas pertenecientes a polillas fosilizadas hace 47 millones de años, encontradas en los yacimientos de Messel (Alemania).

El fósil pertenecía a un espécimen extinto de la sub-familia Procridinae, parte de la familia Zygaenidae. A diferencia de la mayoría de polillas, los zigénidos son diurnos y presentan aposematismo por ser sumamente tóxicos debido a las grandes cantidades de cianuro de hidrógeno que producen.

Las imágenes del microscopio electrónico (Fig. D-J) mostraron que las nanoestructuras de sus escamas estaban muy bien preservadas, a pesar que los colores originales se perdieron durante el proceso de fosilización (Fig. A, B y C). Se identificaron con facilidad las crestas con las costillas transversales (Fig. D), otras microcostillas (Fig. E), los poros (Fig. F-G y J), las protuberancias (Fig. H-I), en cada una de las láminas de las escamas superpuestas.

Las escamas superiores eran más gruesas que las inferiores generando una geometría cóncava que afectaba la forma como se comportaba la luz. En primer lugar, estas disposición de las escamas funcionaban a manera de un reflector multicapa no ideal (menos del 100% de la luz incidida es reflejada) y junto a las poros suprimían la iridiscencia. Por otro lado, el índice de refracción caía en un rango capaz de dispersar la luz en colores visibles y su forma cóncava permitía verlo de la misma manera a diferentes ángulos.

Los colores generados por la dispersión de la luz son reflejados y los picos de reflexión varían en distintos puntos del ala. Para determinar cuáles son las longitudes de onda de los picos reflejados, McNamara y su equipo lo compararon con los patrones observados en lepidópteros modernos. Los resultados mostraron que la mayor parte de las alas eran de color amarillo y verde, degradándose hacia el azul a medida que se llegaba a los bordes. El abdomen también presentaba colores amarillos, mientras que el tórax y los extremos de las alas y del abdomen eran marrones (Figura de portada). No se pudo determinar los colores de la parte ventral (delantera).

Al igual que los zigénidos actuales, estas polillas ancestrales eran diurnas. Por otro lado, la presencia de las tonalidades amarillas y verdes sugiere que los colores tenían doble función: el amarillo disuadía a los predadores cuando la polilla se alimentaba del néctar de las flores y el verde le permitía camuflare cuando se encontraba en reposo.

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Referencia:

Maria E. McNamara, Derek E. G. Briggs, Patrick J. Orr, Sonja Wedmann, Heeso Noh, & Hui Cao (2011). Fossilized Biophotonic Nanostructures Reveal the Original Colors of 47-Million-Year-Old Moths PLoS Biology DOI: 10.1371/journal.pbio.1001200

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Una versión de un gen nos hace ver más sociables

Personas con el alelo G del receptor de oxitocina muestran mayores gestos prosociales.

La oxitocina es una pequeña molécula sintetizada en el hipotálamo. Muchos estudios la han relacionado con procesos sociales y emocionales, por ejemplo: confianza, generosidad, empatía, altruismo, etc. Sin embargo, lo más importante en sí es la expresión de su receptor (OXTR). Uno puede tener grandes cantidades de oxitocina en el cuerpo, que en condiciones normales nos vuelve una persona más sociable, pero si el gen que codifica para este receptor está alterado, este efecto no será observado.

El receptor se expresa en todo el cuerpo, principalmente en el cerebro. Una mutación en particular (rs53576) ha sido asociada con comportamiento social: el gen puede tener el nucleótido G o A en la misma posición (alelo G y alelo A, respectivamente). Aquellas personas con el alelo G homocigota (GG), presentan un menor riesgo de ser autistas y son más sociables y generosos que las personas con el alelo A (GA, AA).

No obstante, hasta ahora no hay estudios que demuestren si la variación del gen OXTR está asociado con la expresión de señales no verbales prosociales. En otras palabras, muchas veces juzgamos a las personas en función a los gestos y actitudes que demuestran, las cuales son expresiones no verbales. Una persona nos puede parecer amable o nos puede caer muy mal sin la necesidad de interactuar con ella, tan sólo viéndola como se comporta. Entonces, ¿esto dependerá del genotipo que tenga esa persona?.

En un estudio publicado en PNAS, investigadores norteamericanos liderados por el psicólogo Aleksandr Kogan de la Universidad de Toronto han demostrado que aquellas personas con el genotipo GG eran juzgadas por otros como más sociables y amables que las personas con el genotipo GA o AA.

El experimento fue muy sencillo. Los investigadores reclutaron a 23 participantes (10 GG, 10 GA y 3 AA) entre hombres y mujeres, a quienes se les grabó en video mientras sus parejas les contaban algún acontecimiento trágico de su pasado. Cada grabación fue editada para que durara tan sólo 20 segundos, los cuales cubrían los 10 segundos anteriores y posteriores a la parte más dramática de la conversación. Luego, los videos fueron mostrados a 116 observadores quienes tenían que juzgar cuan confiable, amable y compasivo era el participante del video.

Los resultados fueron los esperados. Los participantes con el genotipo GG fueron juzgados como más prosociales y empáticos que aquellos con el genotipo GA y AA, y estos valores no variaron significativamente entre un observador y otro. Con este mismo experimento, Kogan et al. observaron que los participantes varones siempre eran juzgados como menos prosociales que las mujeres, pero la diferencia entre los varones con el genotipo GG y AA fue más pronunciada.

Como nunca hubo interacción entre los observadores y los participantes del video, la empatía se juzgó en base a las señales no verbales expresadas por la persona que escuchaba la tragedia de su pareja. Esto indicaría que nuestro genotipo puede tener una influencia en la forma como nos juzgan los demás, y podría explicar porque muchas veces alguien no nos cae antes de conocerla.

Pero, ¿el alelo del receptor de oxitocina será el único responsable de estos resultados?. Es muy difícil determinarlo porque  muchas características del comportamiento humano están influenciados por una gran variedad de factores genéticos y epigenéticos. “Nosotros sugerimos que la variación de la región rs53576 contribuye en la tendencia de la gente hacia la prosocialidad, aunque ciertamente no es el único”, remarcó Kogan.

Ahora queda extender este estudio a una muestra más grande y representativa ya que la frecuencia de este genotipo puede variar entre distintas poblaciones. Además, la relación entre este alelo y la empatía puede también estar afectada por la cultura —hay lugares donde la gente es mucho más amable que en otros.

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Referencia:

Aleksandr Kogana,, Laura R. Saslow, Emily A. Impett, Christopher Oveis, Dacher Keltner, & Sarina Rodrigues Saturn (2011). Thin-slicing study of the oxytocin receptor (OXTR) gene and the evaluation and expression of the prosocial disposition Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1112658108

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Un bonito regalo garantiza el apareamiento

Siento decepcionarlos pero el título no hace referencia a un comportamiento típico humano. 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.

Desde el punto de vista evolutivo veremos que los obsequios garantizan el éxito reproductivo de la araña porque prolongan el tiempo de apareamiento, permitiéndole al macho transferir una mayor cantidad de esperma a través de sus pedipalpos. Sin embargo, hay machos que se ‘pasan de vivos’ y ofrecen regalos despreciables, tales como: semillas de plantas, exoesqueletos de insectos que dejaron después de habérselo comido o bolsas de seda vacías. 

En un estudio publicado en BMC Evolutionary Biology, investigadores liderados por la bióloga uruguaya María José Albo demostraron que aquellas arañas que ofrecían regalos nupciales despreciables tenían un menor éxito reproductivo comparado con las arañas que sí regalaban cosas de valor.

Dedicar una mayor cantidad de tiempo y esfuerzo es el costo que deben pagar las arañas niñeras para garantizar el apareamiento. Un estudio de campo previo determinó que aquellas arañas que no ofrecían ningún tipo de regalo tenían menos de un 20% de posibilidades de ser aceptados por su pareja. Mientras que si se presentaban con un regalo, así éste sea despreciable, las posibilidades superaban el 90%.

La diferencia se encontraba en el tiempo de apareamiento —las hembras se separaban más rápido del macho cuando los regalos eran feos. Los machos que dedican menos tiempo y esfuerzo a preparar los regalos tendrán un menor éxito reproductivo (transferirán una menor cantidad de esperma a la hembra), sin embargo, al no invertir mucha energía en conseguir una pareja, podrán aparearse con más hembras. Esta estrategia es empleada por la tercera parte de arañas niñeras y está regida por una ecuación natural de costo-beneficio.

Los investigadores observaron también que aquellos machos que eran abandonados antes de depositar todo su esperma en los receptáculos seminales de la hembra se hacían los muertos (tanatosis) sosteniendo el regalo en sus patas. La hembras, al creer que su pareja está muerta, tratan de aprovecharse de la situación y robarle el sabroso insecto que trae consigo. Se acerca cautelosamente y empieza a arrastrarlo para quitarle el regalo. Cuando se detiene, el macho despierta y la vuelve a copular, tomándola por sorpresa. Sin embargo, cuando los regalos son despreciables, esta estrategia ya no tiene éxito, la hembra simplemente se va y ya no trata de quitarle el obsequio.

Finalmente, los investigadores observaron que las hembras que recibían un bonito regalo depositaban más huevos que las hembras que no lo recibían o que recibían regalos despreciables. Ambas estrategias se han mantenido en las poblaciones de arañas niñeras porque cada una tiene sus propias ventajas.

Vía | LiveScience & EurekAlert!.

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Descubren receptor usado por el parásito de la malaria para invadir los glóbulos rojos

La malaria es una enfermedad que afecta a millones de personas en el mundo, sobre todo, en países tropicales como el nuestro. El agente causante de esta enfermedad es un protozoario llamado Plasmodium falciparum, quien invade los glóbulos rojos de la sangre (eritrocitos) a diestra y siniestra, destruyéndolos rápidamente.

A inicios de año, vimos que un grupo de investigadores australianos usaron la microscopía electrónica, la inmunofluorescencia y el modelamiento en 3D, para observar y describir, en tiempo real todo, el proceso de invasión del parásito. Sin embargo, para que el parásito pueda invadir el eritrocito, antes debe reconocerlo. Por lo general, el reconocimiento se da a través de ciertas proteínas que se expresan tanto en la superficie de los glóbulos rojos (receptores) como en la superficie del parásito (antígeno o ligando).

En los últimos años, se han descrito una gran cantidad de interacciones del tipo receptor-ligando. Sin embargo, hasta ahora ninguna de ellas ha demostrado ser esencial en el proceso invasivo. En el año 2009, otro grupo de investigadores australianos descubrieron una proteína esencial para la invasión del parásito en el glóbulo rojo. La proteína se llama PfRh5 y era expresada en las roptrias —unos organelos secretores situados la superficie apical del protozoo. Lamentablemente, los australianos no pudieron identificar a la proteína receptora presente en la superficie de los eritrocitos que es reconocida por la PfRh5.

En un estudio publicado esta semana en Nature, un grupo investigadores británicos del Instituto Sanger de Cambridge han descrito a la proteína receptora clave usada por P. falciparum para reconocer e invadir los glóbulos rojos, dando nuevas perspectivas para el desarrollo de agentes terapéuticos mucho más efectivos.

Lo primero que hicieron la Dra. Cécile Crosnier y sus colegas fue determinar qué proteínas del eritrocito presentaban un dominio ectópico (porción de la proteína que se expresa hacia la superficie de la célula y que podría ser usada como señal receptora). De un total de 40 proteínas candidatas, sólo una de ellas, la basigina (BSG), mostró una buena interacción con la PfRh5. [Por cierto: la BSG también es conocida como CD147 ó M6].

Las basiginas están implicadas en diferentes funciones fisiológicas, incluyendo la implantación del embrión en el útero, la espermatogénesis (ó formación de los espermatozoides) y el desarrollo de la retina. En nuestro cuerpo, esta proteína puede estar presente de dos formas: una larga, con tres dominios ectópicos IgSF (BSG-L); y una corta, con dos IgSF (BSG-S). Además, BSG es una glicoproteína, o sea posee azúcares en determinados aminoácidos de su secuencia, que podrían favorecer su reconocimiento por parte del parásito.

Los científicos observaron que PfRh5 interactuaba de la misma manera con las dos isoformas de BSG, pero sólo lo hacía cuando al menos dos de los dominios IgSF (1 y 2) estuvieran presentes. Cuando BSG-S era modificado y se le quitaba uno de sus dos dominios IgSF, ya no había una interacción con PfRh5. Por otro lado, cuando se removían los azúcares de los aminoácidos de BSG, la interacción con PfRh5 no se veía afectada.

Pero, ¿realmente la proteína BSG está involucrada en la invasión de los glóbulos rojos?. Si la respuesta es afirmativa, debería de haber una reducción o inhibición de la invasión si la proteína BSG fuera bloqueada antes de la infección. Crosnier et al. dieron una respuesta a la interrogante con tres ingeniosos experimentos.

El primero consistía en aislar y purificar la basigina, para luego añadirla al medio de cultivo donde se llevaría a cabo la infección. Las BSG libres competirían con las BSG de las células por unirse a la proteína PfRh5 del parásito, reduciendo así su capacidad de invasión. Los resultados obtenidos fueron los esperados: la invasión fue fuertemente inhibida en presencia de un competidor.

El segundo experimento consistía en bloquear la basigina usando anticuerpos contra ella (anti-BSGs). Las pruebas preliminares hechas por Crosnier y sus colaboradores ya habían demostrado que los anti-BSG bloqueaban la unión de la basigina a la PfRh5. Entonces, cuando aplicaron el anticuerpo en los medios de cultivo antes de ser inoculados con nueve cepas diferentes de P. falciparum, observaron que la invasión fue completamente inhibida en todas las cepas experimentadas. Este resultado, en particular, es bastante alentador porque esta estrategia demostró ser efectiva contra diferentes variantes de la proteína PfRh5.

El tercer experimento consistía usar un ARN de interferencia para bloquear la expresión del gen que codifica para la basigina. Como era de esperarse, las células BSG^— mostraron ser resistentes a la invasión por parte del protozoario. En fin, los resultados obtenidos en los tres experimentos apuntan hacia lo mismo: la basigina es esencial para el reconocimiento e invasión del Plasmodium falciparum a los glóbulos rojos.

Las implicancias de este trabajo son grandes. En primer lugar, se ha identificado la proteína clave usada por el P. falciparum para reconocer e invadir los glóbulos rojos. En segundo lugar, se ha demostrado que los anticuerpos contra la basigina (anti-BSG) son más que suficientes para inhibir por completo la entrada del parásito al glóbulo rojo, al menos en el laboratorio. Y tercero, se puede analizar el gen que codifica para la basigina en diferentes poblaciones humanas que habitan en zonas expuestas a los mosquitos transmisores de la malaria para ver si presentan variantes que les confieren resistencia a la enfermedad.

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Referencia:

Crosnier, C., Bustamante, L., Bartholdson, S., Bei, A., Theron, M., Uchikawa, M., Mboup, S., Ndir, O., Kwiatkowski, D., Duraisingh, M., Rayner, J., & Wright, G. (2011). Basigin is a receptor essential for erythrocyte invasion by Plasmodium falciparum Nature DOI: 10.1038/nature10606

Imagen | Flickr @flashlightfish

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Readcube, una excelente aplicación para leer artículos científicos

Llevo una semana usando Readcube y la verdad estoy tan satisfecho con esta aplicación que he decidido hacerle una pequeña reseña.

Todos los que estudiamos alguna carrera de ciencias estamos rodeados por decenas de artículos científicos (en adelante “papers”), ya sea para elaborar algún trabajo de investigación, comparar los resultados obtenidos en algún experimento, analizar la metodología empleada por otros autores para estudiar un determinado fenómeno, o para redactar nuestra tesis, informe final o paper que presentaremos a alguna revista científica especializada.

En mi caso, todos los días me bajo un promedio diez papers, tanto para actualizar el blog como para leer estudios referentes a mi tema de investigación. Todos los papers que descargo los meto dentro de una misma carpeta y la única forma que tengo de identificarlos es por la fecha de descarga, ya que por lo general me olvido de cambiarle el nombre antes de guardarlo.

Entonces, para identificar algún paper que quisiera compartir con alguien, primero debo acordarme el nombre con el que lo he guardado, si no le he puesto algún nombre, debo acordarme la fecha exacta de descarga, si no me acuerdo la fecha exacta debo acordarme la fecha aproximada y abrir cada uno de los papers con nombres tipo nature945238.pdf; pnas452230.pdf; cell25134a.pdf; etc. para ver cuál es el que estoy buscando. Si al final no logro encontrarlo, tengo que volver a descargar el artículo, el cual probablemente lo volveré a guardar sin cambiarle de nombre, reiniciándose así un círculo vicioso.

Cuando descubrí por casualidad Readcube a través de Nature, no dudé en descargarlo. Al comienzo pensé que sería un lector de pdfs más del montón, pero con una mejor interfaz. Sin embargo, esto no fue así.

Lo primero que te piden hacer es importar (“arrastrar”) todas tus carpetas donde estén almacenados tus papers a Readcube. Por suerte —o por mala suerte en algunos casos— yo los tengo todos en una sola carpeta. Al momento de importarla a la librería vi que el problema de los nombres se había solucionado rápidamente: en Readcube, los papers aparecen con el nombre original del artículo y el de los autores bajo él, además del nombre de la revista y el año al costado!.

Pero, lo más satisfactorio fue que podía buscar cualquier paper simplemente poniendo el nombre original del artículo, o el apellido de uno o más autores, o el nombre de la revista, o el año… el cuadro de búsqueda es sumamente “inteligente”, facilitándote enormemente la búsqueda de un paper en especial. Casi me sale una lágrima de la emoción cuando apareció la vista previa del abstract en la ventana lateral derecha junto a los artículo relacionados, las citaciones y las referencias hechas al paper que estaba por abrir.

Por si fuera poco, tal como en un reproductor de música, puedes crear tus “listas de reproducción” de papers. Además, tienes la opción de buscar y descargar papers directamente desde PubMed y GoogleScholar®, sin necesidad de salir del programa!. Puedes guardar tus búsquedas y organizarlas por año de publicación. Además cuenta con una herramienta llamada Recomendaciones, la cual te pone una lista de papers seleccionados en función a tus intereses. ¿Cómo determina Readcube tus intereses?. En base a los papers que tengas almacenados en tu librería. Una solución sencilla pero bastante útil.

Sin embargo, lo mejor estaba por llegar. Al abrir el paper, la interfaz de lectura es bastante similar al de Adobe Reader® o Foxit Reader, pero con la ventaja que puedes resaltar las frases que más te interesen, tal como si estuvieras leyendo el paper en físico con tu resaltador en la mano. Además, puedes agregar comentarios, lo cual es ideal para apuntar cosas que más tarde te puedas olvidar. Puedes leer varios papers al mismo tiempo ya que cada uno tendrá su propia pestañita.

Aún el programa está en su fase beta, pero de hecho que seguirá mejorando. Bueno, ahora les dejo este video resume en menos de dos minutos todo lo que he explicado:

ReadCube Intro from R3 on Vimeo.

Link | http://www.readcube.com/

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El costo energético de tener un cerebro más grande

El cerebro es un órgano fascinante, misterioso y energéticamente costoso. Si sacamos una proporción entre el tamaño del cerebro y del cuerpo veremos que los humanos tenemos el cerebro más grande de todos los mamíferos. Sin embargo, tener un cerebro más grande implica una mayor demanda energética. Por suerte, nuestro cerebro es bastante eficiente en cuanto a su consumo de energía. Por ejemplo, nuestro cerebro es tres veces más grande que el cerebro del chimpancé (nuestro pariente evolutivo más cercano), sin embargo, si nuestro tamaño corporal fuera el mismo, ambos cerebros consumirían la misma cantidad de energía a pesar que el nuestro sea mucho más grande. Entonces, ¿cómo compensamos la demanda energética de nuestros cerebros?

En el año 1995, Aiello & Wheeler propusieron la “hipótesis del tejido costoso”. Esta hipótesis dice que para poder satisfacer la demanda energética de nuestros grandes cerebros, se tuvo que sacrificar la energía destinada a otros tejidos igual de demandantes, por ejemplo, del tracto digestivo, provocando una reducción en su tamaño. La base de esta hipótesis es el cambio de dieta que tuvieron los humanos primitivos quienes empezaron a comer más carnes y tubérculos, previamente cocidos, facilitando el proceso digestivo y la asimilación de los nutrientes. Gracias a esto, ya no se requerían de tractos digestivos tan extensos y la energía ahorrada fue destinada a la evolución de cerebros mucho más grandes.

Además, existen otros órganos viscerales que también demandan grandes cantidades de energía, por ejemplo: el corazón, hígado, riñones, pulmones, etc., los cuales pudieron haberse reducido para favorecer también el mantenimiento energético de un cerebro más grande. Esta es una extensión a la hipótesis del tejido costoso. Sin embargo, los datos que demuestren una correlación negativa entre el tamaño del cerebro y los órganos viscerales no son concluyentes.

El problema radica en que el tamaño de una especie se calcula en función a su masa corporal. Este valor no es muy preciso porque es afectado por el tamaño de los depósitos de tejido adiposo de cada individuo. En otras palabras, la cantidad de grasa presente en cada uno de sus tejidos puede variar enormemente entre un individuo y otro. Esta variación afecta la correlación que puede haber entre el tamaño de un órgano con respecto al cerebro.

Para superar este inconveniente, un grupo de investigadores de la Universidad de Zurich liderados por la estudiante de doctorado Ana Navarrete, volvieron a estudiar la correlación entre el tamaño de los órganos viscerales con el cerebro de 100 especies de mamíferos —entre ellos, 23 primates— pero esta vez usaron la masa corporal libre de grasa para calcular el tamaño del animal de manera más precisa y menos variable.

El estudio publicado en Nature muestra que no existe una correlación negativa entre el tamaño del cerebro y la masa del tracto digestivo u otro órgano visceral, tirando por la borda la hipótesis del tejido costoso. Sin embargo, Navarrete y sus colaboradores observaron que había una correlación negativa entre el tamaño del cerebro y los depósitos de grasa corporal.

La formación del tejido adiposo en sí no es costoso energéticamente hablando, pero su presencia lo es. Por ejemplo, animales más grandes o los que hibernan o los que viven en zonas frías, tienen una mayor cantidad de grasa corporal, la cual las vuelve más pesadas y demanda una mayor cantidad de energía desplazarse de un lugar a otro, sobre todo en aquellas especies que trepan árboles o los que vuelan. Por otro lado, las reservas de grasa le permiten al animal sobrevivir a las condiciones duras del invierno, donde las cantidades de alimentos son mucho menores. En otras palabras, los depósitos de tejido adiposo son reservas energéticas que le permiten al animal afrontar largos periodos de inanición.

Entonces, Navarrete y sus colaboradores razonaron una ingeniosa explicación para la correlación negativa entre el tamaño del cerebro y los depósitos de tejido adiposo. Ellos creen que un cerebro más grande les permitió desarrollar estrategias más “inteligentes” para hacer frente a la inanición. Además, el andar en dos patas (bipedismo) o nadar demanda menor cantidad de energía que volar o trepar árboles. Así que estos animales (por ejemplo: el hombre y los delfines) mostrarán cerebros relativamente más grandes ya que esta energía ahorrada puede ser destinada a su mantenimiento.

Navarrete et al. resumen la adaptación energética y metabólica para una mayor encefalización en los humanos en dos puntos: a) fuentes de energía adicionales o estabilizadas y b) redirección de la energía a partir de otras funciones; tal como lo muestra el siguiente diagrama presentado por los autores.

En cuanto al primero punto, comer más carne y cocinar sus alimentos antes de consumirlos, mejoraban la calidad de sus dietas. Las carnes proveen de mayor energía que los frutos y otros vegetales, y la cocción facilitaba la digestión y mejoraba la asimilación de nutrientes. Por otro lado, cuando los humanos primitivos empezaron a vivir en sociedades, salían a cazar en grupo, reduciendo enormemente el costo energético para conseguir los alimentos. Además, las primeras sociedades humanas se empezaron a asentar en regiones más templadas, donde las fluctuaciones estacionales eran menos drásticas, evitando así la inanición.

En cuanto al segundo punto, el paso al bipedismo redujo considerablemente el gasto de energía ya que es un tipo de locomoción mucho más eficiente en comparación al cuadrupedismo arbóreo, típico de los primates no humanos. Si a esto le sumamos que al no tener la necesidad de almacenar grandes cantidades de grasas para los periodos de inanición, el gasto de energía requerido para moverse de un lugar a otro era mucho menor. Por otro lado, se ha observado que aquellos animales con cerebros más grandes tienen menores tasas de crecimiento y reproducción, esta observación es un factor clave en la evolución del cerebro: menos energía gastada en crecimiento y reproducción, más energía destinada al funcionamiento  del cerebro.

Este estudio demuestra que no hay una correlación negativa entre el tamaño del tracto digestivo o de algún otro órgano visceral con el tamaño del cerebro. Entonces, la energía requerida para mantener un cerebro más grande proviene de una dieta más rica en nutrientes y de fácil asimilación y de la redistribución de la energía destinada a otras funciones.

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Referencia:

Navarrete, A., van Schaik, C., & Isler, K. (2011). Energetics and the evolution of human brain size Nature DOI: 10.1038/nature10629

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