Especial de Halloween (versión científica)

Halloween, o más conocido en el mundo de habla hispana como “La Noche de Brujas”, es una celebración de origen anglosajón adoptada por muchos países del mundo, que se caracteriza por las fiestas temáticas donde la gente va disfrazada de algún personaje —no precisamente aterrador— y por las películas de horror que pasan durante la noche en los canales de televisión.

Como las películas de terror no dan miedo porque ninguna de las cosas de las que se habla son reales, por más que te digan que “este video fue encontrado en una casa abandonada”, que “este video es casero”, que “este video pertenece a un periodista que se adentró en un bosque embrujado y nunca más fue vuelto a ver”, que “este video pertenece a la cámara de vigilancia de un estacionamiento”, que “este video pertenece a un cura pedófilo que estaba “exorcizando” a un niño de 9 años”, y muchos pretextos más (esto te lo digo por si creíste alguna vez que “La Bruja de Blair” o “Cuarto tipo” o la grabación del “Exorcismo de Emily Rose” son reales), hoy hablaremos de hechos científicos que sí pueden ser consideradas como tenebrosos.

NOTA: Algunas de las historias han sido adaptadas del artículo científico para darle un tono más tenebroso, y tal vez, gracioso.

EL FANTASMA DEL ESCROTO

Resulta que un tipo de 45 años parecía tener criptorquidia, un trastorno en el desarrollo de los mamíferos que se caracteriza por que uno —o ambos— testículos no logran bajar hacia el escroto (la bolsita aquella donde se cobijan las bolitas). El Dr. Harding, el médico de turno del hombre de 45 años, al no encontrar el testículo derecho ni en el escroto ni en el abdomen a través de la ecografía, usó un tomógrafo para tratar de encontrarlo. Sin embargo, al observar detenidamente la imagen del lado izquierdo del escroto se dio con la sorpresa que éste estaba ocupado por un ente que no era de este mundo, un fantasma que al parecer estaba gritando, tal vez penando. El testículo derecho nunca fue encontrado. Si fueras un testículo derecho, ¿compartirías el escroto con eso?

Referencia: The case of the haunted scrotum.

ZOMBIS

En una noche de brujas, no pueden faltar los zombis. ¿Realmente existen?. Como los de The Walking Dead lo dudo, pero en el mundo de los insectos los hay. Pero no se trata de insectos que mueren y vuelven a la vida, sino de parásitos que controlan su comportamiento, manipulando sus movimientos, llevándolos a su inevitable muerte.

La oruga de la polilla gitana, por lo general, lleva un ritmo de vida tranquilo. Durante el día, permanece en el suelo escondida de sus depredadores en las grietas de los árboles. Por las noches, sube a alimentarse de sus hojas. La rutina se rompe cuando es infectada por un baculovirus. Los virus provocan un cambio en el comportamiento de la oruga, quien una vez que sube a las hojas de los árboles ya no vuelve a bajar nunca más. Por si esto fuera poco, la oruga empieza a derretirse, literalmente. El virus activa las enzimas digestivas de la oruga, las cuales empiezan a “devorarla” desde adentro.

Referencia: Hoover et al. A Gene for an Extended Phenotype Science, 333 (6048), 1401-1401 DOI: 10.1126/science.1209199 (2011) | Vía BioUnalm.

Pero, si esto les pareció macabro, prepárense para lo siguiente: hongos controladores de mente.

Los hongos del género Ophiocordyceps son los principales personajes de los cuentos de terror que forman parte de los campamentos que las hormigas exploradoras hacen. Imagínense a un grupo de hormigas reunidas bajo la luz de una fogata en una noche fría de verano bajo el triste sonido de una armónica. Una de ellas se levanta y dice: “¿han oído hablar de Ophiocordyceps camponoti?”, y otro dice: “yo sí…, se dice que habita por estas zonas… espera pacientemente hasta que todas las hormigas duerman para rosearlas con sus esporas, para luego poseerlas y controlar su mente, llevándolas a una inevitable muerte con el fin de producir más esporas”, y una hormiga incrédula —como lo hay en todos lados— se levanta y dice: “Naa, son tonterías, no existen ni los OVNIs, ni el chupacabras, ni los Ophiocordyceps, son sólo mitos que usan para asustar a los demás…, todos a dormir que mañana debemos recoger muchas hojas para la colonia.”

A la mañana siguiente, extrañamente, nadie encontró al compañero incrédulo, y en el preciso momento en que se disponían a seguir con su rumbo, se escuchó un grito de una de ellas… Las hormigas muy presurosas se dirigieron hacia la zona de donde provenía, y lo que vieron fue la escena más traumática de sus cortas vidas: la hormiga incrédula yacía a unos centímetros del suelo, aferrada por sus mandíbulas a una hoja, con una protuberancia que le salía de la cabeza. No era un mito, los Ophiocordyceps eran reales, y cobró la vida de su compañero. La imagen fue captada por una de ellas, a través de la lente de su cámara Kodak, y me la enviaron para publicarla en el blog:

Referencias: Hughes et al. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection BMC Ecology DOI:10.1186/1472-6785-11-1 (2011) | Vía Biounalm.

Evans et al. Hidden Diversity Behind the Zombie-Ant Fungus Ophiocordyceps unilateralis: Four New Species Described from Carpenter Ants in Minas Gerais, Brazil. PLoS ONE 6(3): e17024. DOI10.1371/journal.pone.0017024 | Vía BioUnalm.

ASESINOS EN SERIE

Quién lo diría, las plantas carnívoras son los asesinos en serie más prolíficos del mundo natural. Una noche calurosa de verano, un pequeño roedor llamado Jerry, caminaba bajo la luz de la luna en busca de alimento. Cuando de pronto, cayó dentro de un pozo sumamente oscuro. Empezó a chillar para que alguien pudiera escucharlo y rescatarlo, pero todo era en vano. Como a Jerry le gustaba ver el programa A prueba de todo con Bear Mouse Grills, sabía que una de las principales técnicas de supervivencia era mantenerse vivo (creo que eso es lógico, pero así dice), así que se aferró de algo que flotaba en aquel pozo. No sabía que era, pero tenía un olor desagradable. No le importó porque lo que menos quería era desperdiciar energía manteniéndose a flote. A medida que amanecía y los rayos solares entraban por la abertura del pozo, el horror y el miedo se apoderaron de Jerry al ver que aquella cosa de la cual se había aferrado para flotar era el cadáver de otro roedor, uno que había sido reportado como desaparecido meses atrás… Fue entonces que cayó en cuenta que no era un pozo, sino el interior de una Nephentes truncata, una planta carnívora que literalmente “come” carne de mamíferos. Los rescatistas la encontraron después de una semana y esto fue lo que hallaron:

Vía BioUnalm.

NECROFILIA

La necrofilia, o en el sentido más morboso, hacer el amor con los muertos, es algo típico de las películas de terror. Pero, el caso que les voy a contar no forma parte de ninguna película de terror, y mucho menos participan humanos…

Eran casi las seis de la tarde del 5 de Junio de 1995. Un investigador del Museo de Historia Natural de Róterdam se preparaba para irse a casa cuando escuchó un estruendo en una de las ventanas que adornaban la fachada del museo. Ese sonido ya lo había escuchado antes… “debe ser algún despistado pájaro que chocó contra él”, se dijo. Sin embargo, el investigador quiso cerciorarse de que el impacto no haya roto o rajado el vidrio del museo. Al salir vio a la desafortunada víctima. Se trataba de un ánade macho (un tipo de pato silvestre) que yacía muerto, votando sangre por la boca. Hasta ese momento todo parecía algo irrelevante. Pero justo cuando se disponía a retirar, apareció otro ánade macho quien muy preocupado se dirigía hacia el cadáver. “Tal vez se trate de su amigo o algún familiar”, pensó. Pero sus ojos se llenaron de horror cuando vio al ánade violar al cadáver reiteradas veces, durante 75 minutos!.

Este no es un caso de necrofilia cualquiera, se trata del primer caso de necrofilia homosexual animal. Nadie sabe cuánto más duró el acto, pero cuando el investigador se retiró el ánade seguía rondando al cadáver.

Referencia: Moeliker, C.W., 2001 - The first case of homosexual necrophilia in the mallard Anas platyrhynchos (Aves: Anatidae) - DEINSEA 8: 243-247 [ISSN 0932-9308]. Published 9 November 2001 | Vía BioUnalm.

CHUPASANGRES

Drácula no existe, pero los chupasangres sí. Claro, ustedes me dirán que los mosquitos y zancudos no son tenebrosos. Pero, ¿que opinan de una sanguijuela?. No una cualquiera como las que habitan en los pantanos de diferentes partes del mundo, sino una sanguijuela con dientes enormes!.

Todo empezó en Perú en el año 1997. Un niño de seis años se quejaba de dolores de cabeza, nadie sabía por qué hasta que un médico le extrajo una sanguijuela de una de sus fosas nasales. Bueno, el caso no pasó a mayores porque se trataba de uno más de hirudiniasis, una condición clínica causada por un ectoparásito, las sanguijuelas, las cuales suelen meterse en los orificios mucosos como la vagina, los ojos o la nariz. Ese mismo año, un bebé de 16 meses de una zona ubicada a más de 1000Km del niño del primer caso, también se le extrajo una sanguijuela de las fosas nasales. Desde ese entonces no hubieron más casos, hasta que en el 2007, otro niño dijo sentir algo moviéndose dentro de su nariz que no le dejaba respirar. Los médicos lo examinaron y le extrajeron una sanguijuela de nada menos que 7 cm de largo. Tal era su tamaño que los médicos pudieron observar los enormes dientes afilados que sobresalían de su mandíbula. Al no corresponder a ninguna especie descrita anteriormente, los investigadores la llamaron Tyrannobdella rex o la T. rex de las sanguijuelas.

Referencia: Phillips et al. Tyrannobdella rex N. Gen. N. Sp. and the Evolutionary Origins of Mucosal Leech Infestations. PLoS ONE 5(4): e10057. doi:10.1371/journal.pone.0010057 (2010) | Vía BioUnalm.

Espero que se hayan entretenido, sin dudas la ciencia nos da un montón de material del cual hablar, sea la ocasión que sea.

[Entrada originalmente publicada el 31 de octubre de 2011].

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Esta entrada participa en el VI Carnaval de Biología alojado en el Diario de un Copépodo.

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Transferencia de núcleo para prevenir enfermedades mitocondriales

Científicos desarrollan embriones donde las mitocondrias no pertenecen a la madre.

Una de cada 5000 personas en el mundo nace con alguna enfermedad asociada a las mitocondrias: las “plantas generadoras de energía” a las células. Estas pequeñas estructuras cuentan con su propio material genético —el ADN mitocondrial— que si sufre alguna mutación puede generar una gran variedad de síntomas y enfermedades, algunas fatales, que afectan principalmente a los tejidos con mayores demandas energéticas, por ejemplo: el cerebro, el corazón y los músculos.

Todos los seres humanos heredamos las mitocondrias de nuestra madre ya que éstas se hallan presentes en los óvulos y no en los espermatozoides. Si una mujer sufre una mutación perjudicial en su ADN mitocondrial, es seguro que sus hijos lo heredarán. Para evitar este problema se deben remover todas las mitocondrias dañadas del óvulo de la mujer afectada y reemplazarlas por unas sanas. Esto no es una tarea fácil considerando que en un óvulo maduro puede haber miles de mitocondrias.

En el 2009, un grupo de investigadores liderados por el biólogo reproductivo Shoukhrat Mitalipov transfirieron el núcleo de un óvulo de macaco a otro óvulo al cual previamente le habían retirado su propio núcleo y lo fecundaron en el laboratorio. El huevo fertilizado luego fue implantado en el útero del primer macaco y al cabo de un tiempo parió tres crías sanas, con la diferencia que todos ellos poseían el ADN mitocondrial de la donante y no de la madre.

Según un estudio publicado esta semana en Nature, el equipo del Dr. Mitalipov repitió el experimento con óvulos humanos logrando reemplazar las mitocondrias defectuosas de la madre a través de la transferencia de núcleo. La tercera parte de los óvulos sanos desarrollados mediante esta técnica logaron ser fertilizados llegando a formar blastocistos y células madre embrionarias. Sin embargo no llegaron a ser implantados en úteros porque las leyes no lo permiten.

Si bien la técnica parece funcionar, el porcentaje de fertilización exitosa aún es muy baja. Además, los bebés que nazcan bajo este procedimiento tendrán un material genético provenientes de tres personas diferentes: el ADN nuclear de la padre y de la madre y el ADN mitocondrial de la mujer donante. No hay dudas que esto generará un fuerte debate bioético que podría retrasar su aprobación.

Vía | Nature News & ScienceNOW.

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Degradación de hemicelulosa controlado por temperatura

Maíz transgénico expresa una xilanasa que sólo se activa a altas temperaturas.

Los precios de los combustibles fósiles (el petróleo y sus derivados) se incrementa tanto como su impacto sobre el ambiente. Una alternativa viable para solucionar este problema son los combustibles obtenidos a partir de materias primas vegetales (biocombustibles).

Algunas de las principales fuentes de biocombustibles son la caña de azúcar y los granos de maíz. Todo el azúcar y almidón que contienen estos productos sirven como sustrato para la producción de etanol a través de procesos fermentativos llevados a cabo en grandes biorreactores. Sin embargo, el uso de las áreas de cultivo destinados a la alimentación humana para la producción de biocombustibles ha generado una gran controversia por ser una amenaza para la seguridad alimentaria mundial.

Entonces, ¿por qué no usar los residuos de las actividades agrícolas (cualquier biomasa vegetal que no sea las partes destinadas a la alimentación humana) para la producción de biocombustibles?. Es una gran idea, pero tiene sus limitaciones.

En el maíz los azúcares se encuentran en forma de almidón; mientras que en la caña de azúcar, disueltos como sacarosa. Ambas formas son fáciles de degradar y fermentar. Sin embargo, en los tallos y hojas que conforman la mayor parte de los residuos agrícolas, los azúcares se encuentran en forma de celulosa y hemicelulosa (principales componentes de las paredes celulares de las plantas).

La biomasa celulósica no es tan fácil de hidrolizar ya que la hemicelulosa está compuesta por un conjunto heterogéneo de azúcares que forman estructuras ramificadas y resistentes que recubren y protegen las fibras de celulosa. Esto crea la necesidad de hacer un tratamiento químico (uso de ácidos o bases fuertes), físico (altas temperaturas) y enzimático previo antes de proceder a la fermentación, aumentando considerablemente los costos de producción de etanol.

Con el fin de superar este inconveniente, los científicos idearon una solución: insertar genes que codifiquen enzimas que degraden las paredes celulares directamente en las plantas. Es así como se empezaron a desarrollar plantas transgénicas que expresaban xilanasas (enzimas que degradan la hemicelulosa para que la celulosa se encuentre disponible para ser hidrolizada). Sin embargo, estas plantas mostraron muchos problemas: bajos rendimientos, susceptibilidad a enfermedades, semillas estériles, etc.

El problema era que la expresión de los genes de las xilanasas no podía ser controlada y terminaban por degradar las paredes celulares en todo momento, afectando el desarrollo de las plantas. Se requería de unas enzimas que se activen en momentos específicos, por ejemplo, después de la cosecha.

Según un estudio publicado en Nature Biotechnology, investigadores de la empresa Agrivida liderados por el Dr. Binzhang Shen, han desarrollado un maíz transgénico que expresa una xilanasa desarrollada mediante ingeniería genética que sólo se activa a temperaturas superiores a los 59°C, alcanzando rendimientos de glucosa y xilosa superiores al de los maíces convencionales en un 20%.

El secreto fue desarrollar xilanasas termorreguladas por inteínas. Las inteínas son segmentos de una proteína precursora con la capacidad de autorremoverse para que la proteína adquiera su estructura final y funcional. También son conocidas como los intrones de las proteínas.

Usando la ingeniería genética, Shen y sus colaboradores modificaron la xilanasa obtenida de una bacteria termófila llamada Dictyoglomus thermophilum (XynB) insertándole fragmentos de inteínas derivadas de bacteria conocida como Thermus thermophilum obteniendo una xilanasa (iXynB) que sólo adquiría su estructura funcional a temperaturas superiores a 59°C .

Este gen modificado fue introducido en embriones de maíz bajo el control de un promotor constitutivo que permite que el gen esté activo en todo momento. Las plantas, semillas y mazorcas resultantes fueron bastante normales, incluso los descendientes obtenidos de cruces con otros maíces modificados y normales.

Finalmente, los residuos celulósicos de este maíz transgénico fueron sometidos a un pretratamiento enzimático y se obtuvo rendimientos de glucosa y xilosa que alcanzaron el 90% y 63% del valor teórico esperado, respectivamente. Este valor superó en un 20% a los rendimientos de glucosa obtenidos con otras variedades normales de maíz.

Esta estrategia permitirá ahorrar mucho dinero a las empresas biotecnológicas que produzcan biocombustibles a partir de estas materias primas. Ya no se requerirá el uso de costosas enzimas externas y las bajas temperaturas empleadas en el pretratamiento reducirá la secreción de sustancias inhibidora y el rompimiento de la estructura de los azúcares.

Si bien es cierto aún quedan por realizar pruebas a mayores escalas en campos experimentales, Shen y su equipo han demostrado que la idea realmente funciona.

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Referencia:

Shen, B., Sun, X., Zuo, X., Shilling, T., Apgar, J., Ross, M., Bougri, O., Samoylov, V., Parker, M., Hancock, E., Lucero, H., Gray, B., Ekborg, N., Zhang, D., Johnson, J., Lazar, G., & Raab, R. (2012). Engineering a thermoregulated intein-modified xylanase into maize for consolidated lignocellulosic biomass processing Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.2402

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VIDEO: Cuando la línea entre la ciencia y el arte se desvanece

Quién no se ha maravillado con las imágenes del universo capturadas por Telescopio Espacial Hubble. Espectaculares galaxias, coloridas nebulosas, brillantes supernovas. O con las fotografías del mundo microscópico que promociona a través de un concurso anual la corporación Olympus.

Estas imágenes son tan bellas que no sería raro encontrarlas exhibiéndose en algún museo o galería de arte del mundo. Y es que muchas de las herramientas empleadas para el procesamiento de imágenes científicas son las mismas que usan los fotógrafos profesionales para elaborar sus trabajos.

Una de ellas se llama el filtro de gradiente, la cual consiste en mejorar el contraste de las imágenes mediante algoritmos matemáticos que detectan los bordes o las regiones donde se presenta mayores cambios físicos. De esta manera se pueden acentuar las estructuras finas de la imagen que fácilmente pasarían desapercibidas opacadas por el ruido de fondo. Esta es una herramienta muy conocida por las personas que trabajan con programas de procesamiento de imágenes, por ejemplo, el photoshop.

Es así que los científicos de la NASA aplicaron esta técnica a las imágenes capturadas por el Observatorio de Dinámica Solar (SDO), un instrumento espacial diseñado para estudiar las causas de la variabilidad en la actividad de nuestra estrella y los posibles impactos sobre nuestro planeta. Como resultado obtuvieron este impresionante video:

En el video se puede observar los arcos coronales con gran nitidez, lazos de plasma que fácilmente pueden englobar todo nuestro planeta y colosales estallidos que liberan una gran cantidad de partículas subatómicas que sin la protección de nuestra capa de ozono, la vida en la Tierra tal vez nunca hubiera podido prosperar. Sin dudas, toda una belleza.

Vía | Goddard Multimedia.

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Presentan borrador del genoma de la cebada

Su genoma es más largo que del hombre —5.1 Gb contra 3.2 Gb— pero más del 80% son secuencias repetidas.

Cada vez que nos bebemos unas cervezas con los amigos nos acordamos de ella.

La cebada (Hordeum vulgare) es el cuarto cereal más cultivado del mundo y uno de los primeros en domesticarse hace más de 10.000 años en el Oriente Medio. El 75% de su producción es destinado a la alimentación animal, el 20% a la elaboración de bebidas alcohólicas y el 5% es destinado a la alimentación humana.

Este cultivo forma parte de la gran familia de las Poáceas, un grupo de plantas que incluye al trigo, el maíz, la avena, el arroz, el sorgo, entre otros. Pero, a diferencia del primero, éste se adapta mejor a las condiciones de estrés abiótico. Entonces, dada su importancia para la agricultura mundial, en el año 2006 se instauró el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma de la Cebada (IBSC, por sus siglas en inglés) con el objetivo de secuenciar y ubicar en un mapa cada uno de los genes que lo conforman, que permita acelerar el desarrollo de nuevas variedades mejoradas.

NOTA: La cebada es una planta diploide (2n), por lo cual presenta dos copias de cada cromosoma (2n=14). La secuenciación siempre se hace en base a un genoma haploide (n).

Durante los últimos seis años, el IBSC trabajó arduamente para completar la lectura de los más de 5100 millones de nucleótidos, divididos en siete cromosomas, que conforman su genoma. Usando equipos de secuenciación de última generación y potentes herramientas bioinformáticas, lograron ensamblar el 95% de todo el genoma, según reportaron hoy en Nature.

Tal vez en este punto de la lectura te estés preguntado ¿por qué es tan largo el genoma de la cebada?. La respuesta es que cerca del 85% de su genoma esta compuesto por secuencias repetidas, principalmente los retrotransposones del tipo LTR (Repeticiones Terminales Largas), presentes en toda la longitud de los cromosomas, con excepción de sus extremos donde son muy escasos [Ítem e de la figura inicial]. Es precisamente en estas regiones donde se concentra la mayor cantidad de genes —unos 13 por cada 1000 nucleótidos [Ítems b y d de la figura inicial].

Y ya que estamos hablando de genes, ¿cuántos posee la cebada?.

Para responder a esta pregunta, los investigadores secuenciaron el ARN —productos de expresión de los genes— presente en ocho etapas de desarrollo de la cebada. Luego compararon las secuencias obtenidas con las secuencias correspondientes otros genomas de referencia depositados en las bases de datos genéticas, logrando identificar más de 26.000 genes. Sin embargo, estiman que el número total podría ser de 30.400 ya que hay muchos genes que no han sido caracterizados anteriormente o que son únicos de la especie.

Entre los genes más representativos que fueron identificados tenemos a las (1,3)-β-glucano sintasa, una enzima involucrada en la interacción de la planta con los patógenos.

Otro interesante hallazgo fue que la cebada tiene una baja tasa de cruzamiento por ser una planta autógama estricta (menos del 2% de polinización cruzada), por lo que presenta muy poca diversidad genética en poblaciones que habitan la misma región.

Para determinar si la cebada presenta diversidad genética entre diferentes variedades, los investigadores secuenciaron los genomas de otros cuatro cultivares y de una especie silvestre (H. spontaneum) encontrando 15 millones de variantes nucleotídicas individuales (SNV), principalmente, en H. spontaneum. De todos los SNV identificados, unos 350 mil estaban asociados a exones (región de los genes que llegan a expresarse en proteínas), los cuales serán usados como marcadores genéticos para el mejoramiento del cultivo de cebada.

En resumen, este estudio provee una referencia esencial para los fitomejoradores de la cebada, así como también, para aquellos que trabajen con especies relacionadas, por ejemplo, el trigo (el tercer cereal más cultivado del mundo), cuyo genoma mide nada menos que 17 Gb (más de cinco veces superior al tamaño del genoma humano) y que además es hexaploide (6n), dificultando considerablemente su secuenciación y ensamblaje. En la actualidad, el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma del Trigo (IWGSC) viene trabajando en ello, y muy pronto tendremos un primer borrador.

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Referencia:

The International Barley Genome Sequencing Consortium (2012). A physical, genetic and functional sequence assembly of the barley genome Nature DOI: 10.1038/nature11543

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Transposones en virus

Científicos descubren una matrioska infecciosa: un fragmento de ADN que se integra en el genoma de un virófago, que se integra en el genoma de un virus gigante, que se integra en el genoma de una ameba, que infecta el ojo de un humano.

La ciencia nunca dejará de sorprendernos…

El año pasado, una joven de 17 años fue a parar al Departamento de Oftalmología del Hôpital de la Timone, en Marsella (Francia), quejándose de un enrojecimiento y dolor en su ojo izquierdo. Los doctores la examinaron y le diagnosticaron una leve queratitis provocada por el uso de unos lentes de contacto contaminados. Su condición mejoró después de cumplir con siete días de un tratamiento a base de fluoroquinolona.

Al analizar las muestras de la paciente se encontró a la responsable de la infección: una ameba conocida como Acanthamoeba polyphaga. Este parásito suele vivir en aguas contaminadas de las regiones templadas. En algunos casos, puede encontrarse en el agua potable, infectando todo lo que se ponga en contacto con ella, por ejemplo, los lentes de contacto.

Al cultivar a las amebas en un medio estéril, el Dr. Didier Raoult y su equipo se dieron con la sorpresa de que habían cuatro organismos diferentes viviendo dentro de ella: dos bacterias (una alfa- y una delta-proteobacteria), un virus gigante de la familia de los Mimivirus al que le nombraron Lentille virus (traducción libre: “virus del lente”) y un virófago (un virus pequeño que infecta a otros virus más grandes) llamado Sputnik 2.

Cuando las partículas de Lentille virus fueron purificadas y reinfectadas en cultivos de A. polyphaga sanas, las pequeñas partículas del Sputnik 2* volvieron a aparecer, incluso dispersos por el citoplasma de la ameba. Esto indicaba que el ADN del virófago estaba integrado en el genoma del Lentille virus (en un estado conocido como provirófago), aprovechándose de la maquinaria de replicación de ADN para su propio beneficio.

* Sputnik 2 es el primer virus conocido que integra su ADN en otro virus.

Al secuenciar el genoma del Lentille virus, los investigadores encontraron una porción de un poco más de 18.000 pares de base que correspondía al genoma Sputnik 2. También encontraron regiones complementarias en los dos genomas que indicaban los sitios de integración del virófago.

Sin embargo, aún quedaba una sorpresa más por revelar. Raoult y sus colaboradores también identificaron otro fragmento de ADN, esta vez de unos 7000 pares de base, que aparecía repetidas veces dentro del genoma del Lentille virus. Este fragmento de ADN codificaba al menos unas seis proteínas y se parecía mucho a un transposón, por lo que le llamaron “transpovirión” o elemento transponible de virus.

Este fragmento de ADN tiene la capacidad de insertarse en cualquier región del genoma del Lentille virus, pero con una menor frecuencia en el genoma del Sputnik 2, lo que hace suponer que este último es usado como un vehículo para lograr entrar en los virus gigantes.

Los investigadores también detectaron transpoviriones en otros virus gigantes (al menos unos cuatro). Además todos ellos compartían el gen de la helicasa, una enzima que se encarga de separar las dos cadenas de ADN para proceder con su replicación. Sin embargo, ninguno de ellos contaban con la enzima polimerasa, por lo que necesariamente dependen de su hospedero para poder multiplicarse.

Al analizar las secuencias genéticas de los transpoviriones se encontró que su origen es quimérico: genes como la transposasa provienen de los virófagos, mientras que la helicasa proviene de las bacterias. Raoult sospecha que con el tiempo se encontrarán una mayor diversidad de transpoviriones.

Este trabajo nos muestra claramente que el mundo de los virus no es tan simple como antes se creía: pueden ser infectados por otros virus (virófagos), transfieren genes a través de plásmidos lineales o transpoviriones, incluso pueden llegar a tener mucho más genes que ciertos tipos de bacterias (el Megavirus tiene un genoma que codifica más de 1000 genes).

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Referencia:

Desnues, C., La Scola, B., Yutin, N., Fournous, G., Robert, C., Azza, S., Jardot, P., Monteil, S., Campocasso, A., Koonin, E., & Raoult, D. (2012). Provirophages and transpovirons as the diverse mobilome of giant viruses Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1208835109

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Esta entrada participa en la XVII edición del Carnaval de Biología, organizado por Pero esa es otra historia...”

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Polímeros empaquetan ARN de manera espontánea

Científicos logran imitar un proceso clave para la formación de las primeras formas de vida.

El ARN lleva a cabo importantes funciones en todos los organismos vivos. Incluso en los virus puede actuar como molécula de almacenamiento y transmisión de información genética. Y a diferencia del ADN, puede adquirir diferentes conformaciones moleculares que le permiten catalizar reacciones químicas importantes para la vida. Es por esta razón que muchos científicos creen que el ARN fue la primera molécula con actividad biológica que apareció sobre la Tierra (La Hipótesis del Mundo de ARN).

Pero no basta con que el ARN esté flotando en los océanos de la Tierra primitiva para originar la vida. Éste debe encontrarse empaquetado en un espacio relativamente pequeño (compartimentos) que evite su difusión y que aumente las chances de que las moléculas choquen unas con otras y reaccionen de manera espontánea. En las células modernas, la compartimentalización se da gracias a membranas hechas a partir de fosfolípidos. Sin embargo, aún se desconoce el mecanismo por el cual se dio este proceso inicialmente dando como resultado la formación de las primeras protocélulas.

Ahora, un grupo de investigadores estadounidenses liderados por el Dr. Philip Bevilacqua de la Universidad Estatal de Pensilvania lograron recrear y modelar el proceso de compartimentalización que pudo ocurrir hace unos 4000 millones de años usando dos soluciones de polímeros: el polietilenglicol (PEG) y el dextrano. Los resultados de este trabajo aparecen publicados en Nature Chemistry.

El PEG y el dextrano no se mezclan y forman dos fases tal como lo hacen el agua y el aceite (sistema acuoso de dos fases o ATPS, por sus siglas en inglés). Los investigadores observaron que al añadir cadenas de ARN de distinto tamaño en el ATPS, éstas se concentraban mayormente en la fase rica en dextrano (3000 veces más que en la fase rica en PEG). Además, el dextrano formaba pequeñas burbujas que empaquetaban selectivamente las moléculas de ARN más largas, dejando a las más cortas afuera.

Esto podría considerarse como un método de clasificación primitivo clave para el desarrollo de las primeras protocélulas, porque son las cadenas más largas las que presentan actividad enzimática, mientras que las más cortas muchas veces no son funcionales y algunas incluso pueden llegar a inhibir las reacciones químicas, por ejemplo: los microARN.

Los investigadores también observaron que cuando mayor era la densidad de ARN que había dentro de cada burbuja de dextrano, más rápido se llevaban a cabo las reacciones químicas, y esta velocidad podía ser alterada variando el volumen relativo de las dos fases acuosas.

Si bien es cierto, no hay evidencias que apunten a la presencia de estos polímeros en los océanos primitivos, si proporcionan una explicación plausible de la compartimentalización a través de la separación de fases. Ahora los investigadores tratarán de reproducir el experimento con polímeros más relacionados con aquellos presentes en el momento en que la vida empezó a abrir su camino. 

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Referencia:

Strulson, CA; et al. RNA catalysis through compartmentalization Nature Chemistry doi: 10.1038/nchem.1466 (2012).

Vía | PhysOrg.

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Nobel de fisiología para los descubridores de la reprogramación celular

Este año, el británico Sir John B. Gurdon y el japonés Shinya Yamanaka fueron galardonados con el Premio Nobel de Medicina o Fisiología por descubrir que las células maduras y especializadas pueden revertir su capacidad de diferenciarse en cualquier otro tipo célula, revolucionando nuestro entendimiento sobre el desarrollo celular y ampliando las perspectivas de la medicina regenerativa.

Sabías que…

199 personas han sido galardonadas con el Nobel de Medicina o Fisiología entre 1901 y 2011, pero sólo 10 fueron mujeres. 57 años es la edad promedio de los galardonados. 32 años es la edad del ganador más joven, Frederick G. Banting, quien recibió el Nobel en 1923 por el descubrimiento de la insulina. Los nominados son mantenidos en secreto por 50 años.

Madurez celular

Todo se inicia con la fertilización del óvulo por el espermatozoide formando el zigoto, el cual empieza a dividirse rápidamente. Estas primeras células  tienen la capacidad de convertirse en un embrión completo, incluyendo la placenta. Por esta razón son conocidas como células totipotentes.

La siguiente etapa del desarrollo es el blastocisto, en el cual podemos encontrar dos capas de células diferentes: la masa celular interna que formará al embrión propiamente dicho y la masa celular externa o trofoblasto que formará los tejidos externos que darán soporte y proveerán de nutrientes al embrión.

La masa celular interna tiene la capacidad de convertirse en cualquier tipo de tejido (cardiaco, nervioso, óseo, incluso germinal), pero ya no formará la placenta. En otras palabras, son células pluripotentes y son conocidas como células madre embrionarias.

A partir de aquí, las células empiezan a adquirir funciones cada vez más especializadas, diferenciándose unas de otras y formando todos los tejidos y órganos del cuerpo. Sin embargo, en algunas locaciones hay células que aún mantienen cierto grado de indiferenciación para poder regenerar células que se van perdiendo constantemente, tales como: las células que cubren nuestro cuerpo y nuestros intestinos (células epiteliales) o los glóbulos rojos, blancos y plaquetas que se forman en la médula ósea a partir de las células madre hematopoyéticas. Estas células son multipotentes.

Las células ya diferenciadas de un organismo son extremadamente estables. No se transforman en otros tipos de células ni vuelven a un estado de pluripotencia de manera natural. Cada tipo de célula cuenta con un patrón específico de proteínas que son las responsables de su función. El entorno bioquímico que envuelve el núcleo celular “enciende” y “apaga” determinados genes de manera eficiente.

Todo esto hizo pensar a muchos investigadores del siglo XX que ya no se podía hacer nada una vez las células se diferenciaban. Sin embargo, habían otros que estaban buscando la forma de romper esta barrera.

Transferencia de núcleos

Por los años 1950 había la teoría que si un núcleo de una célula diferenciada era transferido al citoplasma de un huevo fertilizado —al que le habían quitado su núcleo previamente— éste podría generar un nuevo embrión.

Fue así que en 1955, los investigadores norteamericanos Robert Briggs y Thomas King probaron esta hipótesis en la rana leopardo (Rana pipiens). Primero transfirieron el núcleo de un embrión previamente formado a un huevo fertilizado sin núcleo y observaron que esta nueva célula logró desarrollar un renacuajo. Sin embargo, cuando repitieron el experimento tomando el núcleo de una célula de renacuajo, ya no lo consiguieron, concluyendo que los núcleos de células diferenciadas sufrían cambios irreversibles durante su desarrollo.

El experimento fue repetido por el británico John Gurdon con algunas variaciones y aplicando una técnica que le permitía distinguir a las células generadas a partir de un núcleo trasplantado. Gurdon transfirió los núcleos de células epiteliales del intestino de un renacuajo de la rana africana (Xenopus laevis) a huevos fertilizados a los cuales había eliminado el núcleo aplicando radiación UV, obteniendo así muchos renacuajos vivitos y coleando. Su trabajo fue finalmente publicado en 1962 y en este concluía que los núcleos de las células somáticas diferenciadas tenían la capacidad de revertir la pluripotencia.

Como era de esperarse, la comunidad científica se mostró reacia a aceptar estas afirmaciones. Gurdon no se quedó con los brazos cruzados y realizó más experimentos para dar mayor soporte a sus afirmaciones. En 1966 logró formar renacuajos a partir de núcleos de células diferenciadas de ranas adultas y en 1970 logró desarrollar una rana adulta a partir de núcleos de células embrionarias.

Fue así que Gurdon cambió el paradigma de la biología del desarrollo y por primera vez demostró que los núcleos de células somáticas diferenciadas tienen la capacidad de generar todos los tipos de tejidos de un organismo si son puestos dentro del citoplasma de un huevo fertilizado.

Con los años, la transferencia de núcleos fue perfeccionada y gracias a esta técnica, en 1997 se logró clonar por primera vez a un mamífero —la famosa oveja Dolly— a partir del núcleo de una célula mamaria.

Reprogramando las células

Pero, ¿qué diferencia bioquímica había entre el citoplasma de un huevo fertilizado y de una célula diferenciada que le permitía al núcleo reactivar la pluripotencia? El japonés Shinya Yamanaka empezó a buscar la respuesta a principios del siglo XXI con el fin de identificar las moléculas necesarias para reactivar la pluripotencia directamente en una célula diferenciada.

Yamanaka y su equipo estudiaron a fondo los factores involucrados en el mantenimiento de la pluripotencia de las células madre embrionarias, cultivadas y caracterizadas por primera vez por Martin Evans (ganador del Nobel de Fisiología en el 2007); logrando caracterizar aproximadamente 24 factores de transcripción candidatos.

Los Factores de Transcripción (FT) son un grupo de proteínas encargadas de modular la expresión de una gran variedad de genes. En otras palabras, son los interruptores genéticos. Están presentes en casi todos los sistemas bioquímicos de las células eucariotas, creando “programas regulatorios” que definen los diversos estados de desarrollo de un organismo así como su adaptación a una gran variedad de ambientes diferentes.

Los genes que codifican estos 24 FT candidatos fueron introducidos uno por uno dentro del genoma del células diferenciadas de ratones para ver cuáles eran los responsables de revertir el estado pluripotentes de estas células diferenciadas. En el 2006 descubrieron que la combinación de cuatro de ellos: Myc, Oct3/4, Sox2 y Klf4 fue suficiente para convertir a las células embrionarias del fibroblasto de ratones en células indiferenciadas con la capacidad de generar cualquier tipo de célula. A estas células las llamaron células madre pluripotente inducidas (iPSC).

Un año después, el equipo de Yamanaka y del estadounidense James Thomson lograron generar las primeras iPSC humanas usando la combinación de estos cuatro FT (aunque el equipo de Thomson usó los FT Lin28 y Nanog en vez de Myc y Kfl4).

Perspectivas a futuro

En nuestros días, el uso de las células madre embrionarias ha generado opiniones encontradas. Éstas células sólo pueden conseguirse destruyendo un embrión, que para ciertos sectores de la población, un atentado contra la vida humana. Mejorar las técnicas que permitan desarrollar células madre a partir de células adultas de manera eficiente es algo en lo que vienen trabajando los científicos hoy en día.

El descubrimiento de nuevos FT involucrados con la formación de un determinado tipo de célula o tejido está permitiendo saltarse el paso de convertir una célula diferenciada en otra completamente diferente sin la necesidad de convertirla antes en una iPSC [Aquí un ejemplo y otro ejemplo].

Por otro lado, las iPSC tienen el potencial de reemplazar las células dañadas que pueden encontrarse en pacientes con enfermedades degenerativas como el Parkinson o diabetes tipo 1, o para regenerar los tejidos dañados, o para curar desórdenes fisiológicos. Sin embargo, se ha observado que el desarrollo de las iPSC muchas veces no pueden ser controlada y terminan por dividirse de manera descontrolada, que podrían generar tumores si son insertadas dentro de una persona.

Las iPSC también pueden usarse para recrear distintas enfermedades humanas en el laboratorio, con la finalidad de probar una gran cantidad de fármacos y drogas de manera rápida y económica.

Finalmente, una de las aplicaciones más importantes de esta tecnología es que nos permite estudiar a fondo el desarrollo celular, identificar y caracterizar los factores involucrados en los distintos procesos celulares, analizar el efecto de diferentes sustancias biológicas en su fisiología, entre otras cosas.

Sin dudas, el descubrimiento hecho por estos dos excepcionales personajes ha abierto todo un campo de estudio dentro de las ciencias naturales. Felicitaciones por ello.

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Referencia:

MLA style: "The 2012 Nobel Prize in Physiology or Medicine - Advanced Information". Nobelprize.org. 8 Oct 2012 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012/advanced.html

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La vida secreta de un “paper” de Nature

Muchos investigadores han soñado con que su trabajo de investigación sea finalmente publicado en una revista prestigiosa como lo es Science o Nature. Algunos lo han logrado, incluso, reiteradas veces. Otros han tenido que inventar datos para hacerlo. Sin embargo, lo cierto es que más del 90% de los manuscritos que son enviados a estas revistas, son rechazados.

Nature recibe un promedio de 200 manuscritos cada semana (lo que equivale a más 10.000 al año), los cuales deben ser seleccionados con mucho cuidado por los editores.

En este punto, la selección es algo arbitraria: sólo los manuscritos más prometedores son elegidos y pasan a la fase de la revisión por pares (el famoso peer review). Los trabajos son enviados a dos —a veces tres— expertos en el tema en diferentes partes del mundo (árbitros), quienes tendrán la labor de asegurar la novedad y rigurosidad del estudio, validar la significancia de los resultados y sugerir análisis complementarios, en caso sean necesarios, para dar mayor sustento a la hipótesis. En base a las recomendaciones de los árbitros, los autores del estudio mejoran el manuscrito.

Sólo el 8% de los manuscritos enviados a la revista son aceptados para su publicación.

Una vez el artículo es aceptado pasa a la etapa de producción. Los editores se encargan de que los textos no tengan errores ortográficos ni gramaticales y que, además, se ajusten al formato preestablecido para las publicaciones (Revisión, Artículo o Carta). También se encargan de reducir el tamaño de los textos pero siempre asegurando que los argumentos científicos sigan siendo claros. Por otro lado, los diseñadores gráficos se encargan de mejorar las figuras y los gráficos.

En algunos casos, los editores piden a los autores del estudio o expertos en el tema, que elaboren un comentario o análisis del artículo para la sección “News & Views” de la revista. Estos textos tienen fines divulgativos.

Los artículos que generarán un mayor impacto en la comunidad científica y, por qué no, en el público general, son enviados a distintos medios de comunicación bajo condiciones de embargo para que le den una mayor cobertura al momento de su publicación. También se suele preparar conferencias de prensa para anunciar los descubrimientos más significativos de un determinado estudio. Incluso, hay casos en que el equipo multimedia de la revista elabora videos o infografías sobre el artículo para generar un mayor interés en los lectores.

Finalmente, después de unas semanas de haber sido aceptado, el artículo es publicado digitalmente en el portal de la revista, la cual tiene más de 8 millones de vistas al mes.

Para reducir el tiempo de espera entre la aceptación y la publicación de un artículo, los editores de Nature lo publican en la sección AOP (Advance Online Publication) de la revista, por lo general, los miércoles y los domingos. Si bien esta versión del artículo es la definitiva, aún no cuenta con el volumen y número de la revista ni las páginas que ocupa, sólo cuenta con su identificador digital único (más conocido como DOI: Digital Object Identifier). Unos días después, el artículo sale publicado en la versión impresa.

Sin embargo, aquí no termina la vida de un paper. Muchos artículos sirven de inspiración o de base para nuevas investigaciones… y así el ciclo vuelve a empezar.

Toda esta información la saqué de este interesante video preparado por Nature.

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Vota por el bicho más feo

Diez candidatos esperan tu voto…

El portal Ask a Biologist está organizando el concurso que elegirá al bicho más feo del mundo del año. La competencia está enfocado a los Himenópteros (avispas, abejas y hormigas) y Ortópteros (saltamontes, grillos y langostas).

Avispa escorpión (Adelognathus sp.).

Hormiga saltadora de Jerdon (Harpegnathos saltator)

Link | http://askabiologist.asu.edu/activities/ubc

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