El cabello puede medir el nivel de estrés y predecir ataques cardiacos

Muchos estudios han encontrado una relación directa entre el estrés y los ataques cardiacos. Cuando una persona está estresada el sistema cardiovascular se ve afectado, la presión sanguínea aumenta, lo que puede generar problemas cardiacos. El estrés crónico, el cual es producto de los problemas laborales (tu jefe te maltrata, no acabaste el informe a tiempo, saliste con la secretaria del jefe), familiares (tu esposa te maltrata, debes cocinar todos los días temprano antes de salir al trabajo, dejar a los niños en el colegio y recogerlos), o financieros (le apostaste a Perú contra Canadá, pagar las letras de carro), también es responsable de muchas enfermedades cardiovasculares incluyendo el infarto de miocardio agudo.

Pero, ¿como se da el estrés? Nosotros constantemente nos adaptamos y respondemos a los cambios en el entorno. Uno de los mecanismos de respuesta es hecho por el eje Hipotálamo-Pituitario-Adrenal (HPA). Cuando estamos sometidos a algún tipo de estrés físico o emocional se activan muchos sistemas neuroendocrinos (liberadores de señales celulares como las hormonas o neurotransmisores al torrente sanguíneo) quienes producen y liberan glucocorticoides, especialmente el cortisol, el cual es considerado como la hormona del estrés.

Los métodos tradicionales para medir el cortisol es en muestras de saliva, orina, suero o plasma; sin embargo, las medidas obtenidas serán sólo de la cantidad de cortisol secretado en ese día o en ese momento, y no reflejan el nivel de estrés en periodos prolongados de tiempo (el estrés crónico).

Estudios previos ya habían demostrado la presencia de cortisol en los cabellos, además estes se mantenía estable por aproximadamente 6 meses. Emily Webb et al. (2010) también demostró la presencia de cortisol en cabellos de momias peruanas de más de 2500 años de antigüedad. Si se sabe que el cabello humano crece alrededor de 1cm por mes, entonces tomando un cabello de 6cm de largo, podríamos conocer la cantidad de cortisol secretado por una persona en los últimos 6 meses.

Entonces, para determinar la relación entre el estrés y los ataques cardiacos, David Pereg et al. colectaron muestras de cabello de los 3cm más próximos al cuero cabelludo, para determinar los niveles de cortisol a los que fueron expuestos en los tres últimos meses 56 pacientes con problemas cardiacos y 56 pacientes con otros tipos de problemas que no sean cardiacos usados como control.

Los investigadores encontraron que los pacientes con problemas cardiacos tenían una mayor concentración de cortisol en el cabello (295.3ng/g) que los pacientes control (224.9ng/g). Las concentraciones de cortisol en el cabello se dividieron en cuatro y se analizó la proporción de pacientes con infartos de miocardio agudos (MI) y los que no sufrieron un infarto. Se observa claramente que cuanto mayor es la concentración de corticoide, mayor es la proporción de pacientes con infarto.

A diferencia de los métodos de cuantificación de cortisol en saliva, orina o suero donde sólo se obtiene los niveles en ese instante o durante ese día; el cabello nos permite saber a cuanto cortisol uno ha estado expuesto en los últimos meses y nos permite diagnosticar si se ha sufrido de algún tipo de estrés crónico, así como determinar su vulnerabilidad y prevenir cualquier tipo de infarto. Sin embargo, los resultados si bien son significativos no son muy uniformes, ya que el rango de concentración en los pacientes con problemas cardiacos fue de 105.4–809.3 ng/g, mientras que en los pacientes control fue de 76.6–949.9 ng/g. Al ojo uno puede ver que no hay una relación directa entre los noveles de cortisol y ataques cardiacos pero las estadísticas nos dicen lo contrario.

Referencia:

Pereg, D, & et al (2010). Hair cortisol and the risk for acute myocardial infarction in adult men Stress DOI: 10.3109/10253890.2010.511352

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Los antibióticos se usaban desde hace 2000 años?

Muchos sabemos que el primer antibiótico fue descubierto – por pura casualidad – por Alexander Fleming, quien al parecer era una persona muy sucia y descuidada, además no cumplía con las buenas prácticas de laboratorio. En 1928, dejó una serie de placas con medio de cultivo sin lavar – como era de costumbre – y a su regreso vio que en una de ellas, donde antes había sembrado Staphylococcus aureus, se había contaminado con un hongo y que alrededor de esa colonia se había formado un halo transparente, producto de la lisis de las bacterias de S. aureus. Fue así que descubrió la famosa Penicilina.

Sin embargo, en 1980 Basett et al. demostró la presencia de tetraciclina – un antibiótico muy usado en nuestros días – en huesos de antiguos nubianos, quienes vivieron hace unos 2000 años en la región que hoy es conocida como Sudán, al sur de Egipto. Este hallazgo se hizo mediante el uso de microscopios de fluorescencia. Cuando se sometió a luz UV a los huesos, se observó una emisión luminosa (fluorescencia) a una longitud de onda de 490nm (verde amarillento) característico de la tetraciclina. La tetraciclina es producida por bacterias del grupo de las Streptomyces.

Los investigadores plantearon la hipótesis que al producir la cerveza, el grano usado en la fermentación contenía esporas o estaba contaminada con Streptomyces, un microorganismo típico de los suelos. Esta bacteria crecería en el fermentado tal como si fuera un pequeño biorreactor o un cultivo en lote (batch) y produciría la tetraciclina a gran escala. Pero, ¿los antiguos nubianos producían ocasionalmente estos lotes de tetraciclina o eran producto de una contaminación accidental con la bacteria en su cerveza?

Fue así que investigadores norteamericanos liderados por Mark Nelson solicitaron muestras de huesos para realizarle otro tipo de estudios más exactos. Lo que hizo Nelson et al. Fue disolver las muestras de huesos en ácido fluorhídrico (el ácido más peligroso del planeta) y luego separar los compuestos obtenidos mediante HPLC (una cromatografía líquida usando alta presión) y luego analizarlos con un espectrómetro de masas (para determinar el peso molecular exacto del compuesto). Usando estas dos técnicas identificaron que el principal compuesto que había en los huesos era la tetraciclina, la solución estaba completamente saturada de ella, lo que indicaría que este antibiótico debió haber sido consumido por largos periodos de tiempo, sugiriendo que los antiguos nubianos dominaban este tipo de fermentación y su consumo era parte de su dieta diaria.

Otro descubrimiento llamativo fue que también encontraron altas concentraciones de tetraciclina en el cráneo de un niño nubiano de 4 años, lo cual indicaría que se le dieron altas dosis del fermentado con el fin de curarle algún tipo de enfermedad.

Sin embargo, otra explicación igual de lógica podría ser que los antiguos nubianos nunca fueron conscientes de lo que hacían, sus jarrones donde fermentaban sus granos para producir cerveza ya estaban impregnados con esporas de streptomyces y cada vez que hacían un nuevo lote de cerveza, esta salía con una alta concentración de tetraciclina, ya que todos estos huesos pertenecían a una misma población. Si se encuentra los mismos resultados en huesos de otras poblaciones de nubianos, si se podría aceptar la idea que eran concientes de lo que estaban produciendo.

Referencia:

Nelson et al. 2010. American Journal of Physical Anthropology. DOI: 10.1002/ajpa.21340

Imagen vía eScience Commons.

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El universo en línea

Toda la información ahora se encuentra disponible en internet, desde los mapas de muchas ciudades del mundo a través del Google Earth hasta el mapa genético, estructuras proteicas y rutas metabólicas de muchos organismos vivos a través del NCBI, el EMBL, el KEGG, entre otros. La biología es una de las áreas que más ha aprovechado las bases de datos online para su desarrollo; la química es otra ya que podemos encontrar en la internet hasta los espectros IR, UV, NMR, etc. de cada uno de los compuestos – orgánicos e inorgánicos – conocidos hasta la fecha. La Astronomía no podía quedarse atrás!… Así que haaremos un recuento de los recursos más importantes que podemos encontrar en línea.

Desde 1991, el SDSS (Sloan Digital Sky Survey) viene trabajando para crear un mapa tridimensional del universo y ponerlo disponible para el público online. Es como el equivalente del Proyecto del Genoma Humano para la astronomía. A través de este portal, ya no tendrás que esperar que anochezca o comprarte un telescopio para observar el cielo con una gran definición. El SDSS usa un telescopio de 2.5m de diámetro, una cámara de 120 megapixeles y un par de espectrógrafos para capturar una cuarta parte de todo el cielo nocturno y elaborar un mapa en 3D el cual viene generando una serie de descubrimientos científicos, desde la medición de cientos de asteroides hasta el descubrimiento del primer pico acústico bariónico que nos da una idea de la estructura del universo primitivo. El SDSS ha generado aproximadamente ~3000 artículos científicos y más de 100000 citas bibliográficas.

 [Click para visitar el SDSS]

Todos los datos obtenidos de estos descubrimientos que describen más de 350 millones de estrellas y galaxias están disponibles en una interface gráfica en el SDSS SkyDriver [http://cas.sdss.org/dr7/sp/] donde podrás navegar por el cielo a través de un mapa interactivo, hacer click en cada estrella o galaxia para obtener más información, etc.

Otro sitio sumamente bueno para explorar el espacio es el World WideTelescope desarrollado por Microsoft®, el cual es un telescopio virtual con terabytes de información.

Otra herramienta de fácil acceso, que no necesita de instalar ningún programa o complemento es Google Sky. Si ya están familiarizados con el Google Earth o el Google Maps, les resultará muy sencillo navegar a través del espacio mediante esta herramienta. Además, Google Sky les permite apreciar el universo en base a sus espectros infrarrojos  y microondas, a los cuales pueden modificar su intensidad y superponerlos, pueden ubicar los planetas de nuestros sistema solar así como ubicar cada una de las constelaciones conocidas, ver la ubicación de las imágenes más famosas tomadas por el Hubble, etc. Esta herramienta los puede mantener despiertos toda la noche.

Finalmente, otra buena herramienta es Galaxy Zoo, el cual también pertenece al proyecto SDSS, donde los voluntarios clasifican las galaxias en base a las imágenes proporcionadas por el SDSS. Esta herramienta también usa imágenes tomadas por el Hubble. Los internautas voluntarios han logrado clasificar cerca de 40 millones de galaxias! un número extremadamente grande respecto al número de individuos que han colaborado.

Así que a los amantes de la astronomía, he aquí unas buenas herramientas para matar el tiempo un fin de semana.

Science. DOI: 10.1126/science.1186936

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El mutualismo: cooperación o autobeneficio?

La simbiosis es un tipo de relación interespecífica (entre dos o más especies diferentes) que trae consigo un efecto beneficioso para al menos uno de los involucrados. La simbiosis se puede dar de tres maneras: parasitismo (cuando uno se beneficia y el otro se perjudica), comensalismo (cuando uno se beneficia y el otro ni se beneficia ni se perjudica) y mutualismo (donde ambos se benefician). Ejemplos tenemos muchos: las tenias viven en los intestinos de los humanos y algunos otros mamíferos, tomando los nutrientes que ellos consumen, beneficiándose y muchas veces causando daño a su hospedero (Parasitismo); las orquídeas crecen en las ramas de los árboles, pero no consumen sus nutrientes, sólo los usan de soportes, de esta manera pueden alcanzar la luz en la tupida selva (Comensalismo); y las flores que producen néctares azucarados para ser usados como fuente de energía por pequeñas aves y algunos insectos voladores, quienes al consumirlos se impregnan del polen y fertilizan otras flores más distantes (Mutualismo).

El mutualismo, la cooperación entre especies, es un fenómeno muy común en el mundo natural, pero la forma como ha evolucionado es aún muy incierto. En base a los estudios realizados se tiene la hipótesis de las Sanciones del Hospedero (HS: Host Sanction) el cual dice que el hospedero tiende a recompensar si sus simbiontes trabajan bien y cooperan, dándoles más nutrientes, protección, etc.; mientras que castiga a los que le engañan y se quieren aprovechar de él. Suena bastante lógico... “si me das más yo haré lo mismo por ti, pero si me traicionas te castigaré”. Esta hipótesis se enfoca principalmente en el hospedero, quien es el que desarrolla sistemas de recompensa y castigo para sus simbiontes.

Sin embargo, el Prof. E. Glen Weyl de la Universidad de Harvard plantea otra hipótesis que explica el mutualismo en base a un modelo económico. La hipótesis de la retroalimentación por fidelidad entre asociados (PFF: Partner Fidelity Feedback) es completamente opuesta a la anterior y dice que en vez que sea el hospedero quien desarrolla sistemas de recompensa y castigo, es el simbionte quien evoluciona para beneficiar a sus hospederos, ya que el simbionte se retroalimentará de este beneficio automáticamente.

Esto cambia por completo la forma de ver el mutualismo. Es el simbionte quien busca su propio beneficio más que el beneficio del hospedero. Por ejemplo: un simbionte provee de nutrientes a su hospedero para que éste aumente su vigor y aptitud biológica (fitness), de manera indirecta pero automática, el simbionte se verá beneficiado ya que el riesgo de mortalidad del hospedero se habrá reducido.

Al final, las dos hipótesis parecen la misma cosa pero dichas con distintas palabras. Sin embargo, hay un par de experimentos con especies mutualistas ampliamente conocidas que pueden reforzar esta segunda hipótesis. Explicaré una de ellas:

Todos conocemos la relación mutualista que hay entre las plantas leguminosas y los rhizobium. Los rhizobium habitan en los nódulos en las raíces de las plantas leguminosas, fijando el nitrógeno atmosférico (N₂) en forma de amonio (NH₄⁺) que es aprovechado por las plantas para sintetizar sus proteínas; a cambio, ellas proveen de carbohidratos y otros nutrientes para que los rhizobium puedan vivir felices y contentos.

También hay cepas de rhizobium que engañan a sus plantas hospederas, ya que fijan poco o no fijan nada de N₂. En estas plantas, los nódulos prácticamente no crecen y los rhizobium ya no tienen donde vivir. Cuando los nódulos con rhizobium normales (fijadores de N) son expuestos a ambiente donde el Nitrógeno ha sido reemplazado por Argón – otro gas inerte – previniendo la fijación de N, las plantas también forman pequeños nódulos que soportan menos concentración de rhizobium.

Este experimento indica que la planta no puede reconocer entre un rhizobium normal (fijador de N) y uno tramposo (no fijador de N), y la reducción del tamaño del nódulo no es una forma de castigo; la planta sólo es sensible a la concentración de N en cada uno de sus nódulos, y cuando es baja, simplemente deja de formar los nódulos. Es así que el simbionte, para poder vivir feliz y contento debe procurar que esta concentración de N sea alta.

En fin, es bastante interesante este punto de vista económico de la evolución del mutualismo, tanto el ampliamente difundido sanción del hospedero como este nuevo enfoque de la retroalimentación por fidelidad entre asociados; sin embargo, me parece más probable y evolutivamente más viable que sea el simbionte quien se adapta y evoluciona para lograr este autobeneficio, sobre todo en casos de mutualismos entre microorganismos y plantas. Creo que es más difícil que un organismo ya adaptado evolucione un mecanismo de castigo si su simbionte empieza a aprovecharse de él. El hospedero ya ha evolucionado para reducir sus necesidades metabólicas cuando hay carencia de nutrientes, tenga o no un simbionte, así que debe ser el simbionte quien haga todo lo posible para aprovecharse de su hospedero haciéndolo vivir mejor.

Aunque, según comentan los investigadores, la sanción del hospedero es más común en especies más avanzadas con un cierto grado de inteligencia o mayor sensibilidad con el entorno, tal como muchos animales superiores. La coevolución también juega un papel muy importante sino no podríamos explicar como una orquídea puede tomar la forma de su animal polinizador o emitir compuestos semejantes a las feromonas que usan los del sexo opuesto para atraer parejas, para ser polinizadas.

Referencia:

E. Glen Weyl, & et al (2010). Economic contract theory tests models of mutualism PNAS DOI: 10.1073/pnas.1005294107

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Tabla periódica de las tonterías irracionales

Sé que a muchos que hemos estudiado algún tipo de carrera relacionada con la ciencia somos bastante escépticos para algunas cosas como el Tarot, la Astrología, la existencia del Monstruo del Lago Ness, los Zombis, etc. todas esas cosas que para algunos son reales y creen fehacientemente en ellas pero para otros son completamente irracionales fueron agrupadas magistralmente en una tabla periódica por Crispian Jago.

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Bueno, yo no estoy muy de acuerdo con todo. Por ejemplo, las pareidolias es un fenómeno que tiene una explicación psicológica; a quien no le ha pasado ver algo y que se asemeje a un rostro humano o a algo conocido?, como lo que pasa cuando uno visita Markahuasi, donde las rocas parecen tomar figuras humanas o de animales. El cerebro siempre tiende a asociar las formas a algo conocido. A excepción de esa y un par más, creo que esta tabla refleja todas aquellas cosas irracionales. Y para ustedes… ¿en cual de estas cosas creen fehacientemente?

Pueden pasar por la entrada original y ver la versión en inglés de mejor calidad, descargarla y hasta hacer un póster con ella.

Vía Crispian-Jago.

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La tormenta perfecta

Tal como en la película protagonizada por George Clooney, “The Perfect Storm”, donde – si no me equivoco – dos huracanes se fusionaron y formaron un súper huracán de categoría 5, la NASA ha captado esta hermosa imagen de dos huracanes al mismo tiempo, uno en el Caribe (Earl) y el otro acercándose al Atlántico Norte (Danielle).

La imagen fue capturada el día de ayer con el Espectroradiómetro de Imagen de Resolución Moderada (MODIS) ubicado en uno de los satélites de la NASA. Durante la mañana de hoy, el huracán Danielle alcanzó su mayor velocidad, 120.7 Kph, y su avance es hacia Groenlandia. Por otro lado, Earl alcanzó la categoría 4 con vientos de 240Kph y no se descarta que pueda alcanzar la categoría 5.

 

Vía BadAstronomy & NASA.

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Hace falta más que bioquímica para el desarrollo de las células madre

Las células madre son aquellas que tienen la capacidad de diferenciarse en cualquier tejido, pero no todas tienen esa capacidad. Las más capaces son las células madre embrionarias (ES cells) las cuales son totipontentes ya que pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula. A medida que el organismo se va desarrollando, la capacidad de sus células madre de diferenciarse en lo que sea se va perdiendo, es así que pasan a ser sólo pluripotentes y solo se diferencian en ciertos tipos celulares.

Entonces, ¿por qué no usar las células madre embrionarias con fines terapéuticos? La respuesta es la parte ética. Se debe extraer el blastocisto (estado embrionario donde encontramos almacenadas las células madre), esto significa matar al embrión, o sea, acabar con una vida humana. Las investigaciones en las células madre embrionarias han podido ser desarrolladas gracias a la donación de embriones por parte de parejas que se han sometido a algún tipo de fertilización asistida.  Debido a estos problemas, muchos investigadores se están enfocando al desarrollo de las células madre pluripotentes inducidas (iPS cells), que son células madre obtenidas a partir de células ya diferenciadas mediante reprogramación celular.

Sea cual sea su procedencia, lo más difícil en el uso de células madre con fines terapéuticos es conseguir su renovación y diferenciación in vitro para ser transferidos a un tejido vivo. Gracias a la identificación de una serie de factores de transcripción y moléculas señalizadoras se ha podido conseguir diferentes líneas celulares a partir de células madre en cultivos in vitro. Pero, cuando las iPS son cultivadas in vitro y luego trasplantadas en un organismo vivo, pierden su gran capacidad de regenerar el tejido para el cual fueron programados. En otras palabras, obtener células madre con capacidad de regenerar un tejido in vitro no garantiza que lo hará in vivo, a pesar de proporcionarle todas las moléculas señalizadoras requeridas.

Fue así que el Dr. Penney Gilbert y sus colaboradores del Laboratorio Baxter investigaron si las propiedades físicas del entorno también juegan un papel importante en el desarrollo de las células madre y la regeneración de tejidos. Hace un año publicamos un artículo que demostraba que la fuerza de cizalla (un estímulo mecánico) podría activar ciertas rutas metabólicas, en este caso, Gilbert et al. demostraron que la elasticidad del medio de cultivo ejercía un importante efecto sobre la regeneración de los tejidos a partir de células madre.

Los investigadores usaron células madre musculares (MuSCs) para determinar el efecto de la rigidez del medio en su capacidad de regeneración del tejido muscular. Para esto desarrollaron medios de cultivos con diferentes grados de elasticidad y rigidez usando diferentes porcentajes de Polietilenglicol (PEG) en el medio, el cual al polimerizarse formará hidrogeles con propiedades físicas diferentes. Las células madre estaban marcadas con biomoléculas fluorescentes para seguir su desarrollo en tiempo real en ratones.

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Los medios de cultivo de células madre comúnmente usados tienen un módulo elástico de ~3GPa (10⁹ Pascales = 30000 bares = 100 atmósferas), el cual es cinco órdenes de magnitud más rígido que el encontrado en músculo esquelético. Así que los medios que Gilbert et al. desarrollaron fueron más elásticos, tratando de imitar la rigidez del tejido cerebral, muscular y cartilaginoso (2, 12 y 42 KPa, respectivamente).

El primer resultado obtenido fue que las MuSCs que fueron cultivadas en tejidos más elásticos aumentaron significativamente su tasa de supervivencia. Este resultado es sumamente alentador ya que se ha podido solucionar parte del problema de las células madre… la supervivencia. También encontraron que en los tejidos más elásticos, las MuSCs expresaron un tercio más cantidad de miogenina, el cual es un importante factor de transcripción de las células musculares diferenciadas.

En cuanto a la tasa de división, no hubo diferencias significativas entre las MuSCs que crecieron en un sustrato rígido y en uno elástico. La mayor expresión de bioluminiscencia, la cual está directamente relacionada con la capacidad regenerativa, se obtuvo con el medio más flexible, mientras que la duración y la tasa de viabilidad del injerto disminuyó en función a la rigidez del medio de cultivo. Como era de esperarse, la mayor tasa de viabilidad del injerto se obtuvo a 12KPa, el cual corresponde a la rigidez del tejido muscular.

Algo que caracteriza a las células madre es su capacidad de dividirse en dos células madre hijas (división simétrica) o dividirse en una célula madre y una diferenciada (división asimétrica). Las células diferenciadas tienen una tasa de división muy reducida, mientras que las células madre pueden dividirse todo el tiempo (auto-renovación). Es muy importante que las células madre se auto-renueven para poder regenerar un tejido. Gilbert et al. encontraron que las MuSCs que crecieron en un medio flexible tenían un 32% más de capacidad de auto-renovación. Sin embargo, in vivo la auto-renovación prácticamente no se daba.

En conclusión, los sustratos flexibles mejoraron la capacidad de supervivencia de las MuSCs y previnieron la diferenciación de las células madre in vivo, mientras que aumentaron su tasa de auto-renovación in vitro.  Lo que los investigadores hipotetizan es que la disminución en la rigidez del medio de cultivo altera la forma de la célula, provocando un re-arreglo del citoesqueleto alterando las vías de señalización.

Referencia:

Gilbert, P., Havenstrite, K., Magnusson, K., Sacco, A., Leonardi, N., Kraft, P., Nguyen, N., Thrun, S., Lutolf, M., & Blau, H. (2010). Substrate Elasticity Regulates Skeletal Muscle Stem Cell Self-Renewal in Culture Science, 329 (5995), 1078-1081 DOI: 10.1126/science.1191035

Science. DOI: 10.1126/science.1194919

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