A partir de imágenes obtenidas por los satélites Landsat 5 y 7 de la región de Rondônia (Brasil) entre 1975 y 2012, se elaboró esta animación que muestra el patrón de deforestación típico de las selvas tropicales.
Vía | NASA.
23 julio, 2012
16 julio, 2012
El arte de la ciencia
Stephen Gaeta es un médico estadounidense. Después de terminar su tesis doctoral sobre la arritmia cardiaca, quiso mostrar sus logros de una manera diferente, no necesariamente colgando un diploma sobre la pared. Para ello, utilizó las palabras de su tesis para crear una imagen de un corazón como un testimonio atractivo de lo que fue su trabajo.
Desde entonces ha seguido creando este tipo de imágenes tipográficas usando los textos de las obras maestras clásicas de la ciencia, mostrando una serie de imágenes relacionadas con su trabajo científico. Por ejemplo, este matraz balón fue hecho con el texto de El químico escéptico (The Sceptical Chymist) de Robert Boyle…
Mientras que este ratón de laboratorio se hizo con la secuencia del Cromosoma 1 humano…
Si gustan pueden comprarlos, el precio para cada uno de ellos es de $34 (incluidos los gastos de envío hasta Perú).
04 julio, 2012
El poder computacional del ADN
[Entrada originalmente publicada el 4 de junio de 2011]
Ayer se publicó un interesante artículo en Science el cual ha sido muy comentado por los principales blogs de ciencia (aquí, aquí y aquí, por citar algunos ejemplos). La mayoría se ha enfocado en la capacidad de unos circuitos lógicos basados en moléculas de ADN para calcular la raíz cuadrada de algunos números (0, 1, 4 y 9), cuando lo más resaltante del artículo es que Lulu Qian y Erick Winfree, investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech), han desarrollado un circuito lógico basado en 130 moléculas de ADN diferentes, la más grande conseguida hasta ahora.
Durante los últimos años, los científicos han buscado la forma de cambiar la base de los circuitos lógicos de las computadoras, pasar de los transistores (unos dispositivos electrónicos que llevan más de 60 años formando parte fundamental de nuestra tecnología) a moléculas o partículas subatómicas (estados cuánticos), con el fin de desarrollar computadoras mucho más potentes y pequeñas que contribuyan con el desarrollo de la nanotecnología
Los transistores se han hecho cada vez más pequeños, permitiendo desarrollar los microprocesadores, donde millones de transistores pueden caber en un diminuto chip; sin embargo, si su tamaño se sigue reduciendo, las interferencias de un transistor provocarían fallos en los transistores adyacentes, ya que cuando se llega a la escala de nanómetros, los electrones tienden a escapar de los canales por donde deberían circular.
La molécula de ADN, la cual codifica toda la complejidad de la vida en la Tierra, es quizá la forma más poderosa y precisa de almacenamiento y procesamiento de datos conocida, y su potencial aplicación en la computación está siendo investigada. El primer paso en el desarrollo de circuitos lógicos a base del ADN se hizo en 1994, cuando el Dr. Leonard Adleman usó estas moléculas para resolver un problema matemático. El año pasado, Park et al. desarrollaron operaciones lógicas basándose en la replicación del ADN y el Tamsir et al. lo hizo usando bacterias modificadas genéticamente.
La base del funcionamiento de las computadoras que usamos hoy en día es la Lógica Booleana, que no es más que un sistema que convierte una señal de entrada (input) en una respuesta definida o señal de salida (output) en función a una orden o una operación lógica llamada puerta (gate). El output de una operación lógica puede ser el input para otra operación lógica, de esta manera, se construyen los circuitos lógicos. La expresión física de este operador booleano es la puerta lógica. Por ejemplo, las puertas de este operador booleano pueden ser: YES, AND, OR; los cuales describen el tipo de salida que es generado en función a la señal de entrada.Para explicar mejor esto, les daré un ejemplo sencillo. ¿Cómo funcionan los motores de búsqueda?
Si ponemos en un buscador la palabra “bacteria” (input), el operador booleano YES (gate), generará una lista de documentos que tienen la palabra “bacteria” (output).
Si ahora ponemos en el buscador las palabras “bacteria” AND “patógena”, se generará una lista de documentos donde estén presentes las dos palabras al mismo tiempo, o sea “bacteria patógena”.
Si ponemos “bacteria” OR “patógena”, se generará una lista de documentos donde aparecerán al menos una de las dos palabras, o bien “bacteria”, o bien “patógena”.
Hasta ahora, los circuitos lógicos basados en el ADN eran muy sencillos y limitados como para resolver problemas más complejos. Sin embargo, Qian & Winfree desarrollaron un circuito lógico basado en 130 moléculas de ADN, cuya base bioquímica es la hibridización y desplazamiento de secuencias complementarias de ADN.
El artículo es un poco denso, así que trataré de explicarles las unidades básicas usadas para desarrollar este circuito lógico que es capaz de calcular las raíces cuadradas del 0, 1, 4 y 9.
Esta figura, que se ve recontra compleja, es la base del funcionamiento de el circuito lógico basado en el ADN. Pero no deben asustarse que verán que es bastante sencillo de entender…
- Primero tenemos el operador lógico (gate) unido a la señal de salida (output),representado en la figura como gate-output. Esta formado por una hebra parcialmente doble de ADN. La secuencia naranja (S5) es el dominio de reconocimiento, la secuencia azul (T y su complementario T*) son los puntos de apoyo y la secuencia verde (S6) es la señal de salida (output).
- Luego tenemos la señal de entrada, representado en la figura como input. Está formado por el mismo dominio de reconocimiento (S5) y punto de apoyo (T) del componente anterior (gate-output). Además tiene una secuencia señal roja (S2)
- Después tenemos el umbral, representado en la figura como (threshold). Está formato por el dominio de reconocimiento (S5) y el punto de apoyo (T), además de la misma señal S2 de la anterior pero truncada (más corta, S2*).
- Luego tenemos al estimulante, representado en la figura como (fuel). Está formado por el dominio de reconocimiento S5, el punto de apoyo T y una secuencia señal morada (S7).
- Finalmente tenemos al reportero, representado en la figura como (reporter). Está formado por una hebra doble de ADN (la secuencia S6 con su complementaria) y el punto de apoyo T. En una de las hebras S6 tenemos un fluoróforo F (molécula fluorescente) y en la S6 complementaria tenemos un quencher Q o extintor (molécula que captura la fluorescencia emitida por F).
Ahora que tenemos los componentes básicos, veremos las tres reacciones básicas que cumplen en un circuito lógico.
La primera reacción es conocida como “vaivén”, “columpio” o “balancín”, como ustedes gusten llamarlo. Esta reacción consiste en que la señal de entrada, quien tiene la región de reconocimiento S5, se unirá al operador lógico a través del punto de apoyo T y desplazará al S5 y T complementario que estaban ahí, liberándose así la señal de salida (S5-T-S6) y quedando la señal de entrada emparejada con el operador lógico. La reacción puede ser reversible, o sea, la señal de salida puede actuar como señal de entrada y desplazar a la señal de entrada que tomó su lugar. En resumen, la señal de entrada libera a la señal de salida, la cual puede funcionar a manera de una nueva señal de entrada, de ahí el nombre de vaivén.
La segunda reacción es conocida como “umbralización”, pero como suena fea la traducción del inglés prefiero llamarla reacción de “superar la valla”. Esta reacción consiste en que la señal de entrada, en vez de reaccionar con el operador lógico, se une al umbral y desplaza la secuencia de reconocimiento S5. El umbral, por ser más corto y sencillo, será preferido por la señal de entrada porque la cinética de la reacción es más rápida y termodinámicamente más favorable. Sin embargo, no se generará una señal de salida y la reacción se verá terminada (reacción “pacman”). Entonces, para poder superar esta valla, la concentración de la señal de entrada debe ser superior a la del umbral, para así poder también reaccionar con el operador lógico.
El estimulante puede ayudar a superar este umbral o a generar más señales de salida S6, ya que también cuenta con la secuencia de reconocimiento S5, pero con una señal de salida diferente, que puede o no participar en futuras reacciones.
La tercera reacción conocida como “reporte” nos sirve para ver los resultados de la operación lógica y saber si fue positiva o no. Esta reacción usa la señal de salida generada en la primera reacción (la de vaivén), donde se produce una secuencia de reconocimiento S6, la cual es complementaria a la S6 que porta la molécula fluorecente. Así que la señal de salida desplazará a la secuencia de reconocimiento S6 que porta al quencher o extintor y la molécula fluorescente de la cadena complementaria podrá emitir su luz libremente.
Ahora que tenemos todos los componentes y reacciones, podemos elaborar un circuito lógico más complejo, pero para ello debemos diseñar puertas lógicas en las que participen dos señales de entrada, como son AND (que sólo genera una señal de salida cuando las dos señales de entrada están presentes al mismo tiempo) y OR (que sólo genera una señal de salida cuando al menos una de las señales está presente).
Para ello simplemente basta con regular la concentración del umbral. Digamos que tenemos 10 señales de entrada A, 10 señales de entada B y 10 operadores lógicos. Si ponemos 15 secuencias umbral, se requerirá que las secuencias de entrada A y B estén presentes al mismo tiempo como para que la suma de ambas secuencias supere el valor de 15, para que se de la señal de salida. Así que tenemos la puerta lógica AND. Pero, si tan sólo ponemos un umbral de menos de 10 secuencias, o simplemente no ponemos un umbral, bastará que haya la presencia de una de las dos señales de entrada para generar una señal de salida.
Ahora sí tenemos todo lo necesario para elaborar un circuito lógico complejo. Qian & Winfree usaron 130 secuencias diferentes (usando las 5 estructuras básicas que acabamos de describir) para calcular la raíz cuadrada del 0, 1, 4 y 9 (cuyas raíces son exactas). Como sólo podemos tener dos valores (1 y 0, presencia y ausencia, hay o no hay), se hizo todo a partir de los números binarios de 4 caracteres: 0000 (0), 0001 (1), 0100 (4) y 1001 (9), obteniéndose el siguiente circuito: (no se asusten, se ve muy complejo… bueno, sí, asústense, porque es recontra complejo pero fácil de entender si captaron las secuencias básicas y reacciones que acabo de describir).
Bueno, disculpen por ponerles este gráfico, pero lo hago no con el fin que lo analicen y lo entiendan, sino para que vean la complejidad que se puede obtener a partir de tan sólo cinco tipos diferentes de secuencias de ADN y tres reacciones de hibridización y desplazamiento.
Si bien todo se ve muy bonito, el principal inconveniente es que estas reacciones, o sea, el desarrollo de la operación lógica completa toma hasta 10 horas, que son millones de veces el tiempo que toma una simple calculadora de bolsillo en hacer los mismos cálculos. Sin embargo, la principal ventaja de esto es que se puede integrar fácilmente en los organismos vivos, por esta razón se están estudiando sus aplicaciones en el diagnóstico de enfermedades, el seguimiento de la eficiencia de tratamientos contra el cáncer y otras patologías, en la identificación de alergias y predisposiciones a distintas enfermedades genéticas y neurodegenerativas.
Referencia:
Lulu Qian, & Erik Winfree (2011). Scaling Up Digital Circuit Computation with DNA Strand Displacement Cascades Science, 332 (6034), 1196-1201 DOI: 10.1126/science.120052029 junio, 2012
Cuatro fuerzas y una pieza del puzzle
- El Modelo Estándar de física de partículas puesto a prueba
- El bosón de higgs es una partícula clave en el puzzle teórico
- 27 premios Nobel entregarán una visón de la nueva física
- Panel de discusión con enlace en vivo desde el CERN
Lindau, 20 de junio de 2012-. La física de partículas reúne los bloques elementales de la materia y sus fuerzas en un elegante modelo. Su arquitectura teórica y sus pruebas experimentales han sido reconocidas con muchos premios Nobel. Sin embargo, el Modelo Estándar deja muchas preguntas sin respuestas: Por ejemplo, los físicos no han sido capaces de explicar cómo las partículas obtienen su masa. No saben cómo incorporar la gravedad al modelo y, al parecer, éste sólo explicaría 4% de nuestro universo. El resto consiste en las misteriosas materia y energía oscuras.
Una gran parte del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, dedicado a la física, se concentrará en la discusión de este tema. 27 premios Nobel y más de 580 jóvenes de todo el mundo participarán en la cita. Las tertulias también se concentrarán en los experimentos del Gran Acelerador de Hadrones (LHC) —el acelerador de partículas del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra— que muy pronto ayudará a que el Modelo Estándar tenga fundamentos más sólidos y pueda expandirse.
Los premios Nobel Carlo Rubbia, Martinus Veltman, George Smoot y David Gross discutirán sobre los últimos avances en este campo en un panel de conversación en contacto en directo con representantes del CERN en Suiza.
El poder de la interacción débil
Los premios Nobel Carlo Rubbia, Martinus Veltman y David Gross han hecho cada uno contribuciones cruciales al Modelo Estándar de física de partículas. Sus descubrimientos están relacionados con las interacciones fuertes y débiles en el núcleo atómico, dos de las fuerzas fundamentales de la física. Las otras dos son la gravedad y la fuerza electromagnética, que aseguran, entre otras cosas, que los electrones de carga negativa permanezca estables alrededor del núcleo. Dependiendo de cada elemento químico, el núcleo atómico contiene un número específico de protones y neutrones, cada uno de los cuales está compuesto por tres quarks.
Para que el hidrógeno simple se convierta en elementos más complejos, por ejemplo, sus protones deben convertirse en neutrones, cosa que también ocurre en el proceso de fusión nuclear del Sol. La interacción débil es la responsable de este proceso. Nuestro mundo material no podría haberse formando de la energía original del Big Bang sin la interacción débil. Por otro lado, la interacción fuerte mantiene los componentes del núcleo atómico unidos y contrarresta la repulsión eléctrica de cargas iguales.
Las cuatro fuerzas fundamentales ejercen su efecto con la ayuda de el intercambio específico de partículas. Los fotones median la interacción electromagnética y los gluones la fuerte. Se cree que los gravitones son los mediadores de la gravedad pero aún no han sido descubiertos. No así los bosones W y Z que, como mediadores de las interacciones débiles, fueron detectados por un equipo con el que trabajaron Carlo Rubbia y Simon van Meer en el CERN. La masa de esos bosones es 80 veces la masa de un protón, pero quarks y electrones, por ejemplo, también tienen masa.
¿Pero cómo puede ser esto explicado si el matemáticamente el Modelo Estándar sólo permite partículas sin masa? El físico inglés Higgs postuló que debe existir una interacción que brinde a las partículas su masa, una capo de fuerza a través de cual se deslizan como un jarabe para adquirir su masa. De otra forma todas las partículas sólo se podrían mover a la velocidad de la luz sin poder formar nunca materia estable. La partícula que daría la masa a las otras en este campo de fuerza sería el bosón de Higgs. No ha sido descubierto aún porque esta pieza perdida del puzzle sólo se formaría a muy altas energías y decaería extremadamente rápido. Sólo el LHC puede generar energías suficientes para que cuando choquen los protones se pueda detectar y analizar los fragmentos de dichas colisiones.
El encanto oculto de la supersimetría
En su charla “El LHC del CERN y el Higgs”, Martinus Veltman destacará la creación y el desarrollo del modelo estándar y discutirá los últimos hallazgos del CERN que indicarían que el Higgs realmente existe.
Veltman fue galardonado con el Premio Nobel en 1999 junto con su ex estudiante de doctorado Gerardus 't Hooft. Ambos lograron mostrar matemáticamente que las interacciones débiles y electromagnéticas estaban originalmente unificadas en la fuerza electro-débil, incluso si en el mundo real sus fuerzas difieren unas de otras por un factor de 100 mil millones.
La explicación de ello: mientras más grande es la energía —es decir, mientras más se asemeja las condiciones del comienzo del universo— más fuerte será la fuerza débil y menos poderosa la fuerza electromagnética. La interacción fuerte también se debilita a mayor energía. Esto se denomina libertad asintótica. Este descubrimiento, por el cual David Gross, H. David Politzer y Frank Wilczek recibieron en 2004 el premio Nobel de Física, alimenta la esperanza de que las cuatro fuerzas fundamentales de la física derivan de una fuerza primordial que podría ser descrita en una teoría del todo. Esto se debe a que la interacción de fuerzas débiles, fuertes y electromagnéticas tienen aproximadamente la misma fuerza en el rango de energía en el que la gravedad también se convierte en lo suficientemente grande como para fusionarse con ellas.
Sin embargo, la premisa de la unificación de la cuatro fuerzas implica que el Big Bang dio origen a un mundo originalmente supersimétrico, y que con el tiempo dicha simetría se rompió apareciendo las partículas que hoy son parte del Modelo Estándar. Cada una de ellas tiene una pareja supersimétrica en el universo que tendría masa, que de otro modo se comportarían de manera completamente neutral y no sería accesible para tres de las cuatro fuerzas elementales.
Estas partículas supersimétricas sólo se pueden identificar a través de su interacción con la gravedad. Si ellas realmente existen, es posible detectarlas experimentalmente en el LHC del CERN. David Gross, quién hablará de “Un siglo de mecánica cuántica”, explicará por qué él cree que probar la existencia de la supersimetría establecerá una nueva física, más allá del Modelo Estándar.
El misterio de la materia oscura
En Física, las partículas supersimétricas son consideradas como promisorios candidatos para explicar la materia oscura, que mantiene a las galaxias del universo juntas como si fuera un esqueleto invisible y que equivale al 23% de la masa total del universo. Esto se debe a que la materia oscura exhibe un comportamiento electromagnético neutral y sólo se hace visible con la gravitación: esta curva el espacio y desvía la luz de objetos distantes que llega a la Tierra. Por esto podría estar compuesta de partículas supersimétricas.
Sin embargo, neutrinos pesados también podrían contribuir a explicar la materia oscura, como Carlo Rubbia explicará en su charla “Neutrinos: un campo dorado para la física de astro-partículas”. Los neutrinos están cercanamente relacionados con la interacción débil y son liberados junto a los electrones cuando los neutrones son convertidos en protones durante el decaimiento beta.
Por qué su masa no es cero, como originalmente se asumió, es una de las preguntas para las que el Modelo Estándar aún no tiene respuesta. Los científicos tienen certeza de que todos los átomos que conocemos están compuestos de dos quarks diferentes, un tipo de electrón y un tipo de neutrino. Sin embargo, el Modelo Estándar describe dos familias de cuatro, que están compuestas por un tipo muy diferente de quarks, electrones y neutrinos, y que son estables sólo por pequeñas fracciones de segundos. Ellos han sido generados por aceleradores de partículas e identificados como bloques elementales del universo. ¿Qué propósito tienen? ¿Por qué hay tres familias de partículas si todos los fenómenos se pueden explicar con los miembros de la primera?
Es posible que todos los problemas de las partículas estén interrelacionados, según asegura Martinus Veltman. “Si investigamos el Higgs en gran detalle, posiblemente podremos encontrar la llave para la solución del resto de los problemas. Esto es la esperanza del futuro”. Pero para lograrlo, es necesario primero encontrar esta pieza del puzzle de partículas.
Los premios Nobel Carlo Rubbia, Martinus Veltman, George Smoot y David Gross discutirán los últimos desarrollo y progresos del CERN en un panel de discusión con representantes del mismo CERN, en contacto directo desde Ginebra, durante el Lindau Meeting of the Nobel Laureates. Este panel se realizará el jueves 4 de julio entre las 15 y 16:30 horas en Lindau.
Más información
El programa del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, información de contexto, y los resúmenes de las charlas están disponibles en el Lindau Mediatheque.
Además se puede encontrar las grabaciones de audio y videos de las charlas de los premios Nobel que han participado en los más de 60 años del Lindau Meetings. Se encuentra también información de las reuniones, fotos, enlaces con información relacionada y “mini charlas” editadas didácticamente. El Lindau Mediatheque está pensado para investigadores, quienes estén interesados en ciencia, periodistas y profesores.
Contenidos sobre partículas subatómicas en la Mediatheque.
Perfiles del los Premios Nobel en el Lindau Mediatheque:
- Carlo Rubbia (Física, 1984) y Simon van der Meer por su determinante contribución en el gran proyecto que llevó a descubrir las partículas W y Z, comunicadores de la interacción débil”.
- Martinus Veltman (Física, 1999), Veltman y Gerardus 't Hooft recibieron por dilucidar la estructura cuántica de las interacciones electrodébiles en física "
- David Gross (Física, 2004), H. David Politzer y Frank Wilczek por el descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte.
El Lindau Nobel Laureate Meeting
24 Premios Nobel y más de 580 jóvenes científicos de 69 países participarán del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting (Física) desde el 1 al 6 julio de 2012. Los temas de este año de física incluyen cosmología, física de partículas, y los desafíos de proveer de energía sustentable y los problemas climáticos.
Los Lindau Meetings se han desarrollado anualmente desde 1951 en Lindau (Alemania). Son organizados por el Consejo para el Lindau Nobel Laureate Meeting establecido en 1954 y la Fundación Lindau Nobelprizewinners Meetings at Lake Constance creada en 2000. Más de 250 Premios Nobel son miembros de la Founders Assembly.
Lindau Meetings en línea
Blog: http://lindau.nature.com/
Twitter: http://twitter.com/#!/lindaunobel
Facebook: http://www.facebook.com/LindauNobelLaureatesMeeting
Comunicado de prensa provisto por Lorena Guzmán H.
26 junio, 2012
¿Cómo actúan los calmantes del dolor?
¿Es malo sentir dolor? A pesar que muchos piensen que sí, la sensación del dolor ha sido un aspecto importante de nuestra evolución ya que funciona como un sistema de alerta que se activa para prevenir algún tipo de daño. Si no sintiéramos dolor simplemente no nos daríamos cuenta que nos cortamos un dedo al filetear un pescado, o que nos fracturamos el tobillo después de una caída, o que nos quemamos la lengua al tomar un café muy caliente.
Contamos con detectores de dolor en la mayor parte de nuestro cuerpo, los cuales están conformados por células nerviosas especializadas llamadas nociceptores. A diferencia de otras células nerviosas, éstas se activan sólo cuando el estímulo capaz de causar algún daño supera un determinado umbral. Hay personas que tienen un umbral mucho más alto, por lo tanto, resisten más el dolor.
Cuando el estímulo daña las células, éstas secretan una sustancia presente en sus membranas llamada ácido araquinódico. Luego, unas enzimas llamadas COX-1 y COX-2 convierten este ácido araquinódico en prostaglandinas, que posteriormente participan en las respuestas inflamatorias, el aumento de la temperatura corporal y la reducción del umbral del dolor.
Entonces, si una sustancia evita la acción de las enzimas COX-1 y COX-2 sobre el ácido araquinódico, ¿se podría inhibir el dolor? Pues sí, y esa es precisamente la forma cómo actúan dos de los analgésicos más usados en el mundo: la aspirina y el ibuprofeno. Para entender mejor este tema, no puedes perderte el siguiente TEDEd video [Está en inglés, pero no tendrás problemas en comprenderlo, puedes activar los subtítulos a través del CC].
Además, tal vez te interesen estos artículo relacionados con el dolor:
¿Por qué la mordedura de una serpiente de coral causa tanto dolor?
25 junio, 2012
62 Lindau Nobel Laureates Meeting: Abierto a lo inesperado
La fundación Lindau Nobel Laureate Meetings realiza desde hace más de 60 años reuniones científicas entre premios Nobel y estudiantes de todo el mundo para traspasar a las nuevas generaciones la sabiduría de los más experimentados. En cinco días más de 580 alumnos de pre y pos grado tienen la oportunidad de compartir con 27 galardonados y con estudiantes de diversos países. Este año 27 de esos jóvenes investigadores vienen de Latinoamérica.
La importancia de este evento que se realiza una ves al año al sur de Alemania, en Lindau, no sólo radica en que es una oportunidad única para los estudiantes de conocer directamente a premios Nobel, sino también porque es una instancia para extender redes científicas internacionales y aumentar los conocimiento más allá del área específica en la que se concentra cada joven científico.
Desde hace algunos años la organización ha concentrado esfuerzos para aumentar el vínculo con Latinoamérica y por ello busca establecer contacto con los medios de comunicación más importantes de la región para facilitar información sobre el evento.
Comunicar contenido científico y debatir son parte crucial de la preocupación del Lindau Meeting. En su plataforma en línea, Lindau Mediatheque, se pueden encontrar grabaciones de audio y video de las charlas que los Nobeles han dado en los más de 60 años de historia del Lindau Meeting. Además, está disponible información complementaria como fotos, links a contenidos relacionados y “mini charlas”. La Lindau Mediatheque es un recurso único para investigadores, interesados en ciencia, periodistas y profesores.
Puedes ver el programa aquí.
No sin resistencia: el largo viaje desde una nota de laboratorio al Premio Nobel.
Cuán importante es confiar en los propios experimentos.
Shechtman: “Los expertos reconocen un descubrimiento inmediatamente”.
La persistencia con que estos destacados investigadores defienden sus interpretaciones de sus experimentos en contra de las ideas que prevalecen usualmente contribuyen al progreso científico.
Dan Shechtman, Premio Nobel de Química, es un buen ejemplo de esto. Él defendió su descubrimiento de los cuasi-cristales por más de diez años antes de ser reconocido. Shechtman, al igual que otros 26 premios Nobel y más de 580 jóvenes científicos de todo el mundo, participará en el 62 Lindau Nobel Laureate Meeting enfocado en física. Otros dos buenos ejemplos de investigadores que fueron premiados con el Nobel por perseguir consistentemente sus ideas —y así descubrir materiales con nuevas propiedades físicas y químicas— son Sir Harold Kroto y Douglas Osheroff. Ellos también estarán presentes en el Lindau Meeting de este año, el que se desarrollará entre el 1 y 6 de julio.
La perseverancia paga
Dan Shechtman necesitó mucha energía para pelear por el reconocimiento de su descubrimiento pionero. En la mañana del 8 de abril de 1982, el resultado de la difracción de un electrón que estaba utilizando, en la Universidad Johns Hopkins, para investigar la rápida solidificación de la aleación aluminio-magnesio le mostró una imagen completamente inesperada.
En vez de la disposición cristalina en tres, cuatro o seis ejes, el patrón de difracción mostró diez ejes de plegado; una disposición donde los átomos individuales ya no tienen la misma distancia con sus vecinos, algo que hasta entonces se consideraba imperativo para los cristales. Finalmente, los resultados de Shechtman revelaron un patrón aperiódico, similares a los de los mosaicos medievales del Palacio de la Alhambra en España.
Shechtman anotó el descubrimiento en su cuaderno de laboratorio con tres signos de interrogación a pesar de que sí creía en lo que había encontrado, recuerda. “La ciencia es fundamentalmente experimental y un experto rápidamente reconoce un descubrimiento cuando se tropieza con uno”.
Posteriores mediciones le confirmaron a Shechtman su descubrimiento; los desconocidos hasta entonces cuasi-cristales. Sin embargo, éstos recibieron muchas críticas porque no se condecían con lo que decía la teoría en esa época. Sin embargo, Shechtman no se distrajo y junto a sus colegas continuó tenazmente con la investigación en el Technion en Haifa.
“Un experto siempre chequea sus propios resultados. Si los siguientes experimentos prueban que está en lo correcto puede mantenerse erguido ante el criticismo de los teóricos”, dice hoy. Sólo cuando el equipo logró producir grandes cantidades de causi-cristales y confirmar sus patrones por medio de la difracción de rayos X, Dan Shechtman y sus colegas lograron convencer a la Unión Internacional de Cristalografía de su existencia, diez años después del descubrimiento. Esto llevó a cambiar la definición de cristales. Hoy, debido a sus propiedades quebradizas y de dureza, los cuasi-cristales se utilizan en la producción de aceros particularmente resistentes.
Superfluidez exótica
Los líquidos superfluidos fluyen sin fricción alguna. Este estado exótico de la materia es importante para muchos campos de investigación de la física —desde la mecánica cuántica hasta la cosmología. Los investigadores saben desde 1911 que el Helio-4 tiene esta fase de superfluido cuando se acerca al cero absoluto.
El Helio-4 tiene un spin entero y es un bosón; estas son partículas que colectivamente puede hacer la transición al estado superfluido en concordancia con la teoría Bose-Einstein. Pero, el Helio-3 tiene spin medio lo que lo convierte en un fermión, y sus propiedades físicas a baja temperatura difieren significativamente del Helio-4.
Según la teoría Barden-Cooper-Schriefer (BCS) que describe la superconductividad (Premiados con el Nobel de Física en 1972), se esperaba que el Helio-3 también lograra el estado superfluido bajo ciertas condiciones como la formación del llamado Cooper Pair.
Teniendo lo anterior en cuenta, el estudiante de doctorado Douglas Osheroff confirmó su corazonada una noche de abril de 1972. El investigó las propiedades magnéticas del Helio-3 en estado sólido a sólo 0,2 grados sobre el cero absoluto en la Universidad de Cornell, en Ithaca. Su intención fue registrar la fase llamada de cambio incrementando la presión en función del tiempo. Sin embargo, se dio cuenta de unos saltos inesperados en las curvas de medición. “La señal NMR del líquido bajó en un factor de dos a la más baja temperatura de transición. Sentí que tenía que ser el resultado de la formación del ‘Cooper Pairs’ en el líquido”, recuerda.
Entrada la madrugada escribió en su cuaderno: “2:30 AM he descubierto esta noche la fase de transición a superfluido del 3He líquido”. Varios meses de cuidadosas mediciones, que Osheroff llevó a cabo con su supervisor David Lee y su colega Robert Richardson, fueron necesarios para confirmar el descubrimiento. En 1996, el trío fue reconocido con el Permio Nobel de Física por esta hazaña.
En su charla, Osheroff discutirá su visión sobre “Cómo los avances en ciencia son hechos” en el 62 Lindau Nobel Laureate Meeting.
Fascinantes esferas de carbono
Este tipo de carbono, con moléculas unidas que forman una esfera asimilando la geometría de un panal de abejas, fue una gran sensación ya que representan una forma completamente nueva del carbono en estado sólido. Hasta entonces, el único entramado de carbono sólido conocido eran los diamantes duros y el suave grafito. El nombre de las esferas de carbono (buckyesferas y fullerenos) aluden a los domos arquitectónicos del arquitecto Buckminster Fuller.
Durante una estadía de visita en la Universidad Rice, en Houston, en los laboratorios de Smalley y Curl, Kroto vaporizó el grafito con un rayo láser de helio para ver las pequeñas cadenas de carbono que se esperarían de mediciones en el espacio interestelar.
Sin embargo, un escaneo espectrométrico de masa mostró que el máximo tamaño del compuesto aparentemente consiste en 60 átomos de carbono. Así, Curl, Kroto y Smalley desarrollaron la idea de la esfera de 60 átomos de carbono. “Tenía la fuerte corazonada que como la solución era tan bella tenía que estar correcta”, recuerda Harold Kroto. Como Shechtman, comenzó a verificar la teoría para descartar cualquier duda.
Luego los resultados fueron reconocidos y los fullerenos se convirtieron en codiciados objetos a investigar. Éstos son considerados como potenciales catalizadores y lubricantes, así como semiconductores y superconductores. Pero recientemente, los fullerenos en estado sólido volvieron a causar interés: Fueron detectados por el telescopio en infrarrojo Spitzer en las vecindad de un par de estrellas conocidas como XX Ophiuchi.
En su charla “Lost in Translation”, en el 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, Sir Harold Kroto hablará sobre la necesidad de comunicar ciencia en lenguaje científico. Reconocido como un divulgador científico inspirador, ha sido por mucho tiempo un promotor de la divulgación de la ciencia especialmente vía internet con proyectos como Vega y Geoset.
Más información
El programa del 62 Lindau Nobel Laureate Meeting, información de contexto para los participantes, y los resúmenes de las charlas están disponibles en el Lindau Mediatheque:
www.mediatheque.lindau-nobel.org/#/Meeting?id=284.
Perfiles del los Premios Nobel también se pueden encontrar en el Lindau Mediatheque:
Otorgamiento oficial del Premio Nobel a los galardonados mencionados anteriormente:
- Dan Shechtman recibió el Premio Nobel de Química en 2011 “por su descubrimiento de
los cuasi-cristales” - Douglas Osheroff recibió el Premio Nobel de Física en 1996 junto a David M. Lee y
Robert C. Richardson “por su descubrimiento de el estado superfluido del Helio 3” - Sir Harold Kroto recibió el Premio Nobel de Química en 1996 junto con Robert F. Curl
Jr. y Richard E. Smalley “por su descubrimiento de los fullerenos”
Blog: http://lindau.nature.com/
Twitter: http://twitter.com/#!/lindaunobel
Facebook: http://www.facebook.com/LindauNobelLaureatesMeeting
Comunicado de prensa provisto por Lorena Guzmán H.
19 junio, 2012
Uso potencial de los exosomas para el tratamiento del Alzheimer
[Entrada originalmente publicada el 24 de Marzo del 2011]
Durante los últimos años, se ha avanzado mucho en el uso de pequeñas moléculas de ARN para el tratamiento de ciertas enfermedades. Estas moléculas de ARN están diseñadas para silenciar la expresión de genes involucrados con el desarrollo de la enfermedad, así que su función dependerá de que sean transportados correctamente al tejido indicado, para así evitar reacciones cruzadas con tejidos no específicos, principalmente el hígado quien es el encargado de metabolizar todas las sustancias extrañas que entran al cuerpo.
Otra barrera que hay que tomar en cuenta es la respuesta inmunogénica que puede ser activada por la molécula de ARN o por el transportador que se está usando, sobre todo si se quiere usar el agente terapéutico repetidas veces, por ejemplo, en el tratamiento de enfermedades crónicas. Un grupo de investigadores británicos desarrollaron un transportador basado en exosomas los cuales permiten llevar moléculas de ARN de silenciamiento (ARNsi) al tejido cerebral de manera específica y sin producir una respuesta inmunogénica según reportaron ayer en Nature Biotechnology.
Los exosomas son pequeñas nanovesículas naturales secretadas por diferentes tipos de células, cuya función es transportar diferentes compuestos y moléculas señalizadoras de un lugar a otro, permitiendo la comunicación celular. Su tamaño varía entre 40 y 100nm y en los últimos años se ha investigado mucho sobre su uso como transportador específico de agentes terapéuticos. En el 2007, Valadi et al. demostraron que los exosomas pueden ser usados para transportar pequeñas moléculas de ARN.
Para que un exosoma sea específico para un determinado tejido debe tener en su superficie unas pequeñas moléculas llamadas ligandos, los cuales serán reconocidos por receptores específicos dependiendo del tejido. Estos ligandos son principalmente pequeñas secuencias de aminoácidos llamados péptidos.
De esta manera, Álvarez-Erviti et al. aislaron exosomas de la médula ósea de ratones, específicamente de las células dendríticas inmaduras. Los exosomas obtenidos tuvieron un tamaño homogéneo de 80nm de diámetro. Luego, se fusionaron a la superficie de los exosomas péptidos específicos para ser reconocidos por determinados receptores de las células musculares y cerebrales, dos tejidos que sufren de enfermedades degenerativas. Uno de los péptidos reconoce los receptores de acetil colina del sistema nervioso central llamado RVG, otro reconoce ciertos receptores de las células musculares llamado MSP y un tercero evidencia la presencia de los exosomas llamado FLAG-Lamp2b —para poderles hacer un seguimiento.
Una vez construido los exosomas con los ligandos específicos, el siguiente paso fue insertar el ARNsi. Para ello usaron una técnica muy usada para insertar fragmentos de ADN en bacterias y protoplastos llamado electroporación [Ver BioUnalm for Dummies #2]. Finalmente, una vez obtenidos los exosomas, con los péptidos específicos para los tejidos musculares y neuronales, y cargando la molécula de ARNsi, probaron si funcionaban en dos líneas celulares: del músculo murino (C2C12) y células neuronales (Neuro2A), que son específicos para los exosomas MSP y RVG, respectivamente. Los resultados de la PCR cuantitativa (determinación de la cantidad del ARNsi) y de la microscopia de fluorescencia (determinación de la unión de los exosomas a las líneas celulares específicas) confirmaron la eficiencia de la técnica in vitro.
Como la técnica funcionó, los investigadores quisieron probar un agente terapéutico contra el Alzheimer. Para ello diseñaron un ARNsi contra el gen BACE1, el cual codifica para una proteasa responsable de la formación de la proteína precursora amiloidea, que producen la formación de los agregados de β-amiloide. Cuando analizaron los niveles de BACE1, vieron que el tratamiento con los exosomas lo redujo significativamente. Además, los ensayos de toxicidad demostraron que el producto era inocuo lo que daría pie para hacer los ensayos in vivo.
Luego, se diseñaron exosomas portando un ARNsi para un gen que es expresado en todo momento (constitutivo), ya que codifica para la enzima necesaria del sexto paso de la glucólisis —la gliceraldéhído 3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH). Primero se inyectaron exosomas libres (sin ligandos específicos) vía intravenosa en ratones de laboratorio y se analizaron los niveles de expresión de la GAPDH en los riñones, hígado y bazo. Como era de esperarse, los niveles de esta enzima se vieron afectados significativamente. Cuando se inyectaron los exosomas con los péptidos RVG se observó que los niveles de la enzima GAPDH se redujeron en el cerebro pero no en otros tejidos, quedando demostrada la especificidad de la técnica.
Además, determinaron que la readministración de los exosomas no reducía su especificidad y eficiencia. Para esto, inyectaron en los ratones exosomas RVG libres unas semanas antes de inyectar los exosomas con el ARNsi para la enzima GAPDH. Los resultados mostraron que hubo una mínima atenuación pero esta no era significativa, lo que demostraba el uso potencial de lo exosomas en el tratamiento de enfermedades crónicas.
Finalmente, probaron si los exosomas desarrollados durante el presente trabajo serían buenos agentes terapéuticos contra el gen BACE1, responsable del Alzheimer. Para ello usaron ratones modificados para expresar este gen en grandes cantidades y les insertaron lo exosomas portando el ARNsi para BACE1. Los resultados mostraron que la cantidad de ARN mensajero de BACE1 se redujo significativamente y hubo una inhibición de la función de una γ-secretasa, que también responsable de la formación de los β-amiloide. Además, al comparar los niveles de β-amiloide usando los exosomas terapéuticos y los inhibidores de BACE1 que actualmente se usan, la reducción fue mayor usando los primeros.
Por otro lado, los investigadores quisieron ver si los exosomas generaban algún tipo de respuesta antigénica, toxicidad u otro efecto secundario, para ello estudiaron las concentraciones de interleucina-6, IP-10, TNF-α y IFN-α. Los niveles fueron normales lo cual indica que los exosomas son seguros ya que no generan algún tipo de respuesta inmunogénica.
Este estudio se ve muy prometedor, quedaría ahora hacer unos estudios más cuidadosos en líneas celulares humanas, ver si son seguros para poder empezar con los primeros ensayos clínicos. Sin dudas, con esta tecnología se podría superar uno de los principales inconvenientes de la terapia génica, el transporte del agente terapéutico —en este caso un ácido nucléico— al tejido donde realizará su función, de manera específica.
Referencia:
Alvarez-Erviti, L., Seow, Y., Yin, H., Betts, C., Lakhal, S., & Wood, M. (2011). Delivery of siRNA to the mouse brain by systemic injection of targeted exosomes Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.1807
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