353 posts · 184,061 views
Blog de divulgación y actualidad científica especializado en las ciencias de la vida. Agrupación de Estudiantes de Biología de la Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú.
David Castro
345 posts
Sort by: Latest Post, Most Popular
View by: Condensed, Full
- July 13, 2011
- 11:12 PM
- 630 views
En busca de un desfibrilador más amigable
by David Castro in BioUnalm
—“Uno… dos… tres… ¡¡despejen!!”— Esta es quizás la frase más trillada en las series médicas como ER, House o Grey’s Anatomy. En una desfibrilación estándar, la cual es usada desde 1950 para emergencias donde el corazón deja de latir, se aplica una fuerte descarga eléctrica en el pecho, la cual puede alcanzar los 1,000 voltios. Si bien este procedimiento es muy efectivo, muchas veces termina por dañar gravemente el tejido muscular cardiaco y causar un terrible dolor. Un grupo de científicos del Instituto Max Planck de Dinámica y Auto-organización liderados por el físico Stefan Luther, han descubierto que el uso de pequeños pulsos eléctricos en una desfibrilación puede ser tan efectivo como una gran descarga según reportaron hoy en Nature. Izquiera: Ritmo normal. Derecha: Fibrilación atrial. Sin dudas, una descarga eléctrica nos puede matar, pero si se usa de manera controlada nos podría salvar la vida. Nuestro corazón late gracias a pequeños impulsos eléctricos que contraen las fibras musculares. En un corazón sano, este proceso se lleva a cabo de forma coordinada, partiendo desde el nódulo sinoauricular, viajando a través de las aurículas, pasando luego por el nódulo auriculoventricular, para terminar en los ventrículos (figura Izquierda). Pero hay casos en los que los impulsos eléctricos pierden su coordinación o se bloquean generando arritmias. En el peor de los casos puede ocurrir una muerte súbita cardiaca como resultado de la fibrilación —una contracción irregular de músculo cardiaco causado por múltiples ondas eléctricas que rotan a través del corazón, ya sea en las aurículas (figura Derecha) o en los ventrículos. Las causas que originan la fibrilación cardiaca aún no están completamente entendidas pero su principal efecto es bloquear el suministro sanguíneo. Si la fibrilación es atrial puede generar coágulos, pero si es ventricular puede causar la muerte si no es atendida a tiempo ya que los tejidos empiezan a morir rápidamente a falta de oxígeno. Lo que hace un desfibrilador es ejercer un fuerte impulso eléctrico, el cual puede alcanzar los 1,000V, y despolarizar cada una de las células del corazón, regresando todo el sistema a un estado coordinado de reposo, o sea, funciona como un ‘botón de reseteo’ (Fig a y b). Sin embargo este procedimiento daña los tejidos musculares cardiacos, como si fuera la descarga eléctrica de un rayo, puede llegar a quemarlos. Una forma de reducir la potencia del impulso eléctrico de la desfibrilación es poniendo electrodos metálicos a lo largo del corazón, los cuales generarán pulsos eléctricos menos intensos en las regiones donde se genera la rotación de las ondas eléctricas, alterando su dinámica y restaurando el potencial de las membranas celulares. Si bien esta metodología suena bastante prometedora, por ahora no se han realizado pruebas clínicas que demuestren su efectividad debido al tiempo que tardaría instalar todos estos electrodos en un paciente que sufrió de una muerte súbita cardiaca. Sin embargo, se podrían diseñar electrodos virtuales usando la interacción del campo magnético con los tejidos del corazón y del tórax. Esta interacción dependerá de la resistencia, la capacitancia y la conductividad eléctrica de los tejidos; así como también por la orientación de las fibras musculares y la heterogeneidad eléctrica en las fronteras con el tejido pulmonar o con los vasos sanguíneos. Y para complicar la cosa, se debe conocer el estado del corazón previo al impulso eléctrico así como la estabilidad de la rotación de las ondas eléctricas. Entonces, para que esto funcione, se debe tener un profundo entendimiento de todas estas características del corazón, las cuales serán diferentes en cada uno de los pacientes. Aunque no se sabe como contribuyen las heterogeneidades espaciales de la conductividad eléctrica del corazón en el desarrollo de electrodos virtuales, si se sabe cuáles de estas heterogeneidades son capaces de restaurar la sincronización de las contracciones musculares. Fue así que Luther et al. encontraron que la forma de vascularización del corazón puede determinar los patrones espaciales de la corriente eléctrica y ayudar a generar electrodos virtuales que amplifiquen el voltaje empleado en el tejido. Gracias a estos datos y mediante la inducción de arritmias atriales en corazones de perros, los investigadores pudieron desarrollar modelos matemáticos que predecían la forma como responde el corazón ante los pulsos eléctricos usando los electrodos virtuales. Usando un tinte en la zona auricular y ventricular, los investigadores observaron cómo se formaban las ondas eléctricas, cómo cambiaba la estructura de las corrientes eléctricas y, variando la intensidad de los pulsos eléctricos, cómo se producía la desfibrilación sin la necesidad de usar múltiples electrodos metálicos. Tanto los estudios in vitro como in vivo demostraron que la aplicación de múltiples —de cinco a diez— pero breves impulsos eléctricos reducían a la séptima parte la energía requerida para la desfibrilación a través de la propagación de los impulsos eléctricos gracias a los electrodos virtuales (Fig c). Los experimentos también demostraron que esta metodología también era efectiva en fibrilaciones ventriculares. Obviamente que funcione en corazones de perros no significa que automáticamente funcionará en corazones humanos. Aún así para que esto funcione se debe conocer la densidad de la rotación de las ondas eléctricas y la localización, distribución y el tamaño de las heterogeneidades espaciales de la conductividad eléctrica, pero los conceptos y las ideas generadas con este trabajo son muy prometedoras. Referencias: ... Read more »
Luther, S., Fenton, F., Kornreich, B., Squires, A., Bittihn, P., Hornung, D., Zabel, M., Flanders, J., Gladuli, A., Campoy, L.... (2011) Low-energy control of electrical turbulence in the heart. Nature, 475(7355), 235-239. DOI: 10.1038/nature10216
Gray, R., & Wikswo, J. (2011) Cardiovascular disease: Several small shocks beat one big one. Nature, 475(7355), 181-182. DOI: 10.1038/475181a
- July 12, 2011
- 07:20 PM
- 423 views
¿Cuántas veces puede una salamandra regenerar una parte de su cuerpo? ¿La edad afecta esta capacidad?
by David Castro in BioUnalm
Estas son una de las preguntas más importantes dentro del campo de la regeneración, donde las salamandras y también el Sr. Pikoro son los principales representantes. En un artículo publicado hoy en Nature Communications, un grupo de investigadores liderados por el Dr. Goro Eguchi del Instituto Nacional para la Biología Básica de Japón han llegado a la respuesta después de haber estudiado la capacidad regenerativa de una salamandra japonesa (Cynops pyrrhogaster) durante 16 años. Las salamandras son unos organismos espectaculares porque tienen la capacidad de regenerar cualquier tejido, órgano o parte de su cuerpo (extremidades, cola y hasta ojos). Es gracias a esta habilidad —la cual fue descubierta en 1768 por el naturalista italiano Lazzaro Spallanzani— que muchos investigadores en el mundo las estudian a fin de revelar los mecanismos bioquímicos y moleculares que la rigen a fin de poder aplicarlos dentro del campo de la medicina regenerativa. Esta capacidad regenerativa se da gracias a dos procesos celulares: la desdiferenciación (donde la célula diferenciada pasa a formar una célula indiferenciada con la capacidad de diferenciarse en otro tipo de célula) y la transdiferenciación (donde una célula diferenciada se transforma en otro tipo de célula, directamente). Sin embargo, por más de 200 años no se ha tenido muy en claro cuántas veces la salamandra podría regenerar un determinado tejido, órgano o parte de su cuerpo, o si esta capacidad se veía afectada a medida que el animal envejecía. Spallanzani quiso responder a esta pregunta, para ello amputó las extremidades y colas de salamandras jóvenes seis veces durante tres meses. Charles Bonnet repitió el mismo experimento pero hizo la amputación ocho veces. En base a los resultados de estos experimentos, los naturalistas concluyeron que la capacidad regenerativa de las salamandras no se perdía pero que en algunos casos resultaba en la pérdida de las estructuras óseas. Sin embargo, se cree que estos experimentos no estuvieron muy bien controlados: las extremidades amputadas pudieron haber estado en contacto con el ambiente provocando infecciones que alterarían los resultados. Por otro lado, las extremidades no pueden ser completamente removidas porque la regeneración ya no ocurre. Y además, las salamandras al ser unos animales salvajes, muchas veces no prosperan confinadas en un laboratorio. Para dar una respuesta definitiva a esta interrogante, Eguchi et al. llevaron a cabo un experimento a largo plazo —nada menos que por 16 años. Los investigadores, en el año 1994, capturaron una salamandra japonesa de la especie Cynops pyrrhogaster (‘tritón pecho de fuego’) y la lograron mantener viva en cautiverio durante 16 años. Los investigadores estimaron que la salamandra tenía unos 14 años al momento de capturarla. A esta salamandra le hicieron en total 18 lensectomías (le quitaban una rebanada del cristalino similar a una pequeña lente). Las primeras 14 se hicieron cada 15 de Abril y 15 de Octubre de 1996 al 2002, las siguientes dos las hicieron las mismas fechas pero en el 2008, la penúltima el 9 de Julio del 2009 y la última el 2 de Febrero del 2010. Además usaron como control las lensectomías de salamandras ‘nuevas’ que nacieron en 1996. Como cada vez que se le rebanada una parte del cristalino esta volvía a regenerarse, los investigadores quisieron saber si había alguna diferencia entre ellas a medida que la salamandra envejecía. Los resultados mostraron que todas las lentes obtenidas —las nuevas (Figura Izquierda) y las regeneradas (Figura Derecha)— eran virtualmente idénticas: tenían la misma transparencia y la misma disposición de las fibras del cristalino. [Dale click a la imagen para agrandarla]. Además, los investigadores vieron que el cristalino se regeneraba a través de un proceso de transdiferenciación a partir de las células del iris. Sin embargo, lo más resaltante de este trabajo fue que los niveles de expresión de los genes que regulan el desarrollo, la diferenciación, la organización de las fibras y la homeostasis del cristalino fue similar en los dos grupos. Con estos datos los investigadores concluyeron que las lensectomías repetidas ni la edad tenían un efecto perjudicial sobre la calidad de regeneración ni la homeostasis del cristalino. Estos resultados también indican que las células de la salamandra deben tener algún tipo de mecanismo —por ahora es desconocido— que protege su genoma de la acumulación de mutaciones que normalmente se dan a medida que un organismo envejece. Por ejemplo, las salamandras no desarrollaron cataratas, una enfermedad que se dan en animales viejos a causa del deterioro del cristalino debido a las mutaciones que se acumulan a lo largo de la vida. Sin dudas, todos estos resultados serán aprovechados por los investigadores involucrados en el campo de la medicina regenerativa a fin de encontrar los genes involucrados con esta capacidad de las salamandras y buscar mejorarla tecnología de las células madre inducidas a pluripotencia (iPSC). Referencia: Eguchi, G., Eguchi, Y., Nakamura, K., Yadav, M., Millán, J., & Tsonis, P. (2011). Regenerative capacity in newts is not altered by repeated regeneration and ageing Nature Communications, 2 DOI: 10.1038/ncomms1389 BioUnalm... Read more »
Eguchi, G., Eguchi, Y., Nakamura, K., Yadav, M., Millán, J., & Tsonis, P. (2011) Regenerative capacity in newts is not altered by repeated regeneration and ageing. Nature Communications, 384. DOI: 10.1038/ncomms1389
- July 11, 2011
- 06:13 PM
- 599 views
Científicos implantan hígados humanos en ratones para probar toxicidad de fármacos
by David Castro in BioUnalm
Al momento de desarrollar un nuevo medicamento, éste debe pasar por una serie de pruebas para determinar su efectividad y toxicidad sobre nuestro organismo. El órgano encargado de metabolizar los fármacos para posteriormente ser eliminado es el hígado. Un grupo de científicos liderados por la Dr. Alice Chen del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han obtenido ratones ‘humanizados’ de manera sencilla y eficiente a través de la implantación directa de un hígado artificial humano. Este trabajo que apareció el día de hoy en PNAS facilitará y acelerará el desarrollo de nuevos fármacos. Sacar un fármaco a la venta es un trabajo sumamente largo y pesado. No basta con encontrar una sustancia con la capacidad de curar una enfermedad o matar una gente infeccioso, sino que este compuesto debe ser eficiente, inocuo, y en la medida posible, no debe generar efectos secundarios indeseados. Para esto, antes de ser probados en humanos, los fármacos son administrados en modelos biológicos como los ratones y los monos para poder analizar sus respuestas metabólicas y fisiológicas. Lamentablemente, la fisiología única del hígado humano hace que la toxicidad de ciertos compuestos no sea evidenciado en los ensayos previos con animales. Los avances en la bioingeniería han permitido el desarrollo de unas plataformas vivas donde se pueden probar los fármacos. Sin embargo, estos dispositivos no dicen mucho acerca de sus propiedades farmacocinéticas, por ejemplo, el tiempo de retención en el organismo, su distribución hacia otros órganos o la vía más eficiente de administración (Ej. oral, intraperitoneal, muscular, intravenosa, etc.). Por otro lado, gracias a la ingeniería genética y al trasplante de células humanas, se han logrado obtener ratones humanizados, los cuales ofrecen mejores resultados ya que sus respuestas fisiológicas son más parecidas a las nuestras. Sin embargo, el problema con estos animales es que para que no rechacen las células trasplantadas, su sistema inmunológico debe ser suprimido. Esto genera un problema de susceptibilidad a patógenos. Además, el tiempo que tardan en regenerar un órgano humanos es sumamente largo (>2 meses) y muchas veces el animal no llega a vivir tanto tiempo como para terminar de hacer los estudios biológicos. Lo que hicieron Chen et al. fue cultivar hepatocitos humanos junto a células del fibroblasto de ratones y los encapsularon con un polímero de diacrilato de polietilenglicol (DA-PEG) recubierto por células epiteliales hepáticas, tal como se muestra el la figura inicial B. Para mejorar la capacidad sintética y secretora de los hepatocitos encapsulados, los investigadores pusieron a la matriz de DA-PEG un péptido derivado de la fibronectina. Antes de trasplantar este hígado artificial en ratones (Figura inicial A), los investigadores hicieron pruebas para determinar si los genes involucrados con el metabolismo y desintoxicación de fármacos se encontraban activos. Los resultados fueron muy favorables, las isoformas CYP3A4, CYP1A2, CYP2D6, CYP2E1 y CYP2C de la familia de los citocromos P450 (CYP450) se lograron expresar. Estas enzimas están involucradas con el metabolismo de más del 90% de los medicamentos humanos. Una vez demostrada la funcionabilidad del hígado artificial in vitro, Chen et al. procedieron a trasplantarlo en los ratones. Para ello insertaron a las células el gen de la luciferesa —una enzima capaz de generar bioluminiscencia— bajo el control del promotor de la albúmina. Como las células hepáticas producen albúmina, también producirán la luciferasa ya que están regulados por el mismo promotor. Esto sirve para dos cosas: para saber si el hígado artificial trasplantado está en el lugar correcto y para ver hasta que momento sigue funcional —si ya no hay bioluminiscencia, el injerto habrá muerto. Cuando analizaron los implantes a los 35 días de la operación, los investigadores observaron que los vasos sanguíneos del ratón habían logrado ingresar en el hígado artificial, lo que indica que el implante fue bien recibido por el animal. Los hígados artificiales sobrevivieron por más de tres meses y a partir del sexto día de haber sido implantados ya eran completamente funcionales, mucho más rápido que los 2 a 6 meses que tardaban usando las metodologías antiguas de humanización. Por otro lado, los investigadores demostraron que esta técnica puede ser empleada en distintas cepas de ratones, sin la necesidad de estén inmunológicamente comprometidos. Para determinar si estos ratones pueden ser usados como buenos modelos biológicos, Chen et al. administraron fármacos de los cuales se sabe que son metabolizados de distinta manera por los humanos y los ratones. Por ejemplo, la cumarina es convertida en 7-hidroxicumarina por el hombre y en cumarin-3,4-epóxido por los ratones. Cuando se le administró estos fármacos a los ratones humanizados con hígados artificiales, estos produjeron los mismos metabolitos y mostraron las mismas interacciones metabólicas que los hígados humanos. Estos resultados indican que este tipo de ratones humanizados son útiles para estudiar la toxicidad de nuevos compuestos con fines terapéuticos y para determinar las interacciones entre dos o más fármacos administrados simultáneamente. Sin embargo, para poder usar este tipo de ratones de manera rutinaria tienen que haber muchos más estudios que garanticen la reproducibilidad de la técnica y, además, se debe realizar todo un trámite para cambiar las especificaciones que rigen actualmente los ensayos clínicos. Referencia: Alice A. Chen, David K. Thomas, Luvena L. Onga, Robert E. Schwartzc, Todd R. Golubd, & Sangeeta N. Bhatia (2011). Humanized mice with ectopic artificial liver tissues Proceedings of the National Academy of Sciences : 10.1073/pnas.1101791108 BioUnalm... Read more »
Alice A. Chen, David K. Thomas, Luvena L. Ong, Robert E. Schwartz, Todd R. Golubd, & Sangeeta N. Bhatia. (2011) Humanized mice with ectopic artificial liver tissues. Proceedings of the National Academy of Sciences. info:/10.1073/pnas.1101791108
- July 10, 2011
- 08:30 PM
- 602 views
Se secuencia el genoma de la papa
by David Castro in BioUnalm
La papa (Solanum tuberosum), cuyo centro de origen son los Andes peruanos, es el cuarto cultivo alimenticio más importante del mundo, formando parte importante de la dieta básica humana. Sin embargo, a pesar de su importancia, no se contaba con la secuencia completa de su genoma. Fue así que en el año 2006, la Universidad y Centro de Investigación de Wageningen (Holanda) lideró la formación del Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma de la Papa (PGSC), contando con 29 grupos de trabajo de 14 países —entre ellos el Perú. Después de un poco más de cinco años, los resultados de su arduo trabajo fueron publicados hoy en Nature. La papa es el cuarto cultivo alimenticio más importante del mundo —después de la soya, el arroz y el maíz— gracias a que es una buena fuente de azúcares (en forma de almidón), proteínas, antioxidantes y vitaminas, siendo considerado como parte fundamental de la dieta básica humana, especialmente en países en vías de desarrollo. Una de las ventajas de este cultivar es que puede crecer en una amplia gama de regiones geográficas permitiendo garantizar la seguridad alimentaria mundial. Sin embargo, no se puede aprovechar todo su potencial ni se pueden establecer estrategias de mejora productiva si no se conoce a fondo su estructura genética. El principal problema que encontraron los miembros del PGSC fue la complejidad del genoma de la papa: la papa comercial es tetraploide, o sea cuenta con cuatro copias de cada uno de sus 12 cromosomas, los cuales presentan un alto grado de heterocigosidad. Esto quiere decir que diferencia de nosotros que contamos con dos alelos por cada gen los cuales pueden ser iguales (homocigotas) o diferentes (heterocigotas), la papa cuenta con cuatro y la gran mayoría diferentes entre sí. Para superar este inconveniente, los investigadores del PGSC usaron una variedad de papa primitiva diploide a la que usando técnicas clásicas de cultivo de tejidos, le duplicaron el genoma volviéndola monocigótica para que de esta manera se facilite el trabajo de secuenciamiento. A esta variedad la llamaron DM y la usaron como patrón para ensamblar la secuencia del genoma de otra variedad de papa, también diploide pero más parecida a las papas comerciales, a la que llamaron RH. La papa cuenta con un genoma de 844Mb de largo (casi la tercera parte de lo que mide nuestro genoma) del cual lograron ensamblar el 86%. Aproximadamente el 60% del genoma de la papa esta compuesto de secuencias repetitivas, principalmente retrotransposones (~30%) —secuencias de ADN con la capacidad de copiarse e introducirse en otras regiones del genoma, a veces inactivando genes, otras veces generando mutaciones que aumentan la variabilidad genética. Estas regiones son bastante comunes en las plantas, por ejemplo, el 90% del genoma del trigo esta compuesta por secuencias repetitivas, de las cuales el 68% son retrotransposones. En total, los investigadores predijeron la presencia de unos 39,000 genes codificantes de proteínas (~3,300 específicos de las papas), de los cuales el ~25% presentan splicing alternativo (pueden generar más de una forma de proteína con la misma secuencia). Por otro lado, la gran mayoría de los genes (regiones en negro de la sección b de la figura) se encontraban en las regiones con menor densidad de secuencias repetitivas (regiones en azul de la sección c de la figura). Los investigadores también presentaron evidencias de que al menos hubo dos eventos de duplicación genómica en la historia evolutiva de la papa. Por otro lado, al ser el genoma de la papa el primer genoma secuenciado del grupo de las astéridas —que junto con las rósidas son los dos clados más importantes de las eudicotiledóneas— se reveló la presencia de al menos unos 2,500 genes específicos de este gran grupo de plantas y al compararlo con el genoma de la uva, se observó que estos dos clados divergieron hace unos 89 millones de años. Por otro lado, el genoma de la papa mostró una gran cantidad de diferencias nucleotídicas (SNPs), así como también otras potenciales mutaciones deletéreas, muchas de ellas homocigóticas, lo que indicaría que esta es la causa más probable de la depresión endogámica (pérdida del vigor) de la especie. La papa es muy susceptible al ataque de una gran cantidad de plagas y patógenos, especialmente la Phytophthora infestans, el principal agente infeccioso de este cultivar que arrasa con centenares de hectáreas de cultivos de papa en el mundo y que en 1840 fue la causa de la hambruna Irlandesa. Así que uno de los resultados más importantes de este trabajo fue la identificación de al menos unos 800 genes asociados con la resistencia a enfermedades. Si se logran caracterizar bien estos genes, podrían ser aislados y usados para mejorar el rendimiento y productividad del cultivar. El secuencia completa del genoma de la papa servirá como una plataforma para la mejora de este importante cultivar ya que se simplificará la forma de encontrar y desarrollar variedades capaces de resistir enfermedades y con mayores rendimientos productivos (tubérculos más grandes). Referencia: The Potato Genome Sequencing Consortium (2011). Genome sequence and analysis of the tuber crop potato Nature DOI: 10.1038/nature10158 BioUnalm... Read more »
The Potato Genome Sequencing Consortium. (2011) Genome sequence and analysis of the tuber crop potato. Nature. DOI: 10.1038/nature10158
- July 9, 2011
- 03:15 PM
- 580 views
Un futuro incierto en el tratamiento del Síndrome de Rett
by David Castro in BioUnalm
El Síndrome de Rett es una enfermedad neurológica congénita que afecta a una de cada 10,000 personas en el mundo, principalmente a mujeres. Esta enfermedad se caracteriza por que la persona presenta comportamientos autistas, anormalidades cognitivas y motoras, y un crecimiento y desarrollo lento del cerebro durante la infancia. Lo síntomas de este síndrome empiezan a notarse desde los primeros años de vida, principalmente entre los dos y cuatro años. En la mayoría de los casos, la enfermedad se debe a mutaciones en el gen Mecp2, el cual codifica para un potente regulador epigenético encargado de metilar ciertos genes. Las metilaciones funcionan a manera de interruptores genéticos: cuando un gen es metilado, es inactivado. Así que en el Síndrome de Rett, muchos de los genes envueltos en el desarrollo del sistema nervioso no son ‘apagados’ cuando deberían serlo, generando graves problemas neurológicos. Entonces, ¿si tuviéramos la capacidad de reactivar la función del gen Mecp2, se podría revertir el desarrollo de la enfermedad?. En el año 2007, Guy et al. reactivaron el gen Mecp2 en ratones carentes de él y observaron que los síntomas neurológicos podían ser revertidos. Pero, lo que no se sabía era si bastaba con reactivar el gen en durante los primeros días de vida del ratón para prevenir el desarrollo de la enfermedad una vez lleguen a ser adultos. En un artículo publicado en el último número de Science, el estudiante de doctorado Christopher McGraw y colaboradores del Instituto de Investigaciones Neurológicas Jan y Dan Duncan (Houston, EEUU) usaron ratones modificados genéticamente para suprimir la expresión del gen Mecp2 cuando se les administraba una dosis de tamoxifen. Estos ratones —a los cuales llamaron AKO— servirían para ver si la inactivación del gen en las etapas adultas tendrían algún efecto sobre el desarrollo de la enfermedad. Cuando los ratones estaban ya completamente maduros —a los 60 días de edad— McGraw et al. inactivaron el gen Mecp2. A las 10 semanas de haber sido inactivado el gen, los ratones AKO presentaban los síntomas típicos de la enfermedad, además, su comportamiento y su capacidad de aprendizaje fue similar a la de los ratones que no tenían el gen Mecp2 (ratones MECP2-KO). Con esto demostraron que existen ciertos genes que son regulados por la MECP2 cuando el sistema nervioso ya está maduro. De los diez genes que se veían afectados en los ratones MECP2-KO, la expresión de cuatro se veían significativamente alterados, lo que indicaría que estos genes tienen una función importante en el buen funcionamiento y mantenimiento del sistema nervioso adulto. Por otro lado, tanto los ratones AKO como los MECP2-KO murieron prematuramente. Lamentablemente, estos resultados no son muy alentadores para la búsqueda de un tratamiento genético efectivo para el síndrome de Rett. Al parecer, no basta sólo con que el regulador MECP2 esté activo durante el desarrollo del sistema nervioso, ya que los ratones AKO demostraron que MECP2 también en completamente funcional en el sistema nervioso adulto, lo que indicaría que si se desarrolla un tratamiento basado en la reactivación del gen Mecp2, éste debería ser administrado de por vida, generando una dependencia y aumentando significativamente los costos. Referencia: McGraw, C., Samaco, R., & Zoghbi, H. (2011). Adult Neural Function Requires MeCP2 Science, 333 (6039), 186-186 DOI: 10.1126/science.1206593 BioUnalm... Read more »
McGraw, C., Samaco, R., & Zoghbi, H. (2011) Adult Neural Function Requires MeCP2. Science, 333(6039), 186-186. DOI: 10.1126/science.1206593
- July 7, 2011
- 08:00 PM
- 647 views
Cuando los antioxidantes promueven el cáncer
by David Castro in BioUnalm
Hemos comentado muchas veces que las Especies Reactivas del Oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) están involucrados con el envejecimiento y con el desarrollo del cáncer. Esto se debe a que los ROS son altamente reactivos, por lo tanto, son capaces de dañar el ADN generando mutaciones. Por suerte existen los antioxidantes, quienes son los encargados de atrapar los ROS y mantenerlos en niveles que no generen daño alguno. Sin embargo, un grupo internacional de investigadores liderados por la Dra. Gina DeNicola del Instituto de Investigaciones de Cambridge revelaron que el factor de transcripción encargado de activar los genes que nos protegen de los ROS, también puede favorecer el desarrollo de ciertos tumores según un artículo publicado ayer en Nature. Normalmente, cuando las células son sometidas a un estrés fisiológico o sufren de algún tipo de daño genético, se activan una serie de genes y factores de transcripción que, de manera coordinada, regulan el funcionamiento de la célula, deteniendo su ciclo celular, reparando los daños o llevándolas a la muerte a fin de evitar que el daño se transfiera a las células hija. Sin embargo, las células cancerosas, gracias a la presencia de ciertos tipos de mutaciones (mutaciones oncogénicas), tienen la capacidad de superar este mecanismo de respuesta, cambiando su metabolismo y empezando a dividirse de manera descontrolada, aún en ambientes con bajos niveles de nutrientes y oxígeno. Este estado de desregulación viene acompañado por la generación de sustancias potencialmente tóxicas como los ROS. Si bien los ROS son perjudiciales para las células sanas, paradójicamente no lo son para las células cancerosas, es más, ayudan al tumor a desarrollarse, por ejemplo, generando nuevas mutaciones oncogénicas, activando las respuestas inflamatorias y estabilizando el factor inducible de hipoxia (HIP) —un regulador clave del metabolismo energético. Así que sería lógico pensar que controlando los niveles de ROS podríamos reducir el riesgo de desarrollar un cáncer. Los niveles de ROS están controlados principalmente por un factor de transcripción llamado NRF2 y su respectiva proteína represora conocida como KEAP1. Cuando los niveles de ROS son perjudiciales para la célula, NRF2 activa una serie de genes involucrados con las vías metabólicas de síntesis de antioxidantes, los cuales atrapan los ROS y los inactivan. Bajo condiciones normales, la proteína represora KEAP1 promueve la degradación de la NRF2. De esta manera, el sistema NRF2-KEAP1 regula la expresión de al menos 100 genes involucrados en la protección celular. En el 2009, Hayes & McMahon encontraron que ciertos pacientes con cáncer de pulmón, cabeza, cuello y vesícula, presentaban mutaciones somáticas que afectaban la interacción NRF2-KEAP1, promoviendo la estabilización de la NRF2 y, por lo tanto, su efecto citoproptector. Lo que pasa es que las células cancerosas también son perjudicadas por los altos niveles de ROS, así que ésta debe mantenerse por debajo de un umbral. Para que esto suceda, deben existir concentraciones basales de NRF2 que permitan activar la síntesis de antioxidantes para protegerlas. Es por esta razón que la NRF2 podría promover el desarrollo de tumores. En el presente estudio, DeNicola et al. demostraron que no sólo la mutaciones en NRF2-KEAP1 promovían la síntesis de los antioxidantes. Haciendo estudios en fibroblastos de ratones, los investigadores encontraron que la expresión de los oncogenes Kras, Braf y Myc incrementaban considerablemente los niveles de expresión de NRF2, promoviendo la protección de las células tumorales contra los ROS. La proteína K-Ras regulaba los niveles de expresión de NRF2 mediante la vía de señalización Mek-Erk-Jun reduciendo los niveles de ROS dentro de los fibroblastos. Los investigadores además demostraron que K-Ras estaba involucrado en los primeros estadíos del cáncer pancreático de ratones. Además, las proteínas B-Raf y c-Myc contribuían al desarrollo del cáncer de pulmón. Estos resultados indican que el mecanismo de respuesta ante los ROS se activan en las fases tempranas del desarrollo de ciertos tumores y que este mecanismo, que es mediado por el factor de transcripción NRF2, se activa por una vía alterna en la cual intervienen los oncogenes Kras, Braf y Myc. Cuando se inactivaba la NRF2 en las células cancerosas, los niveles de ROS aumentaban y se activaban mecanismos similares a la senescencia de las células sanas, inhibiendo el desarrollo de los tumores. Este efecto era revertido cuando las células cancerosas eran tratadas con antioxidantes. Esto no quiere decir que los antioxidantes sean malos, sino que en ciertos casos pueden favorecer al desarrollo de tumores. Recordemos también que este estudio ha sido hecho en ratones, aunque como un buen modelo biológico es posible que en humanos tenga el mismo efecto. Ahora falta determinar los mecanismos de acción de la NRF2 en estas células cancerosas para así poder desarrollar estrategias que las bloqueen. Referencias: DeNicola, G., Karreth, F., Humpton, T., Gopinathan, A., Wei, C., Frese, K., Mangal, D., Yu, K., Yeo, C., Calhoun, E., Scrimieri, F., Winter, J., Hruban, R., Iacobuzio-Donahue, C., Kern, S., Blair, I., & Tuveson, D. (2011). Oncogene-induced Nrf2 transcription promotes ROS detoxification and tumorigenesis Nature, 475 (7354), 106-109 DOI: 10.1038/nature10189 ... Read more »
DeNicola, G., Karreth, F., Humpton, T., Gopinathan, A., Wei, C., Frese, K., Mangal, D., Yu, K., Yeo, C., Calhoun, E.... (2011) Oncogene-induced Nrf2 transcription promotes ROS detoxification and tumorigenesis. Nature, 475(7354), 106-109. DOI: 10.1038/nature10189
Perera, R., & Bardeesy, N. (2011) Cancer: When antioxidants are bad. Nature, 475(7354), 43-44. DOI: 10.1038/475043a
- July 6, 2011
- 08:03 AM
- 602 views
Científicos desarrollan cerdos KO usando nucleasas con dedos de zinc
by David Castro in BioUnalm
Los animales KO (knock-out) son aquellos a los cuales, mediante técnicas de ingeniería genética, se les ha bloqueado la función de uno o más genes, ya sea silenciándolos o extrayéndolos. Sin embargo, la tecnología KO no ha podido ser aplicada ampliamente en mamíferos y sólo está restringido a los ratones de laboratorio. Un grupo de científicos alemanes, liderados por la Dra. Janet Hauschild del Instituto Friedrich-Loeffler han logrado obtener cerdos KO usando nucleasas unidas a dedos de zinc según reportaron ayer en PNAS. Los animales KO son una tecnología valiosa porque permiten entender la función que cumplen determinados genes, especialmente, aquellos involucrados con el desarrollo de ciertas enfermedades. Para obtener animales KO se requieren de dos pasos importantes: el desarrollo de la línea celular KO y la clonación del animal. Para obtener células KO, los científicos usan el mecanismo de recombinación genética, donde un gen es inactivado cuando otro gen es insertado dentro de su secuencia. El problema de esta técnica radica en que es bastante ineficiente, demanda mucho tiempo y requiere de un tratamiento selectivo con antibióticos que a la larga podría dañar a las mismas células KO. Por otro lado, la proporción de células KO obtenidos por esta vía es muy baja (10-5 – 10-6). El descubrimiento de los dedos de zinc —pequeños dominios estabilizados por el Zn que reconocen secuencias específicas de ADN— ha sido muy importante para la ingeniería genética. Gracias a ellos, los científicos ahora tienen la capacidad de insertar genes en regiones específicas del genoma. Para ello hay que acoplar una nucleasa a los dedos de zinc para que tenga la capacidad de cortar el ADN y dar un lugar donde insertar el gen de interés. Por otro lado, los dedos de zinc unidos a nucleasas (ZFN) también puede ser usados para remover genes y desarrollar células KO. Usando los ZFN se han logrado obtener moscas de la fruta, peces zebra y ratas KO, pero no animales más grandes, complejos como los cerdos. Los cerdos son la especie preferida para crear modelos biológicos más parecidos a los humanos, ya que con ellos compartimos características fisiológicas y anatómicas, además que tenemos casi la misma esperanza de vida. Por ejemplo, en el 2009, Roggers et al. desarrollaron un cerdo KO para el gen cftr el cual está involucrado en el desarrollo de la fibrosis quística. Los cerdos CFTR-KO mostraron la misma sintomatología clínica y patológica que los humanos; mientras que los ratones CFTR-KO —principales modelos biológicos usados en la actualidad— no. Por otro lado, tenemos la posibilidad de usar órganos de cerdo para trasplantes humanos. Sin embargo, el principal problema es la presencia de un antígeno en los cerdos conocido como epítopo Gal, el cual es producido por la enzima α1,3-galactosiltransferasa. Este epítopo genera una respuesta inmune en el hombre provocando la destrucción del órgano trasplantado. La solución sería inactivar el gen que codifica esta enzima, la ggta1, para evitar el rechazo del órgano. Hauschild et al. solucionaron el problema usando por primera vez la tecnología ZFN en cerdos. Primero, los investigadores diseñaron dedos de zinc específicos que reconocieran el gen ggta1. Luego, lo unieron a una nucleasa para generar el ZFN y, mediante un plásmido, lo introdujeron en células de fibroblasto porcino. Se obtuvo un 1% de células GGTA1-KO —10,000 veces más que usando el mecanismo de recombinación genética. Las células gal— fueron separadas de las células normales usando perlas magnéticas. Luego les extrajeron los núcleos a estas células del fibroblasto ‘knockeados’ y los introdujeron en células embrionarias para generar un clon de cerdo mediante una técnica conocida como Transferencia de Núcleo de Célula Somática (la misma técnica empleada para generar a la oveja Dolly). Los investigadores obtuvieron un total de 6 fetos sanos de cerdos GGTA1-KO, aunque nacieron con un peso relativamente bajo a los cerdos normales. Sin embargo, los cerdos transgénicos fueron fenotípicamente similares a los cerdos normales, la diferencia es que presentaban el gen gtta1 inactivado en ambos alelos (homocigota). Como el ZFN fue introducido vía un plásmido, no se observó una integración en el genoma de los cerdos. Finalmente, los investigadores probaron si estas células carentes del epítopo gal no generarían rechazo si se usan en transplantes. Para ello, Hauschild et al. sometieron a los fibroblastos GGTA1-KO a un tratamiento con anticuerpos humanos. Los fibroblastos normales no transformados fueron destruidos rápidamente, mientras que los fibroblastos knockeados no excedió del 10%. Sin dudas este estudio abre las puertas hacia el desarrollo de cerdos KO, los cuales serían mejores modelos biológicos para los humanos, que podría beneficiarnos tanto en el entendimiento de nuestras principales patologías como en el desarrollo de órganos para trasplante. Por otro lado, también se vería beneficiada la industria porcina, mejorando la calidad de las carnes, productividad y resistencia a enfermedades. Referencia: Hauschild, J., Petersen, B., Santiago, Y., Queisser, A., Carnwath, J., Lucas-Hahn, A., Zhang, L., Meng, X., Gregory, P., Schwinzer, R., Cost, G., & Niemann, H. (2011). Efficient generation of a biallelic knockout in pigs using zinc-finger nucleases Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1106422108 BioUnalm
... Read more »
Hauschild, J., Petersen, B., Santiago, Y., Queisser, A., Carnwath, J., Lucas-Hahn, A., Zhang, L., Meng, X., Gregory, P., Schwinzer, R.... (2011) Efficient generation of a biallelic knockout in pigs using zinc-finger nucleases. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1106422108
- July 4, 2011
- 10:55 PM
- 615 views
El uso del Zinc como supresor del dolor
by David Castro in BioUnalm
A pesar de encontrarse en concentraciones sumamente bajas, el Zinc (Zn) es un elemento esencial para nuestra vida ya que forma parte importante de ciertas enzimas, confiriéndoles estabilidad y funcionalidad. Sin embargo, su función más importante la lleva a cabo en el Sistema Nervioso Central (SNC), modulando la transmisión de señales sinápticas. Es por esta razón que los neurocientíficos han propuesto que el Zn puede estar involucrado en varias funciones cerebrales, incluyendo el dolor patológico. Investigadores franceses liderados por el Dr. Chihiro Nozaki del Instituto de Genética y Biología Molecular y Celular de Illkirch han demostrado que el Zn está involucrado en el control del dolor en ratones a través de la unión a una de las subunidades del receptor NMDA (NMDAR) según reportaron ayer en Nature Neuroscience. Hace algunos años se había demostrado que ciertos tipos de neuronas —las glutamatérgicas— tenían la capacidad de capturar, almacenar y liberar el Zn a través de las vesículas sinápticas. En estas neuronas, el Zn es capaz de modular las respuestas sinápticas, ya sea inhibiéndolas o potenciándolas. Sin embargo, los procesos fisiológicos relacionados con el Zn no han sido completamente entendidos, en parte porque este elemento cuenta con una gran cantidad de receptores potenciales con los cuáles puede interactuar. Estudios in vitro demostraron que el receptor NMDA (NMDAR) puede interactuar con el Zn. Este receptor, el cual está involucrado con la transmisión del dolor y el desarrollo del dolor crónico, cuenta con dos subunidades: NR1 y NR2. La subunidad NR2, por su parte, puede ser de cuatro tipos diferentes: A, B, C y D. De todos ellos, es la subunidad NR2A la que tiene mayor sensibilidad al Zn extracelular y es expresado ampliamente en el sistema nervioso adulto. Cuando se muta el gen que codifica la subunidad NR2A, cambiando la histidina de la posición 128 por otro aminoácido, la sensibilidad que tiene por el Zn se reduce considerablemente (unas 1,000 veces menos). Para determinar el efecto que tiene esta mutación in vivo, Nozaki et al. desarrollaron unos ratones transgénicos con el gen NR2A mutado, cambiando la histidina 128 por una serina. Estos ratones, como era de esperarse, fueron insensibles al Zn extracelular, pero no se vio afectada la expresión de ningún otro gen. Tampoco se observó daños fisiológicos o algún efecto sobre el comportamiento con respecto a los ratones normales. Entonces, la pregunta que queda es ¿en qué afectaba la mutación de este gen a los ratones mutantes? Para responder esta pregunta, los investigadores sometieron a los ratones a diferentes pruebas de dolor: la prueba del plato caliente, la prueba de presión de cola, y la prueba de von Frey. La primera prueba, en la que se pone la cola del ratón en una superficie a la cual se le aumenta gradualmente la temperatura, es usada para determinar la sensibilidad térmica, mientras que las otras dos, en las cuales se hacen presión sobre la cola o las patas, sirven para determinar la sensibilidad mecánica. Los ratones mutantes mostraban una hipersensibilidad al calor siempre y cuando este ascendía lentamente (0.9 – 2.2°C/seg). Cuando la temperatura se incrementaba rápidamente (4°C/seg) no se observaba la misma hipersensibilidad. La diferencia radica en que cuando la temperatura aumenta lentamente se activan las fibras C nociceptivas [nocicepción: respuesta a estímulos nocivos], mientras que cuando la temperatura aumenta rápidamente se activan las fibras Aδ. De esto se puede deducir que el Zn al unirse al la subunidad NR2A del receptor NMDA, tiene la capacidad de inactivar las fibras C y no las fibras Aδ. Esta hipótesis fue demostrada usando ratones mutantes a los cuales los sometieron a dos sustancias que inducen el dolor de distinta manera: la capsaicina (las cuales activan las fibras C) y la TIP39 (que activan las fibras Aδ). Los resultados mostraron que los ratones mutantes fueron hipersensibles solamente a la capsaicina, de esta manera se demostraba que el Zn actuaba a nivel de las fibras C de los receptores nociceptivos. Los investigadores también demostraron que los receptores NMDA eran factores importantes en el dolor crónico. Tanto los ratones normales como los mutantes mostraron los mismos resultados de las pruebas del dolor cuando sufrían de dolor crónico, la diferencia era que en los ratones mutantes el efecto del dolor mecánico era más pronunciado. Finalmente quedaba por responder una pregunta, ¿una dosis de Zn sería un buen paliativo del dolor? Para ello Nozaki et al. inyectaron a los ratones mutantes y normales pequeñas dosis externas de Zn —para evitar que se intoxiquen— y demostraron que los ratones normales mostraron un mayor grado de resistencia al dolor térmico y mecánico, aún en condiciones de dolor crónico; mientras que los ratones mutantes siguieron siendo hipersensibles a los dos estímulos. Estos resultados son muy alentadores. El Zn podría ser usado como un supresor del dolor bastante efectivo, sobre todo en aquellos dolores para los cuales ningún tratamiento es efectivo, tales como: las fibromialgias, las migrañas y las neuropatías periféricas, tal vez podríamos rescatar a House de su adicción al Vicodin®. Referencia: Nozaki, C, & et al (2011). Zinc alleviates pain through high-affinity binding to the NMDA receptor NR2A subunit Nature Neuroscience DOI: 10.1038/nn.2844 BioUnalm
... Read more »
Nozaki, C, & et al. (2011) Zinc alleviates pain through high-affinity binding to the NMDA receptor NR2A subunit. Nature Neuroscience. DOI: 10.1038/nn.2844
- July 4, 2011
- 01:46 AM
- 494 views
Una PCR Digital de un megapíxel
by David Castro in BioUnalm
No… no confundí el título y puse ‘PCR’ en vez de ‘cámara fotográfica’. Para serles sincero, hasta el día de hoy ignoraba por completo la existencia de la PCR Digital (dPCR), una variante de la PCR tradicional desarrollada por Vogelstein & Kinzler en 1999, que consiste en una PCR hecha en un ‘biochip’ (un microchip biológico), permitiendo hacer miles de reacciones de un sólo golpe, aumentando así la precisión y sensibilidad de la técnica. Ahora, científicos de la Universidad de la Columbia Británica (Canadá) han desarrollado un dispositivo de dPCR que permite hacer un millón de reacciones en una sola corrida según un artículo publicado ayer en Nature Methods. La PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) es, sin lugar a dudas, una de las más importantes herramientas de la biología molecular. Todo biólogo que se respeta por lo menos lo ha hecho una vez en su vida, mientras que otros —donde me incluyo— la hemos hecho o la hacemos todos los días, incluso domingos y feriados. La técnica consiste simplemente en ‘fotocopiar’ una secuencia específica de ADN, la cual puede ser un gen o una porción de él, con el fin de secuenciarlo, cuantificarlo, identificar mutaciones, ver si está presente o no en una determinada muestra, etc. La técnica fue inventada por Kary Mullis en los 80’s, lo que le valió el Premio Nobel de Química en 1993. Inicialmente la técnica era bastante laboriosa, pero con el paso de los años se empezó a volver cada vez más sofisticada. La primera innovación fue el uso de la ADN polimerasa termoestable obtenida de un microorganismo termófilo (Termophilus aquiaticus) —de ahí su nombre Taq Polimerasa—, luego fue la aparición de los sistemas automatizados de control de temperatura (termocicladores), y finalmente fue el uso de las sondas fluorescentes que permitían cuantificar y seguir en tiempo real la amplificación de una determinada secuencia de ADN. Para resumir… Sin embargo, la PCR cuantitativa (qPCR) no es muy precisa para medir las concentraciones absolutas de una determinada secuencia, sobre todo si la cantidad inicial de copias es sumamente baja. Por otro lado se corre el riesgo de que hayan amplificaciones inespecíficas y la competencia con otras secuencias por el sitio activo de la enzima. Esto es un problema cuando se quiere hacer un diagnóstico preventivo de ciertos tipos de cáncer o enfermedades virales ya que la cantidad inicial de células portando el gen mutado o del virus en sangre es tan baja que las técnicas actuales de qPCR no pueden detectarlas. En 1999, gracias al desarrollo de la nanotecnología, los microfluidos y las microemulsiones, Vogelstein & Kinzler desarrollaron la PCR digital. Esta técnica consistía en el uso de una lámina con pequeños pocillos donde se lleva a cabo la PCR de una única copia de ADN. Para esto, el número de copias inicial debe ser bajo —una ventaja si se trata de muestras para diagnóstico preventivo— para garantizar que sólo haya una molécula de ADN por pocillo. Luego, a través del uso de sondas fluorescentes, se detectaría en que pocillos hubo amplificación y en cuales no, o en cuales hay copias mutantes a través del uso de dos o más sondas fluorescentes (uno para el tipo normal y otras para los mutantes). Por otro lado, gracias al uso de pequeñas cantidades de muestra, la especificidad y sensibilidad de la técnica es mayor mientras que el riesgo de contaminación y los costos se reduce. Actualmente los dispositivos comerciales de dPCR cuentan con unos 36,960 pocillos de reacción (~6,000 pocillos por cm2). Sin embargo, Kevin Heyries y sus colaboradores de la Universidad de la Columbia Británica han desarrollado un dispositivo que puede realizar 1’000,000 de reacciones (~440,000 por cm2), cada uno de 10pL de volumen (10pL = 0.00000001mL). El dispositivo esta hecho a base de silicona (polidimetilsiloxano: PDMS) recubierto de un aceite inmiscible fluorado para que el ADN junto a los reactivos de la PCR puedan avanzar con normalidad, no quedarse pegados en las paredes y poder rellenar el millón de compartimientos. Además, el dispositivo está protegido por una capa de Parileno C que evita que el vapor de agua generado durante la PCR se escape del dispositivo. Heyries et al. probaron su dispositivo mediante una PCR del rpph1 y lo compararon con la qPCR. Las concentraciones de ADN molde que usaron fue de 920fg/ul hasta 780ng/ul. El dispositivo fue capaz de detectar todo este rango de concentración de ADN sin llegar a saturarse, mientras que la qPCR bajo las mismas condiciones no lo pudo hacer a concentraciones menores a 0.7ng/ul y superiores a 700ng/ul. En otras palabras, el rango de detección del dispositivo fue de 7 órdenes de magnitud mientras que de la qPCR de 4. Luego los investigadores probaron el poder de detección de alelos mutantes de un gen. Para ello usaron dos genes con sus respectivas sondas fluorescentes, uno para la versión normal del gen jak2 y otro para la variante V617F. Los genes fueron mezclados en proporciones que van de 1:1 hasta 1:10,000, ya que ~1/10,000 (10-4) es la tasa de error de la Taq Polimerasa, representando la principal limitación de las técnicas basadas en la qPCR. Del millón de reacciones, el dispositivo sólo mostró 38 falsos positivos. Luego, Heyries et al. probaron si el dispositivo era capaz de detectar los mutantes en proporciones 1:50,000 y 1:100,000. Los resultados fueron asombrosos —el dispositivo detectó 11 y 5 mutantes en 500,000 reacciones. Esto indica que la PCR digital de 1Mp es 5,000 veces más sensible que la qPCR. También probaron la capacidad de discriminar el número de copias de un determinado gen en una muestra de ADN. Primero hicieron una dPCR de dos genes humanos de única copia: el gen rpph1 del cromosoma 14 y el gen hlcs del cromosoma 21. Teóricamente, estos genes se encuentran en una proporción de 1:1. Los resultados de la dPCR mostraron una proporción promedio de 1.040:1, muy cercano al valor teórico. Luego, hicieron una variación al experimento mezclando la muestra inicial de ADN con un 1% al 6% de ADN de una persona con el síndrome de Down (tiene tres cromosomas 21 en vez de dos, así que habrá una copia más del gen hlcs). La dPCR fue capaz de discriminar un desbalance en la proporción en todos lo casos. Sin dudas es un gran avance en la tecnología de la PCR ya que su sensibilidad se ha visto aumentada considerablemente (5,000 veces más que la qPCR). Por otro lado, los dispositivos pueden sub-dividirse en campos de 10,000 pocillos, de esta manera se pueden analizar 100 muestras diferentes por corrida, bajando los costos hasta el nivel de la qPCR, para poder ser implementado como metodol... Read more »
Kevin A Heyries, Carolina Tropini, Michael VanInsberghe, Callum Doolin, Oleh I Petriv, Anupam Singhal, Kaston Leung, Curtis B Hughesman, & Carl L Hansen. (2011) Megapixel digital PCR. Nature Methods. DOI: 10.1038/nmeth.1640
- June 30, 2011
- 04:40 AM
- 448 views
Cuando una célula es transformada en otra—de fibroblasto a hepatocito
by David Castro in BioUnalm
Los hepatocitos son las células que conforman el hígado, uno de los principales órganos del cuerpo y el más difícil de reemplazar, tanto por la falta de donantes como por la alta tasa de rechazo del órgano trasplantado. Naturalmente, los hepatocitos se diferencian a partir de las células hepáticas progenitoras; sin embargo, un par de científicos japoneses de la Universidad de Kyushu han logrado convertir células del fibroblasto de ratones en células hepáticas a través de la combinación de dos factores de transcripción según reportaron ayer en Nature. Lo que hicieron Sayaka Sekiya y Atsushi Suzuki fue primero seleccionar 12 genes involucrados en la diferenciación de las células hepáticas para luego introducirlos en células embrionarias del fibroblasto de ratones (MEF: Mouse Embryonic Fibroblasts) y finalmente ver si eran capaces de convertirlas en hepatocitos. De los 12 genes seleccionados, la combinación de dos de ellos —la Hnf4a con Foxa1, Foxa2 o Foxa3— fueron los que lograron hacerlo, aunque a una baja tasa —sólo el 0.3% de las MEF lograron ser transformadas en hepatocitos. A estas células hepáticas obtenidas por esta vía las llamaron iHep (Hepatocitos inducidos), los cuales demostraron ser completamente funcionales: expresaban las proteínas propias de los hepatocitos (Ej.: la E-caderina y la albúmina), almacenaban grandes cantidades de glucógeno (característica propia de los hepatocitos maduros), tenían la capacidad de asimilar las lipoproteínas de baja densidad (LDL), metabolizaban fármacos, por nombrar sólo algunas características. También se observó la presencia de colangiocitos —células que forman el conducto biliar— aunque los investigadores no saben cómo llegaron a diferenciarse. En 1996, Overturf et al. lograron regenerar los hígados de ratones mutantes deficientes para el gen Fah —responsable de la tirosinemia— a través del uso de hepatocitos maduros de ratones sanos. La tirosinemia es una enfermedad metabólica que se caracteriza por la incapacidad del hígado de degradar la tirosina, aumentando sus niveles en el cuerpo llegando a provocar la muerte. Entonces, Sekiya & Suzuki quisieron hacer este mismo experimento, pero esta vez usando los hepatocitos inducidos. Los resultados fueron favorables, los iHep pudieron regenerar el hígado de la misma manera como lo hicieron los hepatocitos maduros y los ratones aumentaron su esperanza de vida de 27 días a 10 semanas. Por si fuera poco, Sekiya & Suzuki lograron regenerar el hígado de ratones mutantes a partir de fibroblastos embrionarios de ratones mutantes. Para ello insertaron —a parte de los genes Hnf1a y Foxa3— el gen Fah sano en los MEFs mutantes, logrando generar iHep sanos. También pudieron regenerar el hígado de un ratón mutante macho usando los iHep provenientes de fibroblastos de ratones hembras sanas. De esta manera, los investigadores demostraron el potencial uso terapéutico de esta técnica ya que los iHep son funcional y morfológicamente similares a los hepatocitos naturales. Además, usando la ingeniería genética, Sekiya & Suzuki lograron corregir los errores genéticos hepáticos antes de trasplantarlos. Debido a que para extraer los MEF de los embriones de los ratones se necesita quitar todos los órganos del sistema digestivo, incluyendo el hígado, cabe la posibilidad que los MEF obtenidos puedan estar contaminados con células progenitoras hepáticas, y sean estas en realidad las responsables de la formación de las iHep. Para descartar esta hipótesis, los investigadores usaron fibroblastos dérmicos extraídos de la piel de ratones adultos y les insertaron los genes Hnf1a y Foxa3. Estos fibroblastos también tuvieron la capacidad de producir iHep y regenerar los hígados de los ratones mutantes al gen Fah. De esta manera pudieron demostrar dos cosas: la formación de las células hepáticas inducidas no se debe a una contaminación con células hepáticas progenitoras y que se pueden usar tanto fibroblastos embrionarios como adultos para generar los iHep. Esto último es muy importante ya que, si se quiere hacer lo mismo en humanos, no se requeriría el uso de células embrionarias. El uso de células embrionarias trae consigo un problema ético porque se tiene que destruir el embrión para poder obtener las células requeridas, lo que indicaría, según las leyes actuales, matar a un ser humano. Sin dudas hay un gran avance en estas técnicas de transdiferenciación —transformar una célula diferenciada en otra célula diferenciada— ya que hace unas semanas vimos que Pang et al. lograron transformar una célula de la piel en una neurona. Con el paso de los años veremos que la medicina regenerativa en base a las células madre inducidas a pluripotencia (iPSC) y a la transdiferenciación serán parte fundamental de la reconstrucción de órganos dañados como el hígado (debido a la cirrosis o la hepatitis), el corazón (tras un ataque cardiaco), etc. Referencia: Sekiya, S., & Suzuki, A. (2011). Direct conversion of mouse fibroblasts to hepatocyte-like cells by defined factors Nature DOI: 10.1038/nature10263 Esta entrada participa en el V Carnaval de Biología celebrado en Feelsynapsis. BioUnalm
... Read more »
Sekiya, S., & Suzuki, A. (2011) Direct conversion of mouse fibroblasts to hepatocyte-like cells by defined factors. Nature. DOI: 10.1038/nature10263
- June 29, 2011
- 07:39 PM
- 455 views
Análisis genómico completo del cáncer de ovario no revela nada nuevo
by David Castro in BioUnalm
El cáncer de ovario, el segundo cáncer más frecuente en mujeres menores de 30 años, es una de las neoplasias más difíciles de detectar en sus primeras etapas y cuando es detectado en sus etapas avanzadas, la quimioterapia genera una reincidencia de tumores resistentes al agente terapéutico en el 25% de los pacientes y sólo la tercera parte de estos pacientes logran vivir al menos cinco años más. Ante la falta de tratamientos efectivos contra este cáncer, Científicos del Proyecto Atlas del Genoma del Cáncer han realizado un estudio genómico completo de muestras de tumores de pacientes con la versión más agresiva de este cáncer, a fin de detectar mutaciones asociadas al desarrollo de esta enfermedad. Los resultados fueron publicados hoy en Nature. Los investigadores analizaron la expresión de los ARN mensajeros (ARNm), los micro ARNs (miARNs), las variaciones del número de copias de ADN (CNV) y las metilaciones del ADN de muestras de tumores de ovario de 489 pacientes [Los datos pueden verlos aquí]. Además se hizo un análisis de los exones —regiones del ADN que llegan a expresarse a proteína— de 316 de las 489 muestras. Todas estas secuencias fueron comparadas con aquellas obtenidas de células normales para determinar en que regiones habían mutado. En total se encontraron más de 19,000 mutaciones (~61 por tumor). Usando un par de herramientas bioinformáticas, los investigadores encontraron un total de nueve genes mutados asociados al desarrollo del cáncer de ovario, donde tres de ellos se presentaban en un buen porcentaje de los pacientes: la mutación del gen tp53 estaba presente en el 96% de los casos (en 303 de las 316 muestras) y la mutación en los genes brca1 y brca2 se presentaban en el 9% y 8% de los casos, respectivamente. Los otros seis genes asociados al cáncer de ovario tenían un porcentaje más bajo de incidencia (2 – 6%), los cuales son: rb1, nf1, fat3, csmd3, gabra6 y cdk12. Los investigadores encontraron un alto grado de metilación en al menos 168 genes presentes en los tumores. Cuando un gen se encuentra hipermetilados, su nivel expresión se reduce considerablemente, y muchas veces el gen llega a ser silenciado. El equipo encontró que, por ejemplo, el gen brca1 se encontraba hipermetilado en el 11.5% de los casos. En cuanto a la influencia de las mutaciones, las diferencias en el número de copias de ADN y las hipermetilaciones sobre las vías metabólicas, los investigadores encontraron que dos de ellas, la RB1 y la PI3K/RAS —ambas encargadas del control del crecimiento, proliferación y supervivencia de las células— no estaban reguladas correctamente en el 67% y 45% de los casos, respectivamente. La vía de señalización NOTCH también se encontraba alterada en el 22% de los casos. Por otro lado, el factor de transcripción que regula la expresión de FOXM1 —la molécula del año 2010— se encontraba alterada en el 87% de los casos. Todas estas proteínas están envueltas en los mecanismos de proliferación celular, esto quiere decir que si se encuentran alteradas, las células se dividirán sin control formando un tumor. A pesar que el presente estudio encontró una enorme variación estructural de los genomas de los tumores (hipermetilaciones), incluyendo grandes diferencias en el número de copias de ADN de al menos 30 genes, de los cuales 23 se encontraban presentes en el 50% de los tumores; todos los genes mutados encontrados ya han sido reportados previamente, así que no provee de nuevos datos donde seguir investigando. Referencia: The Cancer Genome Atlas Research Network (2011). Integrated genomic analyses of ovarian carcinoma Nature, 474 (7353), 609-615 DOI: 10.1038/nature10166 BioUnalm
... Read more »
The Cancer Genome Atlas Research Network. (2011) Integrated genomic analyses of ovarian carcinoma. Nature, 474(7353), 609-615. DOI: 10.1038/nature10166
- June 27, 2011
- 10:37 PM
- 577 views
Científicos secuencian el genoma del demonio de Tasmania para evitar su extinción
by David Castro in BioUnalm
Los demonios de Tasmania (Sarcophilus harrisii) se encuentran en peligro de extinción debido a un cáncer que, por muy extraño que suene, es contagioso; y para hacer más trágica la situación, la diversidad genética de estos animales es sumamente baja, lo que no les permite adquirir genes de resistencia para poder contrarrestar esta enfermedad que los está borrando del mapa. Un grupo internacional de científicos liderados por el Dr. Webb Miller del Centro de Genómica Comparativa y Bioinformática de la Universidad de Pensilvania han secuenciado y comparado el genoma de dos demonios separados geográficamente uno del otro para determinar genes de resistencia y variabilidad genética que les permitan conservar a la especie. Los resultados aparecen publicados hoy en PNAS. Los demonios de Tasmania son los marsupiales carnívoros más grandes del mundo que sólo pueden ser encontrados, como su nombre lo dice, en la Isla de Tasmania. Actualmente su número se ha reducido a tan sólo 40,000 individuos debido a una rara enfermedad descubierta en 1996 conocida como Tumor Facial del Demonio (DFTD: Devil Facial Tumor Disease). Esta enfermedad es un cáncer contagioso, algo sumamente raro ya que sólo se conocen dos cánceres de este tipo: el DFTD y el Tumor Venéreo Transmisible de los perros (CTVT). Esta cáncer parasitario contagioso tiene una tasa de mortalidad del 100%, lo que ha provocado que la población de demonios se reduzca en un 90% desde el brote reportado en 1996. El DFTD se originó en la región noreste de la Isla de Tasmania y poco a poco ha ido avanzando hacia el otro extremo de la isla. Se cree que si no se controla la enfermedad, en 5 años abarcaría toda la isla y los días para estos animales estaría contados. El principal problema radica en la baja diversidad genética de los demonios. Los análisis genéticos de los tumores demostraron que todos eran iguales (tienen un mismo haplotipo), por lo tanto, tienen los mismos antígenos de superficie. Si los demonios tuvieran una mayor diversidad genética, fácilmente cada individuo podría detectar estas células cancerosas parasitarias —tendrían distintos antígenos— y los eliminarían. Pero, como su diversidad genética es baja, los antígenos del tumor son similares a los antígenos del hospedero, haciendo imposible que el sistema inmune pueda reconocerlos. Miller et al. secuenciaron el genoma de dos demonios, uno llamado Cedric que era descendiente de demonios que habitan el noroeste de la isla, y otra llamada Spirit quien fue encontrada moribunda debido a la DFTD en la región suroeste de la isla. Cedric, quien era mantenido en cautiverio, había sobrevivido a múltiples infecciones con diferentes cepas de DFTD, hasta que finalmente sucumbió a una de ellas; pero su muerte no fue en vano, ya que este muchacho demostró tener algunos genes que le permitieron resistir diferentes infecciones. El genoma de estos demonios era relativamente grande (3,300 millones de pares de base, casi similar al tamaño del genoma humano). Al compararlos observaron cerca de un millón de diferencias (substituciones) entre ellos, lo cual es relativamente bajo. Por ejemplo, el número de diferencias que hay entre el genoma de un nativo africano y un japonés es de ~4.8 millones, mientras que el número de diferencias que hay entre un japonés y un chino es de ~3.3 millones. Pero, a diferencia de los individuos humanos, los demonios tenían registros históricos en sus genomas de una mezcla de estas dos poblaciones. Para hacer un análisis más a fondo, Miller et al. secuenciaron el ADN mitocondrial de 13 demonios. Las diferencias encontradas entre ellos fue muy baja: menos de la mitad a la encontrada entre dos individuos europeos diferentes y la sexta parte a la encontrada entre dos nativos africanos diferentes. Estas diferencias se han mantenido por al menos los últimos 100 años, lo cual es algo alentador porque de alguna manera la diversidad genética, a pesar de ser poca, no se está reduciendo. Con una buena estrategia de conservación, se podría repoblar a los demonios, mezclándolos para aumentar la diversidad genética, pero para ello se deben identificar individuos libres del DFTD y mantenerlos en cautiverio para evitar contagios. Los investigadores han identificado siete regiones de la isla donde capturar demonios con un número de diferencias genéticas suficientes como para establecer un programa de conservación, tratando de aumentar su diversidad genética. Algunas de estas regiones son zonas donde la prevalencia de la enfermedad es alta. Si se encuentran demonios sanos en estas zonas de alto riego, se pueden obtener caracteres que confieran protección a los demonios descendientes contra la enfermedad. Los investigadores han hecho público todos los datos obtenidos del secuenciamiento a fin de que otros investigadores puedan usarlo para tratar de rescatar esta especie de la extinción, por ejemplo, buscar variantes proteicas que confieran resistencia contra la DFTD. Miller et al. encontraron tres mutaciones asociadas con la enfermedad al secuenciar el genoma del tumor de Spirit, las cuales afectan el ciclo celular y la tasa de muerte celular. Sin embargo, no basta con secuenciar un genoma para poder entender a una especie. Un claro ejemplo es nuestro propio genoma, el cual lleva más de 10 años de ser secuenciado y hasta ahora no hemos logrado entenderlo completamente, mucho menos usarlo para el bien de la humanidad, tal como se había predicho al momento de iniciar con el proyecto, allá por los años 90’s. Para terminar, les pongo un bonito esquema, bastante ilustrativo, del número promedio de diferencias en el ADN mitocondrial que podemos encontrar entre dos individuos de la misma especie, tomado del presente artículo [dale clic para agrandar la imagen]: Referencia: Webb Miller, & et al (2011). Genetic diversity and population structure of the endangered marsupial Sarcophilus harrisii (Tasmanian devil) Proceedings of the National Academy of Sciences : 10.1073/pnas.1102838108 ... Read more »
Webb Miller, & et al. (2011) Genetic diversity and population structure of the endangered marsupial Sarcophilus harrisii (Tasmanian devil). Proceedings of the National Academy of Sciences. info:/10.1073/pnas.1102838108
- June 26, 2011
- 11:16 AM
- 429 views
La luz azul como interruptor de genes
by David Castro in BioUnalm
Activar y desactivar genes no es una tarea tan sencilla como prender o apagar un foco, aunque, según un artículo publicado en el último número de Science, ya estamos cerca de hacerlo. Científicos del Instituto Tecnológico Federal de Suiza han combinando la biología sintética y la optogenética para desarrollar células capaces de activar ciertos genes simplemente prendiendo un foco azul. La optogenética es una herramienta que usa la luz para expresar ciertos genes y activar determinados procesos metabólicos y fisiológicos en los tejidos vivos. La base de esta técnica se encuentra en un fotopigmento encontrado en las células fotosensibles de la retina llamado melanopsina, que es un receptor acoplado a la proteína G*. La melanopsina tiene en su estructura un cromóforo llamado 11-cis-retinal, quien es el encargado de absorber la luz azul. * Los receptores acoplados a la proteína G son los encargados de conectar el exterior con el interior de las células. Consta de una proteína que atraviesa la membrana celular (receptor) y una proteína encargada de transmitir la señal captada por el receptor llamada proteína G. Gracias a ellos, las células pueden activar determinadas vías metabólicas y fisiológicas en respuesta a un estímulo externo. Cuando la luz incide en nuestros ojos, el 11-cis-retinal presente en la melanopsina absorbe la luz azul (~480nm) desencadenando una serie de reacciones bioquímicas que provocan la activación del canal receptor de potencial transitorio (TRPC). Este canal permite el ingreso de iones calcio (Ca2+) hacia el citoplasma, ya sea desde el exterior o desde el retículo endoplasmático. Luego, los Ca2+ que se van acumulando en el citoplasma activan un par de reacciones bioquímicas en la que están involucradas la calmodulina y la calcineurina. La calmodulina es una proteína sensora de calcio que se activa cuando las concentraciones citoplasmáticas de este ión aumentan. Esta proteína sensora fosforila a la calmodulina quien transfiere este grupo fosfato al factor nuclear de células T activadas (NFAT) para activarlo y pueda entrar al núcleo. Finalmente, este factor reconoce la región promotora PNFAT para activar la expresión de ciertos genes. Aquí les pongo una ilustración para que entiendan como se da este proceso de transducción de señales. Lo que hicieron Ye et al. fue introducir el gen que codifica para la melanopsina en diferentes líneas celulares de humanos y ratones. Además, insertaron conjuntamente el gen que codifica para la luciferasa (enzima que genera la bioluminiscencia) bajo el control del promotor PNFAT. De esta manera, si las células producen bioluminiscencia al ser sometidas a la luz azul indicaría que este sistema de transducción de señales puede funcionar en otros tipos celulares y no solo en las células fotosensibles de la retina. Los mejores resultados se obtuvieron con la línea celular renal embrionaria (HEK293). Para corroborar estos resultados, repitieron el experimento con las HEK293 pero esta vez reemplazaron la luciferasa por una fosfatasa alcalina y por la proteína amarilla fluorescente. La máxima expresión se dio a las 24 horas de haber sido sometidos a pulsos continuos de luz azul de 5 segundos, en intervalos de 10 segundos. Estos resultados indican que los componentes endógenos (propios de la línea celular) de la vía de transducción activada por la melanopsina funcionan correctamente. Luego, Ye et al. llevaron estos experimentos a una escala superior. Cultivaron la células en pequeños biorreactores de 200ml (~ 5*107 células) y estudiaron la producción de la fosfatasa alcalina por 10 días. Los datos mostraron que la producción de esta enzima aumentaba con el paso de los días. Ahora sólo quedaba probar si este mecanismo podría funcionar in vivo. Para esto Ye et al. introdujeron las células HEK293 productoras de la fosfatasa alcalina activada por luz microencapsuladas dentro de los ratones. Los niveles de fosfatasa alcalina presentes en el suero del ratón demostraron que los implantes de células activadas por luz funcionaban correctamente. En otras palabras, los ratones empezaron a producir la fosfatasa alcalina cuando eran sometidos a pulsos de luz azul. Distintas pruebas realizadas por Ye et al. Primero en placas petri (sup. izq), luego en un pequeño biorreactor de 200ml (med. izq), luego introduciendo las células encapsuladas intraperitonealmente (der) y subcutáneamente (inf. izq). Finalmente, al ver que este mecanismo funcionaba en ratones vivos, Ye et al. se preguntaron si se podía usar con fines terapéuticos. Para ello usaron una línea de ratones diabéticos al cual le introdujeron subcutáneamente una microcápsula portando las células HEK293 modificadas para producir el péptido similar al glucagón tipo 1. Este péptido es un potente modulador de los niveles de glucosa en sangre a través del aumento de los niveles de insulina, así que tiene un potencial uso como agente terapéutico para controlar la diabetes tipo 2. Los ratones fueron sometidos a 48 horas de pulsos de luz azul para activar el mecanismo de transducción dependiente de la melanopsina. Al cabo de este tiempo, los investigadores observaron que los niveles de insulina en sangre aumentaron mientras que los niveles de glucosa se redujeron significativamente. Sin dudas son resultados muy alentadores ya que podría optimizarse para que funcione en el hombre y de esta manera tener un método eficaz para tratar las patologías relacionadas con los niveles de glucosa en sangre. Para concluir, este mecanismo podría ser aprovechado por la industria farmacéutica cuyo principal problema al momento de producir agentes terapéuticos recombinantes, sobre todo los anticancerígenos, es que estos productos afectan el crecimiento y la viabilidad de sus células productoras ya que su función es esa —detener el ciclo celular y/o inducir la apoptosis. Para evitar esto, la producción de estos agentes terapéuticos debe darse en momentos específicos del desarrollo celular, por ejemplo, en la fase estacionaria, para así reducir los efectos perjudiciales sobre su viabilidad y crecimiento. Y para que esto sea posible, se debe tener la capacidad de activar esos genes en un momento preciso. Así que ahora podemos ver con claridad el gran potencial de esta técnica. Referencia: ... Read more »
Ye, H., Baba, M., Peng, R., & Fussenegger, M. (2011) A Synthetic Optogenetic Transcription Device Enhances Blood-Glucose Homeostasis in Mice. Science, 332(6037), 1565-1568. DOI: 10.1126/science.1203535
- June 23, 2011
- 08:33 PM
- 512 views
Estrés en la ciudad
by David Castro in BioUnalm
¿Ustedes creen que las personas que viven en las grandes ciudades son más estresadas que aquellas que viven en los pequeños poblados o zonas rurales? Al parecer la respuesta es afirmativa, ya que las grandes urbes están plagadas de gente, ruidos molestos, contaminación, etc. que directa o indirectamente nos afectan psicológicamente. Un estudio publicado ayer en Nature da una respuesta concluyente a esta interrogante a través de del uso de las imágenes de resonancia magnética funcional de cerebros de personas que viven, tanto en zonas urbanas como rurales, al ser sometidas a diferentes situaciones estresantes. En nuestros días, más del 50% de la población mundial vive en las grandes ciudades y este número aumentará hasta casi un 70% para el 2050. Si bien, en promedio, son los citadinos quienes reciben mejores servicios de salud, alimentación, educación y recreación, también son los más propensos a sufrir de desórdenes emocionales y trastornos psicológicos debido al ambiente social estresante y desigual en el que viven. Por ejemplo, se ha demostrado que vivir en zonas urbanas aumentan el riesgo de sufrir de depresión y ansiedad, así como también, la tasa de personas que sufren de esquizofrenia es el doble que en las zonas rurales —claro, tomando en cuenta a aquellos individuos genéticamente predispuestos a padecerla. Pero, ¿todo esto se da a causa del ambiente caótico de las grandes urbes? Para corroborar experimentalmente esta hipótesis, investigadores del Instituto Central de Salud Mental de la Universidad de Heidelberg (Alemania) liderados por Florian Lederbogen, tomaron a un grupo voluntarios sanos que viven o han vivido en ambientes urbanos y/o rurales (ciudades de la figura inicial), a los que les hicieron un análisis de resonancia magnética funcional (fMRI) para ver qué regiones de sus cerebros se activaban mientras eran sometidos a distintas situaciones sociales estresantes, por ejemplo, resolver problemas aritméticos bajo un límite de tiempo y cuya dificultad aumentaba a medida que respondían bien las preguntas. Para que la situación sea realmente estresante, los investigadores exponían a los participantes al ruido típico de las grandes ciudades a través de unos audífonos. El experimento no solo aumentó el ritmo cardiaco, la presión sanguínea y los niveles de cortisol en la saliva de los participantes —síntomas típicos del estrés— sino que también aumentó la actividad cerebral en regiones involucradas con las emociones y el estrés. Por ejemplo, Lederbogen et al. observaron que la activación de la amígdala era mayor en los participantes que vivían en las zonas urbanas, a medida que estas eran más pobladas. También observaron que la activación de la corteza cingulada pregenual anterior —región que se activa cuando sentimos vergüenza— era mayor cuanto más tiempo el participante vivía en una ciudad grande. Para corroborar estos resultados, los investigadores tomaron a otro grupo de participantes a los cuales les sometieron a una situación diferente. Los participantes debían resolver dos tipos de problemas (aritméticos y mentales) bajo la mirada atenta y desaprobatoria de un investigador en un video. Los resultados fueron similares al experimento anterior. Pero, ¿no será que el estrés se deba más al desarrollo de los problemas aritméticos y mentales en sí y no al efecto de las zonas urbanas?. Para descartar esta hipótesis Lederbogen et al. desarrollaron otro experimento más sencillo en el cual los participantes deberían poner a prueba su memoria y asociar rostros a estados emocionales sin ningún tipo de estrés externo. Los resultados mostraron que no había ningún tipo de asociación en la activación de la amígdala ni la corteza cingulada pregenual anterior. Estudios previos ya habían demostrado una asociación de la activación de estas regiones del cerebro en personas con predisposición genética a tener desórdenes psiquiátricos, así como la activación de la amígdala y su relación con el tamaño de la red social de cada personas (cuanto más se activa la amígdala, la persona será más sociable) y con la sensación de la violación del espacio personal; lo que indicaría que el estrés producido en las personas que viven en las grandes ciudades podrían influir en el desarrollo de trastornos mentales. Pero, este efecto observado por Lederbogen y sus colaboradores no podría ser confundido con el efecto que tienen otros factores de la sociedad humana per se, por ejemplo, el nivel de educación, los ingresos económicos, el estatus familiar, la relación con su pareja, la personalidad, el estado de ánimo, etc. Sin dudas son muchos factores que podrían influir en el estrés, pero los investigadores creen que ningunos de estos factores tienen un efecto significativo como el obtenido en los experimentos realizados, ya que las personas que viven en zonas rurales también tienen son afectados por estos mismos factores. Sin dudas faltan realizar experimentos a gran escala, tomando en cuenta muchos más factores, pero para ser los primeros resultados que demuestran una asociación entre el nivel de estrés con respecto a la vida en las grandes ciudades, son bastante alentadores. Los psicólogos creen que uno será emocionalmente más estable cuando siente que puede controlar su vida diaria. De todas maneras, con el rápido crecimiento de la población mundial que se da en nuestros días, debemos entender mejor este proceso. Referencia: Lederbogen, F., Kirsch, P., Haddad, L., Streit, F., Tost, H., Schuch, P., Wüst, S., Pruessner, J., Rietschel, M., Deuschle, M., & Meyer-Lindenberg, A. (2011). City living and urban upbringing affect neural social stress processing in humans Nature, 474 (7352), 498-501 DOI: 10.1038/nature10190 BioUnalm
... Read more »
Lederbogen, F., Kirsch, P., Haddad, L., Streit, F., Tost, H., Schuch, P., Wüst, S., Pruessner, J., Rietschel, M., Deuschle, M.... (2011) City living and urban upbringing affect neural social stress processing in humans. Nature, 474(7352), 498-501. DOI: 10.1038/nature10190
- June 22, 2011
- 04:19 AM
- 463 views
Una proteína de la retina humana funciona como un sensor magnético en la mosca de la fruta
by David Castro in BioUnalm
Muchos animales tienen la capacidad de sentir el campo magnético de la Tierra y generalmente lo usan para orientarse durante sus migraciones anuales. Obviamente nosotros no somos capaces de sentirlo, pero una flavoproteína llamada criptocromo 2 (CRY2), la cual se expresa en la retina humana, puede funcionar como un receptor magnético dependiente de la luz en la mosca de la fruta según un artículo publicado hoy en Nature Communications. Los criptocromos son unos fotorreceptores encargados de absorber la luz UV y azul, a longitudes de onda que van de 380 a 450nm. Estas flavoproteínas se encuentran presentes tanto en plantas como en animales y una de sus principales funciones es controlar el ritmo circadiano. Dentro de los animales existen dos tipos de criptocromos: el tipo 1, que es típico de los insectos, y el tipo 2 que puede estar presente tanto en vertebrados como en invertebrados. En el año 2000, Ritz et al. descubrieron que los criptocromos podrían forman parte del sistema de magnetorrecepción en muchos animales; tales como, las aves y las tortugas. Hace tres años, Gegear et al. dieron la primera evidencia genética de que CRY formaba parte fundamental del sistema de magnetorrecepción dependiente de la luz en la mosca de la fruta, ya que cuando bloquearon la luz con longitudes de onda menores a 420nm o cuando mutaron el gen cry, las moscas fueron incapaces de percibir los campos magnéticos. El año pasado, Gegear et al. lograron restaurar el sistema de magnetorrecepción en moscas de la fruta deficientes en CRY usando la versión CRY2 de la mariposa monarca. En el hombre podemos encontrar dos versiones del criptocromo tipo 2: la hCRY1 y la hCRY2, siendo esta última la que más se expresa en nuestras retinas. Un grupo de investigadores liderados por la neurobióloga Lauren Foley de la Escuela de Medicina de la Universidad de Massachusetts, desarrollaron una línea de moscas transgénicas a las cuales les quitaron su gen cry original y le insertaron la versión humana (hcry2) para ver si ésta también tenía la capacidad de hacer funcionar su sistema de magnetorrecepción. Las moscas fueron sometidas a campos magnéticos artificiales en un ambiente dispuesto en “T”. La mosca entra por la parte inferior y se dirige hacia el punto donde se bifurca el camino. En uno de los brazos hay un campo magnético mientras que en el otro no. Normalmente las moscas evitan los campos magnéticos fuertes, pero los investigadores entrenaron a un grupo de ellas para se dirijan hacia el campo magnético porque es ahí donde encontrarían una recompensa (un poco de agua con azúcar). Los resultados mostraron que cuando las moscas no tenía el gen cry, su preferencia por lado con el campo magnético o por el lado sin el campo magnético —dependiendo si estaban entrenadas o no— se reducía considerablemente, ya que su capacidad para reconocer los campos magnéticos se veía afectada. Por otro lado, las moscas que tenían el transgén hcry2 recuperaban su capacidad para distinguir los campos magnéticos. Pero, cuando se bloqueaba la luz de longitudes de onda menores a 400nm, su sistema de magnetorrecepción no funcionaba. Con esto quedaría demostrado que el gen CRY de origen humano aún es funcional dentro de un sistema de magnetorrecepción. Entonces, ¿esto indicaría que nosotros también somos capaces de sentir los campos magnéticos de la Tierra? Uhm…, tal vez conscientemente no lo sentimos y, para ser sincero, no creo que nos sirva para poder orientarnos tal como ocurre en muchas especies de animales; pero los campos magnéticos tal vez sí podrían influir en nuestra función visual a través de la CRY2. Por ahora, este novedoso campo de la neurociencia recién esta empezando a ser investigado. Referencia: Foley, L., Gegear, R., & Reppert, S. (2011). Human cryptochrome exhibits light-dependent magnetosensitivity Nature Communications, 2 DOI: 10.1038/ncomms1364 BioUnalm
... Read more »
Foley, L., Gegear, R., & Reppert, S. (2011) Human cryptochrome exhibits light-dependent magnetosensitivity. Nature Communications, 356. DOI: 10.1038/ncomms1364
- June 21, 2011
- 04:52 PM
- 425 views
Los murciélagos usan los pelos de sus alas como controladores de vuelo
by David Castro in BioUnalm
La superficie de las alas de los murciélagos se encuentran recubiertas por unos diminutos pelos microscópicos, los cuales fueron descritos hace más de 100 años, pero que hasta ahora se desconoce su función exacta. Una de las primeras hipótesis decía que estos pelitos eran unos receptores sensoriales que permitían a los murciélagos volar en la completa oscuridad sin llegar a chocar con los árboles y plantas de los bosques. Sin embargo, en 1940, Griffin y Galambos demostraron que esta habilidad se debía a un sofisticado sistema de sonar biológico, ahondando más el misterio de los pelos de las alas.
Un grupo de investigadores liderados por la Dra. Susanne Sterbing-D'Angelo de la Universidad de Maryland, han encontrado por fin la respuesta a este misterio. Según los resultados de sus experimentos que fueron publicados ayer en PNAS, estos pelos sirven para sentir la dirección y velocidad del viento que pasa por sus alas, para así poder ajustar su técnica de vuelo, en otras palabras, funciona como los tubos de Pitot de los aviones.
Sterbing-D'Angelo et al. usaron dos especies de muerciélagos, uno de vuelo rápido y otro de vuelo lento. Se sometió a los murciélagos a un estudio electrofisiológico para determinar que neuronas se activan cuando se les aplica un pequeño chorro de aire hacia los pelos de sus alas, a diferentes velocidades y direcciones. Los resultados mostraron que cuando el chorro de aire tocaba las alas había una activación de los receptores sensoriales (células de Merkel) en la base de los pelos, lo que confirmaría que son capaces de reconocer la dirección de los flujos de aire, especialmente, los que van en sentido reverso y las turbulencias. Esto indicaría que dicha información es usada por el murciélago para estabilizar su vuelo. Este mismo experimento se repitió pero con las alas depiladas y se observó que no había una respuesta significativa los chorros de aire.
Luego, los investigadores quisieron ver si las alas depiladas afectaban la eficiencia del vuelo de los murciélagos. Para ello los pusieron en una habitación iluminada con una tenue luz roja de longitud de onda larga —simulando la oscuridad de la noche— y llena de diferentes obstáculos simulando ser árboles. Antes del experimento, entrenaron a los murciélagos para que ubicaran su fuente de alimento al otro extremo de la habitación. Luego, pusieron a los murciélagos en la habitación con obstáculos y los grabaron con cámaras infrarrojas ubicadas en las esquinas de la habitación para determinar su comportamiento de vuelo.
Los resultados fueron concluyentes. Los murciélagos que tenían las alas depiladas mostraban un patrón de vuelo más cauteloso, haciendo curvas más prolongadas antes de acercarse demasiado a los obstáculos; mientras que los murciélagos no depilados superaban los obstáculos con maniobras más osadas. Sin embargo, la velocidad de vuelo de los murciélagos aumentó considerablemente (de 2.5m/s a 3.5m/s) cuando se depilaba la parte posterior de las alas (trailing edge), algo que no ocurrió cuando se depilaba la parte anterior (leading edge) o media de las alas.
Sterbing-D'Angelo y sus colabroadores explican que cuando se depila la parte posterior de las alas, los murciélagos no sienten el flujo de aire que debería pasar por ahí, y creen que su vuelo es demasiado lento, por eso aumentan su velocidad y, por lo tanto, reduce el ángulo en que toman las curvas. Por otro lado, cuando se depila la parte delantera del ala, no hay un aumento en la velocidad de vuelo, lo que sigiere que la función de esta región se da cuando el murciélago vuela lento.
Finalmente los investigadores concluyen que estos pelos sirven para que el murciélago tenga un mejor control de vuelo, en cuanto a velocidad y altura, sobre todo cuando necesita evadir los obstáculos gracias a su sistema de ecolocalización, para así poder evitar perder la fuerza de suspensión qie genera el aire sobre sus alas, tal como lo hace el tubo de Pitot en un avión.
Referencia:
Sterbing-D'Angelo, S., Chadha, M., Chiu, C., Falk, B., Xian, W., Barcelo, J., Zook, J., & Moss, C. (2011). Bat wing sensors support flight control Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1018740108 BioUnalm
... Read more »
Sterbing-D'Angelo, S., Chadha, M., Chiu, C., Falk, B., Xian, W., Barcelo, J., Zook, J., & Moss, C. (2011) Bat wing sensors support flight control. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1018740108
- June 17, 2011
- 04:18 PM
- 428 views
Los perros pueden discriminar los olores de gemelos idénticos
by David Castro in BioUnalm
Imaginen que un asesinato es perpetrado por una persona que tiene un gemelo idéntico. Esta persona niega haber sido el responsable de la muerte y acusa a su hermano del hecho. La única pista que tiene la policía es una muestra de cabello y una sudadera que no corresponden a la víctima. En una situación normal, el cabello sería más que suficiente para identificar al asesino a través de un análisis genético del ADN obtenido de las células de la raíz; sin embargo, en este caso, el perfil genético será el mismo en ambos hermanos. Entonces, ¿cómo se podría determinar quién fue el asesino?. Según un artículo publicado el martes 14 de Junio en PLoS ONE, los perros policías podrían identificarlo en base al olor de la sudadera.
En muchos países del mundo, sobre todo en Europa, se usan a los perros policías entrenados en la identificación de olores dentro de la investigación criminal y la medicina forense. Sin embargo, debido a la falta de estudios que demuestren su eficacia y reproducibilidad, en muchos otros países este procedimiento no goza de una amplia aceptación. Y es que la capacidad de reconocer un determinado olor por parte de los canes dependerá mucho del rigor con el que fueron entrenados, de su edad y salud, y de la concentración que le ponen a la tarea encomendada; factores que muchas veces no pueden ser controlados.
Numerosos estudios han demostrado que el complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) —encargado de la expresión de una gran variedad de antígenos en la superficie de los linfocitos T que activan la respuesta inmune— es el responsable del olor específico de una persona. Sin embargo, los gemelos idénticos (monocigóticos) —originados de un mismo óvulo fecundado— tienen la misma composición genética, por lo tanto el mismo CMH; entonces, los perros no serían capaces de discriminarlos en base al olor. Muchos estudios han tratado de demostrar que los perros si tienen la capacidad de diferenciarlos, pero los resultados no han sido concluyentes, muchas veces a causa de que los perros no han sido bien entrenados o por problemas en el diseño del experimento.
Para dar una respuesta final a esta interrogante, un grupo de investigadores checos liedaros por Ludvík Pinc de la Universidad Checa de Ciencias de la Vida, usaron 10 pastores alemanes entrenados para identificar olores dentro de los destacamentos de la policía regional. Los perros fueron sometidos a las sudaderas de algodón (marca ARATEX) de dos pares de gemelos monocigóticos (de 5 y 7 años) y dos pares de gemelos dizigóticos o mellizos (de 8 y 13 años). La ropa impregnada con el olor de cada uno de los niños fue puesta dentro de frascos de vidrio. Los investigadores además usaron frascos con ropas impreganadas con los olores de otros niños de la misma edad (distractores) para evaluar la capacidad discriminatva del olfato canino.
Primero los perros fueron entrenados para reconocer un olor específico (C: control). Para ello los perros debían oler un primer frasco (indicador) y luego identificar el frasco donde se encontraba el mismo olor dentro de las siete posibilidades dispuestas linealmente. La ropa impreganada con el aroma de los gemelos fue rotulada como A y B. [Un ejemplo de uno de los experimentos se muestra en la figura anterior]. Los perros pudieron discriminar fácilmente los olores de cada uno de los gemelos, tanto monocigóticos como dicigóticos (# pruebas=120, # de incorrectos=0).
Como los participantes eran niños gemelos y no adultos gemelos, las probabilidades de que existan diferencias en sus olores debido a factores externos como la vivienda, la alimentación, la crianza, la higiene, etc. se reducían al mínimo. Así que con estos resultados, los investigadores demostraron que si los perros están bien entrenados pueden discriminar fácilmente entre los olores de gemelos idénticos o mellizos. De esta manera, los peritos forenses podrían valerse de los canes si se llega a presentar un caso similar al mencionado al inicio del presente post.
Referencia:
Ludvík Pinc, Luděk Bartoš, Alice Reslová, & Radim Kotrba (2011). Dogs Discriminate Identical Twins
PLoS ONE : 10.1371/journal.pone.0020704 BioUnalm
... Read more »
Ludvík Pinc, Luděk Bartoš, Alice Reslová, & Radim Kotrba. (2011) Dogs Discriminate Identical Twins . PLoS ONE. info:/10.1371/journal.pone.0020704
- June 16, 2011
- 02:33 AM
- 560 views
Un isómero de la uridina suprime la terminación de la traducción
by David Castro in BioUnalm
La secuencia de aminoácidos de cualquier proteína está codificada por una combinación de 64 tripletes de nucleótidos conocidos como codones. De los 64 codones que conforman el código genético, tres de ellos no codifican para ningún aminoácido, siendo los encargados de terminar con el proceso de traducción. Un par de investigadores del Centro Médico de la Universidad de Rochester demostraron que si la uridina —el primer nucleótido de los codones de terminación— era cambiada por su isómero, la pseudouridina (Ψ), la traducción no se detenía según un artículo que publicaron hoy en Nature. Todo lo que somos y tenemos empieza en el ADN, una molécula compuesta de cuatro diferentes caracteres, los cuales se combinan de una manera específica para formar los genes. Los genes son a su vez transcritos a un intermediario llamado ARN mensajero (ARNm) quien es el encargado de llevar la información hacia los ribosomas —la maquinaria encargada de traducirlo y convertirlo en una secuencia de aminoácidos. Finalmente, esta secuencia de aminoácidos se plegará y adquirirá una estructura más compleja (tridimensional) llamada proteína. Si bien a grandes rasgos el proceso se ve sencillo, esto no es así. En los ribosomas pasa algo muy interesante. Los nucleótidos del ARNm son leídos de tres en tres. A cada uno de estos tripletes se le conoce como codón. La lectura de los codones se hace en una región exclusiva del ribosoma conocido como sitio A. Es aquí a donde llegan los ARN de transferencia (ARNt) los cuales portan en un extremo un determinado aminoácido en base a la secuencia de tres nucleótidos ubicados en el otro extremo y que es conocido como anticodón. Cada ARNt reconoce su respectivo codón en el ARNm, y los aminoácidos que son transportados por los ARNt se van uniendo, a través de enlaces peptídicos, para formar una larga cadena que va saliendo del sitio P del ribosoma. La traducción continúa hasta que se presenta uno de los tres codones de terminación en el ARNm: UAA, UAG o UGA; y como pueden ver, los tres codones de terminación tienen uridina en el primer nucleótido. No existe un ARN de transferencia con un anticodón complementario a los codones de terminación. Aquí actúan los factores de liberación —RF1 y RF2 en bacterias y eRF1 en eucariotas— quienes son los encargados de reconocer los codones de terminación y finalizar la traducción liberando la cadena de aminoácidos recién formada. En el año 1959, el bioquímico Waldo E. Cohn identificó la presencia de un nucleósido extraño en unas muestras de ARN. Este nucleótido tenía una composición química similar a la uridina, pero los estudios de resonancia magnética nuclear mostraron que la disposición de los enlaces eran diferentes (ver figura inicial): la ribosa (R) estaba unido al uracilo a través del nitrógeno y no a través del carbono. A este isómero lo llamaron pseudouridina y lo representaron con la letra griega psi (Ψ). La formación de la pseudouridina se da gracias a la acción de la enzima Ψ sintasa y la presencia de la caja H/ACA, un pequeño ARN nucleolar. Esta pseudouridina forma parte estructural de muchos tipos de ARN; tales como, los ARNt, los ARN ribosomales, los ARN pequeños nucleares y nucleolares. Por otro lado, las propiedades bioquímicas de esta pseudouridina son diferentes a las de la uridina, es por esta razón que John Karijolich y Yi-Tao Yu de Centro Médico de la Universidad de Rochester se preguntaron su este nucleósido sería capaz de alterar la funcionabilidad del codón de terminación del ARNm. Para responder a esta interrogante, Karijolich & Yu diseñaron y sintetizaron un ARNm artificial, el cual codificaba en su extremo inicial (N-terminal) una secuencia de seis histidinas (6His) y en el extremo final (C-terminal) una secuencia llamada ‘bandera’. Entre estas dos marcas (6His y bandera), se encontraba ubicado el codón de terminación UAA. A parte se diseñaron otros dos ARNm similares, con la diferencia en que uno tenía el codón de terminación cambiado por un codón codificante (CAA), el cual evitaría que se detenga la traducción; y el otro tenía el isómero pseudouridina (ΨAA) para ver cual es su efecto sobre la terminación de la traducción. Si la traducción se detiene, sólo se expresará el marcador 6His, pero si la traducción no se detiene, se expresará tanto 6His como bandera. Los resultados mostraron que cuando se cambiaba la uridina del codón de terminación por la pseudouridina, la traducción no se detenía, tal como ocurría cuando se reemplazaba el codón de terminación por un codón codificante. (El triángulo indica concentración de ARNm sintético, es mayor hacia la izquierda). Para corroborar estos resultados in vivo usaron a la levadura Saccharomyces cerevisiae. Karijolich & Yu le insertaron un plásmido portando el gen de resistencia al cobre (Cu2+) llamado Cup1, el cual presentaba una ligera modificación: el gen tenía insertado el codón de terminación UAA dentro de su secuencia. Además, la levadura fue modificada para que tuviera la capacidad de transformar la uridina en pseudouridina, y así observar el efecto sobre la expresión de la CUP1. Los resultados mostraron que cuando estaba presente el codón de terminación con la uridina, las levaduras no sobrevivían al medio con cobre ya que el gen Cup1 no se traduciría por completo; mientras que cuando la uridina del codón de terminación era cambiada por la pseudouridina, la traducción no se detenía y la proteína CUP1 lograba expresarse, confiriéndoles resistencia al cobre. Por otro lado, Karijolich & Yu también observaron que el codón de terminación isomerizado no era reconocido por cualquier ARNt al azar, sino que había preferencias por algunos de ellos. Los codones ΨAA y ΨAG tenían preferencia por la serina o la treonina (ambos con un grupo hidroxilo); mientras que el codón ΨGA tenía preferencia por la tirosina o la fenilalanina (ambos con un anillo fenólico). Esto quiere decir que la pseudouridina no sólo promueve la pérdida del reconocimiento de los codones de terminación, sino que también genera un punto de reconocimiento para otros aminoácidos específicos, extendiendo así el código genético. Lo que no han podido determinar los investigadores es cómo se da este proceso. Una hipótesis que manejan es que la pseudouridina podría afecta el mecanismo de reparación de errores del ribosoma. Por otro lado, este descubrimiento podría ser aprovechado —a través de la terapia génica— para el tratamiento de más de la tercera parte de los desórdenes genético... Read more »
Karijolich, J., & Yu, Y. (2011) Converting nonsense codons into sense codons by targeted pseudouridylation. Nature, 474(7351), 395-398. DOI: 10.1038/nature10165
- June 15, 2011
- 04:13 AM
- 545 views
Una bacteria produce sustancias volátiles que atraen a los predadores de los áfidos
by David Castro in BioUnalm
Los áfidos —también conocidos como pulgones— son considerados como una de las plagas más perjudiciales de la industria agrícola debido a su rápido crecimiento y habilidad para diseminarse por los campos de cultivo. El uso de agentes químicos para su erradicación ha generado la aparición de poblaciones resistentes y el control biológico, por ahora, no es muy efectivo. Por suerte, investigadores de la Universidad de Liege (Bélgica) han encontrado a una bacteria que habita en la mielada de los áfidos con la capacidad de generar sustancias volátiles que atraen a los predadores naturales de estos insectos según un artículo publicado hoy en Nature Communications. Los áfidos son responsables de cuantiosas pérdidas económicas en la industria agrícola ya que bajan el rendimiento de producción de los campos de cultivo. Estas plagas se alimentan principalmente del floema de las plantas. Al hacerlo, secretan una sustancia pegajosa conocida como mielada, la cual está conformada por una mezcla de azúcares, ácidos orgánicos, aminoácidos y algunos lípidos que es aprovechada por sus simbiontes naturales con los que se beneficia mutuamente: ellos le proveen de nutrientes y a cambio reciben protección (Ej. simbiosis áfidos-hormigas). Sin embargo, esta mielada puede ser también aprovechada por sus enemigos naturales, los cuales responden ante la presencia de señales químicas generadas por las plantas conocidas como semioquímicos. Por otro lado, la composición química de la mielada hace que ésta sea un excelente medio de cultivo para bacterias. Fue así que científicos belgas liderados por el entomólogo Pascal D. Leroy han encontrado una bacteria en la mielada del áfido Acyrthosiphon pisum que tiene la capacidad de producir sustancias semioquímicas que atraen al principal predador de este áfido, el sírfido Episyrphus balteatus. Los áfidos y las bacterias mantienen una estrecha relación simbiótica, por ejemplo, las Ricketsiellas que habitan dentro de los áfidos tienen la capacidad de cambiarlas de color y así ayudarlas a ocultarse o disuadir a algunos de sus depredadores como las mariquitas. Sin embargo, los áfidos nunca imaginarían que una de las bacterias que forman parte de su microbiota intestinal, la Staphylococcus sciuri, fuera capaz de traicionarla y generar sustancias que atraigan a sus enemigos. Leroy et al. usando modernas técnicas analíticas, purificaron y analizaron los compuestos químicos volátiles que emanaban de la mielada de los áfidos. En total lograron aislar 15 compuestos volátiles, entre ellos: alcoholes, cetonas, aldehídos, ácidos, una pirazina y un monoterpeno. Para determinar si eran las bacterias las responsables de la producción de estos compuestos, los investigadores filtraron y esterilizaron la mielada a fin de eliminar la carga microbiana. En la mielada estéril, la cantidad de compuestos volátiles fue mínima a diferencia de la mielada re-inoculada con S. sciuri. Para determinar si en realidad los compuestos volátiles generados por S. sciuri son capaces de atraer a los depredadores naturales de los áfidos, los investigadores rociaron la mielada original en plantas libres de áfidos y observaron la presencia de sírfidos cerca a ellas. Los resultados mostraron que cerca del 50% de los sírfidos analizados se encontraban rondando a menos de 30cm de las plantas y el 25% de ellas llegaron a posarse sobre sus hojas. Los mismos resultados se obtuvieron cuando otras plantas libres de áfidos fueron rociadas con la mielada estéril re-inoculada con S. sciuri. Luego los investigadores probaron cada compuesto volátil independientemente. Dos de ellos tenían la capacidad de atraer y estimular la ovoposición del ‘afidófago’ E. balteatus. Estos compuestos eran la 3-metil-2-butenal y el ácido 2-metilbutanoico. [Ver figura con la lista completa de compuestos volátiles] Finalmente, los investigadores probaron si la bacteria S. sciuri podría ser usada como un control biológico de áfidos, para así evitar el uso de pesticidas y otras sustancias tóxicas para el ser humano. Cultivaron a las bacterias en un medio comercial (Medio 863) donde produjeron las sustancias volátiles y luego probaron si funcionaban de la misma manera que la mielada. El experimento se hizo dentro de un pequeño túnel de viento donde se observó la respuesta de los depredadores de áfidos. Los resultados mostraron que el efecto del cultivo bacteriano era similar al encontrado en la mielada natural. Para validar estos resultados, se repitió el experimento en un invernadero y luego en un campo de cultivo de papas, obteniéndose resultados muy alentadores. Este es el primer estudio que demuestra la capacidad de una bacteria de generar sustancias semioquímicas o, también conocidas como kairomonas que atraen a los predadores naturales de los áfidos y promueven su ovoposición. También se ha demostrado el uso potencial como control biológico tanto en condiciones controladas de invernadero como en campo. Referencia: Leroy, P., Sabri, A., Heuskin, S., Thonart, P., Lognay, G., Verheggen, F., Francis, F., Brostaux, Y., Felton, G., & Haubruge, E. (2011). Microorganisms from aphid honeydew attract and enhance the efficacy of natural enemies Nature Communications, 2 DOI: 10.1038/ncomms1347 ... Read more »
Leroy, P., Sabri, A., Heuskin, S., Thonart, P., Lognay, G., Verheggen, F., Francis, F., Brostaux, Y., Felton, G., & Haubruge, E. (2011) Microorganisms from aphid honeydew attract and enhance the efficacy of natural enemies. Nature Communications, 348. DOI: 10.1038/ncomms1347
- June 14, 2011
- 01:15 AM
- 597 views
Todos nacemos con un promedio de 60 nuevas mutaciones
by David Castro in BioUnalm
Ya lo diría Armand Marie Leroi en su libro Mutantes: De la variedad genética y el cuerpo humano… "Todos somos mutantes. Pero, unos más que otros” y de seguro está en lo cierto. En 1947, el biólogo británico J. B. S. Haldane propuso que los gametos masculinos (espermatozoides) tienen una mayor tasa de mutación que su contraparte femenina, los óvulos. Esto se debe a que los espermatozoides se encuentran en constante división, el ADN se replica muchas más veces, aumentando las probabilidades de que ocurra algún error en el proceso. Sin embargo, un grupo internacional de científicos liderados por el Dr. Philip Awadalla de la Universidad de Montreal han demostrado que esto no es necesariamente así según un reporte publicado ayer en Nature Genetics. De manera sencilla, la tasa de mutación es el número de errores que se cometen al momento de copiar el ADN por cada generación. Como cada célula tarda un determinado tiempo en dividirse (tiempo de generación), la tasa de mutación será representada simplemente como el número de errores que se dan en un determinado tiempo o mutaciones por generación. Un ejemplo para entenderlo mejor: La tasa de mutación está determinada por la precisión de la enzima encargada de copiar el ADN (la ADN polimerasa). Digamos que la ADN polimerasa de un organismo unicelular “X” tiene una tasa de error de un nucleótido por cada cien millones de pares de base (te = 10-8pb). Además, el organismo “X” tiene un genoma de mil millones de pares de base (109pb) y que su tiempo de generación (tiempo que tarda en dividirse) es de dos días. Como el ADN se duplica sólo una vez, tendremos un total 10 mutaciones por cada división celular (#Mut = te * Genoma = 10-8pb * 109pb = 10), o también conocido como 10 mutaciones por generación. Como sabemos cuanto tarda en aparecer cada generación, podemos deducir —en base al número de mutaciones— cuanto tiempo ha pasado desde la última vez que compartió un ancestro común con un organismo “Y”. A esto se le conoce como el reloj molecular y es muy usado en la reconstrucción de árboles filogenéticos y evolutivos. En el caso de los primates como nosotros, los machos pueden producir millones y millones de espermatozoides cada día, ya que sus células germinales tienen la capacidad de dividirse constantemente antes de llegar a diferenciarse en el gameto masculino. Entonces, a mayor número de divisiones, mayor número de veces que se duplica el ADN y mayor cantidad de mutaciones que se irán acumulando a lo largo del tiempo. Por otro lado, las hembras nacen con un determinado número de células germinales, las cuales se dividen sólo una vez antes de llegar a diferenciarse en óvulos, los cuales serán liberados de uno a la vez periódicamente durante su madurez sexual. Es por esta razón que Haldane consideraba que los gametos masculinos tenían una mayor tasa de mutación que los gametos femeninos. En base a estas premisas, Donald F Conrad y colaboradores del Proyecto 1000 Genomas intentaron responder, por primera vez, estas preguntas: ¿cuántas nuevas mutaciones trae un niño al nacer? y ¿cuántas son de origen paterno y cuáles de origen materno?. Si Haldane está en lo cierto, la proporción de mutaciones de origen paterno debe ser mucho mayor. Conrad et al. usaron las secuencias genéticas completas de dos familias (cada una compuesta de tres personas: mamá, papá e hijo) y luego, usando unos novedosos algoritmos bioinformáticos, trataron de cuantificar el número de nuevas mutaciones (DNM: de novo mutations) que estaban presentes en el niño pero no en los padres. En total aparecieron aproximadamente unas 6,000 DNMs (3,236 de una familia y 2,750 de la otra), de los cuales 84 eran de origen germinal y 1,586 de origen no germinal o somático (que se originan a lo largo de la vida del niño). En base a los DNMs germinales, Conrad et al. determinaron la tasa mutación de las células germinales, la cual fue en promedio de 1.18 * 10-8pb. Cómo el genoma humano completo (diploide) tiene más de seis mil millones de nucleótidos (~6.4 * 109pb), entonces, cada hijo tendrá aproximadamente 60 nuevas mutaciones (#Mut = 6.4*109 * 1.18*10-8 = ~60). Sin embargo, las tasas de mutación de los gametos masculinos y femeninos fue diferente en cada una de las familias: en una familia, el 92% de las DNMs eran de origen paterno; mientras que en la otra, sólo el 36% lo eran. Con estos resultados, los investigadores demostraron que hay una alta variabilidad en la tasa de mutación de las células germinales masculinas y femeninas. Tal vez uno de los factores sea la edad de uno de los dos progenitores o la exposición a sustancias mutagénicas, etc. [Lamentablemente los datos de las secuencias usadas en este trabajo no contaban con dicha información]. Estos datos también pueden ser usados para compararlos con los mismos datos obtenidos de los chimpancés —nuestros parientes evolutivos más cercanos— o cualquier otro primate, para poder determinar cuánto tiempo ha pasado desde compartíamos un mismo ancestro evolutivo. Si sabemos que, en promedio, el tiempo de generación de un humano es de 20 años y la tasa de mutación es de 60 DNMs por generación, sería factible aproximarnos al tiempo de divergencia que tenemos. Muchos investigadores lo han calculado obteniendo la cifra de siete millones de años. Por otro lado, estas DNMs pueden ser usados como marcadores genéticos que podrían estar asociados a distintas patologías. Referencia: Conrad, D., Keebler, J., DePristo, M., Lindsay, S., Zhang, Y., Casals, F., Idaghdour, Y., Hartl, C., Torroja, C., Garimella, K., Zilversmit, M., Cartwright, R., Rouleau, G., Daly, M., Stone, E., Hurles, M., & Awadalla, P. (2011). Variation in genome-wide mutation rates within and between human families Nature Genetics DOI: 10.1038/ng.862 BioUnalm
... Read more »
Conrad, D., Keebler, J., DePristo, M., Lindsay, S., Zhang, Y., Casals, F., Idaghdour, Y., Hartl, C., Torroja, C., Garimella, K.... (2011) Variation in genome-wide mutation rates within and between human families. Nature Genetics. DOI: 10.1038/ng.862
topics
join us!
Do you write about peer-reviewed research in your blog? Use ResearchBlogging.org to make it easy for your readers — and others from around the world — to find your serious posts about academic research.
If you don't have a blog, you can still use our site to learn about fascinating developments in cutting-edge research from around the world.
