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Biólogo de la Universidad Nacional Agraria La Molina (Lima, Perú) con estudios de maestría en biología molecular. Especialista en Biotecnología en el Ministerio del Ambiente. Escribe sobre ciencia tratando que la gente se interese en ella tanto como él.
BioUnalm
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- May 17, 2013
- 12:23 AM
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Las ventajas de la prepublicación para los investigadores
by David Castro in BioUnalm
Una prepublicación —o comúnmente llamado preprint— es un artículo científico que es publicado antes de pasar la revisión por pares (peer-review) y ser aceptado por una revista científica. Actualmente, el portal más popular de prepublicaciones es ArXiv, aunque también existen otros no tan glamorosos como PeerJ y figshare. Las prepublicaciones nacieron con el principal objetivo de poner los resultados de una investigación a disposición de la comunidad científica lo más rápido posible; ya que, muchas veces, todo el proceso de publicación en una revista científica, desde el momento en que envías el artículo hasta que finalmente es aceptado después de pasar la revisión por pares, puede tardar muchos meses, incluso años. Y puede darse el caso de que tu idea o investigación sea tan revolucionaria o bizarra que finalmente sea rechazada. Compartir una investigación antes de su publicación formal en una revista científica tiene sus ventajas, por ejemplo: la rápida difusión del trabajo a un público mucho más amplio (los preprint son de libre acceso), la revisión casi inmediata por otros científicos expertos en el tema (en vez de los dos que son elegidos arbitrariamente por los editores de las revistas científicas) y, además, es una forma justa de saber a quién se le ocurrió la idea o quién hizo el descubrimiento primero sin depender del tiempo que tome la revista en publicar el artículo. Esto último es importante. Por ejemplo, si yo descubro que se pueden hacer análisis genéticos para determinar la predisposición al cáncer de próstata a partir de células epiteliales obtenidas de una muestra de orina y envío los resultados a Nature y otro hace el mismo descubrimiento, pero seis meses después, y envía sus resultados a PLOS ONE; puede darse el caso que éste último publique primero su artículo y sea reconocido por ello, mientras que yo, a pesar de haber hecho el descubrimiento antes, no tendré ningún reconocimiento porque mi artículo se demoró más en ser publicado. Pero, si yo mandé un preprint antes de enviar mi artículo a Nature, este será inmediatamente publicado y todos sabrán que yo hice primero el descubrimiento. Otro punto importante de los preprints es que los artículos son sometidos a un tipo de revisión no formal, realizada por diferentes científicos en todo el mundo, quienes, en base a su experiencia y conocimiento, pueden dar buenas críticas y aportes que mejoran la calidad del trabajo, aumentando así las probabilidades de ser aceptado con mínimas revisiones. Sin embargo, a pesar del éxito que tiene este tipo de prácticas dentro de las matemáticas, física y astronomía, en biología no son muy frecuentes los preprints, tal como podemos apreciar en la siguiente gráfica: Los biólogos creen erróneamente que los preprints facilitan el robo de ideas. Aunque como vimos en párrafos anteriores, más bien, esta práctica asegura que uno sea reconocido si es el primero en hacer un descubrimiento. Existe otra preocupación que no hace popular los preprints entre los biólogos y es la famosa “regla de Ingelfinger” la cual establece que un artículo científico no debe ser publicado dos veces para que no pierda su originalidad. No obstante, la mayoría de las revistas aceptan manuscritos que hayan sido preprints, aunque hay otras que se muestran hostiles a este tipo de prácticas o no tienen una posición clara frente a ellas. Si bien es cierto, los preprints no pasan por un filtro de calidad y pertinencia de la investigación, sería importante notar que la relevancia de un estudio no debe depender de la opinión de un editor y dos o tres revisores, sino de lo que juzguen cientos de científicos expertos en el tema. Tal vez esta práctica cambie el paradigma de las publicaciones científicas en las principales revistas del mundo y esperemos que más biólogos se animen a realizar esta práctica tan buena para el avance de la ciencia. Referencia: Desjardins-Proulx, P., White, E., Adamson, J., Ram, K., Poisot, T., & Gravel, D. (2013). The Case for Open Preprints in Biology PLoS Biology, 11 (5) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001563 BioUnalm
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Desjardins-Proulx, P., White, E., Adamson, J., Ram, K., Poisot, T., & Gravel, D. (2013) The Case for Open Preprints in Biology. PLoS Biology, 11(5). DOI: 10.1371/journal.pbio.1001563
- April 12, 2013
- 09:35 AM
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Origen y evolución del virus H7N9
by David Castro in BioUnalm
Hace unos días comentamos acerca de un nuevo brote de gripe aviar en China. A la fecha, ya se han reportado 38 casos de los cuales 10 ya han muerto. El gobierno chino sigue investigando el origen y los reservorios de este virus y la Organización Mundial de la Salud está siguiendo los casos desde muy cerca y a la fecha no se han reportado casos de contagio de humano a humano. Sin embargo, aún se desconoce dónde y cómo se originó este brote de gripe aviar. Ver H7N9 map China en un mapa ampliado Un reciente estudio pre-publicado el 9 de abril en ArXiv da las primeras pistas sobre el origen y la evolución genómica de este virus H7N9. Según el Jiankui He, científico de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur de China y líder del equipo de investigación, el H7N9 deriva de una recombinación de tres cepas de virus de la gripe aviar con una serie de mutaciones sustanciales que favorecen su infectividad en humanos. Reconstrucción de los eventos de recombinación que condujeron a la aparición del tipo H7N9. He y su equipo obtuvieron y compararon las secuencias genéticas de seis aislamientos del virus —cuatro de origen humano y dos de aves— depositados en la base de datos del GISAID. El análisis genético mostró que el gen de la Hemaglutinina (HA) viene de la familia de los virus H7 muy relacionada con el virus H7N3 aislado en noviembre del 2011 de un pato silvestre en Zhejiang (China), que es la misma región donde aparecieron los primeros casos. La Neuraminidasa (NA), por su parte, viene de los virus del tipo N9 muy relacionado con el virus H11N9 aislado en el 2010 de otro pato silvestre, esta vez en la República Checa. Las secuencias de los seis genes restantes son muy similares (>98%) a los genes de la cepa H9N2 aislada de un pollo también de la región de Zhejiang. Esta cepa ha estado circulando por el este asiático por muchos años. Si bien los virus típicos del tipo H7N9 han sido reportados desde 1999 en patos silvestres, estos nunca antes habían infectado a humanos. He y sus colegas creen que es muy poco probable que el brote ocurrido en China sea debido a mutaciones adquiridas por esta cepa. Más bien los resultados apuntan a que esta nueva cepa H7N9 ha sufrido una recombinación de tres tipos diferentes de gripe aviar al este de China. Lo que ha llamado la atención de los investigadores es que uno de los aislamientos secuenciados —el procedente de Shanghái— presenta ocho mutaciones mientras que los otros cinco aislamientos sólo tienen cinco mutaciones. Esto puede convertirse en una preocupación porque el indicaría que el virus está mutando muy rápido y podría volverse más transmisible y virulento. Además recordemos que el virus apareció en tres regiones diferentes de China al mismo tiempo y, según las investigaciones, las aves de corral no muestran síntomas de la enfermedad por lo que el virus podría no ser detectado y estos animales convertirse en un buen reservorio, provocando brotes esporádicos de la enfermedad en humanos. Los investigadores recomiendan realizar programas de vigilancia sistemáticos porque estos virus pueden recombinarse unos con otros con relativa facilidad y provocar la aparición de variantes con potencial pandémico en humanos. Referencia: Jiankui He, Luwen Ning, & Yin Tong (2013). Origins and evolutionary genomics of the novel 2013 avian-origin H7N9 influenza A virus in China: Early findings ArXiv 1304.1985v2 BioUnalm
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Jiankui He, Luwen Ning, & Yin Tong. (2013) Origins and evolutionary genomics of the novel 2013 avian-origin H7N9 influenza A virus in China: Early findings. ArXiv. arXiv: 1304.1985v2
- March 18, 2013
- 05:27 PM
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Actividad microbiana en el lugar más profundo de la Tierra
by David Castro in BioUnalm
Es un hecho. No existe un ambiente inhóspito para las bacterias. A 11.000 metros de profundidad y sometidos a una presión hidrostática que supera 1000 veces la presión atmosférica, ellas proliferan al parecer sin inconvenientes según un estudio publicado el 17 de marzo en Nature Geoscience.Equipo usado para los estudios en el abismo Challenger.Toda la vida en los océanos depende de los organismos fotosintéticos (microalgas y fitoplancton) que habitan en su superficie, los cuales forman la base de la cadena trófica. A medida que son devorados por otros organismos más grandes se van generando desechos de materia orgánica que se hunden y sedimentan en el fondo del mar (aproximadamente del 1% al 2%). Esta materia orgánica, a su vez, sirve de sustento para microorganismos que se encargan de descomponerla.Si bien a grandes profundidades la salinidad, los niveles oxígeno disuelto en el agua y la temperatura se mantienen constantes, la presión hidrostática es extrema. Además, se cree que la tasa de deposición de materia orgánica se reduce con la profundidad, limitando así la diversidad de organismos que pueden sobrevivir a estas condiciones. Sin embargo, hasta ahora nadie ha estudiado los sedimentos de las zonas más profundas del planeta.A fines del 2010, un grupo de investigadores liderados por el Dr. Ronnie Glud usaron un poderoso equipo para estudiar estos sedimentos in situ en el abismo Challenger. El aparato contaba con dos instrumentos: uno servía para medir la distribución de oxígeno con una resolución de 0.5 mm y el otro para colectar núcleos intactos de sedimentos de hasta 50 cm de longitud.Se colectaron un total de 21 núcleos de sedimento tanto del abismo Challenger como de una región ubicada 58 Km al sur y a 6000 m de profundidad que sirvió como referencia para todas las mediciones.Contra todo pronóstico, Glud y sus colaboradores vieron que los sedimentos del abismo Challenger mostraban una tasa de consumo de oxígeno dos veces mayor (figura b) que los sedimentos obtenidos a 6000 m (figura a), así como también, una mayor concentración de Carbono y pigmentos fototróficos (clorofila a y faeofitina), los cuales son difíciles de degradar por las bacterias y son un indicio que el sedimento es joven. Todos estos datos apuntan a una actividad microbiana heterotrófica intensa.Para estudiar la dinámica de la deposición de los sedimentos en el abismo Challenger, Glud y su equipo usaron el método del Plomo-210, un isótopo natural con periodo de desintegración de 22,3 años. Básicamente la técnica consiste en comparar las concentraciones de Pb-210 producido por el decaimiento del Radio-226 y del Radón-222. El Radón, al ser un gas noble, se libera del sedimento y asciende hasta la atmósfera y cuando se desintegra a Pb-210, éste cae de vuelta al océano y se sedimenta. La tasa a la cual éste isótopo se deposita en el fondo marino nos da una idea de la tasa de sedimentación.Los resultados del estudio del Pb-210 demostraron que la tasa de sedimentación en el abismo Challenger fue 3 veces superior a la de la referencia (6000 m). Sin embargo, aún no hay una explicación clara para este fenómeno. Los investigadores creen que las zonas más profundas de la Fosa de las Marianas actúan como una trampa de sedimentación. Otra explicación es que la actividad geológica a estas profundidades es más intensa, promoviendo así la resuspensión y deposición rápida de los sedimentos.La conclusión es que gracias la rápida tasa de deposición de materia orgánica en el abismo Challenger, los microorganismos extremófilos que viven a estas presiones pueden florecer ya que cuentan con una fuente de alimento constante. Sería muy interesante poder identificarlos en el laboratorio, pero por ahora es imposible aislarlos y cultivarlos ya que se requeriría de cabinas especiales que simulen las grandes presiones que ellas requieren para vivir. Un estudio metagenómico a partir de las muestras de sedimentos colectados sería mucho más factible. Referencia:Glud, R., Wenzhöfer, F., Middelboe, M., Oguri, K., Turnewitsch, R., Canfield, D., & Kitazato, H. (2013). High rates of microbial carbon turnover in sediments in the deepest oceanic trench on Earth Nature Geoscience DOI: 10.1038/ngeo1773 BioUnalm
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Glud, R., Wenzhöfer, F., Middelboe, M., Oguri, K., Turnewitsch, R., Canfield, D., & Kitazato, H. (2013) High rates of microbial carbon turnover in sediments in the deepest oceanic trench on Earth. Nature Geoscience. DOI: 10.1038/ngeo1773
- March 18, 2013
- 07:50 AM
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Batman, ten cuidado con Spider-man
by David Castro in BioUnalm
Este consejo le doy a mi amigo Bruce Wayne a raíz de un estudio publicado esta semana en PLOS ONE, en el cual dos investigadores europeos, desde la comodidad de su casa, han encontrado al menos 52 informes sobre murciélagos capturados por arañas. Estas arañas fueron divididas en dos grupos: las que cazan y las que construyen redes. Nephila pilipes(Foto por Yasunori Maezono, Kyoto University, Japan) Los casos han sido reportados en casi todos los continentes (menos la Antártica). El 90% en las regiones tropicales ubicadas entre as latitudes 30°N y 30°S debido a que la mayoría de las arañas gigantes capaces de capturar murciélagos como los nefílidos, los araneidos y los terafósidos (tarántulas), se distribuyen en estas regiones. Los nefílidos fueron el grupo dominante de arañas cazadoras de murciélagos gracias a su gran tamaño (15 cm de envergadura y 7,1 g de peso) y sus enormes redes las cuales pueden alcanzar 1,5 m de diámetro a una altura de hasta 6 m. Incluso, hay lugares donde las hembras se congregan formando redes de muchos metros cuadrados. Los araneidos son más pequeños pero también construyen redes de gran tamaño. Puede ser que la finalidad de estas arañas sea cazar grandes insectos y que por pura casualidad caigan atrapadas en sus redes pequeños mamíferos voladores como los murciélagos de las familias Vespertilionidae y Emballonuridae. Sin embargo, debido a que en este estudio los investigadores sólo han colectado los informes de murciélagos cazados por arañas disponibles en internet, no pueden saber a ciencia cierta si realmente las arañas los cazan para comerlos. De comprobarse esto, las arañas podrían ser catalogadas como “depredadoras de murciélagos”. Para completar esta entrada, aquí les pongo un video donde se ve a una tarántula matando a un murciélago en un laboratorio para que tengan una idea de lo que podría ocurrir en la selva. Referencia: Nyffeler, M., & Knörnschild, M. (2013). Bat Predation by Spiders PLoS ONE, 8 (3) DOI: 10.1371/journal.pone.0058120 Más fotos. BioUnalm
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Nyffeler, M., & Knörnschild, M. (2013) Bat Predation by Spiders. PLoS ONE, 8(3). DOI: 10.1371/journal.pone.0058120
- March 16, 2013
- 04:03 AM
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Diarrea, cerdos y cabras transgénicas
by David Castro in BioUnalm
- Jaimito, ¿qué es más rápido, el rayo o la luz?- La diarrea señorita.- ¡Qué! ¿De dónde sacas eso?- Es que anoche me desperté como un rayo, prendí la luz… y ya me había cagao’. Por lo general, una diarrea te da en el momento menos oportuno, ya sea en un día de playa, en una reunión importante de trabajo o en la casa de tu enamorada. Sin embargo, las diarreas causadas por infecciones gastrointestinales (IG) cobran la vida de más de un millón de niños cada año. Las IG son causadas principalmente por la famosa E. coli. Si bien esta bacteria forma parte de nuestra flora intestinal desde que tenemos 48 horas de edad, ciertas variantes pueden desencadenar graves infecciones. Estas E. coli malas se caracterizan por liberar toxinas que activan una respuesta inflamatoria, disgregar las células que revisten nuestra pared intestinal y alterar la regulación de los canales iónicos causando la afluencia de iones y agua al lumen del intestino provocando diarreas agudas. Como consecuencia, se producen graves deshidrataciones y se reduce la absorción de nutrientes causando serios cuadros de desnutrición que afectan el desarrollo del niño. Los seres humanos contamos con un antibiótico natural de amplio espectro muy efectivo llamado lisozima. La podemos encontrar en nuestras lágrimas y saliva protegiéndonos contra diversas infecciones gracias a su capacidad de romper las paredes celulares de las bacterias. Esta enzima también está presente en la clara de los huevos y desde 1998 es usada como un aditivo en la industria alimentaria. Entonces, ¿podríamos usar la lisozima para combatir las IG provocadas por bacterias como E. coli? La respuesta es sí. Es más, la leche materna es una buena fuente de lisozimas que contribuye al establecimiento de bacterias beneficiosas en los infantes. Sin embargo, la mayoría de niños consume leche de vaca o de cabra, las cuales tienen bajas concentraciones de lisozimas. Había que hacer algo. Ya desde 1987 los científicos estaban interesados en incorporar lisozimas humanas (hLZ) a la leche de consumo diario. Para ello tenían que introducir el gen de la hLZ en embriones de algún animal lechero. Las cabras fueron la mejor elección debido a su menor tiempo de desarrollo comparado con el de las vacas. Doce años después, obtuvieron la línea de cabras transgénicas Artemis. Estas cabras Artemis producen 270 mg de hLZ por cada litro de leche. Esto equivale al 68% de la lisozima presente en la leche materna. La pregunta que queda es si esta leche será efectiva para el tratamiento de las IG en niños. Como no se puede experimentar la eficacia de esta leche directamente en niños humanos con IG sin antes demostrar que este producto derivado de un animal transgénico es inocuo, investigadores de la Universidad de California Davis infectaron 12 cerditos* con una cepa de E. coli patogénica llamada O149:F4+ (ETEC) para provocarles una IG y luego les dieron 250 ml de leche pasteurizada y enriquecida con hLZ tres veces a día como tratamiento. *Los cerdos y los humanos presentan una respuesta fisiológica similar ante una IG. Los cerditos que recibieron la leche enriquecida con hLZ se recuperaron mucho más rápido que los cerditos del grupo control, además mostraron menor grado de deshidratación y daño intestinal. Los leucocitos en sangre regresaron a sus niveles normales rápidamente y la expresión de citoquininas IL-8 (proinflamatorias) fue menor comparado con el grupo control. Estas pruebas demostraron que la alimentación con leche de cabra enriquecida con hLZ en el inicio de una infección intestinal causada por E. coli podría ser un tratamiento rápido y eficaz, al menos en cerditos. La enzima mata a las bacterias mientras que la leche rehidrata y recompone los iones perdidos. Como la lisozima presente en la leche de esta cabra transgénica es de origen humano, en teoría no causaría reacciones alérgicas en los niños que la consuman, tal como la insulina humana producida por bacterias no afecta a los diabéticos que se la administran. Referencia: Cooper, C., Garas Klobas, L., Maga, E., & Murray, J. (2013). Consuming Transgenic Goats' Milk Containing the Antimicrobial Protein Lysozyme Helps Resolve Diarrhea in Young Pigs PLoS ONE, 8 (3) DOI: 10.1371/journal.pone.0058409 BioUnalm
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Cooper, C., Garas Klobas, L., Maga, E., & Murray, J. (2013) Consuming Transgenic Goats' Milk Containing the Antimicrobial Protein Lysozyme Helps Resolve Diarrhea in Young Pigs. PLoS ONE, 8(3). DOI: 10.1371/journal.pone.0058409
- February 28, 2013
- 08:57 AM
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Importancia del maíz en el Arcaico Tardío de Perú
by David Castro in BioUnalm
Si bien se reconoce a México como el centro de origen del maíz, el Perú es uno de los principales centros de diversificación de este cultivo ya que hasta la fecha se han descrito más de 50 razas. El maíz llegó al Perú mucho antes de lo que se pensaba. En enero del 2012, un equipo liderado por el Dr. Alex Grobman reportó haber hallado restos de maíz en el complejo arqueológico de Paredones y Huaca Prieta (Valle de Chicama). Las pruebas de radiocarbono estimaron su antigüedad en 6700 años, siendo catalogados como los maíces más antiguos de Sudamérica. Sin embargo, aún se debate su importancia en las primeras civilizaciones peruanas que emergieron durante el periodo arcaico tardío (de 3000 a 1800 años a.C). Para algunos investigadores, el maíz sólo era usado en rituales ceremoniales, mientras que para otros, el maíz formaba parte importante de su dieta diaria. Un estudio publicado esta semana en PNAS revela que el maíz fue ampliamente cultivado en el norte chico de Perú (Valle de Fortaleza), a unos 200 Km de la ciudad de Lima, durante el periodo arcaico tardío. Las excavaciones realizadas en estas regiones entre los años 2002 y 2008 permitieron hallar una gran cantidad de restos de maíz en forma de polen, tallos y almidón. Los análisis de radiocarbono confirmaron que los restos pertenecían al periodo Arcaico Tardío. Lo más interesante fue hallar restos de almidón de maíz incrustados en las herramientas y coprolitos (heces fosilizadas) encontrados en distintos lugares del Valle de Fortaleza, lo que indicaría que esta planta era consumida de manera frecuente por los antiguos pobladores de la zona y no exclusivamente en actividades ceremoniales. Sin embargo, aún queda por determinar si el maíz era cultivado por los azúcares y almidones presentes en los tallos o por las mazorcas y los granos. Referencia: Haas, J., Creamer, W., Huaman Mesia, L., Goldstein, D., Reinhard, K., & Rodriguez, C. (2013). Evidence for maize (Zea mays) in the Late Archaic (3000-1800 B.C.) in the Norte Chico region of Peru Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1219425110 Imagen: Polen de maíz fechado 2560 a.C. (Fuente: UPCH) BioUnalm
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Haas, J., Creamer, W., Huaman Mesia, L., Goldstein, D., Reinhard, K., & Rodriguez, C. (2013) Evidence for maize (Zea mays) in the Late Archaic (3000-1800 B.C.) in the Norte Chico region of Peru. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1219425110
- February 26, 2013
- 11:58 AM
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Efecto de la adicción a Internet en el cerebro
by David Castro in BioUnalm
Muchos de nosotros pasamos varias horas del día frente a una computadora conectados a Internet, ya sea buscando información, comentando en blogs, conversando con un amigo, viendo videos de gatos, escuchando música, poniendo Like a cualquier tontería que escribe la chica que te gusta o envueltos en un juego en línea (!Está a mi derecha, está a mi derecha… agáchate!). ¿Esto nos vuelve adictos a Internet?.Nueva condición médicaLa adicción a Internet puede ser considerada como una nueva condición médica que aún no tiene un diagnóstico establecido. Si bien existe un test de 20 preguntas que te permite saber si eres adicto o no, aún se debate su inclusión en el Manual diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales.Sin embargo, se han realizado muchos estudios usando imágenes cerebrales en personas identificadas como adictas a Internet y se ha observado algunos cambios en la estructura y función cerebral, las cuales incluyen: poca disponibilidad de los receptores y transportadores de dopamina (un importante neurotransmisor) y anormalidades en la materia gris.Usando imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) en estado de reposo, investigadores del Instituto de Psicología de la Academia China de Ciencias estudiaron la dinámica funcional del cerebro y su alteración en 90 regiones corticales y subcorticales de 12 adolescentes adictos a Internet y 11 adolescentes sanos. Los resultados fueron publicados el 25 de febrero en PLOS ONE.Conectividad cerebralLas imágenes cerebrales mostraron una clara reducción en la conectividad funcional cerebral, específicamente en la región fronto-temporo-parietal. Esto indica que hay una alteración en las conexiones inter e intrahemisféricas (corto y largo alcance), similar a la encontrada en otros tipos de trastornos adictivos, por ejemplo, en individuos dependientes de la cocaína o la heroína (reducción en la conectividad frontal-parietal) y en personas que sufren de esquizofrenia (reducción en la conectividad frontal-temporal). La adicción al internet también mostró un efecto sobre el putamen, una región del cerebro encargada de la liberación de una gran variedad de neurotransmisores, entre ellos la dopamina, que tiene una gran importancia en la conectividad funcional del cerebro. Estos resultados sugieren que cambios en la conecividad interhemisferica refleja la vulnerabilidad a los desordenes adictivos.Por otro lado, no se observó alteraciones en los parámetros topológicos de las redes estructurales del cerebro. La topología y la conectividad son distintas propiedades del conectoma y anomalías en uno no implica necesariamente anormalidades en el otro.Es importante resaltar que a diferencia de otros trastornos de adicción cuyos efectos sobre el cerebro suelen confundirse o enmascararse por efectos secundarios provocados por la sustancia psicoactiva (droga), la adicción a Internet está libre de estos efectos y su diagnóstico se hace a través del comportamiento de la persona. Falta más estudiosSi bien este trabajo muestra indicios de algún tipo de alteración cerebral en personas adictas a Internet, los resultados aún no pueden considerarse como concluyentes debido al pequeño número de muestra. Además, aún no se ha determinado si es la baja conectividad funcional cerebral la responsable de la vulnerabilidad a los desórdenes adictivos o viceversa. Sin embargo, es un gran avance que permitirá ahondar más en el tema de si incluir o no la adicción a Internet en el manual diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales.Referencia:Hong, S., Zalesky, A., Cocchi, L., Fornito, A., Choi, E., Kim, H., Suh, J., Kim, C., Kim, J., & Yi, S. (2013). Decreased Functional Brain Connectivity in Adolescents with Internet Addiction PLoS ONE, 8 (2) DOI: 10.1371/journal.pone.0057831 BioUnalm
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Hong, S., Zalesky, A., Cocchi, L., Fornito, A., Choi, E., Kim, H., Suh, J., Kim, C., Kim, J., & Yi, S. (2013) Decreased Functional Brain Connectivity in Adolescents with Internet Addiction. PLoS ONE, 8(2). DOI: 10.1371/journal.pone.0057831
- December 10, 2012
- 04:32 PM
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Neuronas obtenidas de la orina
by David Castro in BioUnalm
Parece un encabezado sensacionalista pero no lo es. Resulta que científicos chinos del Instituto del Sur de China para la Biología de las Células Madre y la Medicina Regenerativa han logrado generar progenitores de células neuronales humanas a partir de las células epiteliales que se desprenden cuando orinamos. Estudios previos demostraron que las células humanas ya diferenciadas y especializadas pueden transformarse en otras distintas simplemente dándoles un coctel de factores de transcripción —proteínas que encienden o apagan genes— que permiten reprogramarlas. En el blog ya vimos algunos ejemplos. En el 2011, un equipo de investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford (EEUU) lograron transformar células de la piel en un neuronas, mientras que otro equipo de la Universidad de Kyushu (Japón) convirtieron células del fibroblasto en células hepáticas. En estos estudios, los genes que codifican los factores de transcripción necesarios para reprogramar las células se insertaron a través de un virus (vectores) que, por su propia naturaleza, integra su material genético en el genoma de la célula infectada. Sin embargo, la integración puede ocurrir en una región crítica del genoma provocando problemas en el proceso de desarrollo. Para evitar los problemas asociados a los vectores virales, los investigadores chinos liderados por el Dr. Duanqing Pei usaron episomas. Los episomas son pequeñas porciones de ADN libre con la capacidad de replicarse y transcribirse de manera autónoma y que no llegan a integrarse en el genoma del hospedero. Un ejemplo típico de un episoma son los plásmidos. Entonces, los episomas portando todos los factores de transcripción necesarios para la reprogramación celular (OCT4 (POU5F1), SOX2, SV40LT, KLF4 y los microARN MIR302–367) fueron introducidos en las células epiteliales obtenidas de la orina de un hombre de 37 años mediante la electroporación (una técnica que usa pulsos eléctricos para permeabilizar las membranas celulares y permitir el ingreso de moléculas de ADN externo). Un par de semanas después, el 0.2% de las células epiteliales se transformaron en progenitores de células cerebrales. Cuando Pei y su equipo pusieron a las células reprogramadas en medios usados para cultivar neuronas, éstas expresaron marcadores específicos de células mucho más especializadas como las neuronas glutamatérgicas, GABAérgicas y dopaminérgicas y los astrocitos. Incluso mostraron potenciales de acción lo que indicaba que eran completamente funcionales. Finalmente, para demostrar su potencial uso en el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, los investigadores trasplantaron las células reprogramadas en ratones recién nacidos. Cuatro semanas después del trasplante, se observó que las células se integraron bien al sistema nervioso del animal y no desarrollaron tumores. Sin dudas, el estudio es un gran avance hacia el uso de la reprogramación celular en el tratamiento de enfermedades asociadas al sistema nervioso. Las ventajas que presenta con respecto a otras técnicas es que los genes de los factores usados para la reprogramación celular no se integran al genoma de las células tratadas, reduciendo el riesgo de que ocurran problemas en el desarrollo. Además, el tiempo que tomó en transformar una célula epitelial en neuronal fue mucho más rápido comparado con el uso de células madre pluripotente inducidas (iPSC). Y al usarse células del mismo paciente al cual se hará el tratamiento, las probabilidades de rechazo del tejido o reacciones alérgicas son menores. Referencia: Wang, L., Wang, L., Huang, W., Su, H., Xue, Y., Su, Z., Liao, B., Wang, H., Bao, X., Qin, D., He, J., Wu, W., So, K., Pan, G., & Pei, D. (2012). Generation of integration-free neural progenitor cells from cells in human urine Nature Methods DOI: 10.1038/Nmeth.2283 BioUnalm
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Wang, L., Wang, L., Huang, W., Su, H., Xue, Y., Su, Z., Liao, B., Wang, H., Bao, X., Qin, D.... (2012) Generation of integration-free neural progenitor cells from cells in human urine. Nature Methods. DOI: 10.1038/Nmeth.2283
- December 3, 2012
- 12:30 PM
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¿Existen diferencias entre cómo los varones y las mujeres ven el mundo?
by David Castro in BioUnalm
Pues sí. Y no estamos hablando desde un punto de vista filosófico sino visual. En otras palabras, ante una misma imagen, los varones y las mujeres fijamos la mirada en regiones diferentes. Esto lo demostraron un grupo de investigadores ingleses liderados por Felix Mercer Moss, estudiante de doctorado de la Universidad de Bristol, usando un aparato que permite recoger valiosa información visual a través del movimiento de los ojos (eye-tracking). Para realizar el experimento, Mercer y sus colaboradores reclutaron a 52 voluntarios (26 varones y 26 mujeres) entre 19 y 47 años a quienes se les mostró 80 imágenes con un amplio rango de contenidos (romance, acción, vida natural, surrealismo, etc.) para evaluar donde fijaban la mirada y hacia donde movían los ojos. Por lo general, las regiones más informativas de una escena son los lugares donde hay personas, y la ubicación más informativa de una persona es sin dudas el rostro particularmente alrededor de los ojos. Sin embargo, al analizar los resultados del experimento, los investigadores descubrieron que los varones y las mujeres no fijan la mirada en el mismo lugar. Algunas escenas sociales presentadas en el experimento. En azul las regiones donde fijaron la mirada los hombres y en rojo las mujeres. Una diferencia clara fue que las mujeres hacían más miradas exploratorias que los hombres. Esto quiere decir que movían y fijaban la mirada lejos de las regiones más informativas de la imagen. Por otro lado, se vio que las mujeres eran mucho más proclives a prever una amenaza, por lo que bajaban la mirada y la desplazaban hacia el centro de la cara para evitar tener contacto directo con los ojos de las personas presentes en las imágenes mostradas en el experimento. Un hallazgo interesante fue que la mayor proporción de los participantes —tanto varones como mujeres— fijaban la mirada principalmente en la figura femenina cuando se les mostraba imágenes de parejas heterosexuales. Sin embargo, mientras que las mujeres hacían un barrido de todo el cuerpo de la figura femenina, los varones se enfocaban principalmente en el rostro (aunque me temo que esto hubiera cambiado completamente si la figura femenina hubiera estado desnuda). Si bien los varones y las mujeres vivimos en el mismo entorno, la fiabilidad de lo que vemos puede ser muy diferente porque el interés que mostramos ante distintas regiones de una misma imagen son diferentes. Estas diferencias pueden ser atribuidas, en parte, a las hormonas sexuales que afectan la organización de nuestros cerebros a una temprana edad. Referencia: Mercer Moss, F., Baddeley, R., & Canagarajah, N. (2012). Eye Movements to Natural Images as a Function of Sex and Personality PLoS ONE, 7 (11) DOI: 10.1371/journal.pone.0047870 BioUnalm
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Mercer Moss, F., Baddeley, R., & Canagarajah, N. (2012) Eye Movements to Natural Images as a Function of Sex and Personality. PLoS ONE, 7(11). DOI: 10.1371/journal.pone.0047870
- October 22, 2012
- 11:51 PM
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Degradación de hemicelulosa controlado por temperatura
by David Castro in BioUnalm
Maíz transgénico expresa una xilanasa que sólo se activa a altas temperaturas. Los precios de los combustibles fósiles (el petróleo y sus derivados) se incrementa tanto como su impacto sobre el ambiente. Una alternativa viable para solucionar este problema son los combustibles obtenidos a partir de materias primas vegetales (biocombustibles). Algunas de las principales fuentes de biocombustibles son la caña de azúcar y los granos de maíz. Todo el azúcar y almidón que contienen estos productos sirven como sustrato para la producción de etanol a través de procesos fermentativos llevados a cabo en grandes biorreactores. Sin embargo, el uso de las áreas de cultivo destinados a la alimentación humana para la producción de biocombustibles ha generado una gran controversia por ser una amenaza para la seguridad alimentaria mundial. Entonces, ¿por qué no usar los residuos de las actividades agrícolas (cualquier biomasa vegetal que no sea las partes destinadas a la alimentación humana) para la producción de biocombustibles?. Es una gran idea, pero tiene sus limitaciones. En el maíz los azúcares se encuentran en forma de almidón; mientras que en la caña de azúcar, disueltos como sacarosa. Ambas formas son fáciles de degradar y fermentar. Sin embargo, en los tallos y hojas que conforman la mayor parte de los residuos agrícolas, los azúcares se encuentran en forma de celulosa y hemicelulosa (principales componentes de las paredes celulares de las plantas). La biomasa celulósica no es tan fácil de hidrolizar ya que la hemicelulosa está compuesta por un conjunto heterogéneo de azúcares que forman estructuras ramificadas y resistentes que recubren y protegen las fibras de celulosa. Esto crea la necesidad de hacer un tratamiento químico (uso de ácidos o bases fuertes), físico (altas temperaturas) y enzimático previo antes de proceder a la fermentación, aumentando considerablemente los costos de producción de etanol. Con el fin de superar este inconveniente, los científicos idearon una solución: insertar genes que codifiquen enzimas que degraden las paredes celulares directamente en las plantas. Es así como se empezaron a desarrollar plantas transgénicas que expresaban xilanasas (enzimas que degradan la hemicelulosa para que la celulosa se encuentre disponible para ser hidrolizada). Sin embargo, estas plantas mostraron muchos problemas: bajos rendimientos, susceptibilidad a enfermedades, semillas estériles, etc. El problema era que la expresión de los genes de las xilanasas no podía ser controlada y terminaban por degradar las paredes celulares en todo momento, afectando el desarrollo de las plantas. Se requería de unas enzimas que se activen en momentos específicos, por ejemplo, después de la cosecha. Según un estudio publicado en Nature Biotechnology, investigadores de la empresa Agrivida liderados por el Dr. Binzhang Shen, han desarrollado un maíz transgénico que expresa una xilanasa desarrollada mediante ingeniería genética que sólo se activa a temperaturas superiores a los 59°C, alcanzando rendimientos de glucosa y xilosa superiores al de los maíces convencionales en un 20%. El secreto fue desarrollar xilanasas termorreguladas por inteínas. Las inteínas son segmentos de una proteína precursora con la capacidad de autorremoverse para que la proteína adquiera su estructura final y funcional. También son conocidas como los intrones de las proteínas. Usando la ingeniería genética, Shen y sus colaboradores modificaron la xilanasa obtenida de una bacteria termófila llamada Dictyoglomus thermophilum (XynB) insertándole fragmentos de inteínas derivadas de bacteria conocida como Thermus thermophilum obteniendo una xilanasa (iXynB) que sólo adquiría su estructura funcional a temperaturas superiores a 59°C . Este gen modificado fue introducido en embriones de maíz bajo el control de un promotor constitutivo que permite que el gen esté activo en todo momento. Las plantas, semillas y mazorcas resultantes fueron bastante normales, incluso los descendientes obtenidos de cruces con otros maíces modificados y normales. Finalmente, los residuos celulósicos de este maíz transgénico fueron sometidos a un pretratamiento enzimático y se obtuvo rendimientos de glucosa y xilosa que alcanzaron el 90% y 63% del valor teórico esperado, respectivamente. Este valor superó en un 20% a los rendimientos de glucosa obtenidos con otras variedades normales de maíz. Esta estrategia permitirá ahorrar mucho dinero a las empresas biotecnológicas que produzcan biocombustibles a partir de estas materias primas. Ya no se requerirá el uso de costosas enzimas externas y las bajas temperaturas empleadas en el pretratamiento reducirá la secreción de sustancias inhibidora y el rompimiento de la estructura de los azúcares. Si bien es cierto aún quedan por realizar pruebas a mayores escalas en campos experimentales, Shen y su equipo han demostrado que la idea realmente funciona. Referencia: Shen, B., Sun, X., Zuo, X., Shilling, T., Apgar, J., Ross, M., Bougri, O., Samoylov, V., Parker, M., Hancock, E., Lucero, H., Gray, B., Ekborg, N., Zhang, D., Johnson, J., Lazar, G., & Raab, R. (2012). Engineering a thermoregulated intein-modified xylanase into maize for consolidated lignocellulosic biomass processing Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.2402 BioUnalm
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Shen, B., Sun, X., Zuo, X., Shilling, T., Apgar, J., Ross, M., Bougri, O., Samoylov, V., Parker, M., Hancock, E.... (2012) Engineering a thermoregulated intein-modified xylanase into maize for consolidated lignocellulosic biomass processing. Nature Biotechnology. DOI: 10.1038/nbt.2402
- October 18, 2012
- 12:36 PM
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Presentan borrador del genoma de la cebada
by David Castro in BioUnalm
Su genoma es más largo que del hombre —5.1 Gb contra 3.2 Gb— pero más del 80% son secuencias repetidas.
Cada vez que nos bebemos unas cervezas con los amigos nos acordamos de ella.
La cebada (Hordeum vulgare) es el cuarto cereal más cultivado del mundo y uno de los primeros en domesticarse hace más de 10.000 años en el Oriente Medio. El 75% de su producción es destinado a la alimentación animal, el 20% a la elaboración de bebidas alcohólicas y el 5% es destinado a la alimentación humana.
Este cultivo forma parte de la gran familia de las Poáceas, un grupo de plantas que incluye al trigo, el maíz, la avena, el arroz, el sorgo, entre otros. Pero, a diferencia del primero, éste se adapta mejor a las condiciones de estrés abiótico. Entonces, dada su importancia para la agricultura mundial, en el año 2006 se instauró el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma de la Cebada (IBSC, por sus siglas en inglés) con el objetivo de secuenciar y ubicar en un mapa cada uno de los genes que lo conforman, que permita acelerar el desarrollo de nuevas variedades mejoradas.
NOTA: La cebada es una planta diploide (2n), por lo cual presenta dos copias de cada cromosoma (2n=14). La secuenciación siempre se hace en base a un genoma haploide (n).
Durante los últimos seis años, el IBSC trabajó arduamente para completar la lectura de los más de 5100 millones de nucleótidos, divididos en siete cromosomas, que conforman su genoma. Usando equipos de secuenciación de última generación y potentes herramientas bioinformáticas, lograron ensamblar el 95% de todo el genoma, según reportaron hoy en Nature.
Tal vez en este punto de la lectura te estés preguntado ¿por qué es tan largo el genoma de la cebada?. La respuesta es que cerca del 85% de su genoma esta compuesto por secuencias repetidas, principalmente los retrotransposones del tipo LTR (Repeticiones Terminales Largas), presentes en toda la longitud de los cromosomas, con excepción de sus extremos donde son muy escasos [Ítem e de la figura inicial]. Es precisamente en estas regiones donde se concentra la mayor cantidad de genes —unos 13 por cada 1000 nucleótidos [Ítems b y d de la figura inicial].
Y ya que estamos hablando de genes, ¿cuántos posee la cebada?.
Para responder a esta pregunta, los investigadores secuenciaron el ARN —productos de expresión de los genes— presente en ocho etapas de desarrollo de la cebada. Luego compararon las secuencias obtenidas con las secuencias correspondientes otros genomas de referencia depositados en las bases de datos genéticas, logrando identificar más de 26.000 genes. Sin embargo, estiman que el número total podría ser de 30.400 ya que hay muchos genes que no han sido caracterizados anteriormente o que son únicos de la especie.
Entre los genes más representativos que fueron identificados tenemos a las (1,3)-β-glucano sintasa, una enzima involucrada en la interacción de la planta con los patógenos.
Otro interesante hallazgo fue que la cebada tiene una baja tasa de cruzamiento por ser una planta autógama estricta (menos del 2% de polinización cruzada), por lo que presenta muy poca diversidad genética en poblaciones que habitan la misma región.
Para determinar si la cebada presenta diversidad genética entre diferentes variedades, los investigadores secuenciaron los genomas de otros cuatro cultivares y de una especie silvestre (H. spontaneum) encontrando 15 millones de variantes nucleotídicas individuales (SNV), principalmente, en H. spontaneum. De todos los SNV identificados, unos 350 mil estaban asociados a exones (región de los genes que llegan a expresarse en proteínas), los cuales serán usados como marcadores genéticos para el mejoramiento del cultivo de cebada.
En resumen, este estudio provee una referencia esencial para los fitomejoradores de la cebada, así como también, para aquellos que trabajen con especies relacionadas, por ejemplo, el trigo (el tercer cereal más cultivado del mundo), cuyo genoma mide nada menos que 17 Gb (más de cinco veces superior al tamaño del genoma humano) y que además es hexaploide (6n), dificultando considerablemente su secuenciación y ensamblaje. En la actualidad, el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma del Trigo (IWGSC) viene trabajando en ello, y muy pronto tendremos un primer borrador.
Referencia:
The International Barley Genome Sequencing Consortium (2012). A physical, genetic and functional sequence assembly of the barley genome Nature DOI: 10.1038/nature11543
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The International Barley Genome Sequencing Consortium. (2012) A physical, genetic and functional sequence assembly of the barley genome. Nature. DOI: 10.1038/nature11543
- October 17, 2012
- 11:16 PM
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Transposones en virus
by David Castro in BioUnalm
Científicos descubren una matrioska infecciosa: un fragmento de ADN que se integra en el genoma de un virófago, que se integra en el genoma de un virus gigante, que se integra en el genoma de una ameba, que infecta el ojo de un humano.
La ciencia nunca dejará de sorprendernos…
El año pasado, una joven de 17 años fue a parar al Departamento de Oftalmología del Hôpital de la Timone, en Marsella (Francia), quejándose de un enrojecimiento y dolor en su ojo izquierdo. Los doctores la examinaron y le diagnosticaron una leve queratitis provocada por el uso de unos lentes de contacto contaminados. Su condición mejoró después de cumplir con siete días de un tratamiento a base de fluoroquinolona.
Al analizar las muestras de la paciente se encontró a la responsable de la infección: una ameba conocida como Acanthamoeba polyphaga. Este parásito suele vivir en aguas contaminadas de las regiones templadas. En algunos casos, puede encontrarse en el agua potable, infectando todo lo que se ponga en contacto con ella, por ejemplo, los lentes de contacto.
Al cultivar a las amebas en un medio estéril, el Dr. Didier Raoult y su equipo se dieron con la sorpresa de que habían cuatro organismos diferentes viviendo dentro de ella: dos bacterias (una alfa- y una delta-proteobacteria), un virus gigante de la familia de los Mimivirus al que le nombraron Lentille virus (traducción libre: “virus del lente”) y un virófago (un virus pequeño que infecta a otros virus más grandes) llamado Sputnik 2.
Cuando las partículas de Lentille virus fueron purificadas y reinfectadas en cultivos de A. polyphaga sanas, las pequeñas partículas del Sputnik 2* volvieron a aparecer, incluso dispersos por el citoplasma de la ameba. Esto indicaba que el ADN del virófago estaba integrado en el genoma del Lentille virus (en un estado conocido como provirófago), aprovechándose de la maquinaria de replicación de ADN para su propio beneficio.
* Sputnik 2 es el primer virus conocido que integra su ADN en otro virus.
Al secuenciar el genoma del Lentille virus, los investigadores encontraron una porción de un poco más de 18.000 pares de base que correspondía al genoma Sputnik 2. También encontraron regiones complementarias en los dos genomas que indicaban los sitios de integración del virófago.
Sin embargo, aún quedaba una sorpresa más por revelar. Raoult y sus colaboradores también identificaron otro fragmento de ADN, esta vez de unos 7000 pares de base, que aparecía repetidas veces dentro del genoma del Lentille virus. Este fragmento de ADN codificaba al menos unas seis proteínas y se parecía mucho a un transposón, por lo que le llamaron “transpovirión” o elemento transponible de virus.
Este fragmento de ADN tiene la capacidad de insertarse en cualquier región del genoma del Lentille virus, pero con una menor frecuencia en el genoma del Sputnik 2, lo que hace suponer que este último es usado como un vehículo para lograr entrar en los virus gigantes.
Los investigadores también detectaron transpoviriones en otros virus gigantes (al menos unos cuatro). Además todos ellos compartían el gen de la helicasa, una enzima que se encarga de separar las dos cadenas de ADN para proceder con su replicación. Sin embargo, ninguno de ellos contaban con la enzima polimerasa, por lo que necesariamente dependen de su hospedero para poder multiplicarse.
Al analizar las secuencias genéticas de los transpoviriones se encontró que su origen es quimérico: genes como la transposasa provienen de los virófagos, mientras que la helicasa proviene de las bacterias. Raoult sospecha que con el tiempo se encontrarán una mayor diversidad de transpoviriones.
Este trabajo nos muestra claramente que el mundo de los virus no es tan simple como antes se creía: pueden ser infectados por otros virus (virófagos), transfieren genes a través de plásmidos lineales o transpoviriones, incluso pueden llegar a tener mucho más genes que ciertos tipos de bacterias (el Megavirus tiene un genoma que codifica más de 1000 genes).
Referencia:
Desnues, C., La Scola, B., Yutin, N., Fournous, G., Robert, C., Azza, S., Jardot, P., Monteil, S., Campocasso, A., Koonin, E., & Raoult, D. (2012). Provirophages and transpovirons as the diverse mobilome of giant viruses Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1208835109
Esta entrada participa en la XVII edición del Carnaval de Biología, organizado por Pero esa es otra historia...”
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Desnues, C., La Scola, B., Yutin, N., Fournous, G., Robert, C., Azza, S., Jardot, P., Monteil, S., Campocasso, A., Koonin, E.... (2012) Provirophages and transpovirons as the diverse mobilome of giant viruses. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1208835109
- September 15, 2012
- 12:31 AM
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Reconstruyendo el metabolismo más primitivo
by David Castro in BioUnalm
Usando herramientas bioinformáticas, investigadores estadounidenses han reconstruido una red metabólica representativa del último ancestro común de todos los seres vivos. Si analizamos el árbol de la vida —un diagrama que pretende relacionar evolutivamente a todos los grupos de seres vivos de la Tierra— veremos que hay un punto inicial en el que todos convergen, un organismo que vendría a ser el ancestro de nuestros ancestros o simplemente el LUCA (Último Ancestro Común Universal, por sus siglas en inglés). La hipótesis de que todas las especies que conocemos en la actualidad tuvieron alguna vez un único ancestro común radica en las similaridades genéticas y fisiológicas que ellas comparten. Por ejemplo: la replicación del ADN, la síntesis de proteínas, la degradación de azúcares, el transporte de iones, o las secuencias de ciertos genes, son bastante similares incluso entre especies completamente diferentes como una jirafa y una bacteria. Buscando al ancestro En el 2003, un grupo de investigadores liderados por Kirk Harris de la Universidad de Colorado (EEUU) identificaron un pequeño grupo de genes conservados en los tres dominios de la vida (bacterias, arqueas y eucariotas) que podrían haber estado presentes —o por lo menos, genes relacionados a ellos— en el genoma de LUCA. Sin embargo, son las estructuras proteicas las características más conservadas de los seres vivos: si un aminoácido cambia, la proteína simplemente pierde su función. Si analizamos las secuencias de aminoácidos que conforman una proteína veremos que hay porciones que pueden ser encontradas en otras proteínas incluso de organismos diferentes. A estas regiones se las conocen como dominios. Los dominios cumplen funciones claves dentro de una proteína: le dan forma, afinidad por otras moléculas, actividad catalítica para llevar a cabo reacciones químicas, etc. Considerando además que la aparición de un nuevo dominio es un hecho muy poco probable en comparación a la reutilización de uno ya existente, los biólogos los emplean para hacer estudios evolutivos más profundos. En el 2007, los hermanos Caetano-Anollés y su equipo de la Universidad de Illinois (EEUU) hicieron un trabajo parecido al de Harris pero esta vez usando las secuencias de los dominios presentes en los tres reinos, logrando identificar las posibles estructuras proteicas presentes en LUCA. Dos años más tarde, Vijayasarathy Srinivasan y Harold Morowitz de la Universidad George Mason (EEUU) estudiaron las reacciones bioquímicas —sin tomar en cuenta las enzimas que las catalizaban— de cuatro bacterias y una arquea, encontrando más de 250 comunes en todas ellas y sugiriendo que éstas también pudieron estar presentes en LUCA (siempre y cuando LUCA haya sido autótrofo). Enzimas primitivas Debido a que las secuencias genéticas, las estructuras proteicas y las rutas metabólicas no responden de la misma manera ante la presión selectiva y evolucionan a diferentes ritmos, cada uno revela diferentes aspectos de LUCA. Pero, ¿qué pasaría si sólo nos enfocamos en los puntos donde estos tres estudios coinciden? Pues tendríamos datos más certeros sobre el repertorio catalítico de LUCA. Esto fue precisamente lo que hicieron tres investigadores estadounidenses según un estudio publicado esta semana en PLOS ONE. El equipo liderado por el biólogo computacional Ram Samudrala de la Universidad de Washington identificó un total de diez funciones enzimáticas —seis presentes en los tres estudios previos y cuatro en los dos primeros— que pudieron haber formado parte del metabolismo de LUCA. De las seis funciones enzimáticas comunes a los tres estudios tenemos: tres transferasas, una oxidorreductasa, una liasa y una ligasa. Mientras que las otras cuatro, todas eran hidrolasas. Además, los investigadores observaron que dentro de estos 10 grupos enzimáticos hay enzimas que usan metales como cofactores para llevar a cabo las reacciones. Esto es clave porque estudios previos sugieren que las metaloenzimas, como se les suele llamar, fueron las primeras en aparecer después de la transición de los péptidos prebióticos a los primeros péptidos funcionales. Con estas 10 funciones enzimáticas se abre todo un abanico de rutas metabólicas que LUCA podría haber realizado, por ejemplo: la síntesis y degradación de importantes biomoléculas, desde la Coenzima A y pequeños azúcares hasta los N-glicanos y esfingolípidos. Usando todos estos datos los investigadores reconstruyeron una ruta metabólica representativa que podría reflejar el metabolismo central de las formas de vida más primitivas, por ejemplo, de LUCA. La red comprende 119 nodos (reactantes o metabolitos) y 135 ramas (funciones enzimáticas). Las ramas pintadas de amarillo representan las seis funciones enzimáticas presentes en los tres estudios previos (secuencias genéticas, estructuras proteicas y reacciones bioquímicas conservadas), mientras que las verdes representan las cuatro funciones enzimáticas presentes en los dos primeros (secuencias genéticas y estructuras proteicas conservadas). Este estudio es nos muestra claramente que se puede producir un metabolismo relativamente grande y compleja usando un pequeño número de funciones enzimáticas. Si bien es cierto esto solo es una aproximación obtenida gracias al uso de herramientas bioinformáticas, gracias a ellas tenemos una idea de cómo pudo ser la vida primitiva. Referencia: Goldman, Aaron David, Baross, John, & Samudrala, Ram (2012). The Enzymatic and Metabolic Capabilities of Early Life PLOS ONE DOI: 10.1371/journal.pone.0039912 BioUnalm
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Goldman, Aaron David, Baross, John, & Samudrala, Ram. (2012) The Enzymatic and Metabolic Capabilities of Early Life. PLOS ONE. DOI: 10.1371/journal.pone.0039912
- August 27, 2012
- 03:06 AM
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Presentan borrador del genoma del algodón nativo peruano (Gossypium raimondii)
by David Castro in BioUnalm
Genoma revela claves sobre la evolución del algodón, la síntesis de fibras y la defensa contra ciertas plagas. El algodón es uno de los cultivos más importantes del mundo porque su fibra es la principal materia prima de la industria textil. Comprende aproximadamente el 5% del área cultivada global con un valor en el mercado que superó los 630 mil millones de dólares sólo en el 2011. Existen aproximadamente 50 especies de algodón (género Gossypium) de las cuales 45 son diploides —presentan dos copias de cada uno de sus 13 cromosomas (2n=2x)— y 5 son tetraploides (2n=4x). Los algodones diploides compartieron un ancestro común hace 5 a 10 millones de años y se clasifican en 8 grupos según su tipo de genoma (A, B, C, D, E, F, G y K). Por otro lado, los algodones tetraploides se formaron hace menos de 2 millones de años a través de la unión de dos algodones diploides en un evento conocido como alopoliploidización. Las dos especies ampliamente cultivadas son G. hirsutum (algodón americano) y G. barbadense (algodón Pima), ambos tetraploides, que se originaron a través del cruce (hibridación) del polen una especie del tipo D (América) con el óvulo de una especie del tipo A (África). Los parientes más cercanos a los progenitores ancestrales que existen en la actualidad son: G. herbaceum (A1), G. arboreum (A2) y G. raimondii (D5). Filogenia y evolución de las especies de Gossypium. Zhang et al. (2008). Con el fin de encontrar genes relacionados con la calidad de la fibra y la productividad del algodón, un grupo de investigadores chinos liderados por el Dr. Shuxun Yu de la Academia China de Ciencias Agrarias (CAAS) han secuenciado y presentado el primer borrador del genoma del G. raimondii, un algodón silvestre endémico del norte de Perú que no llega a formar fibras. Los resultados aparecen publicados esta semana en Nature Genetics. El borrador comprende el 88% de los 880 Mb que mide el genoma completo, del cual ya ha sido ensamblado el 73%. Se estima que el G. raimondii tiene aproximadamente unos 41.000 genes de los cuales el 92% han sido confirmados a través de datos transcriptómicos (estudio del contenido total de ARN mensajeros). La mayor parte de los genes se encuentran ubicados a los extremos de los cromosomas (regiones subteloméricas). Al comparar secuencias completas del genoma de G. raimondii con el de su pariente evolutivo más cercano, el cacao, se estimó que compartieron un ancestro común hace unos 34 millones de años. Esta comparación también reveló que el género Gossypium tuvo un evento de duplicación genómica hace unos 16 millones de años. Aproximadamente el 57% del genoma está compuesto por transposones, porciones de ADN con la capacidad de moverse de una región del genoma a otra de manera independiente, también conocidos como “genes saltarines”. Esta proporción es grande comparado con el cacao (24%) o la Arabidopsis thaliana (14%). Los investigadores analizaron la expresión de los genes involucrados con la formación de las fibras tanto en G. raimondii como en G. hirsutum y descubrieron que tres de los cuatro genes que codifican para la sucrosa sintasa (Sus) y varios 3-cetoacil-CoA sintasa (KCS) se expresaban más en G. hirsutum, indicando que son requeridos para la iniciación de la síntesis y elongación de las fibras. Por otro lado, ciertos investigadores han postulado que la formación de las fibras de algodón es un proceso similar a la formación de los tricomas de las plantas. En A. thaliana la formación de los tricomas está gobernado por dos clases de factores de transcripción (FT): MYB y bHLH. Shuxun Yu y su equipo identificaron en el genoma de G. raimondii más de 400 genes relacionados con estos dos FT, los cuales eran expresados preferentemente en los óvulos de G. hirsutum. Finalmente, los investigadores identificaron los genes responsables de la síntesis del gosipol, un compuesto químico presente en las semillas del algodón que le sirve para evitar el ataque de patógenos y plagas herbívoras. Estos genes podrían ser modificados a través de la ingeniería genética para mejorar la defensa de la planta. Si nuestro país aprovecha esta oportunidad y destina más dinero para investigar las variedades nativas de G. barbadense, la especie con mejor calidad de fibra y que además puede presentar colores naturales (tal como se puede ver en la imagen de portada), se podría mejorar su productividad para así poder competir en precios con el G. hirsutum y abarcar una mayor proporción del mercado mundial que actualmente es menor al 5%. Referencia: Wang, Kunbo, Wang, Zhiwen, Li, Fuguang, Ye, Wuwei, Wang, Junyi, Song, Guoli, Yue, Zhen, Cong, Lin, Shang, Haihong, Zhu, Shilin, Zou, Changsong, Li, Qin, Yuan, Youlu, Lu, Cairui, Wei, Hengling, Gou, Caiyun, Zheng, Zequn, Yin, Ye, Zhang, Xueyan, Liu, Kun, Wang, Bo, Song, Chi, Shi, Nan, Kohel, Russell J, Percy, Richard G, Yu, John Z, Zhu, Yu-Xian, Wang, Jun, & Yu, Shuxun (2012). The draft genome of a diploid cotton Gossypium raimondii Nature Genetics DOI: 10.1038/ng.2371 Imagen | Variedades nativas peruanas de algodones de color [Instagram (@davidzote)] BioUnalm
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Wang, Kunbo, Wang, Zhiwen, Li, Fuguang, Ye, Wuwei, Wang, Junyi, Song, Guoli, Yue, Zhen, Cong, Lin, Shang, Haihong, Zhu, Shilin.... (2012) The draft genome of a diploid cotton Gossypium raimondii. Nature Genetics. DOI: 10.1038/ng.2371
- August 8, 2012
- 05:59 PM
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Nanoscopía virtual o el “Google Earth” celular
by David Castro in BioUnalm
Científicos desarrollan técnica para ‘cartografiar’ porciones de tejidos o células de gran escala (1 mm2) con una resolución nanométrica. La biología celular emergió en los años 1950’s gracias al desarrollo de la microscopía electrónica, permitiendo a los investigadores desvelar las pequeñas estructuras que componen las células a escalas de unos pocos micrómetros o incluso nanómetros (escalas millones de veces menor a la de un humilde centímetro), las cuales son imposibles de alcanzar con los microscopios ópticos más potentes. Si bien la microscopía electrónica ha alcanzado grandes proezas tecnológicas en las últimas décadas, apareciendo distintas variantes de ella cada una con sus propias ventajas respecto a las otra, aún presentan un serio problema que no ha podido ser solucionado: su limitado campo de visión cuando se analizan muestras a mayores aumentos. Esto quiere decir que si queremos obtener mayores detalles al observar una muestra, el área que observemos de ella será cada vez más pequeña. Entonces, a pesar que las imágenes a mayores aumentos proporcionan una resolución asombrosa del área seleccionada, se dificulta nuestra capacidad de ponerla en un contexto biológico mucho más amplio, por ejemplo, su ubicación o proporción respecto a una célula o tejido. Por otro lado, las imágenes tomadas a menores aumentos nos ofrecen un panorama mucho más amplio de la muestra estudiada, sin embargo carecen de los detalles propios que de cada célula. Un estudio publicado esta semana en The Journal of Cell Biology pretende dar una solución a este problema, porque un grupo de investigadores del Centro Médico de la Universidad de Leyden (Países Bajos) han desarrollado un sistema de adquisición de imágenes automatizada de microscopía electrónica de transmisión que, a través de un programa computacional, colecta e integra todos los datos obtenidos para formar una imagen de gran escala (amplio campo de visión) con una resolución nanométrica. “Nuestro enfoque es conceptualmente similar a la microscopía virtual, donde las imágenes digitales pueden ser analizadas en una computadora, ya sea de manera local o remota a través de la red, permitiendo al usuario acercar o alejar la muestra como si la estuvieran operando a través del microscopio”, comenta el Dr. Frank Faas, autor principal del estudio. Faas y su equipo probaron su novedoso sistema con cuatro muestra biológicas diferentes: glomérulos renales y fibroblastos embrionarios de ratones, células dendríticas humanas, y embriones de peces cebra. En total se colectaron cerca de 26.000 imágenes individuales en aproximadamente 4,5 días (unos 15 segundos por imagen) por cada muestra. El programa computacional se encargó de integrar dichas imágenes para generar una de gran escala —nada menos que 281 Gigapíxeles). En otras palabras, la imagen tenía una resolución de 921.600 por 380.928 pixeles de una porción de tan sólo 1,5 mm por 0,6 mm (ó 0.9 mm2) de la muestra. En el caso del embrión del pez cebra, la resolución equivale a 1.6 nanómetros por pixel o unos 16 millones de puntos por pulgada (dpi). Debido al tamaño de las imágenes, éstas no pudieron ser incluidas en el artículo ni en la información complementaria, así que fueron cargadas al JCB Data Viwer, donde podrán disfrutar de ellas como si fuera el Google Earth, claro que en vez de buscar casas, calles o personas, acercarán las imágenes para observar organelos, microtúbulos y virus. A pesar de los métodos empleados en los laboratorios y centros de investigación del mundo están en constante evolución, la microscopía sigue siendo una de las herramientas clave en para el desarrollo de la biología celular. Es así que esta técnica nos permitirá acceder, desde cualquier parte del mundo, a las imágenes proporcionadas por los investigadores que vienen estudiando las estructuras morfológicas sumamente complejas presentes en el mundo celular, y así poder colaborar con ellos de manera remota, ofreciendo nuevos puntos de vista que permitan explicar un determinado fenómeno. Referencia: Faas, F. G. a., Avramut, M. C., M. van den Berg, B., Mommaas, a. M., Koster, a. J., & Ravelli, R. B. G. (2012). Virtual nanoscopy: Generation of ultra-large high resolution electron microscopy maps The Journal of Cell Biology, 198 (3), 457-469 DOI: 10.1083/jcb.201201140 Williams, E. H., Carpentier, P., & Misteli, T. (2012) The JCB DataViewer scales up The Journal of Cell Biology 198, 271-272 DOI: 10.1083/jcb.201207117. BioUnalm
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Faas, F. G. a., Avramut, M. C., M. van den Berg, B., Mommaas, a. M., Koster, a. J., & Ravelli, R. B. G. (2012) Virtual nanoscopy: Generation of ultra-large high resolution electron microscopy maps. The Journal of Cell Biology, 198(3), 457-469. DOI: 10.1083/jcb.201201140
- August 2, 2012
- 12:19 PM
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¿Inmunidad a la rabia en la selva peruana?
by David Castro in BioUnalm
Recuerdo que cuando tenía unos seis o siete años, un perro con rabia me mordió cerca al tobillo derecho. Rápidamente me lavaron la herida y me llevaron al centro antirrábico para empezar el tratamiento que consistía en 10 vacunas —una por día— alrededor del ombligo. No me quedaba de otra ya que la rabia presenta la mayor tasa de mortalidad en las enfermedades infecciosas convencionales, que puede llegar a ser del 100%. Sin embargo, se han reportado al menos seis casos de pacientes que lograron sobrevivir a la rabia —claro que con ciertos daños neurológicos— sin recibir tratamiento alguno… con excepción de una niña de Wisconsin a quien le indujeron a un coma para aplicarle un tratamiento experimental. Según un estudio publicado hoy en The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene, en el cual participaron investigadores del Centro de Control y Prevención de Enfermedades (CDC), la Dirección General de Epidemiología y la Unidad de Investigación Médica Naval de los Estados Unidos (NAMRU-6), la supervivencia a la infección por rabia podría ser más común de lo que se pensaba ya que el 10% de los pobladores estudiados en dos comunidades indígenas de la selva peruana adquirieron inmunidad al virus por sí solos. Virus mortal El virus de la rabia pertenece al género Lyssavirus y se conocen 12 especies diferentes que son responsables de al menos unas 55.000 muertes al año. En el interior de la cápsula cilíndrica de 180 nm de largo por 75 nm de diámetro (tan pequeño que necesitarías alinear más de 7 millones de ellos para cubrir la longitud de tu uña) presenta una simple molécula de ARN y que es transmitido a través de la saliva de cualquier mamífero infectado. El virus se propaga por el sistema nervioso central y provoca una inflamación progresiva del cerebro y la médula espinal, causando estragos neurológicos en la persona. Si tienes suerte mueres a los pocos días de iniciado los síntomas gracias un paro cardiorrespiratorio, pero si eres del 30% menos afortunado, los músculos empiezan a paralizarte poco a poco, para luego entrar en coma y terminar por fallecer. De todas maneras, no hay salida. Si bien los perros son responsables del 99% de las muertes humanas por rabia, en Latinoamérica los murciélagos hematófagos (Desmodus rotundus o simplemente “vampiros”) juegan un rol importante en la transmisión del virus, especialmente en la selva amazónica. El 81% de los casos de rabia que han sido reportados en el Perú entre 1996 y 2010 estuvieron asociados a los murciélagos, siendo el brote del verano del 2007 el peor de todos (527 personas mordidas de las cuales 23 fallecieron). Inmunidad sin vacunas En la selva peruana hay una gran cantidad comunidades indígenas que habitan zonas muy remotas, donde los centros de salud más cercanos se encuentran a días de navegación a través de los sinuosos afluentes del Amazonas. Los factores de riesgo asociados a la rabia en estas poblaciones (contacto directo con los murciélagos, falta de vacunas y pobreza) son muy altos. Debido esto, un grupo de investigadores liderados por la Dra. Amy Gilbert del CDC visitaron dos comunidades indígenas de la selva peruana (Santa María y Truenococha), entrevistaron a 92 personas y colectaron muestras de sangre de 63 de ellos —aquellos que habían mencionado haber tenido algún tipo de contacto con murciélagos— para ser enviadas a Atlanta (EEUU) para su respectivo análisis. Al procesar las muestras, los investigadores encontraron presencia de anticuerpos neutralizadores del virus de la rabia (rVNA) en siete de ellas. Al analizar las fichas epidemiológicas de estos siete individuos, sólo uno reportó haber sido vacunado previamente contra la rabia. Esto indicaba que los otros seis adquirieron la inmunidad al virus por sí solos. La presencia de los rVNA en estos sujetos no vacunados implicaría una exposición previa al virus pero no necesariamente la replicación del mismo, tal como ocurre cuando se aplica repetidas dosis del virus inactivado (vacuna). Esto podría indicar dos cosas: i) que estos individuos han estado expuestos a bajas dosis del virus de manera natural por largos periodos de tiempo, o ii) que los virus que han infectado a estos individuos no son los que provocan la rabia sino son algún otro tipo de Lyssavirus desconocido que induce la formación de anticuerpos que causan una reacción cruzada con la pruebas usadas en el laboratorio (falsos positivos). Es así que estos resultados aún deben ser tomados con prudencia antes de afirmar que ciertas personas pueden desarrollar inmunidad innata contra la rabia. Por ahora se debe investigar más a este grupo de virus para determinar si existen otras especies aún desconocidas que puedan causar sintomatologías similares, o incluso ser usados para el desarrollo de nuevas vacunas mucho más eficientes que requieran menos dosis que las actuales. Referencia: Gilbert, A. T., Petersen, B. W., Recuenco, S., Niezgoda, M., Gomez, J., Laguna-Torres, V., & Rupprecht, C. (2012). Evidence of Rabies Virus Exposure among Humans in the Peruvian Amazon American Journal of Tropical Medicine and Hygiene DOI: 10.4269/ajtmh.2012.11-0689 BioUnalm
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Gilbert, A. T., Petersen, B. W., Recuenco, S., Niezgoda, M., Gomez, J., Laguna-Torres, V., & Rupprecht, C. (2012) Evidence of Rabies Virus Exposure among Humans in the Peruvian Amazon. American Journal of Tropical Medicine and Hygiene. DOI: 10.4269/ajtmh.2012.11-0689
- June 14, 2012
- 01:37 PM
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Identifican proteína responsable de la diferenciación de la abeja reina
by David Castro in BioUnalm
[Entrada originalmente publicada el 24 de abril del 2011]
Por muchos años, los científicos saben que cuando a la larva de una abeja se la alimenta con la jalea real secretada por las obreras, esta se convierte en una abeja reina. Sin embargo, hasta ahora se desconocía cual era el factor responsable de dicha diferenciación y la forma como éste actuaba. A través de un artículo publicado hoy en Nature, la Dra. Masaki Kamakura de la Universidad de la Prefectura de Toyama reportó la identificación y caracterización de la proteína responsable de la diferenciación de las larvas en abeja reina llamada royalactina.
Cuando las hembras de las abejas melíferas (Apis mellifera) llegan a ser adultas, pueden diferenciarse en dos castas: las reinas y las obreras, al cual no se debe a diferencias genéticas —ninguna abeja está programada para ser reina u obrera— sino depende de si fueron o no alimentadas, cuando eran unas pequeñas larvas, con la jalea real secretada por las obreras.
La diferencia entre una reina y una obrera es bastante notoria ya que, a parte de ser mucho más grande y se desarrolla mucho más rápido, puede vivir hasta 10 veces más (de 1 a 2 años), tiene los ovarios grandes y funcionales y puede llegar a poner hasta 2,000 huevos por día. Entonces, sería lógico pensar que la jalea real contiene algún tipo de factor inductor —al cual llamaron royalactina— que determina la diferenciación de estas dos castas. Sin embargo, este factor no ha podido ser identificado hasta ahora.
Fue así que Kamakura hizo una interesante observación. Cuando se almacenaba la jalea real a 40 °C por siete días y se alimentaba a las larvas con ella, las abejas reinas resultantes tardaban más tiempo en desarrollarse y el tamaño de sus ovarios eran mucho más pequeños. Lo resaltante era que dicho efecto se acentuaba más en proporción al tiempo que la jalea permanecía almacenada (14, 21 y 30 días), tanto así que a los 30 días, la jalea real perdía su capacidad diferenciadora y las larvas alimentadas con esta jalea se convertían en abejas obreras.
Esta observación indicaba que el factor inductor responsable de la diferenciación de las abejas se degradaba gradualmente con el paso del tiempo, perdiendo su actividad completa después de un mes. Existen muchas biomoléculas (azucares, proteína, grasas, etc.) que se degradan cuando son sometidas a altas temperaturas, así que el factor inductor podría tener cualquiera de estas formas químicas.
Para determinar que compuesto químico era el inductor, Kamakura hizo otro experimento. Almacenó la jalea real tanto a 40 °C y 4 °C para identificar que compuestos se degradaban en uno y no en el otro, después de 30 días. Al analizar los componentes presentes en la jalea real, ni los azúcares, ni las vitaminas, ni los ácidos grasos mostraron una reducción significativa. Sin embargo, al analizarlos mediante HPLC y electroforesis en poliacrilamida (PAGE) identificaron tres proteínas —una de 450 kDa, otra de 170 kDa y otra de 57 kDa— que se degradaron durante el almacenamiento.
Por un lado, la proteína de 170 kDa se degradó completamente sólo a los 14 días de almacenamiento, descartando que éste sea el inductor porque, según el primer experimento, aún se observaba un efecto sobre las larvas a los 21 días. La proteína de 450 kDa prácticamente no se degradó, quedando un 90% de ella a los 30 días, y la proteína de 57 kDa —a la cual posteriormente le asignaron como la royalactina— se degradó por completo al cabo de los 30 días.
Así que para confirmar dicha observación, Kamakura purificó las proteínas de 450 kDa y de 57 kDa para probar su efecto sobre las larvas a diferentes concentraciones (0.5 – 2.0% del peso de la larva). La royalactina (57 kDa) fue la única que redujo el tiempo de desarrollo de las larvas (fig. a), aumentó el peso de la abeja (fig. b) y también el tamaño de los ovarios (fig. c). El mismo efecto se obtuvo a partir de una royalactina recombinante (E-Rol) producida por una bacteria.
Pero, como las abejas no son muy usadas como modelos biológicos, no existen muchas cepas mutantes que permitan determinar el mecanismo de acción de la royalactina. Por otro lado, la mosca de la fruta es un modelo biológico por excelencia, así que Kamakura usó a la Drosophila para hacer los análisis genéticos y observar el efecto de la jalea real en la diferenciación.
Cuando se sometió a las larvas de la mosca de la fruta a un 20% de jalea real, Kamakura observó un sustancial aumento en el tamaño corporal, la fecundidad y en la esperanza de vida, así como también una reducción en el tiempo de desarrollo de la mosca. En otras palabras, la jalea real tenía prácticamente el mismo efecto en la abeja y en la mosca. Gracias a este sorprendente resultado, la investigadora pudo continuar sus experimentos en la mosca.
Al usar distintas cepas mutantes de moscas, Kamakura identificó que la royalactina actuaba a nivel del receptor del Factor de Crecimiento Epidérmico (EGFR) del tejido graso a través de la activación de la p70S6K, una kinasa que actúa sobre la subunidad 6 del ribosoma, fosforilándola y promoviendo la síntesis de proteínas. Este mecanismo permite que las células adquieran un mayor tamaño. Entonces, esto indicaría que el mayor tamaño de las moscas se debe a que las células son más grandes y no porque son más numerosas. También se observó que la EGFR estaba relacionada directamente con la prolongación de la esperanza de vida de las moscas, siendo la primera vez que se detecta este efecto en los animales.
Por otro lado, Kimakura observó que la vía MAPK era activada por la EGFR, permitiendo una reducción en el tiempo de desarrollo de las moscas. Además, la royalactina tenía la capacidad de inducir la expresión de la ecdisterona (20E), una hormona juvenil esencial para el desarrollo de los ovarios.
Finalmente, para demostrar que todos estos resultados obtenidos en las moscas de la fruta pueden ser extrapolados a las abejas, Kamakura usó un ARN de interferencia (ARNi) para bloquear la expresión del gen EGFR en el tejido graso de las abejas melíferas. Este experimento confirmó que el efecto de la royalactina es similar en la mosca de la fruta y en la abeja melífera.
Entonces, para resumir, la roy... Read more »
Kamakura, M. (2011) Royalactin induces queen differentiation in honeybees. Nature. DOI: 10.1038/nature10093
- June 13, 2012
- 09:54 AM
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Células madre desde el “más allá”
by David Castro in BioUnalm
Los cadáveres pueden ser una nueva fuente de células madre… ¡No es broma! Resulta que un grupo de investigadores liderados por Shahragim Tajbakhsh y Fabrice Chrétiendel del Instituto Pasteur (Francia), han logrado aislar células madre musculares de cadáveres humanos y de ratones dos semanas después de muertos, y han demostrado que al ser trasplantados en los ratones son capaces de regenerar el tejido dañado. El estudio aparece publicado el 12 de junio en Nature Communications. Post mortem Debido a la limitada disponibilidad de células madre para la manipulación experimental o la medicina regenerativa, los científicos se han visto obligados a buscar nuevas fuentes de donde obtenerlas. La macabra idea de extraer células madre de un cadáver no es nueva. En 1986, un niño que padecía de leucemia recibió la médula ósea de su padre quien había muerto de un infarto al corazón 17 días antes. La médula fue extraída 40 minutos después de su muerte y fue guardada en nitrógeno líquido hasta el momento del trasplante. Si bien el niño no logró sobrevivir más de dos meses porque rechazó el injerto, se demostró la viabilidad de un cadáver como fuente de células donantes. Fue así que las células madre procedentes de tejidos de cadáveres (post mortem) empezaron a ser usados para la experimentación. Sin embargo, su viabilidad y capacidad regenerativa era muy limitada. El problema era que no se entendía cómo cambiaba la fisiología de las células una vez la persona moría. La autora principal del estudio, Mathilde Latil, examinó los tejidos de 16 cadáveres de personas y detectó la presencia de marcadores específicos de células madre musculares (células satélite) en todos ellos, incluso 17 días post mortem. Luego, estas células fueron aisladas y cultivadas, y al cabo de cuatro días, el 90% expresaban la Miogenina, una proteína clave para la formación del tejido muscular (miofibrillas y miotubos). Estos mismos resultados fueron obtenidos a partir de cadáveres de ratones hasta 14 días post mortem. Formación de miofibrillas a partir de células madre musculares aisladas de ratones muertos cuatro días antes. Las células fueron cultivadas en medios con bajos niveles de oxígeno (3%). Tres días después se puede observar la formación de los miotubos (flechas negras). Quiescencia Los investigadores hicieron una observación clave mientras cultivaban las células satélite: cuando éstas provenían de cadáveres, el tiempo que tardaban en dividirse por primera vez era mucho mayor que cuando provenían de tejidos frescos. Esto indicaba que las células satélites aisladas post mortem estaban en un estado de quiescencia. La quiescencia es un estado de baja actividad metabólica que se da como adaptación a las condiciones desfavorables del entorno la cual puede ser revertida si estas condiciones mejoran. Entonces, la quiescencia confiere una ventaja de supervivencia a las células madre de los cadáveres. Al estudiar las células satélites de ratones muertos observaron que la expresión de los genes responsables de detener el ciclo celular, sintetizar potentes enzimas antioxidantes y responder a las bajas concentraciones de oxígeno (hipoxia), era mayor que en condiciones normales; mientras que la expresión de los genes responsables de activar o inactivar la muerte celular programada (apoptosis), no variaban significativamente. Además se observó que éstas células consumían un 28% menos oxígeno a la media hora de ser cultivadas y sus niveles de ATP también se reducían considerablemente. Por esta razón, demostraron tener un mejor crecimiento y aumentaron su viabilidad cuando eran cultivadas en condiciones anóxicas (ambientes con menos del 0.1% de oxígeno). Todo estos resultados apuntaban a que la reducción de la tasa metabólica, el bajo consumo de oxígeno y la baja producción de ATP son claves para la supervivencia y viabilidad de las células madre musculares post mortem. Regeneración de tejidos Finalmente los investigadores quisieron evaluar la capacidad de estas células madre en la regeneración de tejidos. Para ello usaron ratones previamente tratados con sustancias que dañan el tejido muscular (miotoxinas) a quienes les insertaron las células satélite aisladas cuatro días post mortem. Los resultados fueron realmente buenos, los injertos fueron asimilados correctamente y las células madre fueron capaces de regenerar el tejido dañado, siendo más eficientes cuando eran cultivadas en condiciones anóxicas. No hay dudas que este estudio es un importante avance en el campo de la medicina regenerativa. Sin embargo, como toda investigación científica, ha generado nuevas preguntas. Una de ellas es por qué no se han encontrado otro tipo de células madre en los cadáveres. La quiescencia sólo es parte de la respuesta. Pero gracias a las técnicas de reprogramación celular podríamos ser capaces de obtener otro tipo de células distintas a las musculares, pero aún queda mucho camino por recorrer. Referencia: Latil, M., Rocheteau, P., Châtre, L., Sanulli, S., Mémet, S., Ricchetti, M., Tajbakhsh, S., & Chrétien, F. (2012). Skeletal muscle stem cells adopt a dormant cell state post mortem and retain regenerative capacity Nature Communications, 3 DOI: 10.1038/ncomms1890 BioUnalm
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Latil, M., Rocheteau, P., Châtre, L., Sanulli, S., Mémet, S., Ricchetti, M., Tajbakhsh, S., & Chrétien, F. (2012) Skeletal muscle stem cells adopt a dormant cell state post mortem and retain regenerative capacity. Nature Communications, 903. DOI: 10.1038/ncomms1890
- June 5, 2012
- 12:13 PM
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¿Cómo sobrevive un mosquito a un aguacero?
by David Castro in BioUnalm
Proporcionalmente, el impacto de una gota de lluvia contra un mosquito es comprable con el impacto de un bus escolar contra un ser humano. Sin embargo, los mosquitos sobreviven mientras nosotros no.
Los mosquitos del género Anopheles, vectores de la malaria, viven en regiones tropicales donde las lluvias torrenciales son bastante frecuentes. Cada gota de lluvia tiene aproximadamente el mismo tamaño del insecto, pero su masa puede llegar a ser 50 veces superior. Si el mosquito se encuentra en reposo sobre una superficie, la fuerza de impacto —10.000 veces su peso— puede llegar a ser mortal.
Sin embargo, los mosquitos no tienen miedo a salir a pasear durante una lluvia torrencial, a pesar que la probabilidad que las gotas le impacten sea muy alta (una cada 25 segundos si se encuentran inmóviles). Con el fin de entender la forma como los mosquitos sobreviven a un aguacero, investigadores de del Georgia Institute of Technology han usado cámaras de alta velocidad (4000 cuadros por segundo) para revelar su mecanismo de supervivencia. Los resultados aparecen publicados el 4 de junio en PNAS.
Para llevar a cabo este experimento, los investigadores liderados por Andrew Dickerson pusieron un grupo de mosquitos dentro de una cámara acrílica de cinco centímetros de espesor, con vibración cada cierto intervalo de tiempo para mantener volando a los insectos. La parte superior estaba cubierta por una malla que permitía el paso de las gotas de agua a una velocidad de 9 m/s, simulando las condiciones típicas de una lluvia.
Los mosquitos Anopheles se caracterizan por tener patas y alas muy largas, las cuales conforman el 75% de toda su superficie. Entonces, es fácil suponer que será tres veces más probable que las gotas de lluvia caigan en esas zonas. Los datos experimentales confirmaron esta hipótesis. Además, los videos mostraron que los mosquitos se inclinan, giran o se balancean, dependiendo del punto de impacto de las gotas.
Cuando la gota impacta con el ala del mosquito, ubicado a un milímetro de su centro de masa, éste gira en un ángulo de 50 grados y recupera el vuelo inmediatamente, con un tiempo de contacto de sólo una décima de segundo. Durante este periodo de tiempo, el mosquito sufre una fuerza de impacto de sólo dos veces su masa. Sin embargo, si el impacto de la gota es directo en su centro de masa —entre las dos alas—, el mosquito es empujado hacia el suelo a la misma velocidad a la que cae la gota. La distancia que cae antes de librarse de la gota varía entre 15 y 60 milímetros. Es por esta razón que los mosquitos vuelan a cierta altura para evitar chocar contra el suelo si llegan ser alcanzados por una gota.
Los investigadores observaron que la velocidad de caída de la gota tras impactar al mosquito sigue siendo prácticamente la misma. Esto indicarían que la pequeña masa del mosquito (2 mg) hace que el momento de fuerza de la gota casi no varíe. En otras palabras, casi no hay fuerza depositada sobre el cuerpo del mosquito, por lo tanto, no hay daño. La hipótesis fue confirmada usando un modelo del insecto basado en una esfera de poliestireno extruído.
Otra de las claves de la supervivencia del mosquito es que cuando la gota los impacta contra ellos no se revienta, más bien, se deforma y continúa su camino como si nada hubiera pasado. Este comportamiento de la gota es favorecido por que su exoesqueleto presenta pequeñas vellosidades hidrofóbicas. Sin embargo, durante el breve lapso de tiempo que dura la deformación de la gota —aproximadamente entre 0.5 y 1.8 milisegundos— el mosquito experimenta una aceleración de 300 G y una fuerza de impacto de 100 a 300 veces su masa corporal. Si bien esto parece mucho, los investigadores calcularon que sus exoesqueletos pueden soportar sin perder su capacidad de vuelo una fuerza equivalente a 2000 veces su propio peso.
Es así que el impacto de las gotas no logra matarlos. Estos datos además sugieren que los mosquitos son los animales que baten un record de supervivencia al soportar aceleraciones de 300 G, superando los 135 G que experimentan las pulgas al saltar o los 25 G que podrían soportar los humanos.
Referencia:
Dickerson, A., Shankles, P., Madhavan, N., & Hu, D. (2012). Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1205446109
Video | Scientific American. BioUnalm
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Dickerson, A., Shankles, P., Madhavan, N., & Hu, D. (2012) Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1205446109
- May 28, 2012
- 03:27 PM
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Revelan estructura de proteína clave en la unión del fago a la bacteria
by David Castro in BioUnalm
Estudio puede contribuir con el desarrollo antibióticos basados en fagos.
Los bacteriófagos (fagos) son virus especializados en infectar bacterias para multiplicarse y diseminarse. Descubiertos hace más de 90 años, han jugado un rol importante en el desarrollo de la biotecnología. Fueron usados para controlar la disentería en los niños, incluso se llegaron a comercializar preparados basados en ellos para el tratamiento de otras infecciones. Sin embargo, el descubrimiento de la penicilina y otros antibióticos de amplio espectro hizo que la terapia basada en los fagos fuera abandonada allá por la década de 1940.
Pero ¿quién diría que la vida les daría una nueva oportunidad? La aparición de bacterias patógenas cada vez más resistentes a los antibióticos usados hoy en día ha provocado que los científicos busquen otras maneras de hacerles frente. Algunos de ellos están reevaluando el potencial de los fagos para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas más efectivas.
Con el fin de entender el proceso de anclaje del fago a la bacteria, Carmela García-Doval y Mark van Raaij del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC (España) han revelado la estructura de la proteína que forma la cola del fago T7. El estudio publicado hoy en PNAS muestra también la localización precisa de la posible región responsable del anclaje y sugiere que mutaciones a este nivel podrían cambiar la afinidad del fago hacia otras bacterias.
Estructura
El 95% de los fagos pertenecen al orden de los Caudovirales. Estos se caracterizan por tener una forma muy particular, similares a pequeñas sondas espaciales. Están formados por una cabeza hueca proteica de forma icosaédrica llamada cápside —que es donde se encuentra todo el material genético del virus—, y una cola que sirve para reconocer y unirse a la superficie de las bacterias.
Los fagos del tipo T7 tienen una cola con seis fibrillas unidas a su extremo. Cada una está formada por tres copias de la proteína gp17, que es la responsable del reconocimiento y unión del fago a la bacteria, en este caso, la Escherichia coli.
García-Doval & van Raaij purificaron y cristalizaron el extremo carboxil-terminal (o extremo final) de la proteína gp17 para poder determinar su conformación tridimensional a través de la difracción de rayos X. La técnica permitió obtener la estructura de dicho fragmento con una resolución de 0.2 nanómetros. En ella se pudo apreciar la formación de dos dominios: la pirámide triangular (inferior) y la punta globular (superior), ambos formados por estructuras del tipo beta láminas —que les dan gran estabilidad—, unidos a través de una cadena flexible de aminoácidos que podría ser fundamental en el proceso de infección.
Especificidad
La principal característica de los fagos es su especificidad por un tipo de bacteria. Esto es una ventaja al momento de desarrollar un antibiótico porque te aseguras que sólo la bacteria indeseada sea la eliminada. Este poder selectivo ha sido aprovechado también en la industria alimentaria para la tipificación, identificación e incluso eliminación de bacterias dañinas para la salud que podrían estar en los alimentos.
Gracias a la gran resolución obtenida por los investigadores del CSIC y la comparación con proteínas similares en especies como Yersinia pestis (responsable de la peste bubónica), se logró localizar regiones específicas en la punta globular que podrían ser responsables del anclaje del fago a la superficie de la bacteria. Mutaciones en estas regiones pueden afectar dicha unión, incluso cambiar su especificidad hacia otra especie de bacteria.
Los investigadores dicen que se necesitan más experimentos con versiones mutantes de la proteína gp17 para identificar los aminoácidos que confieren la especificidad por un tipo de bacteria. Asimismo, se requiere determinar la estructura de la unión de las fibras de la cola del fago con el lipopolisacárido de la bacteria, a través de una cocristalización, para confirmar si el punto de anclaje se da en la punta globular de la proteína.
Conocer a fondo esta proteína permitirá desarrollar versiones mutantes con una afinidad por bacterias patógenas humanas, las cuales podrán ser usadas como agentes terapéuticos. Este mismo de estudio puede ser aplicado a otros tipos de fagos, especialmente, aquellos que pueden infectar bacterias capaces de formar biopelículas —o algún otro tipo de estructura de resistencia— que las protegen del efecto de los antibióticos.
Referencia:
Garcia-Doval, C., & Raaij, M.J.V. (2012). Structure of the receptor-binding carboxy-terminal domain of bacteriophage T7 tail fibers. Proceedings of the National Academy of Sciences doi: 10.1073/pnas.1119719109 BioUnalm
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Garcia-Doval, C., & Raaij, M.J.V. (2012) Structure of the receptor-binding carboxy-terminal domain of bacteriophage T7 tail fibers. Proceedings of the National Academy of Sciences. info:/10.1073/pnas.1119719109
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