30 diciembre, 2010

Top 10 y resumen del 2010

Bueno, este es el último post del 2010, un año bastante agitado científica, tecnológica y ambientalmente. Un año donde la naturaleza demostró de lo que era capaz. Primero, con un par de terremotos de gran magnitud en Haití y Chile, y el desplazamiento de ciertos sectores de Sudamérica; y luego con la erupción del volcán Eyjafjallajokull, que paralizó el continente europeo.

Un año donde se desató uno de los más grandes atetados contra los ecosistemas marinos tras el derrame de millones de barriles de petróleo al colapsar una plataforma petrolera de la corporación British Petroleum.

Un año donde conocimos más sobre nuestros ancestros, sus orígenes, sus dietas, su relación con nosotros, la evolución de su comportamiento, sus genomas.

Un año con nuevas teorías sobre el origen y diversificación de la vida en la Tierra. ¿de donde venimos? ¿cómo nos volvimos tan complejos? ¿cómo se pudo originar el código genético? ¿tuvimos o no un ancestro común universal?

Un año donde se mostró la importancia del periodismo científico, y la decepción por la falta de seriedad de los medios de comunicación locales y la necesidad formar periodistas científicos en las universidades donde tienen la carrera de periodismo o ciencias de la comunicación. Sin embargo, el valor de los blogs científicos para llenar este vacío.

Un año donde los Nobel fueron para el padre de la fertilización in vitro, a los padres de la química orgánica sintética, a los padres del grafeno, y a nuestro compatriota Mario Vargas Llosa. Pero, no olvidemos de la —también prestigiosa— entrega de los Ig Nobel, que este año fue transmitida en vivo y en directo.

Sin dudas ha sido un año bastante ajetreado, que me tomaría varios párrafos resumirlo, entonces… 

Ahora sí… el Top 10 del año.

10

De qué color eran las plumas de los dinosaurios? Aguanta tu coche… ¿los dinosaurios tenían plumas? Pues sí, algunas especies la tenían y esto fortalece la hipótesis de que las aves pueden ser descendientes directos de los dinosaurios. Sin embargo, no se sabe si son exactamente plumas o un tipo diferente de escamas. Pero, los científicos si pudieron analizar los melanosomas de los restos fósiles los cuáles estaban bien preservados, y pudieron determinar los colores en base a la forma y tamaño de las células.

09

El primer borrador del genoma del Neandertal. Svante Pääbo logró extraer ADN a partir de los huesos fósiles, los cuales tienen miles de años de antigüedad. Pero, gracias al permafrost, los huesos fueron muy bien conservados, permitiendo extraer buenas cantidades de ADN, aunque la mayoría rotos o degradados, así que el trabajo de ensamblaje del genoma completo tomará algunos meses más, no tanto como en el caso del genoma humano que tomó dos años, ya que ahora las técnicas de secuenciamiento y bioinformáticas están muy avanzadas.

08

Avances en la obtención de antimateria. Por fin se logró capturar un poco de antimateria por un pequeño periodo de tiempo, no tanto como el descrito por Dan Brown en su novela Ángeles y Demonios (0.25gr por 24 horas), pero sí lo suficiente (38 antiátomos de hidrógeno por 172 milisegundos) como para poder hacerle un “pequeño” interrogatorio, pero da pie para que en los próximos años, esta cantidad se aumente y por fin la podamos estudiar a fondo. No olvidemos que unos meses antes, también se logró observar un sofisticado núcleo de antimateria, el antihipertritón.

07

Se resuelve la paradoja del huevo y la gallina. La eterna paradoja del huevo y la gallina podría haber sido resuelta (OJO: en el sentido evolutivo). Que fue primero, las secuencias que codifican las proteínas o las proteínas que permiten traducir las secuencias. La respuesta a esta pequeña encrucijada fueron las ribozimas, que son sistemas de replicación no enzimáticos basados en el ARN, pero su tasa de mutación es tan alta —con respecto a las polimerasas que hoy conocemos— que si se hubiera generado una secuencia informativa, esta se hubiera perdido por la acumulación mutaciones. La respuesta fue encontrada, las generación de secuencias correctas era más rápido que la generación de secuencias mutantes. Además, como Bonus Track, un mundo de ARN se pudo haber desarrollado en el hielo, y no necesariamente en un medio líquido (“caldo nutritivo”), además las bajas temperaturas promovían la compartamelización y la reducción de la tasa de mutación.

06

BioUnalm for dummies. Una forma sencilla de ver los complicados procesos que ocurren dentro de las células. Primero, explicando qué es un regulón y luego viendo como se da la transformación genética en bacterias. Nuestro amigo Ecoli Pérez y compañía regresarán el próximo año recargados!

05

Descubrimiento de un nuevo linaje homínido. Hasta ahora creíamos que el linaje de los Hommo estaba formado sólo por el H. sapiens y el H. neanderthalensis —claro, sin olvidar al pequeño grupo de H. floresiensis. Ahora, el análisis genómico de unos fósiles descubiertos al sur de Siberia, en la cueva de Denisova, nos muestran que había otro grupo de homínidos que habitó la Tierra por esas épocas, y además, logró mezclarse con grupos de Neandertales y grupos de humanos que luego migraron a la Micronesia.

04

Descubrimiento de una bacteria capaz de reemplazar el fósforo por arsénico. De llegar a demostrarse, sería uno de los más grandes descubrimientos hechos en el campo de las ciencias de la vida. Uno de los dogmas de la biología es que todos los seres vivos están compuestos por 6 átomos elementales (CHONPS), si uno de ellos no está presente, simplemente no existiría la vida. No llegó a ser el #1 porque hay experimentos que deben ser comprobados en otros laboratorios, sin embargo, se aplaude la buena fe del equipo de Wolfe-Simon en proporcionar las sepas para que continúen las investigaciones.

03

Niños de 8 años publican un artículo científico en Biology Letters. Sin dudas uno de los post más visitados y compartidos del año, donde unos niños de una escuela primaria de Inglaterra hicieron un estudio científico que investiga si las abejas podían usar los colores y la disposición de ellos para ubicarse en el espacio y determinar donde se encuentra el alimento. Dentro de unos años, muchos de ellos serán unos grandes científicos.

02

Qué regalar a un biólogo esta navidad? Este fue tal vez es post más visto y compartido del año, y por eso se merece estar ubicado en el segundo lugar. Muchas personas no saben muy bien que regalar a alguien y siempre optan por lo tradicional: relojes, pulseras, collares, corbatas, perfumes, licor, etc. Sin embargo, si usas esta pequeña guía, sabrás bien que regalarle a tu mama, papa, herman@, enamorad@, etc. que sea biólogo, te aseguro que llenarás su vida de felicidad. Además, como Bonus Track navideño, por qué la nariz del reno Rodolfo era roja?

01… La TOP

Obtención del primer organismo capaz de vivir con un genoma sintético. Sin dudas, esto fue lo más resaltante del año, ya que ha sido el mayor avance en las ciencias biológicas de la última década (junto al secuenciamiento del genoma humano), sobre todo hacia un futuro donde la biología sintética generará organismos capaces de solucionar los problemas más comunes que afectan a la humanidad: enfermedades, contaminación, alimentación, etc. Craig Venter —el mismo que secuenció el primer genoma (H. influenzae), y luego el genoma humano— sintetizó químicamente todo el genoma de una bacteria (Mycoplasma genitalium) de 580Kb. Como el genoma es largo la síntesis se hizo en partes, que luego fueron ensamblados en E. coli y luego en una levadura. Una vez terminado de ensamblar el genoma fue transferido a un receptor (Mycoplasma capricolum) al cual antes se le había extraído su genoma. Finalmente, el genoma sintético de M. genitalium pasó a controlar el funcionamiento de la bacteria.

Espero que estén de acuerdo con el Top 10 que hice, sin dudas hay muchas cosas que no he mencionado ya que sin darme cuenta, este año escribí más de 400 post, que resumirlos todos es bastante difícil. Ya son un poco más de cuatro años escribiendo, y comparados con los post que escribía al iniciar BioUnalm, he evolucionado bastante. Parte de esto se lo debo a todos ustedes, que día a día leen los artículos que escribo, claro que de hecho algunos serán más interesantes para unos que para otros, pero es eso lo que me motiva. Si nadie leyera creo que sería en vano gastar tanto esfuerzo, pero como no es así seguiré tratando de llevar a todas las personas —sean biólogos o no, científicos o no— información científica actualizada y de esta manera tratar de llenar parte de ese gran vacío que tenemos en el país… la falta de comunicación científica.

Así que les deseo a todos un Feliz y Prospero Año 2011, que sea de muchos éxitos, diviértanse mucho, eviten quemar muñecos porque con los fuegos artificiales ya es suficiente humo liberado a la atmósfera, y si les fue mal en el 2010… háganle caso a mi buen amigo José José: “ya lo pasado, pasado, no me interesa…”  y nos estaremos encontrando el próximo año, después de tomarme unas cortas vacaciones.

Nos vemos!

29 diciembre, 2010

¿Cómo evolucionaron las flores?

El origen evolutivo de las plantas con flores, más conocidas como las Angiospermas, ha sido uno de los más grandes misterios sin resolver de la biología, ya que es inexplicable como se empezaron a diversificar —en cientos de miles de especies— pocos millones de años después de su súbita aparición hace unos 130 millones de años. Pero, para poder entender esto, primero debemos saber cómo se originaron y  cómo evolucionaron las flores.


Las plantas que producen semillas a partir de la maduración del óvulo son dos: las angiospermas (plantas con flores) y las gimnospermas (plantas sin flores), siendo las últimas las más antiguas. Las flores están compuestas de un perianto (sépalos y pétalos) que cubre los órganos reproductivos (estambres y carpelos). Los órganos reproductivos de las angiospermas son considerados homólogos funcionales con los microsporófilos y macrosporófilos de los conos de las gimnospermas, sin embargo, no se conocen precursores evolutivos para los pétalos y sépalos.

Muchos estudios realizados en las bases moleculares del desarrollo de las flores en Arabidopsis thaliana han permitido conocer como se da este mecanismo. Los científicos han demostrado que los órganos florales pueden ser transformados unos en otros, dependiendo de los genes que se están expresando. El modelo ABCE es el más aceptado (Figura 1).

ABCE model

Este modelo dice que sépalos son producidos cuando la función de A actúa sola, cuando se superpone la función de B se forman los pétalos. Cuando la función de C se superpone a B se forman los estambres y cuando la función de C actúa sola se forman los carpelos. En el caso de A. thaliana, A está formado por los genes APETALA1(AP1) y APETALA2 (AP2), B por los genes APETALA3 (AP3) y PISTILLATA (PI) y E, que interactúa con los genes ABC está formado por el grupo de genes conocidos como SEPALLATA.

Como las gimnospermas tienen órganos reproductores homólogos a los estambres y estaminodios, pero no tienen ni pétalos, ni sépalos, o alguna estructura que cubra los órganos reproductores, la función de B y C estaría presente en el ancestro común de todas las plantas con semillas. Entonces, el cambio de función de B y la adquisición de nuevas funciones de A sería la clave para entender como evolucionaron las flores y explicar la rápida diversificación de las angiospermas.

Chanderbali y sus colaboradores llevaron a cabo un análisis comparativo, pero no a nivel genético, sino transcriptómico, o sea, a nivel de los genes que se están expresando en un determinado momento, para así entender como se relacionan y superponen las funciones de los genes encargados de la diferenciación de los órganos florales en gimnospermas y angiospermas. 

Para ello usaron cinco especies de plantas: una acuática perteneciente a las Ninfeáceas (un linaje hermano a las angiospermas existentes excepto Amborella), el palto (perteneciente a las Magnoliidae), una amapola de California, la A. thaliana (pertenecientes a las dicotiledóneas verdaderas) y una cica (perteneciente a las gimnospermas). La figura muestra en círculo a los cinco representantes tomados en el estudio, abarcando toda la línea evolutiva de las plantas con semillas.


phylogeny

Los investigadores observaron que el proceso de formación de los carpelos y estambres es homólogo en todas las angiospermas. Esto quiere decir que el desarrollo de los órganos reproductores de las plantas con flores funciona de la misma manera en todas. La diferencia radica en los genes que usan, si bien son diferentes entre una y otra especie, las funciones que cumplen son las mismas (homólogos).

Por otro lado, el proceso de formación de los pétalos y sépalos fue igual sólo en las dicotiledóneas verdaderas (A. thaliana y la amapola de California) pero no en el palto y la planta acuática ya que los órganos internos y externos del perianto de estas plantas, que deberían diferenciarse en sépalos y pétalos, no lo hacen y forman órganos morfológicamente similares llamados tépalos. Sin embargo, el perfil transcriptómico de la formación del tépalo estaba más relacionado con las funciones de formación de los sépalos de las dicotiledóneas verdaderas, que con cualquier otro órgano floral.

Analizando a mayor profundidad los agrupamientos en base a los perfiles transcriptómicos, la formación del sépalo/tépalo estaba más relacionado a la formación de los estambres, mientras que la formación de los pétalos estaba más relacionado con la formación de los carpelos.

Ahora, para completar el estudio, se compararon los perfiles transcriptómicos de las plantas con flores con los perfiles de los conos de las gimnospermas, las cuales carecen de sépalos, pétalos o tépalos. Al hacer el análisis comparativo, se vio que los conos masculinos se agruparon más cerca a la formación de los sépalos/tépalos, mientras que los conos femeninos estaban más relacionados con la formación de los carpelos.

phylogeny1

Entonces de estos resultados podemos concluir que las flores evolucionaron a partir de un precursor BC que se originó en las gimnospermas, las cuales si tenían diferenciados los órganos sexuales masculinos y femeninos pero no poseen estructuras que los envuelvan y protejan. Luego, ocurrió un proceso intermedio llamado “desvanecimiento de fronteras” donde el desarrollo de los órganos florales estaba bajo el control de “ABc"”, “aBC” y “abC” (la letra minúscula indica la función menos expresada). Este mecanismo permitió la formación de órganos de cobertura primitivos como petaloides (tépalos). 

Finalmente, se formó un sistema ABCE estricto, donde la diferenciación de los sépalos y pétalos esta estrictamente regulado por la función de B, aunque los dos estén influenciados por la función de A. Del mismo modo, la formación de los estambres y carpelos está estrictamente regulado por B aunque requiere de la influencia de la función de C.

ABCE_model

Si bien se logró explicar bien el modelo de formación de órganos florales ABCE, aún no nos da muchas pistas de porqué la diversificación de las angiospermas fue tan rápida y tan extravagante. Sin embargo, vemos que el mecanismo que regula la formación de los órganos florales están muy interconectados. Si cambiamos o mutamos uno de los genes, todo el desarrollo floral se verá afectado, esto podría afectar la forma de la flor, su fertilidad, su sexualidad ya que se podría formar flores masculinas y flores femeninas como en las plantas dioicas, también se puede generar un desfase en la formación de los órganos reproductivos masculinos y femeninos a fin de evitar la autopolinización y aumentar la diversidad genética. En fin, falta mucho por estudiar, pero ya se tiene un gran avance.

Referencia:

ResearchBlogging.orgChanderbali, A., Yoo, M., Zahn, L., Brockington, S., Wall, P., Gitzendanner, M., Albert, V., Leebens-Mack, J., Altman, N., Ma, H., dePamphilis, C., Soltis, D., & Soltis, P. (2010). Conservation and canalization of gene expression during angiosperm diversification accompany the origin and evolution of the flower Proceedings of the National Academy of Sciences, 107 (52), 22570-22575 DOI: 10.1073/pnas.1013395108

27 diciembre, 2010

Se supera un gran obstáculo en la producción del bioetanol a partir de residuos celulósicos

La fermentación microbiana del almidón de maíz o del azúcar de la caña ha sido, por mucho tiempo, la mejor forma de obtener etanol para ser usado como biocombustible. Sin embargo, estos dos cultivares también son destinados para el consumo humano, generando una competencia entre la alimentación y los combustibles renovables. Fue así que a muchos investigadores se les ocurrió la idea de usar los residuos dejados por la industria agrícola (hojas, tallos, paja, turba, pulpa de madera, aserrín, etc.) como buenos sustratos para la producción de biocombustibles.

Pero, a diferencia del almidón o el azúcar, que al hidrolizarse generan puras hexosas (azúcares de seis carbonos como la glucosa), que pueden entrar directamente al metabolismo fermentativo; los residuos agrícolas están compuestos de celulosa y hemicelulosa, principales componentes de las paredes celulares de las plantas. Estos compuestos deben someterse a tratamientos previos para así poder generar azúcares fermentables.

La celulasa —una enzima que está presente en algunas bacterias y hongos— hidroliza la celulosa cortándola en pequeñas moléculas conformadas por dos glucosas unidas llamada celobiosa. Luego, la celobiosa debe ser cortada por la mitad para generar las glucosas que entrarán al metabolismo fermentativo, esta corte es realizado por la enzima β-glucosidasa. Sin embargo, la hemicelulosa está conformada por una mezcla heterogénea de azúcares de 5 y 6 carbonos. Cuando es sometida a un pre-tratamiento con ácidos genera xilosas y arabinosas (azúcares de 5 carbonos), los cuales no pueden ser fermentados por los organismos usados industrialmente. Además, la presencia de estas pentosas puede alcanzar el 30% de los azúcares totales de la biomasa vegetal, reduciendo el rendimiento de producción de etanol.

El organismo más usado en los procesos fermentativos es la levadura Saccharomyces cerevisiae, la cual no puede fermentar la xilosa por no tener una vía de asimilación para este azúcar. Sin embargo, las cepas silvestres de S. cerevisiae y otras como Pichia stipitis lo pueden hacer gracias a las enzimas que tienen. Al insertar los genes que codifican estas enzimas en las cepas mejoradas de S. cerevisiae se logró fermentar la xilosa pero los rendimientos fueron muy bajos. Esto se debe a que cuando los niveles de etanol en el medio de fermentación alcanzan un determinado porcentaje, las levaduras empiezan a inactivarse y morir.

De manera natural, las levaduras silvestres no soportan más de ~7% de etanol en el medio pero, gracias a la ingeniería genética, se ha logrado aumentar este umbral hasta 15%. Sin embargo, cuando se tiene en un medio de fermentación una mezcla de glucosa y xilosa, la levadura preferirá asimilar y fermentar primero la glucosa, y cuando ésta se agote, la concentración de etanol será tan alta que la fermentación de la xilosa será menos eficiente, bajando el rendimiento de producción. A esto se le llama represión por glucosa. La glucosa reprime el ingreso de la xilosa para ser fermentada (Figura B).

Es como si te dieran a escoger entre una pizza y un plato de locro de zapallo. Primero te comerás la pizza, y cuando llegues al locro, estarás tan lleno que ya no te lo terminarás.

Entonces, una estrategia para aumentar el rendimiento de producción de etanol en medios de fermentación mixtos sería inactivando el mecanismo de represión por glucosa, para que tanto la xilosa como la glucosa sean fermentados al mismo tiempo. Una estrategia sería cofermentar la celobiosa y la xilosa al mismo tiempo, de esta manera se supera la represión por glucosa. Sin embargo, para que esto proceda, la cepa de S. cerevisiae debe tener —a parte de los genes necesarios para la fermentación de xilosa— un transportador de celobiosa y una β-glucosidasa.

Fue así que Suk-Jin Ha y colaboradores de la Universidad de Illinois y Berkeley insertaron el gen de un transportador de celobiosa y el gen de una β-glucosidasa intracelular de Nuerospora  crassa, así como los genes de fermentación de xilosa de Pichia stipitis a S. cerevisiae, consiguiendo que la levadura pueda fermentar xilosa y celobiosa al mismo tiempo (Figura A y C). Los resultados fueron publicados hoy en PNAS.

xilosa

Se ve bastante sencillo no?… Tomar un poquito de Neurospora y un poquito de Pichia, para generar una levadura capaz de fermentar celobiosa y xilosa. La ingeniería genética hace que esto se vea sencillo, pero no es así. Si bien se logró producir etanol en lotes de fermentación mixtos, los rendimientos obtenidos (Figura 2B) no fueron mayores a los que se obtiene a partir del almidón o el azúcar, sin embargo, si fue superior al obtenido usando medios de fermentación sólo con xilosa (Figura 2A)o sólo con celobiosa (Figura 2C) en el mismo periodo de tiempo. Además, también fueron superiores a los obtenidos cuando se usan cultivos mixtos de glucosa y xilosa.

xilosa1

Lo principal fue que se logró aliviar la represión por glucosa, ya que la xilosa también usa el transportador de glucosa para entrar a las células, pero no es tan eficiente como la glucosa, por eso se ve obstaculizado su ingreso a la célula cuando hay glucosa en el medio. Pero, cuando la celobiosa se degrada dentro de la célula y no afuera, la glucosa ya no bloqueará el ingreso de la xilosa a través de los transportadores, y los dos azúcares se encontrarán presentes dentro de la célula al mismo tiempo, facilitando su fermentación.

Sin dudas es un gran avance en la producción de etanol a partir de los desechos de la industria agrícola. Aunque, el aumento en el rendimiento y productividad es significativo —comparado con otros tipos de cepas cofermentadoras— aún no es comparable a los obtenidos de la fermentación del almidón y el azúcar. Pero usando las herramientas proporcionadas por la ingeniería genética y la biotecnología, dentro de unos años será común la producción de biocombustibles y sus derivados a partir de residuos celulósicos, y se empezarán a consolidar las biorefinerías.

Referencia:

ResearchBlogging.orgSuk-Jin Ha, Jonathan M. Galazka, Soo Rin Kim, Jin-Ho Choi, Xiaomin Yang, Jin-Ho Seo, N. Louise Glass, Jamie H. D. Cate, & Yong-Su Jin (2010). Engineered Saccharomyces cerevisiae capable of simultaneous cellobiose and xylose fermentation PNAS : 10.1073/pnas.1010456108

26 diciembre, 2010

Los chocolates también incentivan la genómica: Se secuencia el genoma del cacao

Todos sabemos que los chocolates se hacen a partir de las semillas del cacao (Theobroma cacao). Esta planta es endémica de las selvas de Sudamérica y fue domesticada hace unos 3,000 años, siendo la variedad “Criollo” con el que se hace los chocolates más finos del mundo.

Sin embargo, por ser “fino” es más sensible a las enfermedades y los parásitos, es por esta razón que muy pocos cultivan esta variedad, ya que los rendimientos de producción son bajos, y los únicos compradores son las chocolaterías más exclusivas; además el cacao fino sólo abarca el 5% del mercado total del cacao. Fue así que nació un cacao híbrido, el cual le permite tener un mayor vigor y resistencia. A esta variedad se le llama el “Trinitario” que, actualmente, es la variedad más cultivada. Aún así, de las más de 3.7 millones de toneladas de cacao producidos al año, se pierde ~30% a causa de los insectos y las enfermedades.

Conocer a fondo el genoma de esta especie, ayudará a mejorar la industria del cacao, se podrá superar los problemas que generan las plagas y enfermedades, aumentando el rendimiento y producción del cacao fino, y al final los consumidores serán los beneficiados al comer chocolates más ricos y menos costosos.

Fue así que el Consorcio Internacional del Secuenciamiento del Genoma del Cacao, liderados por el Dr. Xavier Argout secuenciaron el genoma del cacao más fino, la variedad “Belizean Criollo” (cacao de Belice), este por ser altamente homocigótico, lo cual facilita mucho un trabajo de secuenciamiento, ya que sólo tendrá una copia de cada gen. El primer borrador del genoma del cacao —al 76%— fue publicado hoy en la revista Nature Genetics.

De manera sencilla, el cacao es una planta diploide (2n), su genoma está dividido en 10 cromosomas (n=10) y mide ~430Mb. Usando poderosas técnicas de secuenciamiento se ha logrado una cobertura de 16.7X (o sea, se tienen 16.7 x 430Mb = 7.181Gb de información), con el cual se pudo ensamblar ~327Mb del genoma (~76%). El genoma del cacao presenta una gran cantidad de elementos transponibles (secuencias de ADN con la capacidad de “saltar” de un lugar a otro) que representa el 24% del genoma ensamblado, sin embargo, es relativamente bajo con respecto a otras plantas cultivables como el arroz (35%), la uva (41.4%) y ni hablar del maíz (85%).

Usando herramientas predictivas, el cacao posee aproximadamente 29,000 genes, con una longitud promedio de 3,346pb y 5.03 exones, que es el número de fragmentos de un gen que llega a expresarse. Comparado con el genoma de la planta modelo, Arabidopsis thaliana, posee un gran número de genes putativos, y comparándolo además con los genomas de la uva, soya y el álamo, el cacao posee ~2000 genes únicos (ver Figura). El cacao además posee gran cantidad de genes relacionados con procesos metabólicos y celulares. Esto podría explicar la gran cantidad de metabolitos secundarios que produce esta planta. También se encontraron 83 microARNs (pequeñas secuencias de ARN que regulan la expresión de determinados genes) y 91 sitios de unión de estos microARN.

cacao

En cuanto a genes de resistencia, se encontró representantes del tipo RPK y LRR que actúan protegiendo a la planta de enfermedades producidas por hongos y ascomicetos. También se encontró genes de resistencia NBS que permite hacer frente contra ciertos patógenos y representantes de la familia NPR que está involucrado con las señales de transducción de defensa de la planta.

Las semillas del cacao, una vez recolectadas, pasan por un proceso de fermentación, secado y transformado en pasta de cacao (amasando y descascarando las semillas), en mantequilla de cacao (almacenamiento en lípidos de las células cotiledonares del endospermo) o en polvo de cacao (desengrasando la masa que posee principalmente las paredes celulares y mezclándola con almidón, el endospermo de las semillas, y otros metabolitos derivados del cacao, para dar el aroma y el sabor). Así que las enzimas responsables de producir los metabolitos secundarios deben ser ubicados para mejorar la calidad del chocolate.

El genoma del cacao mostró una gran cantidad de enzimas involucradas con la síntesis de lípidos, flavonoides (que actúan como antioxidantes), proantocianinas  (buenos para el sistema cardiovascular humano, anticancerígeno y neuroprotector) y terpenoides (componente de resinas, aceites esenciales y aromas).

Bueno, este es un claro ejemplo que diversos campos de la industria pueden impulsar las investigaciones en genómica, no sólo las empresas agrícolas o farmacéuticas, también la textil, la alimenticia, la electrónica, etc. Este estudio permitirá mejorar la calidad de los derivados del cacao, aumentar los rendimientos de producción de la variedad más fina y reducir las pérdidas debido a enfermedades y plagas.

Referencia:

ResearchBlogging.orgArgout, X., Salse, J., Aury, J., Guiltinan, M., Droc, G., Gouzy, J., Allegre, M., Chaparro, C., Legavre, T., Maximova, S., Abrouk, M., Murat, F., Fouet, O., Poulain, J., Ruiz, M., Roguet, Y., Rodier-Goud, M., Barbosa-Neto, J., Sabot, F., Kudrna, D., Ammiraju, J., Schuster, S., Carlson, J., Sallet, E., Schiex, T., Dievart, A., Kramer, M., Gelley, L., Shi, Z., Bérard, A., Viot, C., Boccara, M., Risterucci, A., Guignon, V., Sabau, X., Axtell, M., Ma, Z., Zhang, Y., Brown, S., Bourge, M., Golser, W., Song, X., Clement, D., Rivallan, R., Tahi, M., Akaza, J., Pitollat, B., Gramacho, K., D'Hont, A., Brunel, D., Infante, D., Kebe, I., Costet, P., Wing, R., McCombie, W., Guiderdoni, E., Quetier, F., Panaud, O., Wincker, P., Bocs, S., & Lanaud, C. (2010). The genome of Theobroma cacao Nature Genetics DOI: 10.1038/ng.736

Erradicación de enfermedades

Erradicar una enfermedad no es nada fácil, requiere de grandes cantidades de dinero y de muchos años de trabajo constante, por esta razón, en muy difícil escoger cuál será la siguiente enfermedad en ser erradicada. Mucho depende de la disposición e interés que tengan los países desarrollados, sobre todo en aquellas enfermedades que podrían ser una amenaza a su seguridad nacional ante el temor de un ataque bioterrorista. También depende de la situación política del país donde la enfermedad es endémica. Por ejemplo, muchos países se encuentran en guerras civiles internas o levantándose de una catástrofe natural, lo cual obstruye el trabajo de erradicación de una determinada enfermedad. Y también depende de la capacidad del agente infeccioso a adquirir resistencia volviéndose cada vez más difícil de eliminar.

Hace un poco más de 30 años se erradicó la viruela, que es considerado como uno de los mayores logros de la humanidad en el siglo XX. Antes del año 1959, la viruela mataba a más de dos millones de personas al año, pero dejaba desfiguradas a muchos millones más. Desde el año 1978 no se ha reportado ni un sólo caso más y en 1980 fue declarada oficialmente erradicada. Sin embargo, dos laboratorios —uno en EEUU y otro en Rusia— conservan cepas de este temible virus, que ha traído como consecuencia, miedo en la población si es que se pierde el control de ellas.

Si bien con la viruela funcionó, esto no significa que será igual con otras enfermedades. Por ejemplo, en el año 1986 se estableció el programa para erradicar la dracunculiasis, una enfermedad producida por un nemátodo —el gusano de Guinea— el cual debía ser completado en el año 1995. Sin embargo, hasta el día de hoy no se ha conseguido el objetivo, pero si se redujo la incidencia de la infección de más de 3.5 millones de casos antes de 1986 en 20 países africanos y asiáticos, a sólo 1626 el año pasado y sólo en unos cuantos países africanos, especialmente en Sudán, quienes son los que reportan el 95% de los casos. Aún así ya está bastante cerca de ser erradicada. La causa de que no pueda ser erradicada es que este gusano entra al cuerpo a través del consumo de agua contaminada, y como en estos países el agua potable es un servicio que no llega a todas las personas, las infecciones no pueden ser controladas.

La polio tipo I y III es otra tarea pendiente. En 1988 se instauró el programa de erradicación de esta enfermedad, el cual estaba proyectado cumplirse para el año 2000, pero hasta el día de hoy no se ha logrado el objetivo. Una de las causas fue que en el 2004, por los problemas políticos y civiles de los países africanos, en el norte de Nigeria hubo un boicot contra las vacunas, las cuales no llegaron a ser administradas lo que provocó que en el 2009 hubiera brotes epidémicos en 20 países que eran considerados libre de polio. Ese mismo año también se reportó 458 casos Tayikistán, un país considerado libre de polio desde el 2002 y otro fuerte brote epidémico en la República del Congo. Aún así la polio pasó de 350 mil infectados antes de 1988 a sólo 1604 en el 2009.

Estos dos casos nos han dado una lección: un programa de erradicación funciona sólo con las herramientas y las condiciones adecuadas. La vacuna oral de la polio no es tan efectiva como lo fue la vacuna oral de la viruela. Además, es más fácil de reconocer un brote de viruela y aislar a los infectados que reconocer un brote de polio, el cual puede ser silencioso ya que muchos niños pueden estar infectados mucho tiempo antes de desarrollar la parálisis y morir.

Otro gran problema se presentó por subestimar a los vectores de transmisión. En 1955 se impulsó un programa para eliminar a los mosquitos que transmitían la malaria (Anopheles sp.) a través del uso del DDT —un potente insecticida— dentro de las casas. Para los 60’s los científicos se dieron cuenta que este programa falló rotundamente ya que los mosquitos habían adquirido resistencia al insecticida el cual también había contaminado el ambiente.

Si bien estas enfermedades ya están en un programa de erradicación por varios años, ¿cuáles serían las siguientes?. Una de ellas es la elefantiasis (filariasis linfática) que es causado por un nemátodo transmitido por varias especies de mosquitos. Actualmente aqueja a más de 120 millones de personas en más de 80 países del mundo. Una alianza mundial coordina la administración de las drogas cinco o seis veces al año, para evitar la transmisión de la enfermedad a las personas sanas. Las drogas son donadas por GlaxoSmithKline y Merck. El objetivo es frenar la transmisión de la enfermedad para el 2020.

Más o menos, ¿cuánto cuesta erradicar una enfermedad? Por ejemplo, la OMS solicitó un estudio de factibilidad para la erradicación de la Rubeola, Sarampión y Varicela, la cual —según las estimaciones— alcanzaría entre 7 y 14 mil millones de dólares. Sin embargo, debemos recordar que estas estimaciones se basan en modelos matemáticos, los cuales no pueden tomar en cuenta factores como la situación política y económica de ciertos países, o los conflictos que hay entre ellos, lo cual puede agregar varios miles de millones más al costo final. Pero, tal como lo demostró la viruela, las campañas de vacunación, a la larga, ahorran miles de millones de dólares ya que no habrán millones de infectados que deberán ser tratados y curados cada año.

Gracias a estas campañas de vacunación, la rubeola ha sido eliminada de las Américas, aunque el presente año se han reportado algunos brotes en EEUU, Canadá y Argentina. Sin embargo, aún hay más de 10 millones de infectados en el mundo. El problema para dar la luz verde a la erradicación de la rubeola es que primero se debe terminar por erradicar la Polio, ya que trabajar en dos programas de erradicación a la vez, complica más el trabajo, y ninguno de los dos avanza de adecuada.

Por otro lado, si un brote epidémico es controlado a tiempo, puede ser erradicado rápidamente. Un claro ejemplo fue el SARS (Síndrome Respiratorio Agudo Severo) producido por un coronavirus. Esta infección respiratoria era fatal, apareciendo en China en el año 2002. Gracias a la rápida identificación y aislamiento de los pacientes se controló la diseminación de la enfermedad y desde el año 2004 no se ha reportado ningún caso. Sin embargo, nunca se lo ha considerado formalmente como una erradicación.

Para terminar, aún hay dos candidatos que esperan por mucho tiempo un programa de erradicación. El primero es la oncocercosis, que es la segunda principal causa de ceguera en el mundo. Esta enfermedad también es producida por un nemátodo parásito que es transmitido por varias especies de mosquitos negros. Estos gusanos son endémicos de las regiones tropicales de África y Sudamérica, y también de México. Otra enfermedad es la malaria, que en el año 2009 se reportaron más de 225 millones de casos en el mundo.

Pero, hasta no terminar con los programas de erradicación de la polio, la rubeola y otros pendientes, no se podrá tomar nuevos retos. Aún así, gracias al avance de la ciencia y las nuevas estrategias de búsqueda de drogas sintéticas y el desarrollo de la biotecnología para la producción a gran escala de metabolitos secundarios naturales, los programas de erradicación pueden tomar menos años de lo esperado. Tampoco debemos dejar de lado aquellas infecciones tan comunes como los síndromes respiratorios y las diarreas que matan a millones de personas en el mundo sin que nos demos cuenta.

Referencia:

Martin Enserink. 2010. Global Public Health. What’s the next?. Science. 330 (6012): 1736-1739
doi: 10.1126/science.330.6012.1736

24 diciembre, 2010

Proteína navideña

Bueno, si bien mi espíritu navideño se fue perdiendo con los años, me dejé contagiar por los que aún lo conservan y me puse a ver la navidad desde un punto de vista biólogo. Después de pensar un rato como lo podría hacer, me acordé que las secuencias de aminoácidos de todas las proteínas están formadas por letras, 20 en total, según la siguiente nomenclatura:

Así que usé estas abreviaturas para formar palabras relacionadas con la navidad y tratar de buscar proteínas que tengan estas “palabras” dentro de su secuencia de aminoácidos. Para eso usé el BLASTp para encontrar de manera rápida las proteínas navillísticas…

La primera palabra que usé fue —obviamente— NAVIDAD. En base a las abreviaturas NAVIDAD haría referencia a una secuencia de Asn-Ala-Val-Ile-Asp-Ala-Asp. Los resultados del BLAST fueron buenos —a pesar que los valores del e-value no eran muy altos— encontrando unas 9 proteínas que tenían NAVIDAD en sus secuencias, entre ellas la Homoserina deshidrogenasa.

blast

Pero, para ubicar exactamente donde se encontraba el “dominio” NAVIDAD dentro de la secuencia tuve que usar el ClustalW para alinear las secuencias y así fue como lo hallé.

clustal

Así que como conclusión, la Homoserina deshidrogenasa de la bacteria Haloterrigena turkmenica es la proteína con el mayor espíritu navideño de todas. Así que pueden entretenerse un rato, mientras esperan las doce, buscando más palabras en el ProteinBank.

FELICES FIESTAS!

23 diciembre, 2010

Cantinfladas de los periódicos locales #1

Nunca me ha gustado leer las notas científicas que ponen los periódicos “más importantes” de nuestro medio, porque están llenos de falacias y títulos sensacionalistas muy alejados de la realidad científica, generalmente los ignoro o me río de los comentarios que ponen la gente. Lo que pasa es que una nota científica mal informada genera falsas expectativas y embrutece a la gente.

Pero, creo yo que es necesario que la gente sepa el nivel de ignorancia de algunos periodistas encargados de cubrir las notas científicas en nuestro país. Ni siquiera cubrir una noticia, simplemente copiarla y pegarla de una agencia internacional y ponerle un título sensacionalista.

Empecemos con el descubrimiento del nuevo homínido que no es un Neandertal ni un Homo sapiens, pero comparte un ancestro común con los primeros. El diario El Comercio puso de título: “¿El eslabón perdido? Descubrieron una nueva especie de homínido en Siberia”. De qué “eslabón perdido” hablan estos sujetos. En primer lugar, no hemos evolucionado a partir de él, ni siquiera compartimos un ancestro común con ellos ya que su línea evolutiva se dividió después que el Homo sapiens y el Neandertal se separarán. Tampoco se trata de una nueva especie, porque aún no lo han clasificado como tal, a menos que El Comercio tengan periodistas que miran el futuro y saben que al homínido de Denisova le nombrarán “Homo denisovanensis”.

Además, es incorrecto usar el término “eslabón perdido”, ya que si fuera correcto ese término, tendríamos infinitos eslabones perdidos porque la evolución se da a través del tiempo, de manera continua y no por peldaños, así que cada generación serían un eslabón de la línea evolutiva humana. Lo que si podemos decir es ancestro común, el cual no es una persona, sino poblaciones que se dividieron y se adaptaron de distinta manera a su entorno, tanto así que perdieron la capacidad de reproducirse entre sí, de esta manera evolucionaron de formas diferentes, formando especies diferentes.

Por lo menos el diario Perú21 puso un título más acertado: “Hallan nuevo homínido en Siberia”. Sin embargo, pusieron algo errado: “… Los investigadores liderados por Svante Pääbo hallaron similitudes con humanos que habitan hoy Papúa Nueva Guinea al descifrar el genoma, lo que permitió deducir que el hombre de Denisova pudo ser el ascendente de los melanesios”. Este último término puede confundir a los lectores y hacer pensar que los melanesios descienden directamente del homínido de Denisova. Lo correcto sería decir que el estudio sugiere que el homínido de Denisova pudo haberse mezclado con algunas poblaciones de humanos que migraron a la Melanesia.

Otra cantinflada es acerca de los avances en la variante de un fragmento de 20 aminoácidos de la proteína α1-antitripsina con la capacidad de bloquear el ingreso del virus de SIDA a las células, a través de la unión a los receptores gp41, que es el usado por los virus para reconocer e infectar a los linfocitos T4. Gracias a esto, la carga viral de los pacientes que formaron parte de la fase II de los ensayos clínicos, se redujo considerablemente. Este reporte fue publicado en Science Translational Medicine. Para los reporteros de El Comercio, el título de la noticia es: “¿Cura para el SIDA? Un nuevo fármaco es capaz de frenar la entrada del VIH a las células”.

Sin dudas el título genera una falsa expectativa ya que en primer lugar va en la fase II de los ensayos clínicos, quedan muchos años por delante para hacer la fase III y IV. Segundo porque este fármaco, si llega a venderse en un futuro no muy lejano, no curará el SIDA, sino que reducirá la carga viral en el paciente, así que el efecto principal de la enfermedad —comprometer el sistema inmune— se verá reducido y los pacientes tendrán una mejor calidad de vida. Pero, el virus seguirá latente en el genoma de los linfocitos T4 que llegaron a ser infectados antes de tomar el fármaco. Lo bueno es que los linfocitos se regeneran en la médula ósea, gracias a las células madre hematopoyéticas, y tal vez, después de algún tiempo, todos los linfocitos T4 infectados sean reemplazados por los nuevos no infectados. Si este fuera el caso, esta sería la forma como podrían curar, pero eso no se menciona en la nota de prensa.

Finalmente, la tercera cantinflada y la que casi me revienta el hígado es la siguiente: “Científicos hallan segundo asteroide con agua y vida” Aquí sí el periodista responsable de esta nota sacó un 20 en ineptitud y lo digo aquí por que mi comentario no fue aprobado por los editores. Decir que el asteroide tiene vida es una falacia monumental, ya que estarían presumiendo que hay vida fuera del planeta. Leí la nota original en la página del Instituto de Astrofísica de Canarias, para cerciorarme que el error no provenga de la fuente original de la noticia, y no dice nada de que hay vida en el asteroide, con las justas mencionan que tiene pequeñas cantidades de agua y moléculas orgánicas complejas, NADA MÁS! Seguro el reportero del Comercio entendió que moléculas orgánicas complejas es vida… podría ser, pero esto sugiere que cualquier ignorante puede ser reportero en este prestigioso diario.

Si se hubiera informado un poco más antes de poner el título, o por lo menos hubiera leído la nota original y no copiarla y pegarla sin saber de qué se trata, no hubiera cometido este error. Además, que un asteroide tenga agua y moléculas orgánicas complejas no es ninguna novedad, muchos reportes científicos los han demostrado y esto da fuerza a una de las teorías del origen de la vida que dice que los principales componentes para el desarrollo de la vida en nuestro planeta vinieron del espacio.

En fin, creo que seguiré poniendo más de este tipo de comentarios esperando que los lectores de los periódicos peruanos tengan más cuidado con las notas que leen en estos “prestigiosos” diarios.Por eso digo que para mí “La mala información promueve la ignorancia, y es peor que no informar nada”.

¿Por qué la nariz del reno Rodolfo era roja?

¿Alguna vez se hicieron esta pregunta?
… Según la leyenda navideña, había una vez un joven reno que siempre fue mal visto y discriminado por su manada, la cual se burlaba de su extraña y chistosa nariz roja, que podía emitir luz propia. Esta extraña nariz fue puesta ahí por un hada… seguro era una “practicante pre-profesional”. El reno vagaba por el mundo sin rumbo alguno, lamentándose por su desgracia, hasta que una noche del 24 de diciembre, cayó una fuerte tormenta que no le permitió a Papa Noel junto a sus 8 renos a emprender su viaje. Así fue que conoció a Rodolfo, lo puso delante de los demás renos para que con su nariz luminosa alumbrara el camino.
Pero, esa leyenda es para niños, la explicación más lógica y científicamente demostrable es esta desarrollada por el genial Zach Weiner.


La genética lo puede explicar todo. La mamá de Rodolfo tuvo un encuentro amoroso con un reno macho de nariz roja, a pesar que él no era el macho dominante de la manada. Este reno de nariz roja adquirió una extraña mutación en el locus B del gen tyrp1, que es el responsable de la síntesis de melanina y está muy relacionado con el color de la nariz de los animales.

Para mala suerte de la madre de Rodolfo, el alelo mutante del macho con el que tuvo su “escapadita” era dominante, y justo ese alelo estaba presente en el espermatozoide que fecundó su óvulo. Entonces, como era de esperarse, Rodolfo nació con la nariz roja y toda la infidelidad de la madre de Rodolfo quedó demostrada. Esto nos demuestra la importancia de la genética en casos de infidelidad.

Rodolfo, por ser una cría que nació en una relación “extra-matrimonial” fue marginado por todos los miembros de la manada y huyó a buscar otra manada donde no lo juzgaran por el error de sus padres ya que él no tenía la culpa de nada. Mientras que la madre fue sentenciada a la lapidación.

Sin embargo, queda una pregunta más por responder… En caso sea cierto que la nariz de Rodolfo emitía luz propia, ¿a qué se debía?. La explicación sería que Rodolfo fue infectado por una extraña bacteria que emitía fluorescencia roja, tal vez una cepa desconocida de Vibrio o de Photomicrobium quien posee el operón Lux que regula la expresión de los genes relacionados con la bioluminiscencia. Esta cepa tenía modificada la enzima luciferasa que le daba la capacidad de producir fluorescencia roja.

Gracias a esta característica, Rodolfo consiguió un nuevo hogar. Así que con un poco de genética, microbiología y comportamiento animal se puede explicar de manera científica esta leyenda.

Se identifica un nuevo homínido diferente a los humanos y a los Neandertales

Recordemos un poco. En el mes de marzo les hablé acerca de unos fósiles encontrados en la cueva de Denisova, ubicada en las montañas Altai en Rusia, al cual le secuenciaron su ADN mitocondrial para determinar a qué especie de homínido correspondía y que los investigadores se dieron con la sorpresa que no se trataba ni de un Homo sapiens ni de un Neandertal. En aquel entonces, los investigadores liderados por el reconocido experto en ADN ancestral Svante Pääbo presumieron que se trataba de un nuevo homínido totalmente desconocido por la ciencia. El día de hoy esta duda fue resuelta gracias al análisis del ADN nuclear extraído de un hueso del dedo.

Los resultados —publicados ayer en la revista Nature— indican que se trata de un homínido con una línea evolutiva diferente al de los humanos y los Neandertales, ya que al comparar sus genomas, se observó una gran diferencia entre ellos. Sin embargo, al comparar el genoma del homínido de Denisova con el genoma de poblaciones humanas actuales, encontraron una gran similaridad de mutaciones con los melanesios de las islas de Papúa y Guinea y de Bougainville. Además, debido a estas similaridades, los investigadores estiman que entre el 4% y el 6% del genoma de los melanesios fue heredado de éste homínido.

denisova

Por otro lado, las estimaciones evolutivas revelan que los Neandertales y los homínidos de Denisova divergieron hace unos 640,000 años, mientras que ellos con los africanos divergieron hace 804,000 años. Por esta razón, se considera a los Neandertales y al homínido de Denisova como grupos hermanos.

También debemos recordar que por esas épocas las migraciones y la expansión de territorios eran cosas muy comunes. La primera ocurrió poco después de que los humanos modernos dejarán África hace unos 50,000 a 60,000 años atrás, donde pudo haberse dado la mezcla entre algunas poblaciones humanas con las poblaciones de Neandertales. Hay investigadores que creen que eran los machos humanos quienes buscaban a las hembras Neandertales, por ser mucho más voluptuosas y tener una mejor contextura física.

Ahora se sabe que, por esas épocas, también existía otras poblaciones de homínidos diferentes en Eurasia, los cuales se mezclaron sólo con algunas poblaciones humanas que más tarde migraron y colonizaron la Melanesia, hace unos 45,000 años. Los investigadores también encontraron mezcla entre los homínidos de Denisova con los Neandertales.

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Sin embargo, los homínidos de Denisova no contribuyeron con genes de manera detectable con los humanos de Eurasia, quienes si tienen cantidades significativas de ADN de los Neandertales, a pesar que se encontraban geográficamente más cercanos a ellos que a los melanesios. Esto sugiere quela mezcla entre los homínidos de Denisova y los Nenadertales se dio antes que los Neandertales se mezclaran con los humanos de Eurasia. Tampoco encontraron una contribución significativa de ADN de los homínidos de Denisova en las poblaciones de China y Mongolia, así que es muy probable que la mezcla con los ancestros de los melanesios se dio al sur del continente asiático.

Para concluir, hasta ahora tenemos tres tipos de homínidos diferentes que vivieron de manera contemporánea con los humanos modernos, los cuales son: los Neandertales, el Homo floresiensis (descubierto en el 2004) y el homínido de Denisova. Así que la evolución y migración de las poblaciones humanas, no es tan fácil como antes se creía.

Referencias:

Reich, D et al. (2010). Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature. 468: 1053–1060. doi: 10.1038/nature09710

Bustamante, CD & Henn, BM. (2010). Human origins: Shadows of early migrations. Nature. 468: 1044–1045. doi: 10.1038/4681044a

Vía Nature News & Science News.

22 diciembre, 2010

Científicos demuestran que hay dos especies de elefantes en África

Si a uno le preguntan cuántas especies de elefantes existen, todos dirán dos: los elefantes africanos (Loxodonta africana) y los elefantes asiáticos (Elephas maximus). Pero África tiene dos ecosistemas completamente diferentes: la sabana, ubicada sur y este del continente; y la selva tropical africana (al oeste del continente). En la selva tropical viven elefantes con los colmillos más largos y las orejas más redondeadas, mientras que en la sabana viven elefantes más grandes y pesados. A pesar de estas diferencias, los taxónomos las han clasificado como de la misma especie ya que aseguran que aún no han mostrado un aislamiento reproductivo, y que aún pueden mezclarse en los límites entre las sabanas y la selva tropical.

elefantes

Izquierda: Elefante de la sabana. Derecha: Elefante de los bosques.

Sin embargo, en el 2001 Roca et al. compararon las secuencias de ADN de cuatro genes nucleares y encontraron un 58% de diferencias entre los elefantes de las sabanas y de las selvas tropicales. Estos mismos genes fueron usados para diferenciar a los elefantes africanos de los asiáticos. Esta pequeña diferencia genética sumada a las diferencias morfológicas mantuvo viva la hipótesis de que estas dos poblaciones de elefantes correspondían a especies diferentes. A pesar de estas pruebas, los taxónomos se muestran tercos a aceptar esta hipótesis ya que al hacer un estudio del ADN mitocondrial se ve que ambas especies comparten un ancestro maternal común. Lo que pasa es que hay flujo génico porque han formado híbridos a lo largo de su desarrollo evolutivo. Como los elefantes de la sabana son más grandes, aprovechaban de esta ventaja para cruzarse con las elefantes de los bosques. Además, recordemos que los elefantes tienen un sistema matriarcal, donde las hembra no son las que migran sino los machos.

Si bien los estudios genéticos son buenos para establecer las relaciones evolutivas de una especie, usar sólo ADN mitocondrial o unos pocos genes nucleares no es suficiente para dar la palabra final en este asunto. Así que para resolver este debate, un equipo de científicos internacional liderado por la Dra. Nadin Rohland, compararon —nuevamente— el ADN nuclear de estos dos tipos de elefantes. Esta vez usaron una mayor cantidad de ADN nuclear y además lo compararon con el ADN de los elefantes asiáticos, y el ADN del mamut y el mastodonte, ambos ya extintos. De esta manera, se obtendrá una visión más global de la evolución de estos animales. Los resultados fueron publicados ayer en la revista PLoS Biology.

Sin dudas es un trabajo complicado ya que secuenciar el ADN de un animal extinto es bastante delicado. Por suerte, se tiene el borrador del genoma del mamut, así que los investigadores sólo tuvieron que hacer el trabajo con el genoma del mastodonte.

Finalmente, luego de obtener las secuencias de ADN de los cinco tipos de elefantes se hizo la reconstrucción de su árbol evolutivo. Los estudios corroboraron la hipótesis de que el elefante de la sabana y el elefante de los bosques son dos especies diferentes ya que sus líneas evolutivas divergieron hace unos 2.6 a 5.6 millones de años. Las líneas evolutivas de elefantes asiáticos y los mamuts también divergieron durante estas épocas. Por otro lado, los elefantes asiáticos y los elefantes africanos divergieron hace unos 4.2 a 9 millones de años atrás y los elefantes y los mastodontes tal vez divergieron hace unos 30.7  a 65.7 millones de años, en este último caso la incertidumbre es mucho más grande por no contar con muchos restos fósiles.

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Además, este estudio muestra que tanto los elefantes africanos de la sabana —tal como los mamuts— tienen una diversidad genética muy baja. Los mamuts tal vez se extinguieron por no poder adaptarse a los constantes cambios en el ambiente durante esas épocas ya que no tenían una variabilidad genética donde la selección natural podría ejercer si efecto.

Esta falta de diversidad genética se explica porque en los elefantes africanos, son los más grandes los que dominan los emparejamientos, así que un sólo macho será el padre de muchos elefantitos, esto reduce la diversidad genética. Lo mismo pudo haber ocurrido con los mamuts. Si este fue el caso de los mamuts, tal vez los elefantes de las sabanas corran con la misma suerte. En cuanto a los elefantes del bosque, los cuales tienen mayor diversidad genética, su número poblacional es muy bajo, sólo unos 20000 individuos.

Gracias a que ahora se sabe que ambos elefantes son especies completamente diferentes, se podrán desarrollar estrategias de conservación más adecuadas que permitan la recuperación de las poblaciones de estos animales.

Finalmente, la eterna controversia sobre si es o no una sola especie, por fin terminará. Los taxónomos ya no tendrán como aferrarse a su idea de que todos los elefantes africanos corresponden a una sola especie. La Unión Internacional por la Conservación de la Naturaleza ha aceptado los resultados de este estudio y a redefinido a los elefantes africanos en dos especies: Loxodonta africana —a los elefantes de la sabana— y Loxodonta cyclotis —a los elefantes del bosque.

Referencias:

Rohland, N et al. (2010) Genomic DNA Sequences from Mastodon and Woolly Mammoth Reveal Deep Speciation of Forest and Savanna Elephants. PLoS Biol. 8(12): e1000564. doi:10.1371/journal.pbio.1000564

Vía Science News.

Con sólo 8 años publican un artículo científico en una revista arbitrada

beesCuántos no quisieran publicar su primer artículo en una revista científica importante, una con un buen factor de impacto que les sirva mucho para su currículo. Unos niños de la Escuela Primaria de Blackawton (Devon, Inglaterra) hicieron una interesante investigación en abejas, que será publicada en la prestigiosa revista inglesa Biology Letters, la cual tiene un factor de impacto bastante respetable (3.521). Si bien la investigación estuvo bajo la supervisión del neurocientífico Beau Lotto de la UCL (University College London), todo el artículo —a excepción del resumen— fue redactado por los niños, incluso las figuras y las tablas fueron desarrollados por ellos.

Acabo de leer el artículo y la verdad es bastante gracioso. Por ejemplo la introducción comienza con un “Once upon a time…” (Érase una vez….). La historia El artículo empieza con una curiosidad de los niños por saber si los animales son inteligentes, no sólo los monos, donde la mayoría de los experimentos se hacen por ser similares a nosotros, sino en las abejas. Lotto les dijo que se pusieran en los ojos de las abejas y se hicieran preguntas acerca de ellas.

Los niños, como era de esperarse, estaba llenos de preguntas, pero finalmente decidieron por saber si las abejas podían aprender a usar las relaciones espaciales entre los colores para determinar cual de las flores tendrían agua con azúcar dentro de ellas y cuales tendrían agua con sal. La importancia de esta investigación —según reportan los niños— es que en la naturaleza hay flores que son malas para ellas, mientras que otras si tienen el preciado néctar, así que debe ser importante para las abejas saber cómo reconocerlas.

Los niños usaron abejas de las especie Bombus terrestris para quienes le diseñaron un área donde realizar sus experimentos. Dicha área estaba hecha de un cubo de plexiglás de 1m2,  que tenía en las caras laterales las puertas de ingreso y en la parte posterior cuatro paneles luminosos. Cada panel estaba cubierto por una capa de aluminio con 16 huecos de 8cm de diámetro, dispuestos en 4 filas y 4 columnas. Cada hueco tenían un pequeño orificio en el centro donde se pondría el agua con azúcar o el agua con sal, dependiendo de la prueba a realizar.

Primero entrenaron a las abejas para que aprendieran a tomar el néctar de los orificios en el panel luminoso. Para esto pusieron a las abejas dentro del cubo de experimentación y luego encendían el panel luminoso. Los 16 huecos se iluminaban con la luz blanca y todos tenían agua con azúcar. Las abejas aprendieron a tomar la recompensa y los niños las marcaron de diferentes colores, para separarlas por grupos, los cuales serían sometidos a diferentes experimentos. Para marcarlas y no ser picados en el intento, apagaron las luces y esperaron que dejaran de volar, luego las tomaban con una pinza, las ponían dentro de un tubo y las llevaban al congelador por unos minutos hasta que quedaran dormidas, en ese momento las marcaban.

Me causa mucha gracia que los niños cumplen con los comportamientos éticos en el trato a los animales ya que ponen: “No bees were harmed during this procedure.” (Ninguna abeja fue dañada durante este procedimiento).

Luego, experimentaron con colores. Cada panel expresaba un patrón diferente de colores, uno con los bordes con luces amarillas y el centro con luces azules, y otro al revés. Los cuatro paneles se ponían de manera indistinta, rotándolos de cada 10 a 40 minutos, para que las abejas no memorizaran donde esta el néctar que estaba ubicado en los cuatro huecos del centro.

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Izquierda: Panel luminoso original. Derecha: Gráfico hecho por los niños usando lápices de colores

Con estos paneles, los niños quieren saber si las abejas se guían por los colores o por su disposición en el espacio para poder conseguir el néctar. Para su sorpresa, en el 90% de las veces las abejas se dirigían hacia las luces del centro —donde se encontraba el agua con azúcar— así sea amarillo o azul. Así fue como reportaron sus datos:

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Para corroborar estos resultados, usaron los mismos paneles que en el experimento anterior, pero esta vez los 4 huecos centrales serían verdes. Si las abejas habían aprendido a reconocer donde está ubicado el néctar, deberían optar por las luces verdes. Sin embargo, las abejas eligieron los paneles centrales verdes en el ~30% de los casos, sugiriendo que lo que hacían era adivinar o preferir los colores azul y amarillo que les resultaban más familiares. Aunque, hubieron dos abejas que si aprendieron a ubicar el néctar en las luces centrales.

Luego hicieron un tercer experimento, en el cual las cuatro luces centrales que contenían el néctar las trasladaron a los 4 extremos del panel. De esta manera podrían saber si las abejas reconocían donde estaba el néctar en base a la ubicación de las luces o si lo hacían porque reconocían que color estaba presente en una menor cantidad. En este caso el 40% de las abejas se dirigieron hacia las esquinas, lo cual indica que las abejas podrían ubicar el néctar en base al color que está presente en menor número, ya que con un valor aproximado al 25% se considera que es al azar.

Como conclusión los niños reportaron que las abejas si pueden resolver acertijos y lo pueden hacer usando diferentes mecanismos para reconocer dónde está el néctar, unos más inteligentes que otros. Por ejemplo, las abejas que salieron exitosas de la prueba con los paneles centrales verdes, se guiaban por los colores ubicados en los bordes; mientras que las abejas que salieron exitosas en la prueba donde las luces centrales con el néctar se pusieron en cada esquina del panel, se guiaban por aquellos colores que se encontraban en menor cantidad.

En fin, es un estudio bastante interesante y fuera de lo común, con los controles y los experimentos bien establecidos, por esa razón pasaron el Peer Review y fueron aceptados por esta prestigiosa revista. Aunque el artículo fue mandado a Science, Nature, Current Biology y PLoS ONE, a quienes les pareció magnífica la idea pero decidieron no aceptarlo por carecer de referencias. Lotto dijo que los niños no se inspiraron en ningún estudio previo, es más, su investigación es inédita, nunca antes hecha (incluso por adultos). Otra crítica fue que no tiene análisis estadístico…. Pero yo pregunto ¿qué niño de 8 años sabe hacer un análisis estadístico?

Sin dudas este artículo quedará grabado como una gran anécdota científica y tal vez, dentro de unos 20 años, estos niños llegarán a ser unos científicos muy respetados.

Referencia:

Blackawton, P.S., Airzee, S., Allen, A., Baker, S., Berrow, A., Blair, C., Churchill, M., Coles, J., F-J Cumming, R., Fraquelli, L. Hackford, C., Hinton Mellor, A., Hutchcroft, M., Ireland, B., Jewsbury, D., Littlejohns, A., Littlejohns, G.M., Lotto, M., McKeown, J., O’Toole, A., Richards, H., Robbins-Davey, L., Roblyn, S., Rodwell-Lyn, H., Schenck, D., Springer, J., Wishy, A., Rodwell-Lynn, T., Strudwick, D. and Lotto, R.B. (2010).  Blackawton bee. Biology Letters. [Advance online publication] doi: 10.1098/rsbl.2010.1056

Imágenes ©2010 R.Beau Lotto. Link: http://www.lottolab.org/index.asp

21 diciembre, 2010

El error humano podría ser la principal causa de contaminación con transgénicos

Hay mucho debate si en realidad las plantas transgénicas podrían contaminar a sus contraparte silvestres o naturales. La verdad es que no existe ninguna barrera biológica que evite que el polen de una planta transgénica pueda fertilizar a una planta de la misma especie, pero natural. Por esta razón, se han establecido distancias que permitan reducir las probabilidades de flujo génico entre una y otra. Las formas de contaminación a través del polen se puede dar gracias al viento o a insectos polinizadores, en ambos casos, las probabilidades son bajas.

Pero, si un cultivo transgénico está diseñado para combatir a los insectos, ¿por qué no afecta a los polinizadores?. Lo que pasa es que una planta transgénica resistente a insectos como el algodón Bt, sólo mata a aquellos insectos que son perjudiciales para ella, como aquellos que se las comen, pero no afectan a otros insectos como las abejas que no les causan daño alguno, y que sin querer queriendo transportan el polen de una planta a otra. Por esta razón es que las abejas pueden transportar el polen de una planta transgénica a una silvestre, y más aún si ésta se encuentra a una distancia relativamente corta.

Heuberger et al. de la Universidad de Arizona midieron el flujo de genes en 15 terrenos de cultivo de algodón Bt y los resultados fueron publicados en la revista PLoS ONE. Una buena nota sobre la investigación fue publicado la semana pasada en SciDev, así que citaré los párrafos que resumen el estudio mencionado…

Los investigadores encontraron que la transmisión de genes por el polen de abejas era poco frecuente. Menos del uno por ciento de las semillas de plantas corrientes de algodón contenían genes de algodón BT transmitidos por esta vía.

En cambio, la selección descuidada de semillas llevó a que en algunos de los sacos destinados a predios de plantas no modificadas se encontrara hasta un 20 por ciento de semillas GM. Uno de los predios de plantas ordinarias resultó con un gran número de transgénicas debido a error humano al momento de plantar.

Es más que evidente que en este caso, el responsable del flujo génico de los cultivos transgénicos a los cultivos ordinarios es el error humano. Sin embargo, aquí no debemos echarle la culpa a los agricultores, ya que ellos sólo compran las semillas a una empresa, quien deber ser la que garantice que todas ellas son o no transgénicas, según lo que uno ha comprado. Los agricultores no cuentan con un laboratorio para analizar una muestra representativa de sus semillas y verificar la calidad de las mismas, esto corre por cuenta de las empresas distribuidoras de semillas. Pero, les aseguro que muchas empresas no lo hacen.

Tal vez esta podría ser una de las explicaciones de por qué se encontraron transgénicos en las semillas de maíz cosechadas de la provincia de Barranca (Lima, Perú) en el 2007. Si bien este año, la autoridad competente —el INIA— no encontró los eventos transgénicos antes mencionados, aunque si la presencia del promotor 35S en algunas muestras (16 de 127), esto no descarta que los campos de cultivo de maíz puedan estar contaminados.

Muchas empresas avícolas importan maíz para alimentar a sus animales. El maíz es importado principalmente de Argentina (51%) y EEUU (39%) donde casi todos sus cultivares son transgénicos. Entonces, el maíz que se importa muy probablemente sea transgénico. Es más, en el estudio realizado este año por el INIA, de las 8 muestras de granos provenientes de los centros de acopio de las empresas avícolas, 7 fueron transgénicas. Si este maíz llega a manos de los agricultores, ellos lo podrían usar como semillas, sin darse cuenta que esta cultivando transgénicos. Así que la presencia de cultivos transgénicos en los valles peruanos no sería una idea tan descabellada.

Así que, si queremos evitar la contaminación con cultivos transgénicos nuestros cultivos tradicionales, se debe implementar un mecanismo de regulación que permita controlar la pureza de las semillas usadas por los agricultores, exigiendo a las empresas importadoras y distribuidoras de semillas que cumplan con estos requisitos y garanticen un producto de calidad. Ya que si un agricultor opta por los transgénicos, el 100% de las semillas que les vendan deben ser transgénicas, y uno que opta por las semillas tradicionales, no debe tener porcentaje alguno de transgénico.

Artículo en PLoS:

Heuberger S, Ellers-Kirk C, Tabashnik BE, Carrière Y (2010) Pollen- and Seed-Mediated Transgene Flow in Commercial Cotton Seed Production Fields. PLoS ONE 5(11): e14128. doi:10.1371/journal.pone.0014128.

Artículo en SciDev: http://ir.pe/3m55

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