27 julio, 2011

Archaeopteryx—de un ave parecido a un dinosaurio a un dinosaurio parecido a un ave

Esta es una noticia que ha remecido el mundo de la paleontología [puedes ver la cobertura aquí, aquí y aquí] y es que resulta que el Archaeopteryx, quien hasta el día de hoy era considerada como la más antigua y primitiva de las aves, dejó de serlo ya que un grupo de científicos del Instituto de Paleontología de Vertebrados y Paleoantropología en Pekín (China), liderados por el paleontólogo Xing Xu encontraron y describieron un fósil muy relacionado con Archaeopteryx y Anchiornis, el cual reveló que estas criaturas se asemejaban más a los Velociraptor y Mocriraptor [Deinonychosauria] que a las aves primitivas según un artículo publicado hoy en Nature.

Xiaotingia

El primer espécimen de un Archaeopteryx fue encontrado en 1861 en Bavaria, Alemania. Desde el día de su descubrimiento —menos de dos años antes de la publicación del Origen de las Especies de Darwin— fue considerado como uno de los símbolos de la evolución ya que su morfología similar a la de un reptil pero con plumas sugería que era el intermediario evolutivo entre los dinosaurios a las primeras aves. Esto sumado a que sus dedos terminan en garras, una cola larga y huesuda y una cabeza con mandíbulas dentadas daban por sentado que lo era.

Con los años, el Archaeopteryx pasó a ser una celebridad y la piedra en el zapato de los creacionistas —que por esa época abundaban. El Archaeopteryx se convirtió en parte central de debates, no sólo científicos, sino también políticos y educativos ya que se empezaron a establecer los primeros procedimientos legales para la enseñanza de la evolución en los colegios públicos. Además, el Archaeopteryx fue como la guía de los científicos para saber —o mejor dicho, entender— como aparecieron las aves, tal como lo demuestra el artículo “Archaeopteryx, the oldest known bird” publicado en 1976 por el famoso paleontólogo John Ostrom, quien fue el primero en establecer seriamente los orígenes evolutivos de las aves en el Archaeopteryx. En realidad, todo lo que sabemos acerca del origen de las aves viene de manos del Archaeopteryx.

Los fósiles que descubrieron Xing Xu y sus colaboradores corresponde a una especie conocida como Xiaotingia zhengi el cual fue encontrado en la provincia de Liaoning (China), lugar donde anteriormente se han encontrado una gran variedad de fósiles muy característicos —la mayoría de dinosaurios emplumados. Si bien el origen del fósil del Xiaotingia es un poco incierto —fue comprado a un coleccionista— todo indicaría que fue extraído de la Formacion Tiaojishan y por lo tanto dataría de hace unos 155 millones de años, en el periodo Jurásico Superior o Tardío. El fósil tiene el tamaño de un simple pollo y no es tan impresionante como el Archaeopteryx.

Xiaotingia_fossil

Cuando se analizan este tipo de fósiles se suele confundir a los dinosaurios parecidos a aves —los Ovirraptorosauros y los Deinonychosauros (incluyendo a los troodontidos y los dromaeosauridos)— de las aves parecidas a dinosaurios —los Aviales (y hasta el día de hoy, el Archaeopteryx, que en la página de Wikipedia pueden ver que aún está dentro de los Aviales). Los Deinonychosauros y los Aviales comprenden un grupo conocido como los Paraves, los cuales se encuentran más distantes de los Ovirraptorosauros.

Cuando caracterizaron al Xiaotingia e hicieron la reconstrucción filogenética —elaboración del árbol evolutivo en base a la similaridad de características compartidas [las características pueden verse en la información suplementaria]— observaron que cuando se lo incluía, la topología del árbol cambiaba drásticamente. No sólo Xiaotingia Anchiornis y Archaeopteryx formaban un mismo grupo, sino que éste último salía del grupo de los Aviales, en otras palabras, no formaba más parte del grupo de las aves primitivas, así que no era el intermediario entre los dinosaurios y las aves. Después de todo lo que dijimos en los primeros párrafos, ¿ven el remezón que da este descubrimiento a la paleontología y, por qué no, también a la evolución?

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Cuando los investigadores volvieron a hacer la reconstrucción filogenética, con los mismos datos pero sin incluir a Xiaotingia, nuevamente el Archaeopteryx regresaba al grupo de las aves. Así que la importancia de este descubrimiento va a dar que hablar mucho en los próximos días.

Los que hemos estudiado algo de elaboración de árboles filogenéticos y evolución en la universidad sabemos que los métodos usados para hacer reconstrucción filogenética en base a características morfológicas muchas veces no son las más indicadas y por eso es mejor recurrir al análisis genético. Pero cuando se habla de fósiles de tantos millones de años es imposible obtener un tejido fresco de donde obtener el preciado ADN. Sin embargo, como la distancia evolutiva entre una especie y otra, así como el tiempo que los separa hace que los caracteres morfológicos sean los más indicados para realizar este tipo de trabajos.

De acuerdo a Xing Xu y sus colaboradores hay características encontrados en estos fósiles que los emparentan mucho con el Archaeopteryx y Anchiornis, tales como los huesos de los dedos medio y meñique extremadamente largos, una fúrcula con una sección transversal en forma de L, comparten un hueso de la cadera bastante distintivo y ambos tienen un gran agujero por encima de sus narices, la cual no está presente en las aves y otros dinosaurios. Las otras características que supuestamente hacen que Archaeopteryx esté dentro del grupo de las aves —plumas, una fúrcula larga y antebrazos fuertes— también esta presente en los Deinonychosauros.

Así que, en base a estos resultados, las aves más primitivas que hasta ahora se conocen serían los Epidexipteryx, Jeholornis y Sapeornis y no hay que sorprendernos si este árbol filogenético vuelve a cambiar ya que con el descubrimiento y caracterización de nuevos organismos, así que si quieres ser paleontólogo ten por seguro que hay infinidad de cosas nuevas por descubrir.


Referencia:

ResearchBlogging.orgXu, X., You, H., Du, K., & Han, F. (2011). An Archaeopteryx-like theropod from China and the origin of Avialae Nature, 475 (7357), 465-470 DOI: 10.1038/nature10288

A mayores latitudes, las órbitas oculares son más grandes… y también el cerebro

La luz tiene una gran influencia sobre el tamaño del sistema ocular de los animales. Esto lo podemos apreciar claramente en los animales nocturnos (Ej.: búhos, jaguares, etc.), los cuales tienen ojos mucho más grandes en relación al tamaño de su cabeza. Una baja luminosidad requiere de córneas y pupilas más grandes, con una mayor densidad de fotorreceptores para mejorar la sensibilidad. Entonces, ¿vivir en zonas más aleadas del ecuador, donde los niveles de luminosidad y la duración de los días son menores, pueden influir en el tamaño de nuestros ojos?. Un par de investigadores de la Universidad de Oxford demostraron que esto es así según un artículo publicado hoy en Biology Letters.

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Hay muchos estudios que han encontrado una relación directa entre el tamaño de los ojos y los niveles de luminosidad ambiental. Unos ojos más grandes permiten tener una mayor agudeza y sensibilidad gracias a que la córnea y las pupilas son más grandes, permitiendo un mayor paso de luz y aumentando el tamaño de la imagen que se forma en la retina.

Por otro lado, se sabe que a medida que nos alejamos del ecuador, los niveles de luminosidad —en términos de la cantidad de luz que incide sobre la superficie de la Tierra y la duración del día durante las estaciones invernales— se reducen proporcionalmente. Esto puede generar una fuerte presión sobre nuestra visión, ya que a mayores latitudes se pasan periodos de tiempo más prolongados con niveles de luminosidad muy bajos (penumbra). Así que los que viven en zonas más alejadas del ecuador necesitan de una mayor cantidad de conos —fotorreceptores que se activan con altos niveles de luminosidad— para tener una visión fotópica tan aguda como de los que viven en regiones ecuatoriales.

Para determinar si la latitud puede influir en el tamaño de nuestros ojos, los investigadores Eiluned Pearce & Robin Dunbar del Instituto de Antropología Cognitiva y Evolutiva de la Universidad de Oxford analizaron y midieron la capacidad craneal y el volumen de la órbita ocular de 55 cráneos de adultos sanos que datan del siglo XIX los cuales forman parte de 12 poblaciones de diferentes partes del mundo.

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Pearce & Dunbar encontraron una correlación positiva entre la latitud y el tamaño de la órbita ocular. Además, también encontraron una correlación positiva con la capacidad craneal, la cual está en función al tamaño del cerebro, lo que indicaría que el tamaño de los ojos y el volumen del cerebro aumentan a medida que se vive más alejado del ecuador. Los científicos descartaron que este aumento en el tamaño de la órbita ocular se deba a las temperaturas —las cuales disminuyen a medida que aumenta la latitud— ya que no encontraron una correlación alguna entre ellas. [Las bajas temperaturas requieren de tejidos con mayor cantidad de grasas, aumentando así el volumen de los ojos].

Por otro lado, esto no quiere decir que los que viven en regiones de mayor latitud son más inteligentes que los que viven cerca del ecuador ya que sus cerebros son ligeramente más grandes. Lo que ocurre es que unos ojos más grandes requieren de una corteza visual —región del cerebro encargada de interpretar la información visual— mayor, por lo tanto el cerebro será más grande en esta región, aumentando así su volumen. Este mismo efecto ha sido observado en los gatos domésticos, los cuales tienen las órbitas oculares y el córtex visual  más pequeños en comparación a los gatos silvestres.


Referencia:

ResearchBlogging.orgPearce, E., & Dunbar, R. (2011). Latitudinal variation in light levels drives human visual system size Biology Letters DOI: 10.1098/rsbl.2011.0570

26 julio, 2011

Científicos diseñan una nariz bioelectrónica

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Los avances en el campo de la nanobiotecnología esta permitiendo el desarrollo de dispositivos muy complejos capaces de facilitar el desarrollo de diversas áreas de la ciencia como la biología, la química o la medicina, ya lo vimos hace unos días con el secuenciador de ADN basado en chips. Esta vez, científicos de la Universidad de Pensilvania (EEUU) han desarrollado lo que vendría a ser una nariz bioelectrónica, la cual permitiría detectar cualquier compuesto presente en una determinada muestra así sus concentraciones sean muy bajas. El dispositivo fue desarrollado a través del ensamblaje de los receptores acoplados a la proteína G (GPCR) con unos nanotubos de Carbono dispuestos sobre una interfase semiconductora de Silicio. El principio del funcionamiento de esta nariz bioelectrónica es muy sencillo.

Las GPCRs son una gran familia de proteínas que se encargan de recibir las señales externas y transmitirlas al interior de la célula, activando una cadena de reacciones bioquímicas que terminan por generar algún tipo de respuesta metabólica o fisiológica (transducción de señales), ya sea, por ejemplo: la expresión de un gen, la activación de alguna proteína transportadora de membrana o la liberación de algún neurotransmisor. Estas proteínas conforman los receptores olfatorios que son los encargados de percibir las moléculas del ambiente que entran por la nariz y, mediante la transducción de señales, envían la información hacia el cerebro, quien es el encargado de interpretar los olores.

Los investigadores lograron unir  estas complejas proteínas —las cuales fueron obtenidas de ratones— a transistores de nanotubos de carbono, los cuales transforman la señal química —producto de la interacción de una determinada molécula con los receptores olfatorios— a una señal eléctrica. La señal eléctrica pasa a través de la plataforma semiconductora la cual puede ser integrada a un circuito electrónico y transformarse en una señal digital, que a su vez puede incorporarse en cualquier dispositivo electrónico (Ej.: una computadora, un celular, un tablet, etc.).

Las aplicaciones son muchas. Se puede usar para el diagnóstico de enfermedades a través de pruebas de aliento ya que algunas partículas virales o algunos compuestos químicos generados por ciertas infecciones gastrointestinales salen a través del aliento. Se puede usar para el monitoreo de aires cercas a fábricas o minas y determinar la calidad de la misma ya que muchas veces los metales pesados y otros compuestos tóxicos se encuentran en concentraciones sumamente bajas.

Otra de las cosas más interesantes de este dispositivo es que fácilmente podría ser escalado y poder alojar los 350 receptores olfatorios que componen la nariz humana o los ~1,000 de los perros, aunque para ello habría que aislar o producir a gran escala estas GPCRs. Además se deben desarrollar matrices que permitan que las proteínas no se degraden y duren por un buen periodo del tiempo fuera de su entorno natural.

Por otro lado, se podría poner estos dispositivos en un chip, cada uno con diferentes cientos receptores diferentes asociados a microorganismos o virus patógenos, o a diferentes tejidos humanos para determinar a que nivel llegan a interactuar determinados fármacos que se encuentran en desarrollo y así facilitar el trabajo de prospección de diferentes compuestos químicos con potenciales usos en la medicina.


Referencia:

Goldsmith BR, et al. Biomimetic Chemical Sensors Using Nanoelectronic Readout of Olfactory Receptor Proteins ACS Nano 5 (7), 5408-5416 doi: 10.1021/nn200489j (2011)

Vía | Penn News.

25 julio, 2011

La larva de una mosca sobrevive a la criopreservación gracias a la prolina

Tal vez muchos recuerden el primer episodio de la serie animada Futurama, en la cual Phillip J. Fry cae por casualidad torpeza en una cápsula criogénica y permanece ahí por 1,000 años, haciendo sin querer queriendo un viaje hacia el futuro. Pero, ¿se puede mantener congelado a alguien por tanto tiempo y despertarlo sin daño aparente alguno?. Se ha visto que se pueden congelar virus, bacterias, semillas de plantas, hasta espermatozoides por mucho tiempo y aún así mantenerse viables, pero no ocurre lo mismo con organismos más complejos como los animales.

Sin embargo, existen insectos que viven en regiones polares capaces de soportar temperaturas muy bajas en un estado de dormancia conocido como diapausa. Científicos de la Academia de Ciencias de la República Checa han revelado los parámetros bioquímicos y fisiológicos de la larva de una mosca (Chymomyza costata) que le permiten tolerar el frío y sobrevivir a un congelamiento en nitrógeno líquido, siendo el metazoo más complejo capaz de soportar una criopreservación. El estudio fue publicado hoy en PNAS.

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La mosca C. costata es pariente de la archiconocida mosca de la fruta y vive en las regiones Holárticas. La importancia de este insecto es la habilidad de sus larvas de soportar temperaturas que pueden alcanzar los –25°C en un estado de dormancia conocido como diapausa. En 1996, Moon et al. demostraron que, en este estado, la larva era capaz de sobrevivir a una criopreservación en nitrógeno líquido (-196°C) por una hora, siendo el metazoo más complejo conocido capaz de soportar este experimento. Sin embargo, hasta ahora no se sabía qué procesos bioquímicos y fisiológicos estaban involucrados con esta habilidad.

El principal problema en la criopreservación es la formación de cristales de agua, los cuales pueden dañar irreversiblemente las frágiles estructuras celulares. Los científicos observaron que cuando la larva de C. costa entraba al estado de diapausa, el agua osmóticamente activa (OA) se reducía. Esta agua, por su baja concentración de solutos, se congela fácilmente.

Este mecanismo es usado por muchos organismos capaces de soportar temperaturas bajo el punto de congelación del agua. Lo que hacen es empezar a formar cristales de agua gracias a los agentes nucleadores presentes en sus fluidos corporales (Ej.: la hemolinfa de los insectos). Estos cristales aumentan la concentración de solutos fuera de las células y las empiezan a deshidratar (el agua sale de las células por ósmosis). Las células deshidratadas o con bajas cantidades de agua OA no se congelan y reducen la formación de los cristales letales en el citoplasma.

Sin embargo, la capacidad de sobrevivencia de C. costata va más allá de los límites ecológicos de la tolerancia a la congelación. Después de haber sido congelados lentamente hasta -32°C, estas larvas soportan una inmersión en nitrógeno líquido sin pérdida aparente de agua y sobreviven en el 62% de los casos.

Normalmente, cuando se hace un protocolo de criopreservación —por ejemplo, de óvulos— se usan una serie de compuestos químicos que protegen a las células de la formación de los letales cristales de agua intracelulares. A estos compuestos se les llama agentes crioprotectores, cuya función es vitrificar las células. El citoplasma pasa a formar una solución vitrificada que se caracteriza por tener la consistencia de cristal amorfo, que se asemeja a un material sólido pero que mantiene las propiedades físicas de un líquido.

Para determinar cuáles son los agentes crioprotectores producidos por las larvas de C. costata, los investigadores hicieron un estudio metabólico completo tanto de las larvas en estado normal como aquellas en estado de diapausa. Los resultados mostraron que los niveles de prolina aumentaron más de siete veces en el estado de diapausa (de 20mM a 147mM). La función de la prolina como agente crioprotector ya había sido demostrada previamente en otros organismos.

Finalmente, para demostrar que la prolina era la responsable de la tolerancia al congelamiento, los investigadores alimentaron a un grupo de larvas con una dieta rica en prolina y observaron que estas larvas aumentaron su tasa de supervivencia al congelamiento, a pesar de no entrar antes al estado de diapausa.

Así que tanto la deshidratación de las células (pérdida de ~15% del agua corporal) como el aumento de los niveles de prolina, modificaron la osmolaridad de las larvas y les permitieron tolerar los efectos negativos de la criopreservación. Además, cuando las larvas eran sometidas a un proceso de aclimatación al frío, el porcentaje de supervivencia también aumentó. Sin embargo, los resultados demuestran que lo más importante es el aumento de la prolina ya que su efecto sobre la supervivencia al congelamiento mejoró sin la necesidad de que las larvas entren al estado de diapausa.

La prolina, por ser un aminoácido hidrofóbico y de estructura especial (amina secundaria), ayuda a mantener la estructura de las proteínas dándoles mayor flexibilidad y protegiéndolas de la desnaturalización. Además, puede llegar a intercalarse entre los grupos fosfato de los fosfolípidos que constituyen las membranas celulares, aliviando el estrés mecánico al que están sometidos durante la congelación.


Referencia:

ResearchBlogging.orgKostal, V., Zahradnickova, H., & Simek, P. (2011). Hyperprolinemic larvae of the drosophilid fly, Chymomyza costata, survive cryopreservation in liquid nitrogen Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1107060108

23 julio, 2011

Programa de incentivo a alumnos de pre-grado

Público Objetivo:  Alumnos  de  pre-grado  de  todas  las  áreas  de  la  biología  interesados  en  tener  una  experiencia de investigación en el extranjero.

Las ponencias serán realizadas por jóvenes estudiantes que tuvieron la oportunidad de colaborar en laboratorios y centros de investigación de importantes universidades norteamericanas, a fin de comentar sus experiencias y dar recomendaciones para que los estudiantes de pre-grado vean que las posibilidades de investigar fuera del país son más accesibles de lo que uno puede imaginar.

Fecha: Sábado 6 de Agosto 
 
Hora: 2:00pm – 4:00pm 
 
Lugar: Auditorio del IPEN (Av.  Canadá 1470, San Borja).
 
Moderador: Dr. Modesto Montoya 
 
PROGRAMA: 

  1. Exposiciones:
    Enith Sifuentes  (Yale University, USA): Biología del Desarrollo 
    Denisse Tafur (Yale University, USA):  Biología Celular 
    Jorge Bardales (University of California, Berkeley, USA): Biofísica
  2. Rueda  de  preguntas  acerca  de  las  oportunidades  de  realizar  investigación  en  el  extranjero 
    (expositores e invitados).

22 julio, 2011

Secuenciamiento en chips—hacia los $1000 por genoma

El secuenciamiento de ADN ha sido uno de los pilares básicos en el desarrollo de la biología molecular, la ingeniería genética y la biotecnología; así como también, ha permitido conseguir grandes avances en el campo de la medicina, ayudando en el diagnóstico de enfermedades y en la identificación de genes asociados con la predisposición a determinadas patologías. Sin embargo, aún sigue siendo un procedimiento relativamente costoso a pesar que el precio de secuenciamiento por Megabase (Mb) ha caído vertiginosamente en los últimos 10 años gracias al desarrollo novedosos equipos. Uno de ellos es el Ion Personal Genome Machine™ el cual se basa en el uso de semiconductores, abriendo el camino hacia una nueva generación de secuenciadores.

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Todo empezó hace unos 36 años, cuando el ingenioso bioquímico inglés Frederick Sanger desarrolló la primera técnica de secuenciamiento de ADN. El procedimiento —al cual posteriormente llamaron Método de Sanger— era sumamente complejo, ya que requería del uso de nucleótidos marcados con fósforo radiactivo (P-32), nucleótidos desoxigenados (ddNTPs), cuatro reacciones en paralelo y un gel de electroforesis muy largo. Sin embargo, esta fue la base para el desarrollo de los secuenciadores automatizados de primera generación, los cuales cambiaron la radiactividad por la fluorescencia y el gel de electroforesis por capilares cromatográfico. Con los secuenciadores basados en el método de Sanger se secuenció el genoma humano allá por el año 2003, el cual costó unos $3,000 millones.

Luego vinieron los primeros secuenciadores por síntesis, los cuales se basan en la lectura de la secuencia de ADN a partir de la síntesis de la hebra complementaria gracias a la acción de una ADN polimerasa. Entre ellas tenemos los pirosecuenciadores, los cuales se basan en la detección de luminiscencia emitida durante la reacción de síntesis del ADN y la tecnología SOLiD™, que se basa también en la detección de fluorescencia emitida durante una reacción de ligación de ADN. Gracias a ellos se han podido desarrollar proyectos de secuenciamiento a gran escala ya que estos equipos permiten secuenciar millones de fragmentos a la vez.

Sin embargo, el principal problema con estas novedosas tecnologías son sus altos costos —cada equipo llega a valer unos $500,000 y cada corrida entre $10,000 y $20,000— y el tiempo que tardan —unos 20Mb por hora, sin incluir el tiempo de preparación de las muestras. Por otro lado, están limitados por la tecnología de imágenes, a los intermediarios electromagnéticos y luminosos y a los reactivos especiales y costosos.

Fue hace un poco más de siete meses cuando Ion Torrent, parte de la corporación Life Technologies™ lanzó al mercado su nuevo secuenciador a base de chips de iones. Este nuevo secuenciador cambió toda la tecnología pasando a una nueva generación de equipos a base del uso de los ISFET (transistor de campo eléctrico sensible a iones) dentro de un circuito integrado del tipo CMOS (Semiconductor Complementario Metal-Óxido).

Bueno, creo que me excedí de tecnicismos, así que lo explicaré de manera sencilla. El dispositivo consiste en un pequeño chip (tal como se ve en la figura inicial) el cual tiene 1.2 millones de pocillos de 3.5um de diámetro. En cada pocillo —que es donde se llevará a cabo la reacción de síntesis de ADN— están los semiconductores y los  ISFET, que no son más que unos sensores de pH sumamente pequeños.

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Entonces lo que ocurre es lo siguiente: se carga la muestra de ADN anclado a unas pequeñas esferas de acrilamida (bolita rosada) en el chip, las hebras de ADN entrarán en cada uno de los 1.2 millones de pocillos donde se encuentra la enzima ADN polimerasa. Luego, se añaden los nucleótidos naturales —no tienen que ser ni marcados con fluorescencia ni radiactividad— uno por uno (A, T, C, G, A, T…) lavando el dispositivo entre cada uno de ellos a fin de eliminar los nucleótidos remanentes que queden. Cada vez que uno de los nucleótidos encuentre su complementario en la hebra molde (A con T y C con G) se formará el enlace y empezará a sintetizarse la nueva cadena. Cada vez que se forma un enlace, la reacción libera un ión de Hidrógeno (H+), el cual cambiará ligeramente el pH de la solución en proporción al número de nucleótidos incorporados. Este cambio de pH tan insignificante es detectado por los sensores del semiconductor que se encuentra en la base del pocillo y se producirá una señal eléctrica en función a la diferencia de potencial generado (ΔV). Los componentes electrónicos transformarán esta señal eléctrica en una digital y así se procede a leer las millones de secuencias generadas. Todo el proceso toma unos 4 segundos y la precisión de secuenciamiento es superior al de los métodos tradicionales basados en luminiscencia.

Este novedoso equipo fue probado secuenciando los genomas completos de cinco bacterias con secuencias anotadas en el GenBank (3 E. coli, V. fischeri y R. palustris). Para secuenciar estos genomas tan sólo se usó un chip por cada uno de ellos, en otras palabras, se necesito de una sola corrida la cual tomó tan sólo 2 horas, demostrando así la facilidad y rapidez del Ion PGM™. Además, el costo del chip en el mercado es de $99 y el del equipo unos $50,000 —unas 10 veces menos que los equipos tradicionales.

Su utilidad se demostró rápidamente al ser usado para secuenciar el genoma de la E. coli O104:H4, la cual causó un brote infeccioso en Alemania, reportándose unos 1,000 casos y causando la muerte de unas 50 personas.

Pero el mayor logro del equipo fue secuenciar el genoma de nada menos que Gordon Moore, quien fuera el cofundador de Intel™ y que en 1965 estableció su famosa Ley de Moore en la cual establece que el número de transistores que entrarán en un chip se duplicarán cada dos años. Es esta ley la que ha permitido el desarrollo tan vertiginoso y la caída de los precios de los equipos electrónicos tales como las computadoras, celulares, cámaras digitales, etc.

Para secuenciar el genoma de Moore se necesitaron 1,601 chips de 1.2 millones de pocillos, 267 de 6.1 millones y 28 de 11.1 millones, siendo estos dos últimos actualmente están en desarrollo para salir al mercado. Se usó como patrón de comparación el secuenciador SOLiD™, demostrándose que el Ion PGM™ tiene un rendimiento comparable y hasta superior al que era el equipo más moderno hasta la fecha.

Durante los siete primeros meses que estuvo el equipo en el mercado se vendía el chip Ion 314™ el cual permite leer 10Mb de información. La semana pasada salió al mercado el chip Ion 316™ que permite leer 100Mb de información y se espera que para dentro de 3 meses salga el Ion 318™ el cual permitirá leer 1Gb de información. Y según la Ley de Moore, con el paso de los años se podrá duplicar la cantidad de información leída por cada chip y con ella los costos se reducirán cada vez más, seguro hasta llegar al ansiado $1,000 por genoma, el cual permitirá usar el secuenciamiento como técnica rutinaria en el diagnóstico de enfermedades.

Sin dudas, este nuevo equipo de secuenciamiento se impondrá en muchos laboratorios del mundo gracias a su eficiencia, rendimiento, su bajo costo ($49,500 el equipo y $99 el chip) y facilidad de uso, tal como lo demuestra el presente video:


Referencia:

ResearchBlogging.orgRothberg, J., Hinz, W., Rearick, T., Schultz, J., Mileski, W., Davey, M., Leamon, J., Johnson, K., Milgrew, M., Edwards, M., Hoon, J., Simons, J., Marran, D., Myers, J., Davidson, J., Branting, A., Nobile, J., Puc, B., Light, D., Clark, T., Huber, M., Branciforte, J., Stoner, I., Cawley, S., Lyons, M., Fu, Y., Homer, N., Sedova, M., Miao, X., Reed, B., Sabina, J., Feierstein, E., Schorn, M., Alanjary, M., Dimalanta, E., Dressman, D., Kasinskas, R., Sokolsky, T., Fidanza, J., Namsaraev, E., McKernan, K., Williams, A., Roth, G., & Bustillo, J. (2011). An integrated semiconductor device enabling non-optical genome sequencing Nature, 475 (7356), 348-352 DOI: 10.1038/nature10242

Esta entrada participa en el Carnaval de Biología de Verano celebrado en MariMarus Blog.

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21 julio, 2011

Si hay luna llena, es menos probable que un león te ataque

Tal vez nuestro miedo innato a la oscuridad no sea más que una adaptación desarrollada por nuestros antepasados quienes evitaban hacer actividades nocturnas por el miedo a ser atacados por los grandes depredadores que rondaban sus aldeas. No hay dudas de que son los grandes felinos los cazadores nocturnos por excelencia, es por esta razón que la mayoría de sus ataques hacia los humanos ocurren durante las noches. Sin embargo, según un artículo publicado en PLoS ONE, la probabilidad de que seas atacado por un león se reduce en las noches de luna llena.

(c) National Geographic

Para los grandes felinos como los tigres, leones y leopardos, salir a cazar durante las noches es una gran ventaja gracias a que poseen una excelente visión nocturna. Sus ojos tienen una estructura sumamente especializada llamada tapetum lacidum, la cual refleja y amplifica la luz que entra por sus pupilas para ser aprovechada por los fotorreceptores de sus retinas. Sin embargo, se ha demostrado que la intensidad de la luz de la luna afecta su comportamiento nocturno, reduciendo la cantidad de animales cazados durante las noches de luna llena.

Para determinar si el efecto de la luz de la luna también puede influir sobre los ataques a humanos, un grupo de investigadores de la Universidad de Minnesota liderados por el biólogo Craig Packer han analizado los más de 1,000 casos registrados de ataques de leones a humanos ocurridos entre los años 1988 y 2009 en Tanzania —de los cuales los dos tercios fueron fatales— y los han comparado con la fase de la luna y la hora a la cual han ocurrido.

Los resultados mostraron claramente que la gran mayoría de los ataques ocurrió en las horas más oscuras de la noche y dependía de la fase en la que se encontraba la luna. Como se puede ver en el gráfico, más del 60% de las víctimas fueron atacadas entre las 18:00 y las 21:45.

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Cuando se analizaron los datos a nivel de horas, los investigadores observaron que la tasa de ataques fue de 2 a 4 veces mayor los 10 días siguientes a la luna llena (en la figura: 15-19 y 20-24) entre las 18:00 y 21:45; mientras que la tasa de ataques fue baja, a estas mismas horas, entre el 5° y 14° día del ciclo de la luna. Esto se debe a que en este momento la luna empieza a aumentar su luminosidad a medida que pasan los días y, además, sale muy temprano por el horizonte; mientras que después de la luna llena, la luna disminuye su luminosidad y aparece mucho más tarde por el horizonte. También se encontró diferencias en las temporadas lluviosas y secas ya que las nubes bloquean la luz de la luna.

Sin dudas, los predadores nocturnos han moldeado y ayudado la forma como hemos evolucionado ya que nos han impulsado a construir albergues donde pasar las noches, así como también dominar el fuego para espantarlos y protegernos. Sin dudas, la gran cantidad de ataques nocturnos se dan a primeras horas de la noche porque a esas horas los humanos realizan muchas más actividades que a media noche o en horas de la madrugada.


Referencia:

Packer C, Swanson A, Ikanda D, Kushnir H, 2011 Fear of Darkness, the Full Moon and the Nocturnal Ecology of African Lions. PLoS ONE 6(7): e22285. doi:10.1371/journal.pone.0022285

La cooperación promueve el reparto equitativo en niños pero no en chimpancés

Cuando alguien coopera contigo con la finalidad de conseguir algún tipo de recompensa siempre tenemos la tendencia a compartir el premio equitativamente. Algo que no ocurre si conseguimos la misma recompensa de manera individual o si nos llega ‘caída del cielo’. En el caso de los niños, podemos apreciar claramente que si a uno le damos muchos caramelos, éste se quedará con la mayoría de ellos y tal vez sólo comparta unos pocos con los demás. Pero, que pasaría si los caramelos los consigue de manera cooperativa con otro niño, ¿los compartirá equitativamente con su compañero o se quedará con la mayoría de ellos?.

Para responder esta interrogante, un grupo de investigadores liderados por la psicóloga Katharina Hamann del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva diseñaron una serie de experimentos para evaluar la equidad de distribución de una recompensa en niños de dos a tres años y en chimpancés. Los resultados fueron publicados el día de ayer en Nature.

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Para el primer experimento, los investigadores diseñaron un aparato [ver figura superior a] con un par de cuerdas saliendo por los costados (flechitas rojas) para que los participantes tiren de ellas a fin de acercar una tabla (flecha gruesa negra) con unos pequeños juguetes en sus extremos (bolitas negras). Los participantes sólo podrán tener acceso a la recompensa si ambos tiran cooperativamente de la cuerda.

Al iniciar el experimento hay dos pequeños juguetes en cada extremo de la tabla, pero una vez que uno de los participantes tire de la cuerda, uno de los juguetes rodará hacia el otro extremo (flecha punteada). Así que al final del experimento uno de los participantes (derecha) recibirá un sólo juguete mientras que el otro (izquierda) tres. Para el experimento control usaron el aparato b, en el cual los participantes reciben directamente su premio sin la necesidad de tirar de la cuerda, donde uno de los participantes recibirá tres juguetes mientras que el otro uno.

Los resultados mostraron que aquellos niños que conseguían los tres juguetes con la colaboración del otro niño eran mucho más equitativos y donaban en más ocasiones uno de sus juguetes al compañero menos afortunado; algo que normalmente no se observó en los niños del grupo control. Esto indicaría que al iniciar cada experimento, los niños ven que a cada uno les corresponde un determinado número de juguetes, y es este sentido de posesión el que podría influir en el reparto equitativo o no del premio al finalizar el experimento.

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Para que el sentido de posesión no sea determinante, diseñaron otro tipo de experimento. Esta vez los cuatro juguetes estarían juntos, pero aún así se requeriría de un trabajo cooperativo para obtenerlos (aparato c). Tal como en el experimento anterior, uno de los participantes obtendría tres juguetes y el otro uno solo. Para el experimento control usaron el aparato d y e. En el aparato d cada niño jalará un pequeño bloque de manera independiente, pero nuevamente uno de los participantes recibirá tres juguetes y el otro uno. La diferencia aquí es que el premio obtenido será por su propio esfuerzo. El aparato e es similar al control del experimento anterior, donde los participantes llegarán y recogerán su premio.

En este experimento, los niños de tres años nuevamente demostraron ser más equitativos cuando trabajaban juntos para obtener la recompensa que los niños que usaron los controles d y e. Sin embargo, en los niños de dos años, no hubo diferencias significativas entre los controles y el trabajo conjunto.

Finalmente, quisieron observar si nuestros parientes evolutivos más cercanos, los chimpancés, también mostraban este comportamiento social relativamente complejo. Si bien hay estudios que demuestran que los chimpancés colaboran entre sí cuando salen a cazar o a recolectar, no se sabe si tienen la capacidad de hacer distribuciones equitativas de lo que obtienen. Para ello diseñaron un aparato ligeramente más complejo (figura inferior) en el cual ambos chimpancés tirarían de una cuerda a fin de obtener una uva como recompensa (las uvas caerían una por una). Al tirar de la cuerda, la uva de un chimpancé caería en un punto más accesible para el otro chimpancé (flechas blancas). El punto donde cae la uva es un columpio, si uno tira del columpio hacia su lado recibiría el premio.

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En el experimento, el chimpancé afortunado será aquel que consiga primero las dos uvas y tendría la opción de obtener la tercera si tira del columpio, rompiendo así la igualdad. En las dos terceras partes de los casos, el chimpancé desafortunado inclinó el columpio hacia su lado inmediatamente para obtener el premio que le falta y en la otra tercera parte de los casos, el chimpancé afortunado tiró del columpio hacia su lado para obtener su tercer premio. En ningún caso se observó que el chimpancé afortunado empuje el columpio para darle la uva a su compañero desafortunado, a pesar que durante el entrenamiento aprendieron a hacer eso.

Y para corroborar los datos obtenidos en el experimento anterior, los investigadores modificaron el columpio de tal manera que el chimpancé desafortunado no tenga la capacidad de inclinarlo hacia su lado y acceder al último premio, así que recibirlo y mantener la igualdad estaría en manos del chimpancé afortunado. Bueno, como era de esperarse, en el 98% de los casos, el chimpancé afortunado tiró del columpio para su lado obteniendo tres uvas.

Estos resultados indican que a los dos años los niños aún no tienen una percepción del trabajo conjunto y cooperativo para obtener algo y esto no influye en su decisión de distribuir lo obtenido de manera equitativa. Por otro lado, los chimpancés no han adquirido ese comportamiento social durante su historia evolutiva. Sin embargo, la cooperación si es una característica social presente en muchos grupos de animales, ya lo vimos hace unos meses en el caso de los elefantes.


Referencia:

ResearchBlogging.orgHamann, K., Warneken, F., Greenberg, J., & Tomasello, M. (2011). Collaboration encourages equal sharing in children but not in chimpanzees Nature DOI: 10.1038/nature10278

20 julio, 2011

“Voy a investigar lo que me dé la gana”—Una triste mentira

Creo que esta genial caricatura de Jorge Cham se merecía un espacio en el blog…

(c)PhD Comics

Creo que no hay nada que resuma mejor la vida de un investigador. Sin dudas, todos los que hemos optado por una carrera científica lo hicimos con el deseo de ser investigadores o científicos, para descubrir cosas nuevas, tratar de solucionar los problemas de salud y alimentación del mundo, mejorar la calidad de vida de las personas, explicarnos el por qué de las cosas, etc.

Sin embargo, todas estas ilusiones se derrumban al momento de entrar a investigar a un laboratorio. Si bien nos dan la libertad de escoger un tema de tesis cualquiera, si es que estos no se ajustan a los objetivos del laboratorio simplemente no podrás realizarlo porque te faltarán materiales y reactivos, así que terminas optando por el tema de tesis que te ofrece el profesor jefe del laboratorio.

Una vez que somos profesionales y conseguimos un puesto en una universidad como profesor auxiliar también creemos que ahora sí podremos investigar en lo que queramos pero muchas veces no ocurre eso y tenemos que aceptar las líneas de investigación establecidas por la Comisión Académica o los Jefes de Departamento. Sin dudas, lo que más quisieras en ese momento es ser el jefe del laboratorio o centro de investigación para que finalmente puedas investigar lo que realmente quieras.

Después de unos años como profesor auxiliar y luego como profesor asociado, por fin alcanzas una plaza como profesor principal, y te asignan como jefe de uno de los laboratorios de la universidad. Sin embargo, una vez que llegas a esta posición te das cuenta que tu investigación debe ajustarse a los lineamientos que te ponen la Comisión de Subvenciones y Presupuesto de la Universidad o de las Fundaciones Nacionales e Internacionales. Es en este momento donde viene otra gran verdad, inmortalizada por otra de las geniales caricaturas de Cham, donde uno puede investigar lo que realmente quiere variando un poco el ciclo de las subvenciones

(c)PhD Comics

Luego pasas tus años como profesor principal, años en los que seguramente ganas tanto prestigio que ya no investigas y simplemente pones tu nombre en los artículos científicos hechos por tus alumnos o investigadores de tu laboratorio para que se aseguren que sus trabajos sean publicados en las revistas de mayor impacto, y poco a poco vas envejeciendo, tus facultades cognitivas van deteriorándose y cuando ven que ya es momento de que te retires para dar la oportunidad a otro investigador, te nombran Profesor Emérito.

Bueno, creo que en este punto ya tienes todo lo ganado todo el respeto necesario para que investigues cualquier cosa que te de la gana; sin embargo, el tiempo que tengas ya no será suficiente y llegará la inevitable hora de tu muerte. Ahora si podrás “Investigar en Paz” [RIP: Research In Peace]… en el cielo, aunque muy probablemente los científicos —sobre todo los biólogos— no vayamos al cielo una vez muertos. [¿A dónde van los biólogos cuando mueren?].

Tendemos a empatar cuando jugamos piedra, papel o tijera

¿Quien no ha resuelto una disputa o un empate con el tradicional yan-ken-po (piedra, papel o tijera)? Aunque no lo creamos, inconscientemente estamos predispuestos a imitar los movimientos de nuestro adversario siendo las chances de empatar ligeramente superiores de las que predice el azar según un artículo publicado hoy en Proceeding of the Royal Society B.

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La “imitación automática” es un tipo de respuesta a un estímulo en el cual imitamos espontáneamente y aparentemente de forma inconsciente las respuestas de otros gracias a la intervención de las neuronas especulares. Sin embargo, hasta ahora no se sabe a ciencia cierta si esta imitación es en realidad automática o si es voluntaria. Una respuesta automática se da en el sentido de que es involuntaria y no la podemos inhibir, por ejemplo, el acto reflejo que se produce cuando recibes el clásico golpe en la rodilla. Por otro lado, una respuesta voluntaria es aquella que podría ser inhibida o reprimida conscientemente.

Los estudios previos que se han realizado en torno a la imitación automática no han tomado en cuenta dar incentivos o penalidades a aquellos actos imitativos, para así determinar si en realidad este acto puede o no ser inhibido. Para dar una respuesta definitiva al tema, un grupo de investigadores ingleses liderados por el Dr. Richard Cook de la Escuela Universitaria de Londres usaron el clásico juego de ‘piedra, papel o tijera’, el cual se caracteriza en evitar imitar los movimientos del oponente para poder ganar, con el fin de determinar si la imitación automática es voluntaria o involuntaria.

Para este estudio los investigadores reclutaron a 45 personas adultas —23 mujeres y 22 varones de aproximadamente 25 años— a quienes los separaron en grupos de tres (mientras dos jugaban uno sería el réferi y anotaría el movimiento usado por cada jugador). A cada grupo los sometieron a dos diferentes experimentos: i) un jugador tendría los ojos vendados y el otro no y ii) los dos jugadores tendrían los ojos vendados. A los voluntarios se les informó que aquel jugador que ganara más veces recibiría un bono extra —a parte del que le darían por su participación— con el fin de aumentar su competitividad evitando los empates, en otras palabras, incentivándolos a no imitar los movimientos del oponente.

RPSSi hacemos un poco de estadística, ¿cuál es la probabilidad de que haya un empate en un juego donde hay sólo tres posibles movimientos?. Obviamente, la respuesta es la tercera parte o el ~33.3%. Este fue precisamente el resultado obtenido cuando los dos jugadores estaban con los ojos vendados (33.3%±5.0%), lo que indicaría que todo caía dentro del azar. Sin embargo, lo que llamó la atención de los investigadores fue que cuando uno de los dos podía ver el movimiento del otro la proporción de empates aumentó significativamente (36.3%±4.6%).

Los resultados indicarían que hay una cierta tendencia a imitar los movimientos de las otras personas ya que si bien no hay una sincronización precisa en el movimiento de los dos jugadores, este tiempo de desfase es demasiado corto como para que el jugador capaz de ver pueda imitar conscientemente los movimientos del otro, pero este tiempo si sería lo suficientemente largo como para que se dé la imitación automática. Además, los investigadores descubrieron que fueron los movimientos de piedra y tijera los que más empates habían tenido ya que estos dos movimientos tienen posturas de la mano con características similares, a diferencia del papel.

A pesar que la imitación automática esta asociado a muchos procesos cognitivos, de aprendizaje y también en la empatía, este experimento demuestra que no siempre es beneficioso ya que en este caso genera una pérdida de dinero para el jugador. Por otro lado queda demostrada que la imitación automática es en realidad… automática.

Para terminar y reducir la probabilidad de empates a tan sólo el 20%, usemos una variante del juego llamada piedra, papel, tijera, lagarto o spock… [Qué horrible suena The Big bang Theory en español]


Referencia:

ResearchBlogging.orgCook, R., Bird, G., Lunser, G., Huck, S., & Heyes, C. (2011). Automatic imitation in a strategic context: players of rock-paper-scissors imitate opponents' gestures Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences DOI: 10.1098/rspb.2011.1024

19 julio, 2011

La exposición pasiva al humo del cigarro puede dañar el esperma de los ratones

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Muchos estudios han demostrado que aquellos varones que fuman constantemente tienen un mayor riesgo a desarrollar anormalidades en el semen (reducción de la movilidad de los espermatozoides, daño en el ADN y aberraciones cromosómicas) y en los fetos durante el embarazo; sin embargo, el efecto que tiene el humo en los fumadores pasivos no está aún bien determinado. En los ratones también se ha observado que la exposición directa al cigarro puede generar mutaciones en las células germinales, principalmente una expansión en el número de pequeñas secuencias repetidas en tándem (ESTR), que se pueden transmitir a los descendientes. En un artículo publicado el 18 de Julio en PNAS, investigadores norteamericanos liderados por el Dr. Francesco Marchetti han analizado el efecto del humo del cigarro en las células germinales de ratones fumadores pasivos.

Si bien el humo inhalado por los fumadores activos tiene la misma composición química que el humo inhalado por los fumadores pasivos —cerca de 40,000 compuestos diferentes, 50 de ellos con efectos cancerígenos— sus concentraciones pueden variar entre uno y otro.

En el presente estudio, Marchetti et al. sometieron a un grupo de ratones a la exposición directa y pasiva del humo de 3 o 16 cigarros al día durante dos semanas. Seis semanas después de la prueba se les extrajo el esperma y se observó que los ratones fumadores presentaban una frecuencia de mutaciones ESTR de 4.0% y 4.7% y los ratones fumadores pasivos una frecuencia de 4.6% y 2.6%, dependiendo de si su exposición fue a menos o más cigarros, respectivamente.

Estos datos indican que basta un corto periodo de exposición al humo de los cigarros (2 semanas) para inducir las mutaciones en las células germinales de ratones y que las frecuencias de estas mutaciones fueron prácticamente similares tanto en los ratones fumadores como en los fumadores pasivos. Sin embargo, extrañamente se observa que la frecuencia de mutación en los fumadores pasivos es menor (2.6%) cuando la exposición al humo es mayor (16 cigarros por día). Esto se explica porque a medida que la exposición aumenta, las mutaciones también lo harán y llegarán a un punto donde provocarán efectos citotóxicos y las células morirán, variando las frecuencias, las cuales son calculadas con células vivas. Este mismo efecto se observó en otros experimentos con otros compuestos que dañan el ADN (radicales libres, radiaciones ionizantes, etc.).

Los investigadores también analizaron el efecto del humo del cigarro sobre las células somáticas. Para ello les extrajeron los reticulocitos —glóbulos rojos aún inmaduros— de la médula ósea y los eritrocitos normocromáticos —glóbulos rojos maduros sin ribosomas— de la sangre y analizaron si había presencia o no de micronúcleos (MN), los cuales son fragmentos cromosómicos o cromosomas enteros que aparecen en el citoplasma debido a que no se han orientado correctamente durante la división celular. Los MN son muy usados en estudios de toxicidad genética. Los resultados mostraron un muy ligero incremento en la frecuencia de MN en los ratones con exposición directa al humo, pero no se observó un incremento significativo en la frecuencia de MN en los ratones con exposición pasiva al humo del cigarro.

Si bien hay presencia de mutaciones en las células germinales de ratones, aún no se sabe si estas tendrán o no un efecto sobre los descendientes ya que estas mutaciones se dan en regiones no codificantes. Habría que hacer un estudio a gran escala para analizar el genoma completo y ver si las mutaciones también se dan a nivel de regiones codificantes, las cuales si podrían evidenciar problemas a nivel fenotípico. Sin embargo se sabe que estas regiones no codificantes tienen una función importante en la estabilidad de los cromosomas.

Por otro lado, estos resultados indican —una vez más— que tanto los fumadores como los que no fuman pero se encuentran en el mismo ambiente, se ven afectados de la misma manera por el humo del cigarro, así que las leyes que prohíben fumar en lugares públicos y en ambientes cerrados, incluso las discotecas y bares, tienen su razón de ser.


Referencia:

Francesco Marchetti, Andrea Rowan-Carroll, Andrew Williams, Aris Polyzos, M. Lynn Berndt-Weis, and Carole L. Yauk. Sidestream tobacco smoke is a male germ cell mutagen. PNAS doi: 10.1073/pnas.1106896108

18 julio, 2011

La carencia de un gen convierte a un ratón en todo un maratonista

¿Te imaginas algún día tomar un medicamento capaz de bloquear la acción de un gen y convertirte en todo un atleta capaz de completar la Maratón de Nueva York fácilmente?. Tal vez ese día está más cerca de lo que pensamos ya que un grupo de investigadores australianos y estadounidenses liderados por el Dr. Emidio Pistilli de la Universidad de Pensilvania demostraron que aquellos ratones que carecían del gen IL-15Rα mostraban una mayor capacidad atlética y resistencia a la fatiga según un artículo publicado hoy en The Journal of Clinical Investigation.

(c)UC Riverside

El gen IL-15Rα codifica para un receptor de membrana que reconoce a la citoquina llamada IL-15. Tanto el receptor como su ligando se expresan en una gran variedad de tejidos, pero es en el tejido muscular esquelético donde dicha expresión es mayor, es por esta razón que tienen un rol importante en el fenotipo de los músculos y se los ha encontrado asociados con la resistencia muscular, síndromes metabólicos e incluso con la obesidad. Para determinar si este gen tiene algún efecto sobre la capacidad atlética de un organismo, Pistilli et al. desarrollaron ratones mutantes carentes del gen IL-15Rα.

Los ratones, al igual que los humanos, poseen dos tipos de tejido muscular: los de contracción rápida, encargados de los movimientos más finos (Ej.: los músculos de los dedos) y los de contracción lenta, encargados de los movimientos más grandes (Ej.: los músculos de las piernas o la espalda). Los músculos de contracción rápida son menos resistentes a la fatiga, así que los investigadores primero se enfocaron en el músculo extensor largo de los dedos de los ratones carentes del gen IL-15Rα.

Los investigadores observaron que en estos ratones mutantes había un reordenamiento del tejido muscular de contracción rápida el cual mostró un fenotipo más oxidativo y una mayor resistencia a la fatiga. Sin embargo, la resistencia no se debe a que el músculo de contracción rápida se convirtió en uno de contracción lenta, sino que el cambio se encontraba a nivel del número de mitocondrias y fibras musculares.

Luego, Pistilli et al. quisieron ver que efectos tenía este cambio fenotípico en los músculos sobre la capacidad atlética del ratón. Para ello, los investigadores pusieron una rueda giratoria dentro de las jaulas de los ratones. Estas ruedas giratorias estaban acopladas a un dispositivo que contabilizaba el número de revoluciones que da, para así determinar la distancia recorrida por el ratón. Los resultados obtenidos fueron sorprendentes: los ratones que no tenían el gen IL-15Rα recorrían seis veces más distancia que los ratones normales (B6129).

rueda-giratoria

Si bien estos estudios han sido hechos en ratones, existen reportes de análisis genéticos de este mismo gen en humanos. Los datos han mostrado que ciertas mutaciones en estos genes (IL15 y IL-15Rα) están asociados con la respuesta del tejido muscular al entrenamiento físico. Por ejemplo, hay una mutación puntual en el exón 3 del gen IL-15Rα que se está presente en ciertos atletas de élite, principalmente en aquellos que requieren de gran resistencia a la fatiga.

Estos resultados no indica que si queremos convertirnos en todos unos maratonistas basta con bloquear el gen IL-15Rα ya que éste se expresa no sólo en los músculos, sino en muchos otros más, y los efectos sobre la fisiología de nuestro organismo podrían ser perjudiciales. Por otro lado, los investigadores no entienden por qué los ratones mutantes tenían ese deseo de correr mayores distancias en sus ruedas giratorias —que tengan una mayor resistencia física no indica que los ratones corran voluntariamente por más tiempo. Sin embargo, entender a fondo la función de este gen podría ayudar a solucionar ciertos tipos de enfermedades metabólicas que aquejan a la humanidad.


Referencia:

ResearchBlogging.orgPistilli, E., Bogdanovich, S., Garton, F., Yang, N., Gulbin, J., Conner, J., Anderson, B., Quinn, L., North, K., Ahima, R., & Khurana, T. (2011). Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles Journal of Clinical Investigation DOI: 10.1172/JCI44945

15 julio, 2011

Nuevo adenovirus que se transfiere del mono al hombre

Generalmente se cree que los adenovirus son específicos de cada especie, esto quiere decir que no pueden ser transmitidos de una especie a otra diferente. Sin embargo, un grupo de investigadores estadounidenses liderados por la Dra. Eunice Chen de la UC San Francisco han identificado un nuevo adenovirus que ha sido transmitido de un mono titi a un humano según reportaron el 14 de Julio en Plos Pathogens.

adenovirus

Los adenovirus fueron aislados por primera vez en 1950, cuentan con una cadena doble de ADN e infectan normalmente a un gran número de vertebrados. Estos virus son responsables del 5% al 10% de las enfermedades febriles en los niños y algunos serotipos como el HAdV-14 (Adenovirus Humano tipo 14) está asociado con brotes fatales de neumonía. Otros serotipos son responsables de ciertos casos de conjuntivitis, hepatitis y diarreas. En simios se han observado algunos casos de infecciones respiratorias por adenovirus.

Los adenovirus son específicos de cada especie. No se han podido replicar los HAdV en monos ni en ratones, ni viceversa. Estudios serológicos de personas que trabajan en contacto directo con los monos (Ej.: investigadores, cuidadores de zoológicos, etc.) no han mostrado evidencias de la presencia de anticuerpos contra los adenovirus de chimpancés, lo que indicaría que no hay una transferencia de AdV entre monos y humanos. Sin embargo, si se han reportado casos de presencia de anticuerpos de monos en pobladores que viven en regiones donde los monos son endémicos (África y Sudamérica).

En el año 2009, un mortal brote de neumonía apareció en las instalaciones del Centro Nacional de Investigación de Primates de California en una de las habitaciones donde habían 65 monos titi sudamericanos (Callicebus cupreus). La neumonía afectó a 23 monos de los cuales 19 murieron (83% de mortalidad) en menos de 3 meses. Sin embargo, ninguna otra especie de mono que habitaba en los alrededores se vio afectado por el brote.

Como todas las pruebas rutinarias empleadas para determinar el agente infeccioso causante de la neumonía dieron negativos, Chen et al. usaron un dispositivo llamado Virochip con el cual pudieron identificar un adenovirus nunca antes reportado como el responsable del brote de neumonía fulminante en estos monos (los análisis de microscopía electrónica también confirmaron el diagnóstico). A este nuevo adenovirus lo llamaron TMAdV (Adenovirus del Mono Titi).

Además, los investigadores determinaron que de los cinco marcadores empleados para el diagnóstico de los HAdV, dos pudieron identificar al TMAdV. Los cultivos celulares también demostraron ser eficientes en la detección del virus a pesar que el TMAdV no está muy relacionado con los HAdV —tan sólo comparten menos del 55% de sus secuencias genéticas.

Los investigadores se llevaron una sorpresa cuando vieron que el TMAdV pudo replicarse eficientemente en un tejido humano —la línea celular humana A549 (adenocarcinoma pulmonar humano)— lo que indicaría que este adenovirus del mono tiene una capacidad potencial de infectar a los humanos.

Para determinar si esta hipótesis podría ser probable, Chen et al. empezaron a hacer un estudio epidemiológico entre los trabajadores del centro de investigación y encontraron a un individuo —quien estuvo en contacto directo con los monos durante el brote de pulmonía— que dijo haberse sentido enfermo durante esos días. Para corroborar que su enfermedad se debió al TMAdV y no a otro virus estacional, los investigadores tomaron una muestra de suero de él y de sus familiares y encontraron que en el trabajador y en uno de sus familiares había la presencia de anticuerpos contra el TMAdV, lo que indicaría que si fueron infectados por el Adenovirus del mono. Se descartó que fuera el trabajador quien infectó a los monos ya que en un estudio serológico de 81 muestras de donantes den California, no se observó la presencia del anticuerpo en el 97.5% de las muestras. [Click para ampliar la imagen].

TMAdV

Si bien el TMAdV tuvo una tasa de mortalidad extremadamente alta en los monos, al parecer no fue muy grave la infección en humanos. Sin embargo, si la persona infectada hubiera sido anciana o con el sistema inmunológico comprometido, tal vez la cosa hubiera sido diferente. Por otro lado, la alta tasa de mortalidad del virus en el mono indica claramente que este animal no es su reservorio natural, dejando en misterio el origen de este adenovirus. Una de las explicaciones más probables es que el virus saltó de una especie de primates resistentes a la infección a los monos titi quienes, coincidentemente, resultaron ser susceptibles a ella. La forma de transmisión pudo haber sido a través de los mismos trabajadores del centro de investigación, quienes en muchos casos no se cambian de indumentaria cuando pasan de un ambiente a otro.

Sin embargo, para que este virus sea considerado como una amenaza para la salud pública debe demostrarse que es de fácil transmisión entre una persona y otra, algo que no se observó ya que sólo un trabajador y uno de sus familiares se vieron afectados por él. Y gracias a su inocuidad, este virus podría ser usado para el transporte de genes en el campo de la terapia génica.


Referencia:

ResearchBlogging.orgChen, E., Yagi, S., Kelly, K., Mendoza, S., Maninger, N., Rosenthal, A., Spinner, A., Bales, K., Schnurr, D., Lerche, N., & Chiu, C. (2011). Cross-Species Transmission of a Novel Adenovirus Associated with a Fulminant Pneumonia Outbreak in a New World Monkey Colony PLoS Pathogens, 7 (7) DOI: 10.1371/journal.ppat.1002155

14 julio, 2011

El precio de ser el macho alfa: llevar una vida estresante

Dentro de las sociedades jerárquicas, los individuos dominantes sin dudas experimentan un mayor número de beneficios y un considerable éxito reproductivo. Sin embargo, el costo que acarrea esta dominancia puede hacer que lo pienses dos veces. Un grupo de investigadores estadounidenses liderados por el Dr. Laurence Gesquiere de la Universidad de Princeton han demostrado que en los babuinos amarillos (Papio cynocephalus) los machos alfa sufren de mucho estrés según un artículo publicado hoy en Science.

babuinos

Dentro de un grupo social jerárquico, ¿a quién no le gustaría ser el líder?. En los primates, por ejemplo, los machos dominantes son lo que tienen el mayor éxito reproductivo y generan descendientes de mejor calidad y con mayores chances de supervivencia. Sin embargo, mantenerse en la cabeza de un grupo acarrea grandes costos energéticos ya que siempre se debe estar pendiente de cuidar de los que están bajo sus órdenes y luchar por si alguien quiere apoderarse de su lugar, lo cual indicaría que el líder está sometido a un mayor estrés que los subordinados.

Muchos estudios se han llevado a cabo para tratar de determinar si en realidad los machos alfas están sometidos a un mayor estrés que sus subordinados. Los resultados han sido muy contradictorios: en algunos casos se encontró un mayor nivel de estrés en los machos dominantes; mientras que en otros, fueron los subordinados los más estresados. Estas diferencias pueden deberse a la forma como está organizada cada sociedad animal, dependiendo de la especie; así como también al momento del año en que fue realizado el estudio —en épocas de apareamiento la organización jerárquica de la sociedad se puede ver afectada.

Para superar todos estos inconvenientes, Gesquiere y sus colaboradores hicieron un estudio que tomó nada menos que nueve años. Durante este tiempo, colectaron muestras de heces de 125 babuinos machos adultos, de cinco grupos sociales diferentes, para analizar los niveles de glucocorticoides y testosterona en él. El estudio también abarcó el análisis de datos ecológicos, fisiológicos y de comportamiento de los babuinos.

Cuando un animal es expuesto a situaciones estresantes se activan una serie de reacciones endocrinas, incluyendo la secreción de glucocorticoides (GC) por parte de las glándulas suprarrenales. La función de estas hormonas es de movilizar la energía necesaria que permita hacer frente al estrés. A corto plazo, la secreción de estas hormonas son beneficiosas, pero una exposición prolongada a ellas puede llegar a deteriorar la función del sistema inmunológico, volviendo al organismo más susceptible a infecciones y enfermedades.

Por lo general, los glucocorticoides pueden suprimir la función de la testosterona que es una hormona esteroidea que contribuye con la producción de espermatozoides, el aumento de la masa muscular, el desarrollo de ciertas características sexuales masculinas y puede desencadenar un comportamiento agresivo. Sin embargo, en ciertas condiciones como en las épocas de apareamiento o en los individuos que son machos alfa, el sistema reproductor es insensible a la presencia de los glucocorticoides; así que un animal podría mostrar altos niveles de glucocorticoides y testosterona al mismo tiempo, y seguir siendo vigorosos y agresivos.

Gesquire et al. analizaron mensualmente los niveles de glucocorticoide y testosterona de las muestras de heces tanto de machos alfa como subordinados. Los resultados mostraron que los niveles de GC aumentaban a medida que disminuía la posición social del macho en el grupo, pero esto no ocurría con el macho alfa, quien siempre mantenía los niveles de GC altos (A). Los niveles de testosterona también fueron altos en los machos alfa, aunque no había muchas diferencias con los machos beta (machos con un orden de jerarquía inmediatamente inferior al macho alfa, pero casi con sus mismas chances de apareamiento, B). [Click para ampliar la imagen].

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Lo sorprendente fue que los machos alfa mantenían altos sus niveles de testosterona y GC, tanto en periodos donde la organización jerárquica era estable como en los periodos que no lo eran. Hay muchas hipótesis que tratan de explicar este fenómeno: i) El macho alfa debe mantener su posición jerárquica. El estudio reveló que los machos alfa tienen un 17% más de luchas por el poder que sus subordinados y ii) El macho alfa tiene más sexo con más hembras. El macho alfa pasa un 29% más de tiempo con sus parejas sexuales que los machos beta.

Sin embargo, algo que no ha podido ser bien esclarecido es que mantener la posición jerárquica y los apareamientos requieren de altos niveles de testosterona, pero el estudio mostró que estos niveles eran similares a las de los macho beta, y más aún cuando sus niveles de GC —un supresor de la testosterona— eran altos. Tal vez hay algún mecanismo fisiológico más que está involucrado en este fenómeno.

Como conclusión podemos ver que ser el líder de un grupo social es una actividad sumamente estresante, el cual puede afectar negativamente el estado de salud de un individuo, ya que el sistema inmunológico se ve comprometido. Esto podría ser una de las explicaciones de por qué en muchos grupos sociales, los machos alfas no duran mucho tiempo en el poder. Además, si bien se observó que tanto los macho alfa como los machos en las últimas posiciones jerárquicas tienen los mismos niveles de GC, el origen del estrés es diferente en estas dos clases de individuos.

Ahora la pregunta que queda es si este mismo fenómeno ocurre dentro de las sociedades humanas. ¿Que creen?


Referencia:

ResearchBlogging.orgGesquiere, L., Learn, N., Simao, M., Onyango, P., Alberts, S., & Altmann, J. (2011). Life at the Top: Rank and Stress in Wild Male Baboons Science, 333 (6040), 357-360 DOI: 10.1126/science.1207120

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