30 abril, 2012

Bacteria manipula la fisiología de la planta

Patógeno provoca que la planta libere sustancias que atraen a los insectos que lo transportan.

Candidatus-Liberibacter-asiaticus

Los insectos que transportan agentes infecciosos causantes de enfermedades se llaman vectores. Por ejemplo: el vector de la malaria es un mosquito conocido como Anopheles gambiae, el vector de la enfermedad de Chagas es la chirimacha, mientras que el vector del dengue es otro mosquito llamado Aedes aegypti.

Al igual que nosotros, las plantas también sufren de enfermedades causadas por virus, bacterias, hongos y protozoarios, que son transmitidos por insectos. Un grupo de investigadores de la Universidad de Florida, liderados por el Dr. Lukasz Stelinski, han demostrado experimentalmente los mecanismos que usa una bacteria patógena llamada Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas) para inducir en la planta un comportamiento que atrae a sus vectores. El estudio aparece publicado en PLoS Pathogens.

Las bacterias CLas atacan a los cítricos como el limón, la naranja y la mandarina provocándoles una devastadora enfermedad conocida como huanglongbing (HLB o “Enfermedad del Dragón Amarillo”, por su traducción del chino). Cuando lo hacen, se alojan en el floema de estas plantas robándoles todos sus nutrientes. Su vector es un diminuto piojo saltarín conocido como el psílido asiático.

Stelinski y su equipo descubrieron que cuando la planta está infectada por la bacteria libera una sustancia química volátil llamada salicilato de metilo, la cual ejerce un “efecto AXE” sobre los psílidos. En otras palabras, las plantas infectadas por la bacteria son más atractivas para los vectores que las no infectadas.

Los insectos que se posan sobre las plantas enfermas se llevan una gran decepción al ver que estas no son muy nutritivas: las bacterias provocan que los niveles de nitrógeno, fósforo, azufre, zinc y hierro se reduzcan considerablemente. Para su mala suerte, cuando se dan cuenta de ello ya es demasiado tarde, los patógenos ya se alojaron en su cuerpo como si fueran unos polizontes y se mantienen allí a la espera de que el vector se pose sobre otra planta sana para poder infectarla.

De esta manera, la bacteria inicia un nuevo ciclo de manipulación fisiológica del cítrico para atraer a sus vectores y facilitar su proliferación. Y este no es el único caso. Otra bacteria conocida como fitoplasma bloquea la expresión de una hormona vegetal llamada jasmonato, la cual protege a las plantas del ataque de los insectos, promoviendo así la fecundidad de su vector.


Referencia:

ResearchBlogging.orgMann, R., Ali, J., Hermann, S., Tiwari, S., Pelz-Stelinski, K., Alborn, H., & Stelinski, L. (2012). Induced Release of a Plant-Defense Volatile ‘Deceptively’ Attracts Insect Vectors to Plants Infected with a Bacterial Pathogen PLoS Pathogens, 8 (3) DOI: 10.1371/journal.ppat.1002610

Imagen | http://www.entomol.ntu.edu.tw/english/html/chen.htm

29 abril, 2012

REPU 2013

REPU (Research Experience for Peruvian Undergraduates)

ENERO – MARZO 2013


REPU

http://www.repuprogram.com/REPU/Home.html

https://www.facebook.com/REPUprogram

REPU es un programa destinado a estudiantes peruanos de pregrado en biología, genética, biotecnología, bioquímica, biofísica, medicina y otras afines, tanto en instituciones nacionales como privadas, con ganas de hacer un posgrado y desarrollar investigación en el área biomédica.

El objetivo del REPU es fomentar el desarrollo de la capacidad científica en el Perú mediante el apoyo a la formación de la nueva generación de científicos peruanos. Para ello el programa busca complementar la educación científica peruana a nivel de pregrado universitario con una pasantía de tres meses en laboratorios en los Estados Unidos, creando fuerte conexión entre los participantes y motivándolos a ser activos en la comunidad científica en el Perú y el extranjero. 

Los estudiantes que pasaron por el REPU han presentado sus trabajos en diversas conferencias científicas peruanas e internacionales, han traducido charlas científicas del Inglés al Español (iBioSeminars/iBioMagazine), han organizado seminarios en las universidades peruanas, y han lanzado sitios web para ayudar a conectar y orientar a los estudiantes universitarios peruanos.

ELEGIBILIDAD:

  • Los postulantes deben haber terminado como mínimo su tercer año de estudios en una universidad peruana al momento de postular.
  • Dominio del inglés y experiencia en técnicas básicas de laboratorio.
  • Buen expediente académico.
  • Los interesados además harán una breve presentación oral y escrita sobre los trabajos de investigación en los cuales ha colaborado.

FINANCIAMIENTO:

  • El programa es gratuito pero no garantiza un apoyo económico para cubrir los gasto de viaje y manutención. No obstante, el REPU ayudará a los seleccionados a identificar fuentes de financiamiento y vivienda. Habrá un apoyo adicional siempre y cuando halla fondos disponibles.

POSTULACIÓN:

  • Las solicitudes serán recibidas desde el 01 de Mayo hasta el 31 de Julio del 2012 vía correo electrónico a: repu.admissions@gmail.com poniendo REPU 2013 como asunto.

  • Los interesados deberán adjuntar los siguientes documentos en formato pdf.:

    • CV (en español y inglés) en el cual deberán consignar sus logros académicos y no-académicos

    • Carta de presentación (en inglés) donde describirán su experiencia previa en el campo, las razones por las que postula al REPU y sus aspiraciones profesionales. La extensión de la carta no será mayor a 100 palabras.

  • Los resultados finales se darán a conocer a fines de Agosto.

¡Anímense, es una gran oportunidad que no pueden desaprovechar! No pierden nada intentándolo.

Link | http://www.repuprogram.com/REPU/Home.html

Facebook | https://www.facebook.com/REPUprogram

28 abril, 2012

Resumen semanal #17-12

Estudio sugiere que las abejas pueden manejar conceptos abstractos.

Científicas argentinas halla nueva función de la enzima Chk1 que actúa en los mecanismos de tolerancia al cáncer.

Investigadores españoles muestran en conejos cómo la aplicación de corrientes a través del cráneo modifica la actividad neuronal.

Identifican genes que podrían determinar el riesgo de sufrir una fractura ósea.

Encuentran relación entre el tamaño de los dientes y la longevidad en mamíferos insulares.

Modelos computacionales y organismos artificiales demuestran, por vez primera, una relación entre la interacción social y el aumento del cerebro.

El gran bombardeo de meteoritos de la Tierra primitiva se prolongó durante más tiempo del que se creía.

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Investigadores sugieren que las alergias pueden ser el precio de la evolución humana como una respuesta exagerada para proteger al organismo de tóxicos del ambiente.

Las resolvinas y protectinas promueven la respuesta inmune de los glóbulos blancos, y si son aplicadas con antibióticos, pueden reducir la aparición de bacterias resistentes.

Identifican gen responsable del desarrollo de flores a partir de tallos secundarios.

Descubren molécula involucrada en la propagación del VIH.

El hielo de la Antártida pierde siete metros cada año por el calentamiento de los océanos.

Físicos crean un simulador cuántico que podría ayudar a comprender las propiedades de los materiales magnéticos.

Internet cuántico, el futuro de la red.

Siete millones de pájaros mueren al año por torres de telecomunicaciones.

Agricultura: orgánica o tradicional.

Las misteriosas espirales marcianas.

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Un experimento con 650 personas de la University of British Columbia(Canadá) apunta a que un pensamiento analítico hace que disminuya la creencia religiosa.

Origen de la agricultura europea.

Fármaco podría revertir los síntomas del autismo, al menos en ratones.

26 abril, 2012

PhD Comics y el Bosón de Higgs

Jorge Cham, creador de PhD Comics estuvo de visita por el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) y conversó con el físico Daniel Whiteson quien le habló acerca de esa misteriosa partícula llamada bosón de Higgs y como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) está tratando de encontrarlo (claro, si en verdad existe). Y fiel a su estilo, no pudo hacerlo mejor que a través de sus famosas caricaturas que a todos los relacionados con la ciencia nos gusta.

The Higgs Boson Explained from PHD Comics on Vimeo.

Y, también es bueno recordar, otro de sus geniales video-caricatura donde explica lo que es la materia oscura.

¿Qué partícula eres?

Espectacular diagrama de flujo preparado por Sean Carroll que a través de ciertas preguntas relacionadas con las características de las partículas subatómicas y elementales, puedes identificar cuál eres. Te aseguro que te entretendrás por varios minutos. Lamentablemente está en inglés pero el lenguaje científico es prácticamente universal, así que no tendrás problemas en entenderlo.

[Dale clic para ampliar la imagen]

WhatParticle3

Vía | Cosmic Variance.

24 abril, 2012

Visión de rayos X: Peces de adentro hacia afuera

El Instituto Smithsoniano cuenta con una colección de más de cuatro millones de peces —la más grande y diversa de su tipo— que abarca aproximadamente el 70% de las especies conocidas a la fecha. La responsabilidad de su cuidado y mantenimiento recae sobre la especialista Sandra Raredon, quien ha capturado unas magníficas imágenes de rayos X de esta colección. Aquí una muestra:

Fish_XRay3

Para ver la galería completa visiten:

Fish_XRay

Link | http://www.flickr.com/photos/nmnh/sets/72157628928831747/with/6721868891/

Vía | Smithsonian Institution.

23 abril, 2012

¿Cuál es la mejor plataforma de secuenciamiento?

Estudio compara la rapidez, precisión y eficiencia de las tres principales plataformas de secuenciamiento de ADN.

secuenciadores

La tecnología ha avanzado tan rápido que hemos llegado a un punto en el que los secuenciadores de ADN no son más grandes que una simple impresora multifuncional. Parece ayer cuando la secuencia del genoma humano fue presentado al mundo, más de una década después de haberse iniciado el proyecto. Ahora, lo podríamos hacer en unas pocas semanas con un presupuesto cien mil veces inferior al original.

Un grupo de investigadores ingleses, liderados por el Dr. Mark Pallen de la Universidad de Birmingham, han comparado las tres plataformas de secuenciamiento de alto rendimiento (el famoso ‘high-throughput’) más populares del mercado: Ion Torrent Personal Genoma Machine (PGM) de Life Technologies, MiSeq Personal Sequencer de Illumina y 454 GS Junior de Roche; en función a su rapidez, precisión y eficiencia. La prueba fue secuenciar el genoma de la E. coli O104:H4, bacteria responsable del brote del síndrome urémico hemolítico ocurrido en Alemania el año pasado. Los resultados fueron publicados el 22 de abril de Nature Biotechnology.

Características generales

El 454 GS Junior salió al mercado a inicios del 2010, siendo la evolución del famoso 454 GS FLX. Lo que hace es básicamente romper el ADN en pequeños fragmentos, para luego capturarlos en esferas microscópicas y empezar a copiarlos, añadiendo nucleótido por nucleótido. Cada vez que un nucleótido se une al fragmento original que sirve de molde, emite una luz que es recibida y transformada en una señal digital por una cámara especial. La computadora lee esta señal y la transforma en una secuencia de letras. Este proceso lo hace miles de veces simultáneamente, y es así como puede obtener la secuencia completa de un pequeño genoma, por ejemplo, de una bacteria, en unas pocas horas.


El Ion Torrent PGM ya lo vimos en detalle en un post anterior [Véase “Secuenciamiento en chips”]. Resumiendo, lo que hace este equipo es algo similar al procedimiento del 454 GS Junior, pero que en vez de usar luminiscencia y detectores de luz, usa sensores de voltaje capaces de detectar los Hidrógenos (H+) liberados cada vez que un nucleótido se une a la nueva cadena en formación. En otras palabras, la señal es el cambio de pH ínfimo en la solución de reacción. El proceso se lleva a cabo en chips con más de once millones de pocillos, lo que permite tener la secuencia completa del genoma de una bacteria en un sólo proceso.


Por otro lado, el MiSeq salió al mercado hace menos de un año y es la evolución del Solexa. Este secuenciador funciona de manera parecida al 454 GS Junior, pero no usa microesfereas para llevar a cabo la reacción de síntesis del fragmento de ADN molde, sino una lámina cubierta por secuencias específicas. Los nucleótidos son detectados uno a uno mediante la luminiscencia que emiten a medida que se van uniendo a la cadena en formación.


Precios y eficiencia

[Los precios son referenciales varían de acuerdo a la región geográfica]
  • El 454 GS Junior tiene un precio de $108.000. Cada proceso genera 35 millones de bases de información (Mb) con un costo de $1100 y en un tiempo de ocho horas.
  • El Ion Torrent PGM cuesta $80.490. Cada proceso genera entre 10 Mb y 1000 Mb de información —dependiendo del chip usado— con un costo de $225 a $625 y en un tiempo de tres horas.
  • Por su parte, el MiSeq cuesta $125.000. Cada proceso genera 1600 Mb de información con un costo de $750 y en un tiempo de 27 horas. Además, presentó la menor tasa de error de los tres secuenciadores.
De esto podemos concluir que la plataforma más eficiente y precisa es el MiSeq, generando aproximadamente 1600 Mb de información por cada corrida, a medio dólar por cada Mb y con una tasa de error menor al 0.1%. El más rápido fue el PGM Ion Torrent con una velocidad que puede alcanzar los 330 Mb por hora pero con una tasa de error que alcanza el 1.5% (unos 15 errores por cada Mb), específicamente en fragmentos donde las secuencias son repetitivas. Y el que generaba los fragmentos de secuencias más largos (mayor a 600 bases) y permitía un mejor ensamblaje del genoma fue el 454 GS Junior; sin embargo, presenta una eficiencia de sólo 70 Mb por cada corrida y una velocidad de 9 Mb por hora.

Entonces, la respuesta a la pregunta dependerá del tipo de trabajo que uno hará. Cada un tiene sus propias ventajas y desventajas. Si bien el MiSeq es el que mayor eficiencia y menor tasa de error presenta, los fragmentos de secuencias generados son muy cortos (menores a 150 bases), dificultando enormemente el ensamblaje final del genoma y generando uno de regular calidad. El 454 GS Junior forma fragmentos mucho más largos que facilitan el ensamblaje final del genoma, pero su eficiencia es muy baja. Y el PGM Ion Torrent genera fragmentos mucho más cortos pero presentan una gran eficiencia y velocidad de secuenciamiento, así como también, un menor precio.

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¿Secuenciar nuestro genoma será rutinario?

La carrera hacia el secuenciamiento del genoma humano por $1000 se hace cada vez más fuerte, sobre todo después de la salida al mercado de la nueva plataforma de secuenciamiento de Nanopore. Tal vez, dentro de algunos años, no sea raro ver a personas caminando con una copia de su genoma en su pen-drive o en su carpeta de Dropbox.



Referencia:

Loman, N., Misra, R., Dallman, T., Constantinidou, C., Gharbia, S., Wain, J., & Pallen, M. (2012). Performance comparison of benchtop high-throughput sequencing platforms Nature Biotechnology DOI: 10.1038/nbt.2198

Este post participa en la XII Edición del Carnaval de Biología que organiza Raúl de la Puente (@doctorGENoma) en su "Blog de laboratorio".

21 abril, 2012

Resumen semanal #16-12

La expresión facial de las emociones no es igual en todo el mundo. No existe la universalidad.

Los orangutanes utilizan técnicas avanzadas de ingeniería cuando construyen sus nidos.

Nueva teoría sobre la extinción de los dinosaurios. Investigadores creen que la causa fue que eran ovíparos, que fue una desventaja porque limitaba el tamaño de las crías.

Las estrellas 'acogen' a planetas vagabundos.

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La población de pingüinos en la Antártida es el doble de lo que se pensaba.

Una computadora cuántica dentro de un diamante.

¿Cómo florecen las plantas?

Análisis genético divide al cáncer de mama en 10 tipos.

Científicos consiguen el primer trasplante de fotorreceptores que restaura la visión en ratones.

Transforman células cardiacas en animales vivos.

La nanomedicina, eficaz en el tratamiento de la parálisis cerebral.

nanomecanica

Investigadores trazan el origen de la fijación del carbono.

Expertos japoneses logran que crezca pelo en animales de laboratorio.

Estudio sugiere que los osos polares aparecieron mucho antes de lo pensado.

La NASA busca astrónomos aficionados para descubrir asteroides.

El estrés —de ver un partido de fútbol— incrementa los niveles de testosterona y cortisol.

AMAZINGS: ¿Cómo de pequeño es un átomo?

20 abril, 2012

INFOGRAFÍA: La nueva generación de científicos

Esta infografía fue desarrollada por la Universidad de Fénix y en ella muestra el porcentaje de género que hay dentro de cada carrera de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas. Además, se puede ver la tendencia que hay por optar cada una de estas carreras. Si bien los datos son de EEUU, usando las estadísticas que ofrece cada país, uno fácilmente lo podría hacer para el suyo.

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[Clic para ampliar]

Vía | Digg.

18 abril, 2012

Compensación de la dosis génica en plantas

La expresión de los genes del cromosoma X de las plantas se equilibra en machos y hembras.

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Una mujer es XX y un hombre es XY; mientras que un gallo es ZZ y una gallina ZW. Estas letras representan cada uno de los cromosomas sexuales de estos animales. En el caso de los mamíferos, aparecieron hace más de 150 millones de años.

Nuestro ADN esta dividido en cromosomas, 23 pares para ser exactos: una mitad viene del padre y la otra de la madre. A cada pareja se les conoce como cromosomas homólogos porque tienen los mismos genes distribuidos de la misma manera —sólo con algunas variaciones a nivel de sus secuencias— que les permiten emparejarse e intercambiar pequeñas porciones entre sí (recombinación genética). La única excepción a la regla se da en los cromosomas sexuales.

A lo largo de la evolución de los cromosomas sexuales de los mamíferos, el cromosoma Y dejó de recombinarse con el cromosoma X y se ha ido reduciendo gradualmente, perdiendo el 97% de todos sus genes. Esta degeneración del cromosoma Y ha provocado que uno de los dos cromosomas X de la mujer se inactive, para así asegurar que la dosis de expresión genética sea la misma en ambos sexos. [La mujer tendrá dos copias por cada gen, mientras que el varón sólo una].

En las moscas de la fruta también se da este fenómeno, el cual se inició hace unos 100 millones de años, pero contrariamente a los humanos, el cromosoma X de los machos se expresa más que el cromosoma X de las hembras, compensando así los niveles de expresión genética en machos y hembras.

La cuestión ahora es si este escenario —supresión de la recombinación, degeneración del cromosoma Y y compensación de dosis genética de X— es similar en todas las especies que tienen cromosomas sexuales, incluyendo a las plantas. Según un estudio publicado el 17 de Abril en PLoS Biology, la planta Silene latifolia también presenta esta compensación de dosis a pesar que sus cromosomas sexuales evolucionaron recién hace 10 millones de años.

La S. latifolia  es una planta dioica, esto quiere decir que las flores masculinas y femeninas se encuentran separadas en diferentes plantas, o sea, hay plantas macho y plantas hembras. Lo que hizo el Dr. Gabriel Marais y sus colaboradores de la Universidad de Lyon (Francia) y del Instituto de Biología Integrativa de Zúrich (Suiza) fue analizar las secuencias de ARN de diferentes muestras de ambos sexos de S. latifolia, encontrando más de 1,700 fragmentos de ARN relacionados con los cromosomas sexuales. Luego, analizaron los niveles de expresión de cada uno de estos fragmentos tanto en machos como en hembras.

Cuando estudiaron a las S. latifolia masculinas encontraron que los alelos relacionados con el cromosoma Y se expresaban en menor cantidad respecto a sus contrapartes en el cromosoma X. Sin embargo, cuando analizaron los niveles de expresión de los genes del cromosoma X en machos y hembras, ésta resultó ser la misma. Entonces, la S. latifolia presentaba tanto degeneración del cromosoma Y como compensación genética del cromosoma X, un fenómeno que antes se creía que sólo se daba en animales.

Una de las conclusiones más resaltantes del trabajo es que la compensación de la dosis génica aparece muy pronto en la evolución de los cromosomas sexuales. Hasta ahora no sabíamos cómo se daba este proceso porque los cromosomas sexuales de los animales estudiados aparecieron hace más de 100 millones de años.



Referencia:
ResearchBlogging.orgMuyle, A., Zemp, N., Deschamps, C., Mousset, S., Widmer, A., & Marais, G. (2012). Rapid De Novo Evolution of X Chromosome Dosage Compensation in Silene latifolia, a Plant with Young Sex Chromosomes PLoS Biology, 10 (4) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001308

Imagen: http://frank.mtsu.edu/~cherlihy/research.html



Esta entrada participa en la XII Edición del Carnaval de Biología que organiza Raúl de la Puente (@doctorGENoma) en su "Blog de laboratorio".

16 abril, 2012

Ciencia & Tecnología N°129

Desde hace más de tres años, el Diario La Primera saca todos los Lunes su suplemento Ciencia & Tecnología, el cual se enfoca principalmente en dar a conocer toda la actualidad científica de nuestro país. Ahora, con toda la revolución de las redes sociales, es muy importante tener siempre una versión digital que pueda ser compartida fácilmente con nuestros amigos y colegas dentro y fuera del país. Como ustedes saben, este blog está comprometido con la difusión de la ciencia, así que aquí va nuestro granito de arena.

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[Dale Clic para descargar la versión en pdf]


Versión Digital por cortesía de Gustavo Durand. Editor de Ciencia & Tecnología, Diario La Primera.

Ediciones pasadas: http://ciencias.pe/suplemento-la-primera

¿Cómo se hace un radiofármaco?

No hay dudas que las radiaciones ionizantes son nocivas, pero usadas de manera controlada pueden traer grandes beneficios para la salud.

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¿Se podrían aprovechar las radiaciones ionizantes para matarlas?

Pues sí. Desde hace más de un siglo son usadas para el tratamiento de ciertos tipos de tumores. Primero fueron los rayos X y luego los elementos radiactivos como el Radio. Sin embargo, estos procedimientos dañaban a los tejidos sanos por no ser completamente específicos y algunos eran invasivos. Sólo imagínate —o recuerda— lo incómodo que es un examen de próstata, donde el urólogo, sin siquiera encender un par de velas aromáticas y decirte cosas bonitas al oído, te introduce el dedo y realiza su trabajo. La braquiterapia de próstata es parecida, sólo que esta vez te depositan una semilla radiactiva allí adentro para matar el tumor.

Sigue leyendo este artículo en mi colaboración para Amazings.

14 abril, 2012

Resumen semanal #15-12

El llamado "sí­ndrome de la nariz blanca" que está diezmando las poblaciones de murciélagos en EEUU, provino de una especie invasora europea.

Descubren posible mecanismo causante de la relación entre estrés crónico y enfermedad.

Espectacular erupción solar vista en UV.

Las costumbres de los antiguos habitantes de la Amazonia pueden ayudar a conservarla.

Estudio sugiere que el trabajo en equipo contribuyó con la evolución de la inteligencia del ser humano.

Descifran cómo las estrellas moribundas expulsan su masa al espacio.

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Los cambios en el status social de las monas afecta a sus genes e inmunidad.

Calienta motores la primera carrera privada al espacio.

Seis ratones 'astronautas' para estudiar la pérdida de masa ósea.

Científicos estadounidenses y canadienses encontraron, a casi 500 metros bajo tierra, bacterias resistentes a los antibióticos.

El Sol tiene células coronales de 18.000 kilómetros de diámetro.

En China, miles de personas se someten a tratamientos millonarios con células madre no probados.

Un estudio refuta que las palomas tengan sensores magnéticos en el pico para orientarse.

Detener infecciones por hongos permitiría alimentar a millones de personas.

Dormir mal puede favorecer a la diabetes y la obesidad.

Borrar recuerdos del cerebro para evitar las recaídas en las drogas.

Los interruptores genéticos no se limitan a activar y desactivar genes.

Estudio sugiere que los babuinos (Papio papio) pueden aprender la ortografía del inglés.

De cómo Neil deGrasse Tyson consiguió poner el cielo correcto en la película Titanic.

RECOMENDADO: Es 100% seguro que hay vida ahí fuera

Ejercita tu lengua con este juego:

RECOMENDADO: ¿Cómo lucían las aves hace 125 millones de años?

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13 abril, 2012

Descubren fósiles de los primeros organismos multicelulares macroscópicos

[Entrada publicada originalmente el 17 de Febrero del 2011]

La historia de la vida en la Tierra se inició hace unos 3,400 millones de años, con la aparición de las primeras bacterias. Sin embargo, tardaron más de mil millones de años en agregarse para formar los primeros complejos multicelulares, porque estos requerían de la aparición y evolución de complejas moléculas receptoras y mecanismos de transducción de señales, para que esta masa de células pudiera funcionar concertadamente, como si fueran un único organismo.

Se cree que las primeras formas de vida multicelulares macroscópicas y con morfologías complejas aparecieron en el periodo Ediacárico, hace unos 635 – 542 millones de años. Las primeras evidencias fósiles de ello fueron encontradas en una región canadiense conocida como Mistaken Point, en la región de Terranova y Labrador. Estos fósiles son conocidos como la biota Avalon, la cual data de hace unos 579 – 565 millones de años.

Investigadores chinos liderados por el Dr. Xunlai Yuan del Instituto de Geología y Paleontología  de Nanjig, reportaron el descubrimiento de nuevas evidencias fósiles de los que podrían ser los organismos multicelulares macroscópicos complejos más antiguos del planeta (biota Lantian), ya que fueron encontrados en sedimentos ediacáricos que datan de hace unos 551 – 635 millones de años, mucho más antiguos que la biota de Avalon. El artículo fue publicado el 16 de Febrero en Nature.

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Los investigadores encontraron alrededor de 3,000 especímenes fósiles perfectamente preservados los cuales mostraron un considerable grado de diversidad taxonómica y morfológica. Los fósiles fueron divididos en cinco grupos morfológicos; sin embargo, fue imposible determinar su filogenia. Los grupos morfológicos A y B se parecen mucho a las algas modernas, los del grupo C tienen la forma de los cnidarios (anémonas y medusas), y los grupos D y E son más enigmáticos pero parecen ser unos gusanos primitivos.

fosiles

Los investigadores estimaron que los fósiles corresponden al menos a 15 diferentes morfoespecies y a diferencia de los fósiles pre-ediacáricos, la biota Lantian presenta una mayor diversidad y complejidad morfológica, lo que indicaría que si se trata de organismos multicelulares y no sólo de simples agregados de células eucariotas.

Al hacer un estudio geoquímico de los sedimentos que rodeaban los fósiles, los investigadores determinaron que estos organismos vivían en zonas ricas en oxígeno, lo cual es lógico, ya que todos los organismos multicelulares complejos requieren de oxígeno para poder vivir, debido a las grandes cantidades de energía requeridas para poder realizar todas sus funciones. 

Entonces, la aparición de los organismos multicelulares complejos podría haber ocurrido primero en las zonas superficiales y luego en las más profundas, lo que va en contra de las teorías que actualmente se manejan, que dicen que fue la oxigenación de los océanos profundos los que provocaron el surgimiento de organismos más complejos.

Referencia:

Xunlai, Y., et al. An early Ediacaran assemblage of macroscopic and morphologically differentiated eukaryotes. Nature 470, 390–393 (2011). doi: 10.1038/nature09810

12 abril, 2012

Conviviendo con el enemigo

¿Cómo hacen los agentes infecciosos para vivir dentro de los macrófagos?

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Existe una gran cantidad de organismos patógenos que viven dentro de nuestras células. Pero hay unos cuantos que han evolucionado para hacerlo en el hostil ambiente de los macrófagos —células responsables de eliminarlos. ¿Cómo lo hacen?

Una estrategia empleada por Mycobacterium tuberculosis y Leishmania es producir moléculas que interfieren con la activación de los macrófagos evitando que estos generen moléculas nocivas para la bacteria o sustancias pro-inflamatorias. Incluso pueden llegar a inhibir la expresión de los antígenos de superficie para no ser reconocidos por los linfocitos-T.

Cuando los macrófagos detectan al enemigo, lanzan unas proyecciones de su membrana celular para capturarlo dentro de una vesícula. Una vez dentro, la vesícula madura para convertirse en un fagolisosoma, el cual libera unas enzimas digestivas que terminan por destruir al desafortunado intruso. Ciertos microbios como M. tuberculosis y Salmonella bloquean las señales que activan la maduración de las vesículas y la interacción de los fagosomas con los lisosomas. Incluso otros pueden escapar de este confinamiento, tal como lo hace Trypanosoma cruzi.

La principal razón por la que un patógeno vive dentro de una célula es el acceso a los nutrientes. Sin embargo, los macrófagos “conscientes” de esto, restringen la disponibilidad de ciertos elementos importantes para el microorganismo, tal como el hierro. Con el fin de obtenerlo, Leishmania expresa proteínas que permiten la entrada de la hemoglobina, transferrina y lactoferrina (moléculas que transportan hierro) al macrófago. Shigella y Yersinia, por su parte, liberan unas moléculas que atrapan este metal llamadas sideróforos.

El arma más letal de los macrófagos son las especies reactivas del oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés). Los ROS son sustancias sumamente tóxicas para las bacterias, tales como el peróxido de hidrógeno y el peroxinitrito. Salmonella y Leishmania expresan proteínas que evitan el ingreso de los ROS a los fagosomas y también enzimas que se encargan de degradarlos.

Si todas las líneas de defensa fallan, al macrófago sólo le queda la opción de autodestruirse (apoptosis). No obstante, los Trypanosomas pueden evitar que sus hospederos se suiciden inhibiendo las moléculas señalizadoras que activan esta respuesta.

Entender a fondo las estrategias empleadas por los patógenos intracelulares para sobrevivir permitirá a los científicos desarrollar agentes terapéuticos mucho más eficientes.


Referencia:

ResearchBlogging.orgThi, E., Lambertz, U., & Reiner, N. (2012). Sleeping with the Enemy: How Intracellular Pathogens Cope with a Macrophage Lifestyle PLoS Pathogens, 8 (3) DOI: 10.1371/journal.ppat.1002551

10 abril, 2012

Abran paso al Megavirus

[Entrada publicada originalmente el 10 de Octubre del 2011]

megavirus

En el año 2003, se descubrió un virus sumamente grande infectando a un protozoario llamado Acanthamoeba polyphaga. Tal era su tamaño que al comienzo se creía que era una bacteria. Sin embargo, al estudiar detenidamente su mecanismo de infección y su ciclo de vida, en la que formaba cientos de copias de sí mismo tomando por asalto las moléculas de la célula que infectaba, no quedó dudas que se trataba de un virus.

Lo más sorprendente de este virus era que su genoma medía nada menos que 1,200 millones de pares de base (~1.2Mb) —más grande que el genoma de muchas bacterias— y, además, codificaba casi 1,000 genes diferentes, cuando un típico virus como el de la gripe codifica tan sólo un promedio de 10 genes. Todas estas características hicieron que por muchos años ostente el record de ser el virus más grande del mundo. Su nombre, Mimivirus.

Un típico virus no puede reproducirse por sí solo, su pequeño genoma tan sólo codifica para unas cuantas proteínas que forman una cápsula donde se empaqueta su material genético (ADN o ARN) y otras que le permiten reconocer y unirse a células específicas para poder infectarlas. Sin embargo, para replicar su material genético y traducir sus genes a proteínas, requiere del uso de las enzimas y moléculas de una célula hospedera o una bacteria.

Cuando se hizo un estudio más exhaustivo de su genoma, los investigadores encontraron que el Mimivirus poseía genes que codificaban para cuatro aminoacil-ARNt sintetasas (AARS) y factores de iniciación y elongación de la traducción —enzimas claves en el proceso de formación de proteínas—; así como también, seis ARN de transferencia (ARNt), topoisomerasas y otras proteínas que comúnmente se encuentran en parásitos intracelulares más complejos. Por si fuera poco, los Mimivirus eran infectados por otros virus asesinos llamados viriófagos.

Gracias a estas características, los Mimivirus adquirieron una importancia evolutiva única porque se creía que aparecieron junto a los primeros eucariotas y que evolucionaron por ramas diferentes. Otros investigadores plantean la hipótesis que estos virus gigantes originaron los núcleos de las células eucariotas. Además, los Mimivirus ya no caen dentro de la definición estricta de un virus.

Sin embargo, la hegemonía del Mimivirus se vino abajo porque un nuevo estudio publicado el 10 de Octubre en PNAS, por un grupo de investigadores franceses liderados por la viróloga marina Defne Arslan del CNRS, muestra a un virus con un genoma 6.5% más grande que el del Mimivirus. Este virus aislado de muestras de Acanthamoeobas obtenidas de las orillas de la Estación Costera de Investigaciones Marinas en Las Cruces (Chile) fue denominado como Megavirus.

Como pueden ver en la figura de portada, la morfología y el tamaño del Megavirus chilensis es bastante similar al de los Mimivirus. La cápside —lugar donde se empaqueta el ADN— es de forma icosaédrica y está rodeada por unas diminutas fibras. El tamaño de las partículas virales es de 680nm, tan pequeña que en 1 milímetro cabría una fila de ~1,500 Megavirus bien alineados. El proceso infeccioso —desde el momento que entra en la ameba vía fagocitosis hasta que se liberan las partículas virales— toma unas 17 horas, cinco horas más que en los Mimivirus.

El genoma del Megavirus mide 1.26Mb, convirtiéndose así en el virus más grande del mundo. Los estudios bioinformáticos predijeron al menos 1,200 genes de los cuales unos 860 (77%) son homólogos al del Mimivirus. Esto quiere decir que hay más de 240 genes que son sólo exclusivos del Megavirus.

También posee dos características muy peculiares. La primera es que frente al 40% de sus genes predichos se encuentra una secuencia de 8 bases altamente conservada (AAAATTGA) la cual también es encontrada en el 45% de los genes del Mimivirus, especialmente en aquellos genes que se expresan en las primeras etapas de la infección. Esta observación sugiere que tanto el Megavirus como el Mimivirus usan la misma secuencia específica para activar la expresión temprana de genes. La segunda es que en el extremo final del 85% de los genes predichos hay una secuencia invertida (secuencias palindrómicas) que forma una horquilla o lazo en el ADN. Esta horquilla funciona como una señal de terminación de la transcripción del ADN. En el Mimivirus el porcentaje es del 72%.

El genoma del Megavirus presentaba además tres AARS adicionales a los cuatro encontrados en Mimivirus, incluyendo también a los otros factores descritos anteriormente. Estas observaciones tienen grandes implicancias en el entendimiento del origen de los virus gigantes. Normalmente, un virus puede tomar una porción del genoma de su hospedero, a veces, puede llegar a cargar un gen. A este mecanismo se le conoce como transferencia horizontal de genes. Sin embargo, es muy poco probable que tantos genes especializados en funciones similares dentro del proceso de traducción del ADN sean arrastrados y asimilados por el genoma de los virus gigantes. Además, uno de estos genes de los AARS conocido como IleRS que está presente en Megavirus pero no en Mimivirus, también puede ser encontrado en otro virus gigante poco relacionado que habita dentro del zooplancton Cafeteria roenbergensis.

megavirus[5]Árbol filogenético obtenido al comparar las secuencias del gen IleRS de diferentes organismos. Como se puede ver, este gen ubica a los Megavirus y a C. roenbergensis (CroV) en un grupo aparte a los eucariotas, antes que estos se diversifiquen en organismos más complejos.

Lo que se cree hasta ahora en torno a los virus es que estos “roban” los genes de los organismos más complejos a los cuales infectan. Sin embargo, es muy poco probable que estos virus gigantes hayan robado tantos genes y con funciones bioquímicas específicas. Lo que plantean los autores de este trabajo es que los virus gigantes empezaron como virus gigantes —mucho más grandes de lo que son ahora— y con con el tiempo han ido perdiendo sus genes. Tal vez, al inicio, los Megavirus poseían los 20 AARS que tienen los eucariotas, y con el tiempo se han ido reduciendo hasta quedarse con tan sólo siete, y en el caso de los Mimivirus, con sólo cuatro.

Estos virus gigantes presentan genes encargados de reparar el ADN, como la fotoliasa, que usa la energía de la luz para reparar los daños causados por la radiación UV (dímeros de Timina). También poseen genes que codifican enzimas encargadas plegar las proteínas y otras que modifican aminoácidos y azúcares, los cuales no son encontrados en los típicos virus que conocemos. Y si a todo esto sumamos que estos virus son aislados de ecosistemas marinos, no sería descabellado pensar que su origen pudieron haber sido las células primitivas, a diferencia de ellas, su evolución se oriento hacia la reducción de su genoma (evolución reductiva), típica de las bacterias intracelulares. Esto ahonda más el eterno debate de si los virus son o no organismos vivos.



Referencia:

ResearchBlogging.orgDefne Arslan, Matthieu Legendre, Virginie Seltzer, Chantal Abergel, & Jean-Michel Claverie (2011). Distant Mimivirus relative with a larger genome highlights the fundamental features of Megaviridae Proceedings of the National Academy of Sciences doi:10.1073/pnas.1110889108

Esta entrada participa en la VI Edición del Carnaval de Biología celebrado en el Diario de Un Copépodo, “el bloj invertebrado”.

08 abril, 2012

7 formas cómo los animales usan la nanotecnología

La nanotecnología ha tenido un gran desarrollo en los últimos años. Gracias a ella, hoy contamos con dispositivos electrónicos cada vez más pequeños y eficientes. Sin embargo, la naturaleza lleva usándola por millones de años. Aquí algunos ejemplos:

Microlentes

Mosca_Ojos_1

Si pudiéramos ampliar los ojos de una mosca a una mayor escala veríamos que están conformados por cientos de lentes individuales, cada uno con su propia maquinaria óptica. A esto se le llama ojos compuestos. Son tan pequeños que fácilmente podríamos encontrar unos 2,000 de ellos. Sin embargo, si lo analizamos a través de un microscopio electrónico, observaríamos que la superficie lisa que parece tener, es sólo una ilusión. Las lentes están salpicadas por unas diminutas protuberancias llamadas “pezones de córnea”, que tienen 50 a 300 nanómetros (nm) de diámetro, y cuya función es evitar que la luz se refleje en sus ojos para que sus depredadores no se den cuenta de su presencia. O sea, les sirve para camuflarse. Este mismo patrón está siendo empleado por los ingenieros para desarrollar células solares anti-reflectoras mucho más eficientes.

En el 2010, científicos alemanes descubrieron otra función para los pezones de córnea: evitaba que el polvo, los granos de polen y otras partículas microscópicas se adhieran a sus ojos. Estas protuberancias generan una menor área de contacto con las partículas manteniendo siempre las lentes limpias.

Alas vistosas

mariposa_alas

¿Quién no ha visto mariposas con alas de espectaculares colores? De seguro, casi todos. Sin embargo, lo que la mayoría desconoce es que muchos de estos colores no son producidos por pigmentos —como la melanina que tiñe nuestra piel— sino por la disposición de sus escamas, las cuales moldean una serie de relieves en sus alas, formando valles, cordilleras, canales y cavidades. En otras palabras, las alas están formadas por unas complejas nanoestructuras que doblan y dispersan la luz que incide sobre ellas en diferentes direcciones, creando los llamativos colores que podemos observar.

Este mismo fenómeno físico hace que las alas de los mosquitos se vean iridiscentes (cambian de color según el ángulo en que los observamos).

mosquito_alas

Cuando el calor —en forma de rayos infrarrojos— inciden sobre las escamas, las cuales están hechas de una proteína llamada quitina, éstas se expanden cambiando su forma y, por lo tanto, los colores que producen. Es así que los científicos de General Electric están aprovechando esta misma propiedad para desarrollar sensores de imágenes térmicas mucho más sensibles que mejorarían la tecnología de la visión nocturna. Para amplificar el efecto, los investigadores cubrieron las alas de una mariposa azul del género Morpho con nanotubos de carbono, desarrollado así un insecto capaz de detectar cambios de temperatura de tan solo 0.04°C, tal como se puede apreciar en el siguiente video:

Plumas ostentosas

Las plumas de ciertas aves también presentan colores espectaculares. A diferencia de las mariposas, el color de sus plumas se da gracias a un diseño a escala nanométrica de sus células productoras de pigmentos.

pinguino_azul

En Nueva Zelanda y Australia vive un pingüino que lleva puesto un smoking de plumas azules —a diferencia de sus primos de la Antártida que llevan uno negro. Usando imágenes por rayos X, un grupo de investigadores norteamericanos liderados por Liliana D’Alba de la Universidad de Akron, descubrieron que los pingüinos producen este color de una manera novedosa para la ciencia. Las plumas están compuestas por nanofibras de β-queratina organizadas paralelamente —tal como si fueran fideos empaquetados en su bolsa— que dispersan la luz de tal manera que producen el color azul.

Insectos con paneles solares

La mayoría de las avispas son muy activas por las mañanas, pero poco durante el mediodía, cuando el calor del sol es más abrasador. Sin embargo, sus parientes orientales (Vespa orientalis)no muestran este mismo comportamiento. Estas avispas excavan en la tierra para hacer sus nidos a pesar que la luz solar los bombardea todo el tiempo. Es más, científicos de la Universidad de Tel Aviv descubrieron una correlación entre la actividad de excavación y la insolación de sus cuerpos. Al analizar su cutícula (una capa de quitina que las reviste y protege) observaron que presentaban unas nanoestructuras que les permitían atrapar gran parte de la energía del sol —como si fueran unos paneles solares vivientes— para que los pigmentos presentes en su exoesqueleto puedan absorberla y después transformarla en energía que es aprovechada para realizar su trabajo.

cuticula

La sección café de su abdomen presenta una cutícula marcada con ranuras de 160nm de grosor dispuestas en forma de una rejilla, las cuales ayudan a atrapar la luz que incide en las avispas. Por otro lado, la sección amarilla, presenta unas protuberancias entrelazadas de unos 50nm de alto que también capturan la luz. Además, en ellas encontraron un pigmento conocido como xantopterina, el cual puede convertir la luz en electricidad. Esto explicaría por qué estas avispas son más activas en días soleados, y por qué —como un estudio previo encontró— despiertan más rápido de la anestesia cuando se les da una ‘baldazo’ de luz UV.

Piel resbalosa

serpiente_piel

Las grandes serpientes como la pitón real (Python regius) parecen deslizarse por el suelo sin esfuerzo alguno. Pero su desplazamiento, es en realidad, una compleja interacción de movimientos musculares y física a pequeña escala. Si analizamos su piel a nivel nanoscópico, veremos que está formada por escamas recubiertas de unos diminutos pelitos llamados microfribrillas, que tienen menos de 400nm de espesor y apuntan todos en la misma dirección —hacia la cola de la serpiente. Los extremos de las microfibrillas se encuentran levantados unos 200nm sobre la piel, permitiéndoles un suave deslizamiento hacia adelante, pero les interrumpe cualquier movimiento hacia atrás o hacia los costados, incluso si se encuentran sobre una superficie inclinada, otorgándoles de un mejor agarre.

Dedos pegajosos

El geco tokay, son unos pequeños lagartos que utilizan la nanotecnología para adherirse a los arboles, paredes, ventanas y techos, gracias a unos pelos microscópicos llamados setas que recubren los dedos de sus patas, los cuales se ramifican en miles de pelos más pequeños formando terminaciones similares a brochas de 200nm de espesor.

geco_dedos

La superficie adicional que generan estas terminaciones maximiza el efecto de las fuerzas de van der Waals, una fuerza eléctrica muy débil que tira de cada molécula presente en el dedo del geco contra cada molécula presente en cualquier superficie donde se encuentre pegado. La fuerza combinada de cada una de estas interacciones es tan fuerte que la lagartija puede colgar todo su peso en un solo pie, incluso sobre un bloque de vidrio. Los ingenieros están usando los nanotubos de carbono para imitar los dedos del geco y producir cintas adhesivas más pegajosas, súper-pegamentos, incluso robots que caminan por las ventanas.

Fibras súper-resistentes

Las propiedades de la seda de las arañas son espectaculares. Con un grosor menor al de un cabello humano puede llegar a ser más resistente que una fibra de acero del mismo espesor, a parte de ser cientos de veces más elástico. Por esta razón, muchos científicos en el mundo está buscando la forma de sintetizarla en el laboratorio; una tarea sumamente complicada por ahora.

telaraña

Las proteínas que conforman la tela de la araña tienen composiciones químicas y estructurales diferentes, dependiendo de la especie y del uso que le den. A grandes rasgos, podemos decir que están hechos de un grupo de proteínas cristalizadas llamadas fibroínas, ricas en repeticiones de alanina o glicina y alanina, que se autoensamblan formando estructuras secundarias llamadas plegamientos beta, como si fueran panqueques. A nivel atómico, las capas están unidas a través de enlaces de hidrógeno que, en realidad, no son muy fuertes. Esto es una ventaja porque cuando la tela es estirada, los enlaces se desprenden y se reconstituyen con relativa facilidad, evitando que la tela se rompa.

Conclusiones

Como podemos ver, la naturaleza ha usado la nanotecnología por millones de años y los científicos e ingenieros están tratando de copiarlos para desarrollar materiales cada vez más resistentes, ligeros, elásticos, conductores y económicos.

Vía | Discover Magazine.

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