28 agosto, 2012

Jugando con el hexafloruro de azufre

La levitación puede ser real… siempre y cuando sepas algo de química.

El hexafloruro de azufre o SF6 es un gas inerte, incoloro, no inflamable y no tóxico que tiene la característica de ser casi seis veces más denso que el aire (cada litro de SF6 pesa 6.13 gramos). Es por esta razón que el pequeño barquito hecho con papel aluminio no tiene problemas para flotar sobre él. Si llenáramos una represa con 8 millones de litros de SF6 podríamos hacer “levitar” a un crucero como el Titanic.

Entonces, si es más denso que el aire, ¿que pasaría si lo inhalamos y empezamos a hablar? Pues esto…

Esto es todo lo contrario a lo que ocurre con el helio porque, al ser más denso, el sonido viaja a menor velocidad, reduciendo su frecuencia y, por lo tanto, se hace más grave.

Aquí otro video en el que se muestran estos dos efectos.

Si bien el SF6 es un gas con un potente efecto invernadero —23.000 veces mayor que el dióxido de carbono— debido a su densidad, éste siempre se mantendrá al ras del suelo sin causar daño alguno al planeta.

Vía | It´s okay to be smart.

27 agosto, 2012

Presentan borrador del genoma del algodón nativo peruano (Gossypium raimondii)

Genoma revela claves sobre la evolución del algodón, la síntesis de fibras y la defensa contra ciertas plagas.

algodon

El algodón es uno de los cultivos más importantes del mundo porque su fibra es la principal materia prima de la industria textil. Comprende aproximadamente el 5% del área cultivada global con un valor en el mercado que superó los 630 mil millones de dólares sólo en el 2011.

Existen aproximadamente 50 especies de algodón (género Gossypium) de las cuales 45 son diploides —presentan dos copias de cada uno de sus 13 cromosomas (2n=2x)— y 5 son tetraploides (2n=4x). Los algodones diploides compartieron un ancestro común hace 5 a 10 millones de años y se clasifican en 8 grupos según su tipo de genoma (A, B, C, D, E, F, G y K). Por otro lado, los algodones tetraploides se formaron hace menos de 2 millones de años a través de la unión de dos algodones diploides en un evento conocido como alopoliploidización.

Las dos especies ampliamente cultivadas son G. hirsutum (algodón americano) y G. barbadense (algodón Pima), ambos tetraploides, que se originaron a través del cruce (hibridación) del polen una especie del tipo D (América) con el óvulo de una especie del tipo A (África). Los parientes más cercanos a los progenitores ancestrales que existen en la actualidad son: G. herbaceum (A1), G. arboreum (A2) y G. raimondii (D5).

algodon_evolucionFilogenia y evolución de las especies de Gossypium. Zhang et al. (2008).

Con el fin de encontrar genes relacionados con la calidad de la fibra y la productividad del algodón, un grupo de investigadores chinos liderados por el Dr. Shuxun Yu de la Academia China de Ciencias Agrarias (CAAS) han secuenciado y presentado el primer borrador del genoma del G. raimondii, un algodón silvestre endémico del norte de Perú que no llega a formar fibras. Los resultados aparecen publicados esta semana en Nature Genetics.

El borrador comprende el 88% de los 880 Mb que mide el genoma completo, del cual ya ha sido ensamblado el 73%. Se estima que el G. raimondii tiene aproximadamente unos 41.000 genes de los cuales el 92% han sido confirmados a través de datos transcriptómicos (estudio del contenido total de ARN mensajeros). La mayor parte de los genes se encuentran ubicados a los extremos de los cromosomas (regiones subteloméricas).

Al comparar secuencias completas del genoma de G. raimondii con el de su pariente evolutivo más cercano, el cacao, se estimó que compartieron un ancestro común hace unos 34 millones de años. Esta comparación también reveló que el género Gossypium tuvo un evento de duplicación genómica hace unos 16 millones de años.

Aproximadamente el 57% del genoma está compuesto por transposones, porciones de ADN con la capacidad de moverse de una región del genoma a otra de manera independiente, también conocidos como “genes saltarines”. Esta proporción es grande comparado con el cacao (24%) o la Arabidopsis thaliana (14%).

Los investigadores analizaron la expresión de los genes involucrados con la formación de las fibras tanto en G. raimondii como en G. hirsutum y descubrieron que tres de los cuatro genes que codifican para la sucrosa sintasa (Sus) y varios 3-cetoacil-CoA sintasa (KCS) se expresaban más en G. hirsutum, indicando que son requeridos para la iniciación de la síntesis y elongación de las fibras.

Por otro lado, ciertos investigadores han postulado que la formación de las fibras de algodón es un proceso similar a la formación de los tricomas de las plantas. En A. thaliana la formación de los tricomas está gobernado por dos clases de factores de transcripción (FT): MYB y bHLH. Shuxun Yu y su equipo identificaron en el genoma de G. raimondii más de 400 genes relacionados con estos dos FT, los cuales eran expresados preferentemente en los óvulos de G. hirsutum.

Finalmente, los investigadores identificaron los genes responsables de la síntesis del gosipol, un compuesto químico presente en las semillas del algodón que le sirve para evitar el ataque de patógenos y plagas herbívoras. Estos genes podrían ser modificados a través de la ingeniería genética para mejorar la defensa de la planta.

Si nuestro país aprovecha esta oportunidad y destina más dinero para investigar las variedades nativas de G. barbadense, la especie con mejor calidad de fibra y que además puede presentar colores naturales (tal como se puede ver en la imagen de portada), se podría mejorar su productividad para así poder competir en precios con el G. hirsutum y abarcar una mayor proporción del mercado mundial que actualmente es menor al 5%.


Referencia:

ResearchBlogging.orgWang, Kunbo, Wang, Zhiwen, Li, Fuguang, Ye, Wuwei, Wang, Junyi, Song, Guoli, Yue, Zhen, Cong, Lin, Shang, Haihong, Zhu, Shilin, Zou, Changsong, Li, Qin, Yuan, Youlu, Lu, Cairui, Wei, Hengling, Gou, Caiyun, Zheng, Zequn, Yin, Ye, Zhang, Xueyan, Liu, Kun, Wang, Bo, Song, Chi, Shi, Nan, Kohel, Russell J, Percy, Richard G, Yu, John Z, Zhu, Yu-Xian, Wang, Jun, & Yu, Shuxun (2012). The draft genome of a diploid cotton Gossypium raimondii Nature Genetics DOI: 10.1038/ng.2371

Imagen | Variedades nativas peruanas de algodones de color [Instagram (@davidzote)]

23 agosto, 2012

Una bacteria en una diatomea en un anfípodo

Este increíble GIF animado compuesto por imágenes obtenidas a través de un microscopio electrónico nos muestra tres organismos diferentes —uno dentro de otro— cuyo tamaño varía de un milímetro (1 mm) a 500 nanómetros (500 nm ó 0.0005 mm).

bacteria_diatmea

!La vida florece a todas las escalas!

Vía | It’s okay to be smart.

21 agosto, 2012

¿Fotosíntesis en insectos?

Carotenoides sintetizados por pulgones promueven la síntesis de ATP en presencia de luz.

Acyrthosiphon pisum

Si alguien te pregunta ¿qué organismos hacen la fotosíntesis? Automáticamente tu respuesta será: las plantas y las algas. Si tienes conocimientos básicos de biología también añadirás a la lista a ciertos grupos de bacterias. Sin embargo, nunca se te pasará por la cabeza que un animal haga la fotosíntesis hasta el día de hoy…

Un grupo de investigadores franceses liderados por Jean Christophe Valmalette de la Université du Sud Toulon-Var han descubierto las primeras evidencias de fotosíntesis en animales. El artículo publicado en Scientific Reports revela que un pequeño insecto conocido como Acyrthosiphon pisum —o simplemente pulgón del guisante— produce una mayor cantidad de ATP cuando es puesto en presencia de la luz.

Importancia de los carotenoides

Los pulgones son unos insectos muy particulares. Son capaces de sintetizar por su propia cuenta unos pigmentos llamados carotenoides —tal como lo hacen las plantas, los hongos y ciertas bacterias— gracias a que en algún momento de su historia evolutiva adquirieron los genes necesarios para hacerlo a partir de los hongos en un proceso conocido como transferencia horizontal de genes.

El color de los pulgones juega un rol importante en la interacción depredador-presa y parásito-huésped. Los pulgones rojos son preferentemente devorados por las mariquitas mientras que los verdes son usados por las avispas parasitoides para depositar sus huevecillos. Estos colores dependerán del tipo de carotenoides que sinteticen.

Los carotenoides también cumplen con una función antioxidante que evita el daño del ADN a causa de los radicales libres producidos por el propio metabolismo celular. Además, son precursores del retinal (una molécula clave para la visión de los animales). En las plantas juega un rol clave en la fotosíntesis porque absorben la energía luminosa y la transfieren hasta la clorofila a través de la excitación de los electrones.

Considerando esto, Valmalette y su equipo plantearon la hipótesis de que los electrones libres generados por la fotoactivación de los carotenoides en los pulgones reducen el NAD+ para formar NADH, el cual es usado por las mitocondrias para sintetizar ATP a través de la cadena transportadora de electrones (fosforilación oxidativa).

cadenatransportadora Esquema general del proceso. En realidad se produce aproximadamente 2.5 moles de ATP por cada mol de NADH+H

Luz y oscuridad

Para corroborar esta hipótesis, los investigadores criaron pulgones adultos de fenotipos rojizos, verdes y blancos, y los sometieron a diferentes tratamientos: i) 18 horas de luz y 6 horas de oscuridad y ii) oscuridad completa por dos días. Al analizar la concentración de ATP usando un kit basado en luminiscencia, Valmalette y sus colaboradores observaron que la cantidad de ATP sintetizado en presencia de la luz era mayor que en la oscuridad pero sólo en los pulgones rojizos (en los verdes y blancos no hubo diferencias significativas).ATP_dosage

A primera vista podríamos decir que en los pulgones rojizos hay una respuesta fisiológica que podría indicar fotosíntesis. Sin embargo, ¿por qué los pulgones verdes y blancos no mostraron diferencias? Los investigadores creen que como estos dos fenotipos se dan en respuesta a condiciones adversas (bajas temperaturas, sobrepoblación, etc.), la cantidad de reservas energéticas que almacenan en forma de lípidos es mayor que en los pulgones rojizos. Por esta razón, la oscuridad no afecta la cantidad de ATP que producen.

Reducción del NAD+

Los investigadores extrajeron y purificaron los carotenoides de los pulgones rojizos para determinar si al excitarse por la luz generaban electrones libres capaces de reducir el NAD+. Para ello pusieron los pigmentos en una solución de sal de tetrazolio, un compuesto que al reducirse se transforma en formazán y precipita.

Al someter los carotenoides diluidos en la solución de tetrazolio a la luz por media hora observaron claramente la precipitación del formazán. Esto indicaba que los carotenoides excitados por la luz generaban electrones libres.

Finalmente, Valmalette y sus colegas determinaron el balance de NAD+/NADH en las células de los insectos, observando que la cantidad de NADH aumentaba dentro de las mitocondrias cuando los pulgones rojizos eran sometidos a la luz. Esto indicaría que el NADH entra en la cadena transportadora de electrones y genera ATP a través de la fosforilación oxidativa.

Si bien estos resultados apuntan a que los pulgones cuentan con un sistema de producción de ATP dependiente de la luz, aún se desconoce cuál es rol fisiológico que cumple en él. Una explicación que dan los investigadores es que se podría tratar de un mecanismo fotosintético primitivo de los insectos.

Cabe resaltar que los pulgones no son los únicos animales con la capacidad de sintetizar carotenoides. Recientemente se ha descubierto una especie de araña ácaro que también lo puede hacer. Habría que investigarlo y ver si también es capaz de sintetizar ATP simplemente sentándose a tomar el sol.


Actualización (22/08/2012 20:25): Tal vez el término más exacto es fotoheterótrofo porque, si bien el pulgón usa la luz como una fuente de energía, no usa CO2 como fuente de carbono para ser considerado como fotosintético. [Vía | @entomoblog]


Referencia:

Valmalette, J.C. et al. Light- induced electron transfer and ATP synthesis in a carotene synthesizing insect. Scientific Reports 2, 1-8 (2012). doi: 10.1038/srep00579

17 agosto, 2012

Video: Gotas de agua y superficies superhidrofóbicas

¿Algunas vez has visto caer gotas de agua sobre superficies superhidrofóbicas a través de una cámara de alta velocidad? No se pierdan el siguiente video que es realmente espectacular…

Las superficies superhidrofóbicas —en este caso nanotubos de carbono— son aquellas que repelen el agua de tal manera que no se mojan. Como pueden ver, las gotas forman esferas casi perfectas debido a que la fuerza de la tensión superficial del agua supera a la fricción de la superficie donde se apoya, rebotando como si fueran pelotitas de goma.

Vía | Francis (th)E mule Science's News.

14 agosto, 2012

Astrobiología: No sólo es buscar vida fuera del planeta

A principios del siglo XX, el astrónomo William Pickering usó el telescopio del Observatorio de la Universidad de Harvard —uno de los más avanzados de su época— para corroborar su extravagante teoría en la cual afirmaba que las manchas oscuras de la Luna eran causadas por enjambres de insectos en plena migración estacional. Obviamente la teoría era absurda pero la idea de que no estamos solos en el universo ha rondado en la mente de grandes científicos de la historia.

planetas

Durante los años 1960’s se desarrollaron los primeros programas de exploración espacial importantes. En 1961 Yuri Gagarin se convirtió en el primer hombre en llegar al espacio, en 1962 el Mariner 2 fue la primera sonda espacial en sobrevolar otro planeta (Venus), tres años después el Mariner 4 lo haría en Marte, y en 1969 el hombre llega por primera vez a la Luna. No hay dudas que estas son verdaderas hazañas de la humanidad considerando que nuestras calculadoras de bolsillo tienen una tecnología superior a la que tenían las sondas y naves espaciales de aquella época.

Esta capacidad de visitar y explorar otros mundos impulsó la aparición de una nueva rama de la biología llamada la exobiología, cuyo principal objetivo era encontrar vida fuera de nuestro planeta. En los años 1970’s apareció el proyecto de Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre más conocido como SETI (por sus siglas en inglés).

Escuchar el cielo

Tal como su nombre lo indica, el SETI no es más que un grupo de astrónomos e ingenieros que buscaban señales de vida inteligente en el espacio. Básicamente lo que hacen es escudriñar el cielo usando grandes radiotelescopios con el fin de detectar alguna señal de radio transmitida por algún tipo de civilización inteligente que habita en algún lugar del universo.

Si bien el proyecto suena interesante, hay grandes limitaciones que deberíamos tener en cuenta. Por ejemplo, supongamos que un día los investigadores del SETI logran detectar un mensaje que viene de un planeta que orbita una estrella que parece estar a unos 1000 años luz de distancia de la Tierra; el contacto con esta posible civilización sería sumamente difícil porque nuestro mensaje de respuesta —si es que supiéramos qué responder— tardaría 1000 años en llegar a su destino. Simplemente el universo es un lugar demasiado grande como para establecer una comunicación vía Skype con una civilización extraterrestre.

Debido a estos pequeños inconvenientes, los fondos destinados al SETI han sufrido un grandes recortes en los últimos años, tanto así que para salvarlo han tenido que recibir donaciones de gente muy rica y la ayuda del público para poder analizar la gran cantidad de datos con los que disponen.

Reformulación de la investigación espacial

La NASA fundó su programa de exobiología en 1960 y en 1976 realizó sus primeros experimentos a través de las sondas Viking I y II, las primeras en aterrizar exitosamente en el planeta rojo. Los experimentos consistían en analizar los gases liberados por pequeñas muestras tomadas del suelo, unas esterilizadas y otras no esterilizadas, y algunas de ellas puestas en un caldo de cultivo con nutrientes. Si bien ciertos resultados salieron positivos, su explicación era más química o geológica que biológica.

En 1984, un grupo de exploradores del Instituto Smithsoniano de Estados Unidos encontró un curioso meteorito de dos kilogramos en los montes Allan de la Antártida. Al realizarle los análisis químicos descubrieron que procedía de Marte. Hasta ese momento, el meteorito catalogado como ALH84001 era uno más del montón.

Sin embargo, la vida sin emociones del ALH84001 cambio radicalmente en 1996, cuando los científicos a cargo de su investigación anunciaron al mundo el descubrimiento de formaciones muy similares a las bacterias fosilizadas halladas en la Tierra, indicando con cierta prudencia que podría tratarse de las primeras pruebas de vida en otro planeta. En realidad, la versión de los fósiles era la suposición más débil de su planteamiento porque ni siquiera ellos mismos creían que se trataban de fósiles sino de unas formaciones naturales de cristales de sal fruto de una serie de procesos químicos. Obviamente, la prensa no consideró esa parte de la noticia.

ALH84001

Pero fue gracias a este gazapo que la NASA consiguió más fondos para explorar el planeta rojo. En diciembre de 1996, la NASA lanzó su primer explorador a Marte en más de 20 años: el Mars Pathfinder. A partir de entonces, la NASA reorganizó sus programas de exobiología y de las ciencias planetarias con el fin de integrar sus investigaciones en ciencias de la vida con la exploración espacial. Así nació la astrobiología.

Extraterrestres en la Tierra

A inicios del siglo XXI la NASA creó su Instituto de Astrobiología, aparecieron las primeras revistas y sociedades científicas especializadas en el tema y se crearon los primeros cursos de pre y posgrado en astrobiología en importantes universidades del mundo.

Ahora, la astrobiología no sólo se concentra en buscar vida fuera del planeta, sino también se encarga del estudio de aquellos organismos que viven en ambientes sumamente extremos (por ejemplo: las chimeneas hidrotermales submarinas, los lagos extremadamente salinos o ácidos, las centrales nucleares, etc.), también estudia las claves del origen y la evolución de la vida, la geoquímica de los planetas y lunas de nuestro sistema solar (por ejemplo: Marte, Europa, Ganimedes, Titán, Encelado), la habitabilidad de planetas extrasolares descubiertos por la Sonda Espacial Kepler, entre otras cosas más.

Sin embargo, la astrobiología tampoco se salvaría de los estudios controvertidos. A fines del 2010, investigadores del Instituto de Astrobiología de la NASA liderados por la Dra. Felisa Wolfe-Simon anunciaron al mundo el descubrimiento de una bacteria capaz de reemplazar el fósforo de sus biomoléculas —incluyendo el ADN— por arsénico. Esta investigación era importante porque abría la posibilidad de buscar de vida extraterrestre en los ambientes más venenosos conocidos a la fecha. Cada planeta o satélite del sistema solar tiene su propia composición química, la gran mayoría considerada como inhóspitas; sin embargo, podría ser que alguna forma de vida se las ingenie para poder sobrevivir en ellas.

Cabe recordar que el fósforo es uno de los seis elementos esenciales para la vida porque forma parte de la estructura del ADN, el ARN y las membranas celulares, también del ATP (la principal fuente de energía química de los seres vivo), y se encarga de la activación de ciertas enzimas y azúcares para poder ser usados en el metabolismo celular.

Las críticas no se hicieron esperar y un poco más de un año después, se refutó completamente las afirmaciones hechas por Wolfe-Simon porque se demostró que éstas bacterias simplemente eran resistentes a las altas concentraciones de arsénico en el medio, y que de todas maneras requerían del fósforo, incluso en bajas concentraciones, para poder sobrevivir.

Perspectivas

Si bien la astrobiología ha tenido sus momentos vergonzosos, esto no la convierte en una ciencia que carece de sentido y que solo está llena de especulaciones. Según comenta Andrew Knoll, la astrobiología debe ser considerada como la aplicación de los principios geobiológicos al estudio de los planetas y satélites más allá de la Tierra.

Por ejemplo, hay un gran debate en torno al origen del metano en Marte. El problema es que esta molécula se degrada rápidamente por acción de los rayos ultravioleta (UV) del sol. Entonces, debe haber alguna fuente que esté regenerando el metano de su atmósfera constantemente.

Las posibilidades que se manejan son: i) el metano se produce a través de un proceso geoquímico hasta ahora desconocido, o ii) el metano es generado por algún proceso biológico tal como lo hacen ciertas bacterias en la Tierra. La primera posibilidad tendría importantes implicancias sobre la geología marciana y la segunda demostraría la presencia de vida en Marte. Esta es una de las tareas más importantes que tendrá el explorador Curiosity.

curiosity

Por otro lado, muchos científicos critican el hecho que sabemos muy poco acerca del origen y evolución de la vida en la Tierra como para tratar de buscar vida en otros planetas. En parte tienen razón. Sin embargo, podemos usar la vida en la Tierra como una guía para identificar mundos con ambientes potencialmente habitables donde sea.

Pongamos una analogía. En los años 1860’s, el químico ruso Dmitri Mendeléyev se puso a ordenar los elementos conocidos hasta ese entonces —unos 60 aproximadamente— en función a sus propiedades químicas y se dio cuenta que éstas se repetían cada cierto periodo, y que en dicho ordenamiento quedaban ciertos espacios vacíos. Estos espacios vacíos correspondían a elementos que aún no habían sido descubiertos, pero gracias a su famosa Tabla Periódica pudo predecir con exactitud las propiedades que éstos tendrían. De la misma manera podemos predecir si habrá vida en otros planetas en base a su composición química y características ambientales.

Por otro lado, sería sumamente excitante descubrir formas de vida en lugares tan alejados como Europa, una de las lunas de Júpiter que se caracteriza por tener un vasto océano congelado sobre su superficie. Se cree que bajo ella hay agua líquida que podría albergar vida. Si la vida evolucionó ahí, y considerando la distancia que la separa de la Tierra, es muy probable que ésta haya aparecido y evolucionado de manera diferente a la de nuestro planeta. No obstante, aún queda mucho por investigar.

Las misiones espaciales son sumamente costosas, pero si se dispone de una cantidad de dinero similar al invertido en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el cual ha revelado evidencias sobre la existencia del Bosón de Higgs, es posible que se puedan realizar al menos unas tres misiones similares al Curiosity hacia otros destinos. Es tiempo de que la biología cuente con un experimento de esta magnitud para saber si vivimos en un universo biológico o si la vida en la Tierra no es más que una rareza.


Referencia:

Lazcano A. & Hand K. Nature 488, 160–161 DOI: 10.1038/488160a

11 agosto, 2012

Geometría viral

No hay dudas que una de las cosas más asombrosas y a la vez intrigantes de los virus es que la gran mayoría de ellos tienen formas icosaédricas perfectas, una de las simetrías estéticamente más agradables de la naturaleza.

Los primeros en estudiar los principios básicos de las estructuras virales fueron Donald Caspar y Aaron Klug allá por 1962. Antes de esto, se creía que los virus eran esféricos y, uno que otro, cilíndrico.

Tan pronto se logró obtener imágenes a nivel atómico gracias a la cristalografía de rayos X, la microscopía electrónica y ahora con la criomicroscopía electrónica —una técnica de microscopía que emplea temperaturas criogénicas para revelar las estructuras biológicas— se ha podido observar la belleza de los virus a resoluciones de unos pocos angstroms (un angstrom equivale a 0,000000001 metros).

virus_simetria_1

¿Y por qué los virus se ensamblan de ésta manera? Recientes estudios han demostrado que la simetría icosaédrica es el estado de menor energía en el cual pueden acomodarse las partículas que componen la cápside viral sobre una superficie esférica.

Aquí algunas imágenes más:

virus_simetria_2

Vía | The Virus Research Group – UCLA

Imágenes | Baker et al. Microbiol. Mol. Biol. Rev 63 (4): 869 – 922 PMID: 10585969 (1999).

07 agosto, 2012

Nanoscopía virtual o el “Google Earth” celular

Científicos desarrollan técnica para ‘cartografiar’ porciones de tejidos o células de gran escala (1 mm2) con una resolución nanométrica.

virtual_nanoscopy

La biología celular emergió en los años 1950’s gracias al desarrollo de la microscopía electrónica, permitiendo a los investigadores desvelar las pequeñas estructuras que componen las células a escalas de unos pocos micrómetros o incluso nanómetros (escalas millones de veces menor a la de un humilde centímetro), las cuales son imposibles de alcanzar con los microscopios ópticos más potentes.

Si bien la microscopía electrónica ha alcanzado grandes proezas tecnológicas en las últimas décadas, apareciendo distintas variantes de ella cada una con sus propias ventajas respecto a las otra, aún presentan un serio problema que no ha podido ser solucionado: su limitado campo de visión cuando se analizan muestras a mayores aumentos. Esto quiere decir que si queremos obtener mayores detalles al observar una muestra, el área que observemos de ella será cada vez más pequeña.

Entonces, a pesar que las imágenes a mayores aumentos proporcionan una resolución asombrosa del área seleccionada, se dificulta nuestra capacidad de ponerla en un contexto biológico mucho más amplio, por ejemplo, su ubicación o proporción respecto a una célula o tejido. Por otro lado, las imágenes tomadas a menores aumentos nos ofrecen un panorama mucho más amplio de la muestra estudiada, sin embargo carecen de los detalles propios que de cada célula.

Un estudio publicado esta semana en The Journal of Cell Biology pretende dar una solución a este problema, porque un grupo de investigadores del Centro Médico de la Universidad de Leyden (Países Bajos) han desarrollado un sistema de adquisición de imágenes automatizada de microscopía electrónica de transmisión que, a través de un programa computacional, colecta e integra todos los datos obtenidos para formar una imagen de gran escala (amplio campo de visión) con una resolución nanométrica.

“Nuestro enfoque es conceptualmente similar a la microscopía virtual, donde las imágenes digitales pueden ser analizadas en una computadora, ya sea de manera local o remota a través de la red, permitiendo al usuario acercar o alejar la muestra como si la estuvieran operando a través del microscopio”, comenta el Dr. Frank Faas, autor principal del estudio.

Faas y su equipo probaron su novedoso sistema con cuatro muestra biológicas diferentes: glomérulos renales y fibroblastos embrionarios de ratones, células dendríticas humanas, y embriones de peces cebra.

En total se colectaron cerca de 26.000 imágenes individuales en aproximadamente 4,5 días (unos 15 segundos por imagen) por cada muestra. El programa computacional se encargó de integrar dichas imágenes para generar una de gran escala —nada menos que 281 Gigapíxeles). En otras palabras, la imagen tenía una resolución de 921.600 por 380.928 pixeles de una porción de tan sólo 1,5 mm por 0,6 mm (ó 0.9 mm2) de la muestra. En el caso del embrión del pez cebra, la resolución equivale a 1.6 nanómetros por pixel o unos 16 millones de puntos por pulgada (dpi).

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Debido al tamaño de las imágenes, éstas no pudieron ser incluidas en el artículo ni en la información complementaria, así que fueron cargadas al JCB Data Viwer, donde podrán disfrutar de ellas como si fuera el Google Earth, claro que en vez de buscar casas, calles o personas, acercarán las imágenes para observar organelos, microtúbulos y virus.

A pesar de los métodos empleados en los laboratorios y centros de investigación del mundo están en constante evolución, la microscopía sigue siendo una de las herramientas clave en para el desarrollo de la biología celular. Es así que esta técnica nos permitirá acceder, desde cualquier parte del mundo, a las imágenes proporcionadas por los investigadores que vienen estudiando las estructuras morfológicas sumamente complejas presentes en el mundo celular, y así poder colaborar con ellos de manera remota, ofreciendo nuevos puntos de vista que permitan explicar un determinado fenómeno.


Referencia:

ResearchBlogging.orgFaas, F. G. a., Avramut, M. C., M. van den Berg, B., Mommaas, a. M., Koster, a. J., & Ravelli, R. B. G. (2012). Virtual nanoscopy: Generation of ultra-large high resolution electron microscopy maps The Journal of Cell Biology, 198 (3), 457-469 DOI: 10.1083/jcb.201201140

Williams, E. H., Carpentier, P., & Misteli, T. (2012) The JCB DataViewer scales up The Journal of Cell Biology 198, 271-272 DOI: 10.1083/jcb.201207117.

Expansión del código genético en moscas de la fruta

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Todas las proteínas presentes en cualquier organismo vivo, desde una gigantesca ballena azul hasta una diminuta bacteria o incluso un virus, están formadas por aminoácidos, unas pequeñas moléculas que se “cogen de la mano” unas con otras para formar cadenas muy largas —la titina puede tener más de 30.000— que se doblan, enroscan y pliegan de diferentes maneras para cumplir con una función específica.

La función de una proteína depende de su forma y esta, a su vez, de la secuencia de su cadena de aminoácidos y las condiciones del entorno: el pH, la presencia de elementos metálicos o vitaminas llamados cofactores o las chaperonas que colaboran con el plegamiento de las proteínas recién formadas. Sin embargo, el número de aminoácidos diferentes que pueden formar parte de alguna proteína es sólo 20  (aunque existen casos exepcionales en los que ciertos organismos pueden usar otros aminoácidos).

La secuencia de aminoácidos de una proteína está determinada por la secuencia de nucleótidos de un gen. Como existen sólo cuatro nucleótidos diferentes, estos se deben agrupan en tripletes para codificar cada uno de los 20 aminoácidos. La cantidad combinaciones diferentes que se puede obtener es de 64 (4 x 4 x 4), por lo tanto habrán aminoácidos que serán codificados por más de un triplete obedeciendo el siguiente código:

Como pueden ver, existen tres tripletes que no codifican aminoácido alguno, porque los ARN de transferencia (ARNt) que se unen de manera complementaria a ellos, no cargan ningún aminoácido, terminando así la reacción de síntesis de proteínas en los ribosomas. A estos se les llama codones de terminación.

Durante los últimos años, los científicos vienen trabajando en la expansión del código genético, es decir, ampliar el límite natural de 20 aminoácidos con la finalidad de insertar a las proteínas otros aminoácidos no-naturales para modificar su estructura y función, incluso lograr producir enzimas activadas por la luz a través de la inserción de aminoácido fotosensibles.

La estrategia para lograr insertar un aminoácido no-natural en una proteína es mutando la enzima responsable de dotar de aminoácidos a los ARNt, también conocido como aminoacil-ARNt sintetasa, para que éste sea capaz de ligar un aminoácido cualquiera al ARNt complementario a un codón de terminación. El más usado es el aminoacil-ARNt sintetasa/ARNt(CUA), el cual responde al codón de terminación UAG.

Mediante esta estrategia se ha logrado incorporar aminoácidos no-naturales en bacterias, levaduras y cultivos celulares de mamíferos. Sin embargo, lograr esto en un animal superior ha sido una tarea sumamente complicada. El año pasado se dio un gran avance cuando dos investigadores británicos, Sebastian Greiss y Jason Chin, reportaron haber introducido un aminoácido nuevo en un animal, el nemátodo Caenorhabditis elegans.

Ahora, Greiss & Chin han dado un paso más. Según un artículo publicado esta semana en Nature Chemical Biology estos investigadores han incorporado de manera específica tres aminoácidos no-naturales en proteínas de moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) en diferentes etapas de su desarrollo. Gracias a este experimento podemos contar con un método preciso de incorporación de nuevos aminoácidos en un modelo biológico ampliamente estudiado para explorar nuevas funciones de proteínas animales.

Básicamente el trabajo consistió en tomar los genes que codifican la enzima responsable de unir la pirrolisina (un aminoácido no-natural) al ARNt complementario al codón de terminación UAG de la bacteria Methanosarcina mazei e introducirla —mediante ingeniería genética— en embriones de D. melanogaster. Para activar estos genes en la mosca de la fruta, los pusieron bajo el control de un interruptor activado por iones de cobre, y para poder observar si la reacción fue exitosa (los tres aminoácidos no-naturales usados en el experimento lograron ser incorporados) se usaron moléculas fluorescentes unidas a través del codón TAG (UAG cuando pasan a ARN mensajero), tal como se muestra en el siguiente esquema:

Entonces, si los embriones expresan tanto la proteína fluorescente verde como la roja, indicaría que la reacción de traducción no se detuvo, el codón de terminación fue leído y uno de los aminoácidos no-naturales fue incorporado. Los resultados obtenidos al "alimentar" los embriones con iones de cobre y uno de los tres aminoácidos no-naturales que porbaron fueron los esperados. Además se confirmaron los experimentos usando otras construcciones genéticas basadas en la luciferasa (una enzima que cataliza una reacción de fluorescencia).

Las moscas adultas modificadas que fueron alimentadas con estos aminoácidos no-naturales lograron incorporarlos a sus proteínas en tejidos específicos, por ejemplo: los ovarios. Según el promotor usado, la incorporación de estos aminoácidos podría darse en otros tejidos del cuerpo de las moscas. Por otro lado, su capacidad reproductiva no se vio afectada ya que lograron cruzarse y generar embriones con la misma capacidad de usar estos aminoácidos.

Afrontar los desafíos de lograr una expansión del código genético en animales más complejos permitirá la extensión de las estrategias empleadas en estudio de los procesos biológicos, incluyendo el desarrollo embrionario, la morfogénesis de tejidos, la formación de los tumores y la plasticidad neuronal, a nivel del organismo.



Referencia:

ResearchBlogging.orgBianco, Ambra, Townsley, Fiona M, Greiss, Sebastian, Lang, Kathrin, & Chin, Jason W (2012). Expanding the genetic code of Drosophila melanogaster Nature Chemical Biology DOI: 10.1038/nchembio.1043

04 agosto, 2012

Paisajes marcianos

Espectacular secuencia de imágenes tomadas por las sondas espaciales y exploradores han estudiado la superficie marciana por décadas y dando claves importantes sobre su geología y clima. Los colores de algunas imágenes no son reales, han sido “retocados” por computadoras para representar y apreciar fácilmente las diferencias en la temperatura que reflejan o irradian los materiales presentes en la superficie del planeta rojo. Las imágenes que veremos en el video han sido seleccionadas especialmente por su estética más que por su valor científico.

Ahora, después de ocho meses de viaje y 580 millones de kilómetros recorridos, Curiosity, el explorador más moderno que alguna vez haya llegado a Marte, descenderá en el cráter Gale para hacer un estudio profundo del planeta y buscar indicios de presencia de agua líquida en algún momento de su historia. La transmisión en vivo podrás seguirla por Amazings.es desde las 11:30pm (Hora de Perú) del domingo 5 de agosto.

Vía | NASA.

01 agosto, 2012

¿Inmunidad a la rabia en la selva peruana?

virus_rabia

Recuerdo que cuando tenía unos seis o siete años, un perro con rabia me mordió cerca al tobillo derecho. Rápidamente me lavaron la herida y me llevaron al centro antirrábico para empezar el tratamiento que consistía en 10 vacunas —una por día— alrededor del ombligo. No me quedaba de otra ya que la rabia presenta la mayor tasa de mortalidad en las enfermedades infecciosas convencionales, que puede llegar a ser del 100%.

Sin embargo, se han reportado al menos seis casos de pacientes que lograron sobrevivir a la rabia —claro que con ciertos daños neurológicos— sin recibir tratamiento alguno… con excepción de una niña de Wisconsin a quien le indujeron a un coma para aplicarle un tratamiento experimental.

Según un estudio publicado hoy en The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene, en el cual participaron investigadores del Centro de Control y Prevención de Enfermedades (CDC), la Dirección General de Epidemiología y la Unidad de Investigación Médica Naval de los Estados Unidos (NAMRU-6), la supervivencia a la infección por rabia podría ser más común de lo que se pensaba ya que el 10% de los pobladores estudiados en dos comunidades indígenas de la selva peruana adquirieron inmunidad al virus por sí solos.

Virus mortal

El virus de la rabia pertenece al género Lyssavirus y se conocen 12 especies diferentes que son responsables de al menos unas 55.000 muertes al año. En el interior de la cápsula cilíndrica de 180 nm de largo por 75 nm de diámetro (tan pequeño que necesitarías alinear más de 7 millones de ellos para cubrir la longitud de tu uña) presenta una simple molécula de ARN y que es transmitido a través de la saliva de cualquier mamífero infectado.

El virus se propaga por el sistema nervioso central y provoca una inflamación progresiva del cerebro y la médula espinal, causando estragos neurológicos en la persona. Si tienes suerte mueres a los pocos días de iniciado los síntomas gracias un paro cardiorrespiratorio, pero si eres del 30% menos afortunado, los músculos empiezan a paralizarte poco a poco, para luego entrar en coma y terminar por fallecer. De todas maneras, no hay salida.

Si bien los perros son responsables del 99% de las muertes humanas por rabia, en Latinoamérica los murciélagos hematófagos (Desmodus rotundus o simplemente “vampiros”) juegan un rol importante en la transmisión del virus, especialmente en la selva amazónica. El 81% de los casos de rabia que han sido reportados en el Perú entre 1996 y 2010 estuvieron asociados a los murciélagos, siendo el brote del verano del 2007 el peor de todos (527 personas mordidas de las cuales 23 fallecieron).

Inmunidad sin vacunas

En la selva peruana hay una gran cantidad comunidades indígenas que habitan zonas muy remotas, donde los centros de salud más cercanos se encuentran a días de navegación a través de los sinuosos afluentes del Amazonas. Los factores de riesgo asociados a la rabia en estas poblaciones (contacto directo con los murciélagos, falta de vacunas y pobreza) son muy altos.

Debido esto, un grupo de investigadores liderados por la Dra. Amy Gilbert del CDC visitaron dos comunidades indígenas de la selva peruana (Santa María y Truenococha), entrevistaron a 92 personas y colectaron muestras de sangre de 63 de ellos —aquellos que habían mencionado haber tenido algún tipo de contacto con murciélagos— para ser enviadas a Atlanta (EEUU) para su respectivo análisis.

Al procesar las muestras, los investigadores encontraron presencia de anticuerpos neutralizadores del virus de la rabia (rVNA) en siete de ellas. Al analizar las fichas epidemiológicas de estos siete individuos, sólo uno reportó haber sido vacunado previamente contra la rabia. Esto indicaba que los otros seis adquirieron la inmunidad al virus por sí solos.

La presencia de los rVNA en estos sujetos no vacunados implicaría una exposición previa al virus pero no necesariamente la replicación del mismo, tal como ocurre cuando se aplica repetidas dosis del virus inactivado (vacuna). Esto podría indicar dos cosas: i) que estos individuos han estado expuestos a bajas dosis del virus de manera natural por largos periodos de tiempo, o ii) que los virus que han infectado a estos individuos no son los que provocan la rabia sino son algún otro tipo de Lyssavirus desconocido que induce la formación de anticuerpos que causan una reacción cruzada con la pruebas usadas en el laboratorio (falsos positivos).

Es así que estos resultados aún deben ser tomados con prudencia antes de afirmar que ciertas personas pueden desarrollar inmunidad innata contra la rabia. Por ahora se debe investigar más a este grupo de virus para determinar si existen otras especies aún desconocidas que puedan causar sintomatologías similares, o incluso ser usados para el desarrollo de nuevas vacunas mucho más eficientes que requieran menos dosis que las actuales.


Referencia:

ResearchBlogging.orgGilbert, A. T., Petersen, B. W., Recuenco, S., Niezgoda, M., Gomez, J., Laguna-Torres, V., & Rupprecht, C. (2012). Evidence of Rabies Virus Exposure among Humans in the Peruvian Amazon American Journal of Tropical Medicine and Hygiene DOI: 10.4269/ajtmh.2012.11-0689

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