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Timestamp: 2013-05-19 18:02:04+00:00

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Existe ciertas aves y muchos insectos que se alimentan principalmente del néctar de las flores utilizando tres tipos de técnicas diferentes para hacerlo: por succión activa (Ej.: mariposas y polillas), por succión capilar (Ej.: colibríes y miembro de la familia Nectariniidae) y por inmersión viscosa (Ej.: abejas y hormigas). Es muy importante que se consuma la mayor cantidad de energía en el menor tiempo posible (tasa de ingesta energética) porque mientras se bebe el néctar, el animal se encuentra expuesto al ataque de cualquier depredador. La energía dependerá de la concentración de azúcares en el néctar, pero cuando el néctar tiene más nutrientes se hace más viscoso y, por lo tanto, más difícil de beberlo. Usando diferentes modelos de dinámica de fluidos, un grupo de investigadores del MIT liderados por Wonjung Kim determinaron la concentración óptima de azúcares en el néctar en función a la técnica empleada para beberla según reportaron en PNAS. Además observaron que esta concentración no dependía del tamaño del animal, ni de la cantidad ingerida, ni de la especie. Los resultados de Kim y sus colegas mostraron que la concentración adecuada de azúcares fue mayor para la inmersión viscosa empleada por las abejas y hormigas (52% – 60%, %=g/100ml) que para la succión activa o por capilaridad (30% – 40%). Las abejas cuentan con una lengua muy particular, la cual está llena de pelos. El néctar es capturado como si una se pusiera un papel toalla sobre un líquido derramado. Esta técnica le permite beber líquidos más viscosos a diferencia de la succión. Por ejemplo, si comparas la facilidad de beber una gaseosa (baja viscosidad) y un jugo de papaya (alta viscosidad) usando una pajilla te darás cuenta que en el segundo caso es más difícil hacerlo. Los mismo ocurre con los animales que usan la succión para beber el néctar, aunque hace unas semanas vimos que los colibríes no usan solamente la succión capilar, ya que poseen lenguas que funcionan como si fueran una esponja. Sin embargo, al contrastar los resultados obtenidos usando los modelos físicos y los resultados experimentales, Kim y sus colaboradores observaron que la concentración de azúcares en el néctar de las flores polinizadas por abejas (inmersión viscosa) o por colibríes y mariposas (succión) era del 35% y 25%, respectivamente. Esta limitación de nutrientes en la naturaleza se puede explicar si se toma en cuenta la coevolución entre las flores y los polinizadores. Las flores reducen sus niveles de nutrientes para mantener a sus polinizadores hambrientos y estos se vean en la necesidad visitar más flores a fin de saciar sus requerimientos energéticos, de esta manera, la probabilidad de fertilización más flores es mayor. Estos resultados también indicaría que las flores producen un tipo de néctar (más o menos concentrado) dependiendo de las especies encargadas de polinizarlas. Referencia: Kim, W., Gilet, T., & Bush, J. (2011). Optimal concentrations in nectar feeding Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1108642108 BioUnalm... Read more »
Kim, W., Gilet, T., & Bush, J. (2011) Optimal concentrations in nectar feeding. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1108642108 Optimal concentrations in nectar feeding Biology
Imagínate una versión de Misión Imposible donde Ethan Hunt mande un mensaje secreto, al otro lado del mundo, usando unas bacterias genéticamente modificadas. Tal vez lo primero que se te ocurrió fue que el mensaje se insertó en el genoma de la bacteria mediante un pedazo de ADN sintético, el cual porta un mensaje que es descifrado usando el código genético. Pero lo que hicieron un grupo de científicos norteamericanos fue desarrollar distintas cepas de E. coli portando proteínas fluorescentes que se expresan sólo ante la presencia de ciertos componentes químicos en el medio. El trabajo fue publicado en PNAS. En principio, lo que hicieron el equipo de investigadores del químico David Walt de la Universidad de Tufts fue usar organismos vivos como portadores de mensajes codificados (InfoBiología). Pero no lo hicieron de la manera tradicional que uno pensaría, en el cual el mensaje se escribiría y almacenaría en el propio genoma del organismo, Walt y sus colaboradores usaron la expresión de siete proteínas fluorescentes [Parte central de la figura de la izquierda] previamente insertadas en la bacteria E. coli y con ellas elaboraron un código basado en la combinación de dos colores sobre una matriz de nitrocelulosa [Figura de la derecha]. La ventaja de esta técnica a la cual bautizaron SPAM (Steganography by Printed Arrays of Microbes. Traducción libre: Estenografía por arreglo impreso de microbios), es que la expresión de las proteínas fluorescentes puede ser controlada de muchas maneras, por ejemplo: según el tipo de bacteria, el tipo de vector usado, el medio de cultivo, el promotor, la longitud de onda de la luz, etc., lo que permite obtener una amplia variedad de formas de codificar el mensaje —si no usas los factores correctos no podrás leer el mensaje original porque la combinación de colores no será la adecuada. Además, no se necesita de equipos especiales para leer el mensaje, las colonias de microbios son fácilmente observables. Para probar su técnica, el químico Manuel Palacios, líder del proyecto, insertó cada una las siete proteínas fluorescentes en dos cepas diferentes de E. coli. Una de las cepas expresaría las proteínas fluorescentes sólo en presencia de una sustancia química conocida como IPTG, mientras que la otra no lo necesitaría. Luego, las bacterias fueron cultivadas ordenadamente en un medio rectangular e “impresas” en una membrana de nitrocelulosa para ser enviada al destinatario. Finalmente, el receptor tomaría la membrana y lo imprimiría en un medio de cultivo adecuado, con los factores que permitan inducir la expresión de la fluorescencia determinada. Las bacterias son cultivadas en placas de dilución en un medio líquido (caldo de cultivo) y con un replicador se imprime 0.1ul de cada una en un medio sólido (agar). Una vez que las colonias crezcan son transferidas en una membrana de nitrocelulosa, el mensaje quedará impreso en ella. Esta lámina se envía al destinatario quien hará el proceso inverso, imprimiendo la membrana en otro medio de cultivo sólido enriquecido con los factores adecuados para la expresión de las proteínas fluorescentes. Como se usa un código basado en la combinación de dos colores, en total se obtendrá sistema alfanumérico de 49 caracteres (72 = 49). Los investigadores usaron 144 colonias para elaborar un mensaje de 70 caracteres: “this is a bioencoded message from the walt lab at tufts university 2011.” [Figura inicial]. Si el mensaje se requiere con urgencia, se usa la cepa que necesita el IPTG como inductor. Al añadir esta sustancia, los genes que codifican para las proteínas fluorescentes se sobreexpresarán inmediatamente y en 8 horas el mensaje será completamente claro. Por otro lado, si se quiere un mensaje retardado se usa la cepa que no requiere de IPTG. Esta cepa expresará las proteínas fluorescentes a medida que aumenta su concentración en la colonia, o sea, cuanto más bacterias hayan, para eso dependen de la velocidad de división dela bacteria y el mensaje tardará unas 48 horas en apreciarse claramente. Sin embargo, las bacterias pueden mutar fácilmente, lo que puede generar un cambio en el mensaje después de un tiempo prolongado. Esto sería lo mismo que decir “este mensaje de autodestruirá en 5 segundos varias semanas”. Bueno, no ayudaría mucho al secreto de las misiones de Ethan Hunt. Pero, la eficiencia de la técnica para codificar mensajes secretos se puede mejorar con el uso de genes de resistencia a diferentes antibióticos. Por ejemplo, Palacios et al. demostraron esto usando bacterias con los genes que codifican las proteínas fluorescentes acoplados al gen de resistencia a la kanamicina o ampicilina. Cada antibiótico seleccionaba una bacteria portando una proteína fluorescente diferente, así que el uso de uno u otro antibiótico generaba dos mensajes diferentes. Tal vez por ahora la técnica no sea muy práctica, pero el principio funciona correctamente. Una forma de mejorar esto sería reduciendo el tamaño de las colonias, tal vez confinándolas a chips de microarreglos y usando más antibióticos, y así aumentar la densidad de información, pero esto requeriría el uso de equipos sofisticados o microscopios para poder observar la fluorescencia. Referencia: Palacios, M., Benito-Pena, E., Manesse, M., Mazzeo, A., LaFratta, C., Whitesides, G., & Walt, D. (2011). InfoBiology by printed arrays of microorganism colonies for timed and on-demand release of messages Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1109554108 BioUnalm... Read more »
Palacios, M., Benito-Pena, E., Manesse, M., Mazzeo, A., LaFratta, C., Whitesides, G., & Walt, D. (2011) InfoBiology by printed arrays of microorganism colonies for timed and on-demand release of messages. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1109554108 InfoBiology by printed arrays of microorganism colonies for timed and on-demand release of messages Biology
Uno de los grandes anhelos de la humanidad desde tiempos muy remotos es encontrar la forma de prolongar su esperanza de vida. En el pasado se creía en el “agua de la eterna juventud”, ahora los científicos buscan los “genes de la eterna juventud”. Las sirtuinas fueron los candidatos más fuertes por muchos años ya que se demostró que prolongaban la vida de levaduras, moscas de la fruta y nemátodos hasta en un 50%. Sin embargo, muchos investigadores creen que este tipo de estudios tienden a confundir el efecto de un gen con el efecto de muchos genes que actúan de forma coordinada dentro de un organismo. El día de hoy, han aparecido dos estudios en Nature que ahondan más la controversia sobre este tema. Por un lado, se demuestra un efecto significativo en condiciones especiales mientras que por el otro se descarta cualquier tipo de relación entre las sirtuinas y la esperanza de vida. Muchos investigadores han dedicado gran parte de su carrera a encontrar genes y mecanismos biológicos relacionados con la vejez para modificarlos y prolongar la esperanza de vida de las personas. Uno de estos mecanismos se basa en la restricción calórica, la cual ha demostrado prolongar la vida de muchos organismos diferentes. Otros ven la clave en los telómeros y en el estrés oxidativo de las mitocondrias. Y desde hace 10 años, en las sirtuinas. Toda esta historia de las sirtuinas empezó en el año 2001, cuando dos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) descubrieron que la sobreexpresión del gen que codifica para las sirtuinas (SIR2) prolongaban la vida de las levaduras (Saccharomyces cerevisiae), nemátodos (Caenorhabditis elegans) y moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) hasta en un 50%. Se especulaba por ese entonces que la restricción calórica promovía la expresión del gen Sir2 y que moléculas como el resveratrol también tenían este mismo efecto. Y como era de esperarse, de este descubrimiento se anclaron varias empresas farmacéuticas para promocionar productos a base de activadores de las sirtuinas para el rejuvenecimiento de la piel. Sin embargo, estudios más recientes han puesto en jaque el efecto de la restricción calórica y el resveratrol sobre las sirtuinas. Es más, otros estudios no han encontrado relación significativa entre la sobreexpresión de las sirtuinas y la esperanza de vida, porque en este tipo de estudios se suele confundir el efecto de un gen con el efecto de la dotación genética de un organismo sobre la vejez. En otras palabras, puede ser que haya otros genes involucrados con la prolongación de la esperanza de vida, pero sus efectos se ven enmascarados por la sobreexpresión de un gen, el cual podría no tener nada que ver con el efecto observado. Con el fin de dar una respuesta definitiva a esta interrogante, un grupo de investigadores liderados por Camilla Burnett y el Dr. David Gems de la Escuela Universitaria de Londres, analizaron el efecto de las sirtuinas sobre la vejez en el nemátodo y la mosca de la fruta usando líneas transgénicas. En el primer experimento, desarrollaron un nemátodo transgénico que sobreexpresaba el gen Sir-2.1 —gen homólogo a Sir2 de las levaduras— al cual llamaron LG100. Como era de esperarse, este nemátodo vivió mucho más que el nemátodo silvestre (WT). Pero cuando Burnett et al. cruzaron 5 veces consecutivas al nemátodo LG100 con el WT, su esperanza de vida se redujo sin afectar sus niveles de sirtuinas. Por otro lado, los investigadores observaron que en los nemátodos LG100, un gen llamado Dyf se encontraba mutado. Ellos creían que tal vez Dyf mutante era el responsable de la mayor longevidad de estos nemátodos. Los resultados mostraron que los nemátodos con el gen Dyf mutante vivían más a pesar de que los niveles de sirtuinas eran similares al de los nemátodos WT. Lo mismo ocurrió con los nemátodos LG100 a los que le inactivaron el gen Sir-2.1 usando un ARN silenciador. Este mismo experimento fue repetido en la mosca de la fruta. En este caso desarrollaron moscas transgénicas que sobreexpresaban el gen dSir2 —homólogo al Sir2 de levaduras y al Sir-2.1 de nemátodos. Esta mosca transgénica vivía más que las moscas silvestres. Sin embargo, tal como en el experimento anterior, cuando las cruzaron con otras moscas normales, la esperanza de vida se reducía manteniendo los niveles de sirtuinas similares a las del grupo control. Todos estos resultados han tomado en cuenta la constitución genética de los organismos en estudio e indicarían que la sobreexpresión del gen Sir2 no es suficiente para prolongar la esperanza de vida de los nemátodos. [Curiosidad: Esta es una de las pocas veces que Nature publica un artículo con resultados negativos]. Sin embargo, los mismos investigadores que empezaron con esta historia en el 2001, han publicado una comunicación breve donde explican el por qué de sus resultados de aquel entonces. Resulta que durante el procedimiento de desarrollo del nemátodo transgénico se generó una mutación en el gen Dyf (el que acabamos de ver un par de párrafos atrás). Debido a esta mutación, la esperanza de vida se prolongaba hasta en un 50% en los nemátodos. Cuando Tissenbaum y Guarente quitaron esta mutación a los nemátodos LG100, la esperanza de vida aún se prolongaba pero sólo en un 10 a 14%, mucho menos a lo reportado en el 2001. Sin embargo, como vimos en el experimento de Burnett et al. la prolongación de la esperanza de vida por efecto del Dyf mutante no está relacionado con Sir2, pero cuando se analiza al revés, o sea, Sir2 con Dyf normal como lo hicieron Viswanathan y Guarente sí parece haber una cierta correlación. Estos datos contradictorios pero válidos generan más controversia, pero de lo que se puede estar seguro es que ni la restricción calórica ni el resveratrol influyen en la prolongación de la esperanza de vida a través de las sirtuinas. Referencias: Tissenbaum, H., & Guarente, L. (2001). Increased dosage of a sir-2 gene extends lifespan in Caenorhabditis elegans ... Read more »
Viswanathan, M., & Guarente, L. (2011) Regulation of Caenorhabditis elegans lifespan by sir-2.1 transgenes. Nature, 477(7365). DOI: 10.1038/nature10440 Regulation of Caenorhabditis elegans lifespan by sir-2.1 transgenes Tissenbaum, H., & Guarente, L. (2001) Increased dosage of a sir-2 gene extends lifespan in Caenorhabditis elegans. Nature, 410(6825), 227-230. DOI: 10.1038/35065638 Increased dosage of a sir-2 gene extends lifespan in Caenorhabditis elegans Burnett, C., Valentini, S., Cabreiro, F., Goss, M., Somogyvári, M., Piper, M., Hoddinott, M., Sutphin, G., Leko, V., McElwee, J.... (2011) Absence of effects of Sir2 overexpression on lifespan in C. elegans and Drosophila. Nature, 477(7365), 482-485. DOI: 10.1038/nature10296 Absence of effects of Sir2 overexpression on lifespan in C. elegans and Drosophila Biology
Las dendritas son como los tentáculos de las neuronas, encargadas de establecer las conexiones con otras neuronas a fin recibir y transmitir las señales y estímulos desde los tejidos hacia el cerebro, y viceversa. Sin embargo, a pesar de su importancia para el desarrollo del sistema nervioso, se sabe muy poco o nada sobre los mecanismos fisiológicos y moleculares implicados en su formación. En un artículo publicado hoy en PLoS Biology, un grupo de investigadores del Instituto Cerebral de Queensland han revelado el rol que cumplen dos moléculas complementarias —LIN-44 y LIN-17— en el desarrollo de las dendritas. Las dendritas son estructuras celulares complejas que se proyectan y ramifican desde la ‘cabeza’ una neurona hacia los ‘pies’ de otra. Su principal función es recibir los estímulos del ambiente o del entorno celular y transmitirlos a otras neuronas a través del axón. En otras palabras, son las encargadas de establecer las conexiones nerviosas (sinapsis). Sin embargo, debido a su complejidad y a la variedad de sus formas, los científicos no han podido entender de qué manera se desarrollan y qué factores están involucrados en ello. Los primeros trabajos se enfocaron en los factores de desarrollo de los axones, los cuales son más conocidos. Estos factores demostraron tener un efecto opuesto en el desarrollo de las dendritas. Recientemente, se han encontrado unas moléculas altamente conservadas y que están muy relacionadas con el desarrollo del sistema nervioso, tales como: las moléculas señalizadoras Wnt y los receptores Frizzled. En las ratas, las moléculas Wnt promueven la arborización de las dendritas, mientras que en la mosca de la fruta promueven el reordenamiento de las ramas de las dendritas. En los nemátodos, la proteína LIN-44 (miembro de la familia de las Wnt) regula la polaridad neuronal, la formación de las conexiones neuronales, la orientación y desarrollo de los terminales del axón; es por esta razón que es muy probable que también estén involucrados en las primeras etapas del desarrollo de las dendritas. El efecto de LIN-44 se da a través de su receptor LIN-17 (miembro de los receptores Frizzled). Para estudiar el efecto de este ligando y su receptor en el desarrollo de las dendritas, la Dra. Leonie Kirszenblat y sus colaboradores del Instituto Cerebral de Queensland usaron las neuronas sensoriales de oxígeno conocidas como PQR. Estas neuronas se caracterizan por ser únicas en cada nemátodo, desarrollarse una vez que eclosionan de los huevos y se convierten en larvas y tener sólo un axón y una dendrita, facilitando así el trabajo. Cuando los investigadores mutaron el gen lin-44, la dendrita de las neuronas PQR tuvieron serios problemas de desarrollo, siendo más pequeña de lo normal, muchas veces estaba ausente y en otras se extraviaba en su camino hacia el axón de otra neurona. Sin embargo, la LIN-44 no se expresaba propiamente en las neuronas PQR. Kirszenblat et al. observaron que este factor se expresaba en las células de la cola de los nemátodos, cerca a la localización final de la dendrita. Esto sugería que LIN-44 actúa como una señal atractiva que dirige el crecimiento de la dendrita hacia esa región. Para demostrar esta hipótesis, los investigadores expresaron el LIN-44 en otras regiones diferentes del nemátodo (Fig. A, verde) y observaron que la dendrita siempre crecía hacia la dirección donde se encontraba el factor (Fig. B). Los investigadores también demostraron que para un correcto desarrollo de la dendrita, LIN-44 debía expresarse durante el desarrollo embrionario. Cuando Kirszenblat y sus colegas extirparon las células de la cola de la larva del nemátodo (productoras de LIN-44), la dendrita de la neurona PQR no se vio afectada, mientras que cuando se inactivaba el gen lin-44 durante el desarrollo embrionario del nemátodo, la dendrita tenía el mismo problema de desarrollo que el observado en los mutantes. Por otro lado, cuando a las larvas mutantes se les reactivaba el gen lin-44 antes de que salgan del huevo, la dendrita se desarrollaba correctamente. Finalmente quedaba por analizar la forma cómo las neurona PQR detectaba la presencia de LIN-44. Los investigadores sabían que LIN-17 era la molécula receptora de LIN-44, así que la mutaron para ver que ocurría. Como era de esperarse, los nemátodos con el gen lin-17 mutante mostraban los mismos defectos que los mutantes para el gen lin-44. Además, Kirszenblat y sus colaboradores observaron que LIN-44 se expresaba en la membrana de la neurona PQR, lo que indicaría que la interacción de ligando LIN-44 y su receptor LIN-17, guía la formación de la dendrita. También encontraron que el factor EGL-20 (miembro de la familia de las Wnt) tenía un efecto similar a LIN-44. Este trabajo es muy importante ya que nos permite conocer una parte del intrincado mecanismo de formación de las redes neuronales. Sus implicancias dentro de las neurociencias son muchas, sobre todo si se pretende restaurar aquellas conexiones nerviosas que fallan en las personas con problemas de vista, oído o habla, o en aquellas personas con lesiones en la columna vertebral como producto de un accidente, a través del uso de las células madre. Referencia: Kirszenblat, L., Pattabiraman, D., & Hilliard, M. (2011). LIN-44/Wnt Directs Dendrite Outgrowth through LIN-17/Frizzled in C. elegans Neurons PLoS Biology, 9 (9) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001157 BioUnalm... 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Kirszenblat, L., Pattabiraman, D., & Hilliard, M. (2011) LIN-44/Wnt Directs Dendrite Outgrowth through LIN-17/Frizzled in C. elegans Neurons. PLoS Biology, 9(9). DOI: 10.1371/journal.pbio.1001157 LIN-44/Wnt Directs Dendrite Outgrowth through LIN-17/Frizzled in C. elegans Neurons Biology
Cuando a una mujer se le diagnostica un cáncer de ovario en etapas avanzadas, el pronóstico no es muy bueno. La única forma de prolongar su esperanza de vida es removiendo los tumores mediante una cirugía (citorreducción) y sometiéndolas a una quimioterapia agresiva. Sin embargo, remover el tejido canceroso es una tarea complicada porque es muy difícil diferenciarlo del tejido sano. Ahora, un grupo de investigadores holandeses han usado una molécula fluorescente para evidenciar la presencia del tejido canceroso facilitando así su eliminación. El artículo aparece publicado hoy en Nature Medicine. De todas las neoplasias que afectan a las mujeres, el cáncer epitelial de ovario es la causa más frecuente de muerte en EEUU y Europa. Este cáncer no muestra manifestaciones clínicas claras en los primeras etapas de desarrollo y la falta de pruebas discriminatorias hacen que el diagnóstico se de cuando ya es demasiado tarde. Por esta razón, sólo el 45% de las mujeres con cáncer de ovario llega a vivir más de 5 años, y este porcentaje se reduce considerablemente en etapas avanzadas. En la actualidad, el tratamiento más efectivo es la cirugía citorreductiva (remoción del tejido canceroso) combinada con la quimioterapia. Sin embargo, es muy difícil remover todas las células cancerosas y muchas veces éstas pueden ser bastante resistentes a los agentes terapéuticos. Este es un factor importante a tomar en cuenta en el pronóstico de la paciente ya que las células cancerosas que queden pueden volver a crecer y proliferarse rápidamente. Los cirujanos cuentan con la ayuda de los rayos X, la tomografía computarizada (CT), las imágenes de resonancia magnética (MRI) y el ultrasonido para visualizar los ovarios y remover los tumores, pero estas técnicas no permiten diferenciar claramente al tejido canceroso del tejido sano. Entonces, si se quiere mejorar la eficacia de la citorreducción se debe desarrollar algún tipo de estrategia que permita marcarlos selectivamente. Un grupo de científicos holandeses liderados por el Dr. Gooitzen van Dam de la Universidad de Groningen, han usado moléculas fluorescentes por primera vez en humanos para evidenciar la presencia de células cancerosas en tiempo real, y han facilitado el proceso de la cirugía citorreductiva [ver el video]. En el año 2008, Kalli et al. demostraron que la expresión del receptor α de folato (FR-α) se incrementa entre un 90 a 95% en las células cancerosas del ovario, siendo un blanco ideal para marcadores fluorescentes y agentes terapéuticos. Este receptor es ampliamente usado en el radiodiagnóstico del cáncer de ovario, donde el folato (vitamina B9) es conjugado con el DTPA —una molécula que captura metales— para ser marcado con elementos metálicos radiactivos. van Dam y sus colaboradores unieron una molécula fluorescente llamada fluoresceína al DTPA conjugado con el folato (Fig. a) y lo administraron vía intravenosa a diez pacientes de 60 años de las cuales cuatro presentaban tumores de ovario malignos. El folato viaja por el torrente sanguíneo hasta llegar a los ovarios donde es capturado por los FR-α, metiéndose al citoplasma de las células cancerosas y focalizando la fluorescencia sólo en los tejidos tumorales (Fig. b). Luego la fluoresceína es excitada con un láser a una longitud de onda 495nm, emitiendo fluorescencia verde a 520nm. Los cirujanos lograron diferenciar fácilmente al tejido canceroso de tejido sano y tuvieron una mayor facilidad para extirpar los pequeños tumores. La técnica demostró ser sumamente específica y tener una gran resolución, permitiendo localizar tejidos cancerosos tan pequeños como el punto final de esta oración. Sin embargo, aún falta investigar que factores afectan la expresión del receptor de folato ya que uno de los pacientes con cáncer de ovario maligno no expresó este receptor. Por suerte, los investigadores demostraron que la expresión de este receptor no se ve afectada a causa de la quimioterapia. Además, lo más resaltante de este trabajo fue que el tejido canceroso fue eliminado con mayor facilidad, mejorando así la eficiencia de la citorreducción. Ahora quedaría esperar y ver si hay una mejora significativa en la esperanza y calidad de vida de los pacientes sometidos a esta prueba experimental. Para que esta técnica sea más prometedora, deben identificarse moléculas que se expresen de manera específica en las células cancerosas de otros órganos como el útero, próstata, huesos, etc., para así desarrollar ligandos específicos que transporten la fluorescencia a las zonas afectadas. Por otro lado deben desarrollarse nuevas moléculas fluorescentes con longitudes de onda más largas —dentro del espectro infrarrojo cercano (>700nm)— para poder identificar tumores que se encuentran en tejidos más profundos y en órganos más internos. Referencia: van Dam, G., Themelis, G., Crane, L., Harlaar, N., Pleijhuis, R., Kelder, W., Sarantopoulos, A., de Jong, J., Arts, H., van der Zee, A., Bart, J., Low, P., & Ntziachristos, V. (2011). Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results Nature Medicine DOI: 10.1038/nm.2472 BioUnalm... Read more »
van Dam, G., Themelis, G., Crane, L., Harlaar, N., Pleijhuis, R., Kelder, W., Sarantopoulos, A., de Jong, J., Arts, H., van der Zee, A.... (2011) Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results. Nature Medicine. DOI: 10.1038/nm.2472 Intraoperative tumor-specific fluorescence imaging in ovarian cancer by folate receptor-α targeting: first in-human results Biology
[Antes de leer esta entrada, pueden leer acerca de Foldit en el artículo que escribí en el blog el año pasado] En tan solo tres semanas, los jugadores de Foldit han resuelto la estructura tridimensional de una enzima de un retrovirus llamada proteasa, cuya configuración ha sido esquiva a los científicos por más de una década. Según el artículo publicado hoy en Nature Structural & Molecular Biology, este logro provee una excelente oportunidad para diseñar fármacos más eficientes para tratar diferentes enfermedades virales como el VIH. Las proteínas están formadas por una determinada secuencia de aminoácidos. Cada aminoácido tiene propiedades químicas diferentes que influyen en la forma y función de la proteína. Como simple analogía, imagínense alambre metálico que adquiere una determinada forma en función a la fuerza que le apliques. En una proteína, las fuerzas son de atracción o repulsión en base a la naturaleza química de cada uno de los 20 aminoácidos diferentes que pueden conformarla. Para determinar la estructura de una proteína no basta con conocer su secuencia de aminoácidos, ya que las formas como éstos pueden interactuar son infinitas. Los científicos deben purificarlas, cristalizarlas y someterlas a los rayos X o a la resonancia magnética (RMN) para analizar la forma como dispersan o absorben la radiación electromagnética, y mediante programas de computación, analizar los datos para obtener la estructura final. Este proceso es sumamente largo y costoso, y muchas veces las proteínas no pueden purificarse o cristalizarse ya que se desnaturalizan (pierden su forma) en el proceso. Foldit es un juego de computadora en línea creado por investigadores de la Universidad de Washington, donde los jugadores manipulan las estructuras de proteínas cuyas configuraciones espaciales aún son desconocidas. Usando una serie de herramientas de modelamiento dispuestas en una interfaz gráfica amigable —algo así como el AutoCAD® que usan los ingenieros—, los jugadores doblan, giran, abren y cierran las cadenas de aminoácidos a fin de encontrar la disposición más estable. En Foldit, los jugadores no parten desde cero, o sea, no parten desde una cadena estirada de aminoácidos, sino parten desde una estructura predicha por una herramienta bioinformática llamada Rosetta. Este programa usa el siguiente algoritmo para encontrar la mejor estructura proteica: i) comienza con una cadena de aminoácidos completamente estirada; ii) mueve una parte de la cadena para obtener una nueva forma; iii) calcula la energía libre de la nueva forma; iv) acepta o rechaza el cambio de energía obtenido (diferencia entre la energía antes y después del movimiento); y v) repite los pasos ii, iii y iv hasta obtener una estructura final predicha. A todos estos pasos se llama “trayectoria” y el programa analiza aquella estructura que tuvo la trayectoria con la cantidad de energía más baja. Finalmente, se hace los ajustes de cada estructura mediante ligeros cambios en las interacciones químicas. Sin embargo, no siempre se obtiene la misma forma de baja energía porque las posibilidades son infinitas. Debido a la cantidad de cálculos que hace Rosetta, los desarrolladores usan los recursos de las computadoras de personas que voluntariamente las ofrecen al proyecto a través de una simple aplicación llamada Rosetta@home. Mientras no usas tu computadora, Rosetta@home entra en actividad y ejecuta el algoritmo el cual tu puedes observarlo, en tiempo real, como protector de pantalla. Entonces, a partir de la estructura proteica predicha por Rosetta, lo jugadores de Foldit empiezan a realizar pequeños movimientos a fin de encontrar las formas con menores cantidades de energía libre (termodinámicamente más estables). Además, al ser un juego multijugador, existe una participación colaborativa que acelera el proceso, ya que los jugadores se encuentran agrupados en “clanes” que trabajan de manera conjunta a fin de obtener más puntos y subir en el ranking. Aunque no lo crean, la competencia es muy fuerte ya que, si bien puede ser tomado como un prejuicio, los científicos y la gente que gusta de la ciencia son bastante geeks. Para el presente trabajo, el equipo del Dr. Firas Khatib puso un puzle a dos de los grupos más renqueados de Foldit —Contenders y Void Crushers. El puzle era la proteasa retroviral del Virus Mason-Pfizer del mono (M-PMV), el cual causa el SIDA en los simios. Estas enzimas cumplen un rol importante en la maduración y proliferación de los virus como el VIH y son usados como blancos de los retrovirales modernos, así que saber su estructura molecular precisa sería de gran ayuda para diseñar fármacos más específicos y eficientes. Los científicos han tratado de encontrar la forma de esta proteasa usando el reemplazamiento molecular (MR) por más de una década. Esta técnica se basa en determinar la estructura de una proteína comparándola con otras proteína similares con estructuras ya resueltas o a partir de otras formas cristalinas de la misma proteína mucho más fáciles de obtener. Durante las tres semanas que duró la competencia, los jugadores de Foldit lograron obtener la estructura de la proteasa —partiendo desde los modelos parciales obtenidos mediante RMN—, la cual fue bastante aproximada a la versión original determinada posteriormente mediante cristalografía de rayos X. Además, los modelos obtenidos por los jugadores (Fig. a) fue mejor que los obtenidos por la predicción de Rosetta (Fig. b, c y d). Las estructuras originales fueron determinadas posteriormente y se presentan de color azul en las cuatro figuras. a. Comparación con la estructura predicha por el jugador de Foldit (verde). b. Comparación con la estructura inicial predicha por Rosetta (amarillo). c y d. Comparación con las estructuras optimizadas predichas por Rosetta (rojo y celeste). Para que esta proteasa sea funcional, debe estar formada por dos de estas proteínas conocidas como monómeros. Entonces, la importancia de este trabajo es que al conocer la estructura más precisa de la proteína se pueden diseñar fármacos que actúen a nivel de su superficie y eviten que los monómeros se unan par formar la proteasa funcional. De esta manera, el virus perderá su capacidad de proliferación y la infección puede ser controlada. Por otro lado, predecir las estructuras usando Foldit y Rosetta@home reduce considerablemente los costos económicos y laborales que acarrea la purificación y cristalización de proteínas, a través de la interacción de los videojuegos y la investigación científica. Referencia: ... Read more »
Hace un poco más de un año, el biólogo Craig Venter sorprendió al mundo al desarrollar el primer microorganismo capaz de vivir con un genoma elaborado en un laboratorio (sintético), siendo el mayor avance de la biología sintética hasta la fecha. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Johns Hopkins (EEUU) han dado otro gran paso desarrollando la primera célula eucariota con un par de cromosomas semi-sintéticos según reportaron hoy en Nature. En mayo del 2010, el equipo del biólogo Craig Venter sintetizó químicamente el genoma completo de una bacteria sencilla llamada Mycoplasma mycoides, y lo ensambló dentro del citoplasma de otra bacteria, Mycoplasma capricolum. Esta bacteria, a pesar de tener un genoma sintético, era completamente funcional, creciendo y se dividiéndose como cualquier otra bacteria. Sin dudas, este trabajo es considerado como un hito dentro del campo de la biología sintética, la cual pretende desarrollar organismos vivos a medida, con funciones biológicas especiales —que no pueden ser encontrados de forma natural— para el desarrollo de nuevos productos y servicios (Ej. producción de novedosos fármacos y biomateriales a escala industrial, la biorremediación de áreas contaminadas con sustancias tóxicas, etc.). Ahora, un grupo de investigadores liderados por el Dr. Jef Boeke de la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore (EEUU), desarrollaron una levadura con dos cromosomas parcialmente sintéticos: el brazo derecho del cromosoma 9 (synIXR) y el brazo izquierdo del cromosoma 6 (semi-synVIL). Se puede decir que este trabajo es más complejo que el realizado por Venter ya que las levaduras son organismos eucariotas, por lo tanto, poseen un genoma mucho más largo y complejo, asociado con distintas proteínas que se encargan de empaquetarlo y formar los diferentes cromosomas. Además, el ADN de un eucariota está formado tanto por secuencias codificantes como no codificantes y cada gen está compuesto por regiones que llegan a expresarse en proteínas (exones) y regiones que no (intrones). Lo primero que hizo el equipo de Boeke fue diseñar en una computadora cada uno de los dos fragmentos sintéticos usando la secuencia genética original como molde. Para ello decidieron remover las secuencias altamente repetitivas, tales como: los transposones y retrotransposones, las regiones subteloméricas, y los genes que codifican para los ARN de transferencia, los cuales se caracterizan por desestabilizar el genoma. También cambiaron los codones de terminación de la transcripción TAG por TAA, el cual permitirá introducir aminoácidos artificiales más adelante. Además, les insertaron una región genética llamada LoxPSym que promueve las modificaciones genéticas a través de la recombinasa Cre, y unas etiquetas que faciliten la identificación de los genes del cromosoma sintético mediante PCR. En base al diseño elaborado en la computadora, los investigadores hicieron la síntesis química del brazo derecho del cromosoma 9 (synIXR, Fig. a) —que con un tamaño de ~90Kb corresponde al 20% de la longitud total del cromosoma— y de la región telomérica del brazo izquierdo del cromosoma 6 (semi-synVIL, Fig. b) —que con un tamaño de ~30Kb corresponde al 16% de la longitud total del cromosoma. [Dale click a la imagen para ampliarla]. a. Estructura de la región synIXR. b. Estructura de la región semi-synVIL. Leyenda: Las regiones verdes indican las etiquetas usadas para identificar la presencia del gen mediante una PCR, los rombos verdes indican la posición de las regiones de recombinación LoxPsym y las X indican los elementos que fueron removidos. Estas secuencias sintéticas fueron introducidas en las levaduras silvestres y poco después pasaron a reemplazar a las secuencias originales, obteniéndose así dos cromosomas semi-sintéticos. Las características morfológicas (tamaño y forma de las colonias) y fisiológicas (consumo de los nutrientes y niveles de expresión de genes) en las levaduras modificadas fueron normales, demostrando así que es posible integrar secuencias sintéticas en el genoma de un organismo eucariota. Finalmente, los investigadores demostraron si la incorporación de los 43 sitios LoxPSym promovían las modificaciones genéticas mediante el sistema SCRaMbLE (synthetic chromosome rearrangement and modification by loxP-mediated evolution, traducción libre: Evolución por modificación y rearreglo del cromosoma sintético mediado por los sitios LoxP). Para ello introdujeron una versión del gen que codifica para la recombinasa Cre —responsable de la recombinación a nivel de los sitios LoxP— que sólo se activaba en presencia de la hormona estradiol. Cuando se le aplicó la hormona, las levaduras mostraron un alto grado de mutaciones, principalmente inversiones, deleciones y otras combinaciones genéticas, que reducían la viabilidad de las células pero que aumentaban la diversidad fenotípica y la heterogeneidad genética de las mismas, demostrando así el potencial mutagénico del sistema SCRaMbLE para poder desarrollar variedades de organismos mejoradas, tal como en una partida de póker, que de todas las combinaciones posibles, de vez en cuando te tocará una ganadora. Si el SCRaMbLE puede ser optimizado para activarse ante determinados estímulos o ser más específico, se podría hablar ya de un proceso de evolución dirigida, donde tendríamos la capacidad de manipular las combinaciones genéticas a nuestro beneficio. Sin dudas, este ha sido otro gran avance en el campo de la biología sintética. No existen ningún impedimento —por lo menos teórico— para desarrollar una levadura con sus 12 cromosomas sintéticos. La mayor dificultad tal vez sería optimizar el genoma, tal como se hizo en este experimento, para que sea mucho más estable que su versión original. De dominar la técnica algún día, ya podríamos empezar a hablar de diseño de organismos a medida, con funciones biológicas aprovechables en todas las áreas de la industria y el desarrollo tecnológico, así que estoy seguro que muy pronto hablaremos de otros boom de la biología sintética. Referencia: ... Read more »
Dymond, J., Richardson, S., Coombes, C., Babatz, T., Muller, H., Annaluru, N., Blake, W., Schwerzmann, J., Dai, J., Lindstrom, D.... (2011) Synthetic chromosome arms function in yeast and generate phenotypic diversity by design. Nature. DOI: 10.1038/nature10403 Synthetic chromosome arms function in yeast and generate phenotypic diversity by design Biology
Los murciélagos cuentan con un sofisticado sistema de ecolocalización para orientarse con facilidad en la oscuridad la noche. Sin embargo, lo que más intriga a los científicos es la habilidad que tienen para cazar pequeños insectos en pleno vuelo o encontrar los frutos escondidos en las ramas de los árboles usando sólo el ultrasonido. Un grupo de investigadores liderados por los neurobiólogos Nachum Ulanovsky y Cynthia Moss del Instituto Weizmann de Ciencias han revelado que los murciélagos cuentan con un sistema de ecolocalización más sofisticado de lo que pensaban según reportaron hoy en PLoS Biology. En el año 1940, Griffin y Galambos demostraron que los murciélagos cuentan con un sofisticado sistema de ecolocalización que les permite orientarse en la oscuridad de la noche. Lo que hacen es emitir sonidos a muy altas frecuencias (ultrasonido) los cuales generan un eco cada vez que chocan con algún obstáculo. El eco es captado por los receptores sensoriales ubicados en sus grandes orejas, quienes se encargan de transferir la información hacia el cerebro para generar una representación acústica del entorno —tal como lo hacen los radares de los buques de guerra. Sin embargo, sigue siendo un misterio la forma como hacen los murciélagos para elaborar imágenes más precisas del entorno, tan precisas que les permitan cazar pequeños insectos en pleno vuelo o ubicar frutos escondidos entre las ramas de los árboles. Haciendo una analogía con la nuestra vista, cuando queremos ubicar a una determinada persona dentro de una foto grupal, nuestros ojos ajustan el campo de visión para obtener un mayor detalle de los rostros y así poder ubicar a la persona deseada con mayor facilidad. Entonces, ¿los murciélagos también tendrán la capacidad de ajustar su “campo de visión” acústico?. Se sabe que los murciélagos pueden controlar algunos aspectos de la adquisición sensorial para generar representaciones más detalladas del entorno, por ejemplo, variando la dirección y frecuencia de la emisión del ultrasonido. Sin embargo, aún sigue en debate si los murciélagos son capaces de ajustar el ancho de la onda sonora, con el fin de ampliar o reducir su campo de visión, concentrando la energía en una región puntual del espacio para así poder obtener una mayor información de éste. Lo que hizo el equipo de Ulanovsky & Moss fue registrar la trayectoria de vuelo de un murciélago de la fruta egipcio (Rousettus aegyptiacus) dentro de un gran cuarto oscuro lleno de diferentes obstáculos. Previamente, los murciélagos fueron entrenados para encontrar una pequeña esfera de plástico del tamaño de un mago. El ambiente contaba con 20 micrófonos especiales distribuidos en toda la sala los cuales grabaron los sonidos emitidos por el murciélago para poder orientarse. Los obstáculos aumentaban su complejidad en cada prueba para poder determinar las diferencias sonoras. Los investigadores usaron al R. aegyptiacus porque este murciélago produce los chasquidos ultrasónicos usando su lengua en vez de hacerlo con sus cuerdas vocales. Esta forma de producir el ultrasonido es más rudimentaria y no le permite tener un buen control sobre las vocalizaciones, por esta razón, será más fácil determinar las estrategias de localización que emplee para orientarse en ambientes cada vez más complejos. Los resultados mostraron que el murciélago egipcio usa dos estrategias para elaborar el mapa acústico del entorno. La primera estrategia consiste en emitir dos chasquidos ultrasónicos, uno a la derecha y otro a la izquierda en un determinado ángulo, siendo el punto de interés la región donde las dos ondas sonoras se superponen [Fig. B]. Cuando se aumentó la cantidad de obstáculos, los murciélagos aumentaron el ángulo de emisión de los dos chasquidos, de esta manera, el área de superposición de las ondas sonoras fue mayor. En otras palabras, cuando el ángulo de emisión de los chasquidos aumentaba, el campo de visión se ampliaba y se podía detectar una mayor cantidad de objetos. En ángulo también aumentó cuando el murciélago se acercaba a su objetivo. Izquierda. Disposición de las cámaras en el ambiente. B. Ángulo de emisión de los chasquidos La segunda estrategia empleada por los murciélagos egipcios era la modificación de la intensidad del ultrasonido. Cuando los obstáculos eran más complejos, los murciélagos aumentaban la intensidad en unos 9db. Esto suena lógico ya que al aumentar el campo de visión, la energía depositada en cada uno de los objetos debe ser la suficiente como para generar un buen eco y poder obtener una información más detallada del entorno, así que la intensidad del ultrasonido debe ser mayor. Por otro lado, la intensidad se reducía en unos 5db cuando el murciélago se acercaba a su objetivo, ya que el campo de visión se limita sólo a una región específica. Sin dudas los murciélagos cada vez nos sorprenden más. Hace algunas semanas vimos que los murciélagos vampiros tienen un sensor infrarrojo cerca a sus fosas nasales que les permiten saber en que regiones del cuerpo de sus víctimas la sangre circula más superficialmente. En este estudio vimos la capacidad de ampliar el campo de visión acústica mediante el aumento del ángulo de cada par de chasquidos y la variación de la intensidad del ultrasonido. Referencia: Yovel, Y., Falk, B., Moss, C., & Ulanovsky, N. (2011). Active Control of Acoustic Field-of-View in a Biosonar System PLoS Biology, 9 (9) DOI: 10.1371/journal.pbio.1001150 BioUnalm... Read more »
Yovel, Y., Falk, B., Moss, C., & Ulanovsky, N. (2011) Active Control of Acoustic Field-of-View in a Biosonar System. PLoS Biology, 9(9). DOI: 10.1371/journal.pbio.1001150 Active Control of Acoustic Field-of-View in a Biosonar System Biology
Los buenos padres tienen bajos niveles de testosterona
La testosterona es la principal hormona masculina que regula muchos aspectos de la fisiología y del comportamiento animal. Durante el cortejo y el apareamiento, los niveles de testosterona se incrementan para mejorar el éxito reproductivo del macho; mientras que durante la paternidad los niveles son bajos. Este mismo principio también se aplica a los humanos. Sin embargo, no se sabe exactamente si es el nivel de testosterona el que se reduce durante la paternidad o son los hombres con menos testosterona los mejores padres. Según un artículo publicado en PNAS, los niveles de testosterona son más bajos cuanto el padre permanece más tiempo con el hijo. La testosterona es la hormona responsable de las características típicas de un macho, tales como la musculatura, la agresividad, el libido y la seducción (cortejo). Si bien estas características pueden garantizar un emparejamiento exitoso, no garantiza el éxito reproductivo, el cual se mide en función a la cantidad de descendencia fértil que el macho pueda generar. La idea no es tener la mayor cantidad de hijos, si no que la mayor cantidad de hijos tengan los genes del padre y estos sean viables y puedan transmitirse a las futuras generaciones. Para ello se requiere que el padre cuide de sus hijos (paternidad) para asegurarse que lleguen a la madurez sexual y puedan transmitir sus genes. Es en este punto donde se genera un conflicto de intereses en el padre: seguir con los niveles de testosterona altos para poder aparearse con más hembras, o reducir los niveles de testosterona para reprimir su instinto de procreación y así dedicarse el mayor tiempo posible a sus hijos. En las aves se ha demostrado que se da el segundo caso —los machos reducen sus niveles de testosterona y se dedican más tiempo a los pichones. Sin embargo, en mamíferos no hay resultados concluyentes. En el caso de los humanos, este análisis es mucho más complejo principalmente por su naturaleza monógama y también porque somos una de las pocas especies donde la paternidad es bastante común, la cual puede durar más de 20 años, edad a la cual los hijos se independizan. Además, los factores sociales tienen mucha influencia sobre nuestro comportamiento. Si bien ciertos estudios han demostrado que los niveles de testosterona son menores en los padres que en los hombres solteros, no se han hecho estudios que muestren la variación hormonal de una persona soltera cuando pasa a ser padre. Para dar una respuesta más concluyente, un grupo de investigadores liderados por el Dr. Lee Gettler de la Universidad de Northwestern, reclutaron a un grupo de voluntarios filipinos (n=624) a quienes les tomaron muestras de saliva para cuantificar sus niveles de testosterona. A cada uno les tomaron dos muestras, una a los 22 años —cuando todos eran solteros— y otra a los 26 —cuando una parte de ellos eran padres. La primera muestra serviría como línea base de los niveles de testosterona. Los investigadores analizaron dos hipótesis: i) si aquellos jóvenes que se volvieron padres redujeron sus niveles de testosterona en comparación a los que seguían siendo solteros y ii) si los niveles de testosterona eran menores en aquellos padres que dedicaban más tiempo con sus hijos. Los resultados mostraron que cuando los jóvenes se volvieron padres, sus niveles de testosterona se redujeron considerablemente (un 26% durante el día y 34% durante la noche, Grupo 4) en comparación con los jóvenes que permanecieron solteros cuyos sus niveles de testosterona se redujeron en un 12% y 14% durante el día y la noche, respectivamente (Grupo 2). Los jóvenes que ya eran papás a los 22 años (Grupo 1) y los que estaban casados o conviviendo pero aún no eran padres (Grupo 3) redujeron sus niveles de testosterona similarmente a los jóvenes solteros. Por otro lado, la reducción de los niveles de testosterona al atardecer es un proceso fisiológico normal, sin embargo, esta reducción fue mayor en los jóvenes que se volvieron papás. Finalmente, tal como dice la segunda hipótesis, aquellos padres que dedicaban más tiempo a sus hijos (> 3 horas, según reportaron en una encuesta) tenían los niveles de testosterona mucho más bajos que aquellos padres menos dedicados. Además, lo padres con mayores niveles de testosterona reportaron tener más problemas maritales, como abandono y divorcios. Bueno, este experimento demostraría que los niveles de testosterona son bajos durante la paternidad y son aquellos con los menores niveles de esta hormona quienes serían mejores padres en el sentido que dedican mayor tiempo a sus hijos. Sin embargo, aún no me queda claro si son los bajos niveles de testosterona la causa de una buena paternidad o es la mayor dedicación de los padres quienes mantienen estos niveles de testosterona más bajos que en los padres menos dedicados. La primera opción tendría un predisposición genética, y la segunda, social, por lo tanto, epigenética. Referencia: Gettler, L., McDade, T., Feranil, A., & Kuzawa, C. (2011). Longitudinal evidence that fatherhood decreases testosterone in human males Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1105403108 BioUnalm... Read more »
Gettler, L., McDade, T., Feranil, A., & Kuzawa, C. (2011) Longitudinal evidence that fatherhood decreases testosterone in human males. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.1105403108 Longitudinal evidence that fatherhood decreases testosterone in human males Psychology
Vivimos en un mundo en el que todos los dispositivos electrónicos se hacen cada vez más pequeños, desde los celulares y las consolas de videojuegos que usamos cada día hasta los sofisticados equipos de laboratorio. Sin embargo, a pesar de toda esta revolución tecnológica, los microscopios de fluorescencia siguen siendo grandes, complejos y costosos. Un grupo de científicos de la Universidad de Stanford han desarrollado un microscopio de fluorescencia de tan sólo 2.4cm3 de volumen y 1,9g de peso. El trabajo apareció publicado hoy en Nature Methods. El avance de la tecnología ha permitido desarrollar dispositivos cada vez más pequeños, eficientes y baratos, gracias a los nuevos materiales semiconductores, los circuitos impresos, los diodos emisores de luz (LED) y los cables de fibra óptica. Este avance ha creado un gran impacto en las telecomunicaciones, la computación y la genómica. Sin embargo, los microscopios de fluorescencia aún siguen siendo grandes, pesados y costosos. Los microscopios de fluorescencia son ampliamente usados en muchos campos de la biología, especialmente en las neurociencias, gracias a que permiten ver las estructuras celulares a través del uso de biomoléculas fluorescentes. Pero su potencial es muy limitado ya que se requiere que el animal esté inmovilizado para poder obtener buenas imágenes de la función cerebral, algo que es un problema si lo que se quiere es estudiar su comportamiento. Con el paso de los años se desarrollaron microscopios de alta resolución basados en cables de fibra óptica y LEDs. Estos microscopios tenían la ventaja de ser pequeños y podían ser implantados en los animales vivos sin la necesidad de inmovilizarlos. La desventaja es que no son muy flexibles, tienen poca sensibilidad óptica y su campo de visión es muy limitado. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford liderados por el ingeniero electrónico Kunal Ghosh, han desarrollado un pequeño microscopio de tan sólo 2.4cm3 y 1.9gr de peso, el cual cabe con facilidad en la yema de un dedo. Este pequeño dispositivo usa un LED para producir luz azul, la cual pasa por un filtro de excitación que selecciona la longitud de onda precisa a la cual las moléculas emiten la fluorescencia. La lente del objetivo enfoca la luz en la muestra y recibe la fluorescencia emitida por esta, que luego pasa por otro filtro, uno de emisión, que diferencia la luz de la fluorescencia de la luz del LED. Finalmente, la imagen es captada en un sensor CMOS montado sobre un circuito impreso de menos de 1cm2, el cual transfiere la información a una computadora. Este mini-microscopio tiene un campo de visión de 600um x 800um y una resolución de 2.5um y, gracias a los avances en la optoelectrónica, las partes usadas para la fabricación de este dispositivo cuestan entre $1 y $10, comparado con los $25,000 a $50,000 de los microscopios de alta resolución de fibra óptica. Para demostrar las potencialidades de este mini-microscopio, Ghosh et al. hicieron dos pruebas en ratones vivos. Primero estudiaron la circulación sanguínea cerebral tanto en estado de reposo como en actividad y luego analizaron la dinámica del Calcio en las neuronas de Purkinje ubicadas en el cerebelo. Para la primera prueba, los investigadores marcaron glóbulos rojos de los ratones con moléculas fluorescentes, luego implantaron el dispositivo en la cabeza del animal y empezaron a capturar las imágenes de los capilares cerebrales mientras el ratón estaba en reposo, caminando y corriendo en su rueda giratoria. Cada 2 segundos se capturaba una imagen. Los resultados [ver el video] muestran que la circulación se incrementa claramente cuando el ratón está más activo. Para la segunda prueba, los investigadores usaron una molécula que emite fluorescencia ante la presencia del Ca2+. Por si no lo saben, las neuronas transmiten la información desde el cerebro hacia el resto del cuerpo a través del impulsos eléctricos los cuales son generados mediante la polarización de las membranas de los axones a través del flujo de iones de calcio y sodio. A este proceso se le conoce como potencial de acción. Ghosh y sus colaboradores se enfocaron en las neuronas de Purkinje del cerebelo que es la región del cerebro encargada de las funciones motoras (movimiento). Los investigadores observaron que la dinámica del calcio se daba de manera sincronizada en las neuronas de una determinada microzona. Las microzonas son divisiones del cerebelo encargadas del movimiento de determinadas partes del cuerpo del animal. Las potenciales aplicaciones de este dispositivo son muchas. Pueden usarse para identificar fenotipos mutantes in vivo, para el conteo de células, para diagnóstico de enfermedades como la TBC, etc. Referencia: Ghosh, K., Burns, L., Cocker, E., Nimmerjahn, A., Ziv, Y., Gamal, A., & Schnitzer, M. (2011). Miniaturized ... Read more »
Ghosh, K., Burns, L., Cocker, E., Nimmerjahn, A., Ziv, Y., Gamal, A., & Schnitzer, M. (2011) Miniaturized integration of a fluorescence microscope. Nature Methods. DOI: 10.1038/nmeth.1694 Miniaturized integration of a fluorescence microscope Physics
Hemos hablado un par de veces sobre parásitos controladores de mente… no, no es ciencia ficción, en realidad existen. Por ejemplo, los hongos del género Ophiocordyceps infectan a las hormigas convirtiéndolas, literalmente, en zombis, controlando no sólo su comportamiento, sino también sus movimientos musculares, obligándoles a ubicarse en hojas que favorezcan la esporulación del hongo. También tenemos el caso de un Toxoplasma que infecta a las ratas y les hace perder su miedo a los gatos, siendo devorados con mayor facilidad y favoreciendo la transmisión del protozoo entre los gatos, su principal hospedero. Ahora, un grupo de investigadores liderados por la Dra. Kelli Hoover descubrieron el mecanismo de acción de un virus que controla el comportamiento de una oruga. El artículo fue publicado hoy en Science. La oruga de la polilla gitana (Lymantria dispar) lleva un ritmo de vida tranquilo. Durante el día se esconde en las grietas de la corteza de los árboles o baja hasta el suelo para protegerse de sus depredadores, principalmente las aves; mientras que por las noches, trepa nuevamente hacia las hojas superiores para alimentarse. Sin embargo, cuando es infectado por un baculovirus conocido como LdMNPV, su comportamiento cambia radicalmente. Justo antes de morir, trepa hacia las hojas más altas y ya no vuelve a bajar nunca más. Una vez muerta, la oruga se derrite gracias a la acción de unas enzimas liberadas por el virus, y cae como una gota de lluvia, liberando millones de virus en las hojas inferiores. Estas hojas quedan contaminadas con el virus y las orugas que se alimenten de ellas, se infectarán repitiendo el ciclo nuevamente. Bonita estrategia ¿cierto?. Pero el mecanismo genético y fisiológico detrás de esta habilidad del virus recién ha podido ser explicado. Se ha hipotetizado que es el gen egt responsable de esta actividad. Este gen codifica una proteína llamada EGT la cual tiene la capacidad de inactivar la acción de una hormona esteroidea de la oruga conocida como 20-hidroxiecdisona (20E) mediante la transferencia de una molécula de UDP. Esta hormona es responsable de activar el proceso de muda (cambio de piel) en la oruga. Para corroborar esta hipótesis, Hoover et al. inactivaron el gen egt del baculovirus y lo inocularon en las orugas las cuales fueron introducidas en una botella de experimentación artificial. Los resultados mostraron que aquellas orugas que fueron infectadas con el virus modificado restablecieron su comportamiento normal ya que regresaban la base de la botella, donde finalmente morían. Mientras que las orugas infectadas con el virus silvestre, trepaban a la parte superior de la botella justo antes de morir. En otras palabras, el virus controla el comportamiento de la oruga a nivel del sistema hormonal. Este resultado demostraría el concepto del Fenotipo Extendido el cual fue propuesto por Richard Dawkins. El fenotipo extendido quiere decir que los genes no sólo tienen un efecto sobre el propio individuo, sino también sobre el ambiente que lo rodea. En este experimento vimos que el gen egt modifica el comportamiento de la oruga al interferir con su sistema hormonal. Referencia: Hoover, K., Grove, M., Gardner, M., Hughes, D., McNeil, J., & Slavicek, J. (2011). A Gene for an Extended Phenotype Science, 333 (6048), 1401-1401 DOI: 10.1126/science.1209199 BioUnalm... Read more »
Los colibríes ‘cantan y enamoran’ con las plumas de la cola
Es común en el mundo de los pájaros conseguir una pareja a través del canto. Sin embargo, ciertos colibríes tienen una extraña forma de cantar ya que el sonido que emiten no viene de sus bocas sino de la plumas de su cola. Usando un túnel de viento, cámaras de alta velocidad y láseres, un grupo de investigadores estadounidenses han revelado el secreto del canto de los colibríes en un artículo publicado hoy en Science. Los pájaros se valen del canto, los silbidos y los chillidos para llamar la atención del sexo opuesto. Los colibríes también lo hacen. Sin embargo, por muchos años, los ornitólogos no entendían de donde se originaba el canto de ciertas especies de colibríes que no tenían la capacidad de emitir sonidos por la boca. Fue recién en el año 2008 cuando un grupo de investigadores liderados por el Dr. Christopher Clark de la Universidad de Yale descubrieron que el sonido se originaba en las plumas de la cola. Los machos de este grupo de colibríes, entre ellos ciertas especies de los géneros Selasphorus, Chaetocercus, Calypte y Archilochus, se elevaban entre 5 y 40 metros para luego caer en picada frente a las hembras haciendo una serie de piruetas. Se cree que el aire que fluye a altas velocidades por las plumas de sus colas las hacen vibrar a determinadas frecuencias, cada una emitiendo un sonido característico. En esta oportunidad, Clark et al. sometieron las plumas de las colas de 14 especies de colibríes diferentes a unas exhaustivas pruebas en un túnel de viento y analizaron sus patrones de vibración bajo una cámara de alta velocidad y un vibrómetro de láser Doppler (SLDV, por sus siglas en inglés). La primera prueba que hicieron Clark y sus colaboradores fue analizar el efecto de la velocidad del viento sobre la vibración de las plumas y la generación del sonido. A velocidades bajas, la pluma no vibraba ni emitía sonido alguno. Sin embargo, a medida que la velocidad del viento aumentaba, ciertas regiones de la pluma empezaron a vibrar aunque el sonido aún estaba ausente. A partir de los ~7m/s (velocidad crítica), la vibración pasaba a ser una oscilación rítmica y el sonido se hacía perceptible, haciéndose más ruidoso a medida que la velocidad del viento seguía en aumento. Clarck y sus colaboradores observaron además que la frecuencia de vibración dependía de la forma de las plumas. En total encontraron cuatro modos diferentes de vibración: veleta (celeste), curvada (verde), torsión de la punta de la pluma (rojo) y una torsión global de la pluma (amarillo). Por otro lado, al analizar la vibración de las plumas con el SLDV, Clark et al. observaron que algunas plumas tenían más de un modo de vibración y que esta dependía de la orientación del viento. Esto tendría sentido ya que los colibrís no sólo emiten un único sonido, al hacer piruetas en la caída libre, cambian la orientación del viento que incide sobre sus plumas, variando así su frecuencia de vibración y obteniendo nuevos sonidos, los cuales sonarán más a un canto que a un chillido. Hasta ahora todo estos experimentos fueron realizados usando plumas individuales. Pero, como el flujo de aire provoca que las plumas oscilen a una frecuencia de resonancia intrínseca, esta puede interactuar con la resonancia de las otras plumas adyacentes. Clark observó que cuando se ponían dos plumas, una junta a la otra y sin llegar a tocarse, la intensidad del sonido aumentaba hasta en 4 veces. Además, como no todas las plumas de la cola de un mismo colibrí son idénticas —al menos hay dos tipos diferentes de ellas—, la vibración de las dos será diferente y pueden llegar a chocar una con la otra, modificando el sonido y la frecuencia del mismo, haciendo más rico el ‘canto’ de esta pequeña ave. Con estos experimentos, Clark et al. han demostrado la función de las plumas de la cola de los colibríes machos como órganos acústicos importantes al momento de cautivar a la hembra. También con esto queda claro de que no es las acrobacias aéreas del macho lo que llama la atención de las hembras, sino los sonidos que se pueden obtener al variar la velocidad y dirección del flujo de aire que pasa por sus colas. ¿Qué otros animales aprovechan de su colita para enamorar? Referencia: ... Read more »
Clark, C., Elias, D., & Prum, R. (2011) Aeroelastic Flutter Produces Hummingbird Feather Songs. Science, 333(6048), 1430-1433. DOI: 10.1126/science.1205222 Aeroelastic Flutter Produces Hummingbird Feather Songs Biology
La BRCA1 inhibe el desarrollo de tumores manteniendo condensado el ADN
A mediados de los años 1990’s, se hizo un notable descubrimiento dentro del campo de la oncología. Resulta que aquellas mutaciones que inactivaban el gen de la proteína BRCA1, estaban relacionados con la predisposición a desarrollar cáncer de ovario y/o mama. Pese a su importancia, nadie sabía a ciencia cierta qué función específica cumplía este supresor tumoral. Un artículo publicado hoy en Nature revela que BRCA1 mantiene el ADN condesando previniendo la transcripción de unas secuencias repetitivas que son las responsables del desarrollo del cáncer. Nuestro ADN es tan largo que si lográramos estirarlo alcanzaría una longitud de dos metros. Entonces, para que pueda entrar en el pequeño tamaño del núcleo celular debe enrollarse y empaquetarse sobre sí mismo —condensación del ADN— con la ayuda de proteínas conocidas como histonas. Sin embargo, para que los genes puedan expresarse, el ADN no debe estar muy enrollado para facilitar el acceso de la proteína encargada de transcribir la información genética de ADN a ARN. Estas regiones donde el ADN se encuentra poco condensado es conocida como la eucromatina; mientras que las regiones donde el ADN se encuentra más condensado es conocida como heterocromatina. La heterocromatina, por lo general, es una región inactiva del genoma (no llega a expresarse) y está conformada por secuencias de nucleótidos repetidas en tándem (conocidas como ADN satélite), siendo en los telómeros y los centrómeros las regiones más condensadas de todo el genoma. La heterocromatina se puede identificar fácilmente usando un tinte conocido como DAPI. Aquellas regiones del núcleo que se tiñen fuertemente de color azul evidenciarán la presencia de la heterocromatina. Al usar este tinte para analizar la distribución del ADN en el núcleo de células mutantes para la proteína BRCA1, Zhu y sus colaboradores observaron que había una reducción significativa en el número de regiones heterocromáticas. Esto indicaría que, de alguna manera, la ausencia de la proteína BRCA1 afectaba la organización y estructura de la heterocromatina. Además, los investigadores observaron que este efecto se daba cerca a los centrómeros. Entonces, si la heterocromatina pericéntrica está estructuralmente desorganizaba, esto quiere decir que se encontraba menos condensada, facilitando así su expresión. Para corroborar esta hipótesis Zhu et al. analizaron los niveles de expresión del ADN satélite que se encontraba flanqueando al centrómero y encontraron que estos se habían elevado considerablemente en las células con el BRCA1 mutado con respecto a las células sanas. Pero, ¿cuál es la relación de la BRCA1 con la heterocromatina?. Los investigadores observaron que la BRCA1 tiene la capacidad de ubiquitinar —añadir una molécula de ubiquitina (Ub)— a una histona conocida como H2A gracias a su actividad E3-ligasa. Esta histona H2A-Ub se acumula en el ADN satélite pericéntrico y es la responsable de formar la heterocromatina súper condensada. Entonces, cuando el ADN satélite está condensado gracias a la H2A-Ub, no llega a expresarse (es silenciado). Estos resultados fueron demostrados cuando suprimieron la expresión del ADN satélite en células BRCA1— mutantes simplemente administrándoles directamente la histona ubiquitinada. ¿Y qué tiene que ver el ADN satélite con el desarrollo del cáncer?. Resulta que la expresión de este ADN repetitivo está relacionado con una serie de factores que desencadenan en un cáncer ya que dañan espontáneamente el ADN, afectan la recombinación homóloga generando aberraciones cromosómicas, detienen el crecimiento celular, genera malas distribuciones cromosómicas a las células hijas en la división celular provocando aneuploidías e inestabilidad genómica, etc. Así que la inactivación de la BRCA1 debido a mutaciones generará todos estos problemas. Si bien todos estos resultados fueron obtenidos a partir de cultivos celulares de humanos y ratones, Zhu et al. demostraron que lo mismo ocurría in vivo. Al analizar a ocho individuos con la proteína BRCA1 mutada observaron que dos secuencias de ADN satélites pericéntricas conocidas como SATa y CFXr se sobre-expresaban, demostrando así la validez de los resultados en humanos. Los investigadores también demostraron que BRCA1 tiene la capacidad de reparar el ADN dañado a través de mecanismos de recombinación homóloga y para ello no requiere de la actividad E3-ligasa. Ya que el alelo mutante puede ser transmitido a los hijos, la predisposición al cáncer muchas veces es hereditaria. Sin embargo, no se sabe si basta con la presencia de un alelo brca1 mutante para provocar este efecto sobre la heterocromatina pericéntrica. De no ser así, ¿bastaría la presencia de un alelo sano para evitar estos problemas?. Referencia: Zhu, Q., Pao, G., Huynh, A., Suh, H., Tonnu, N., Nederlof, P., Gage, F., & Verma, I. (2011). BRCA1 tumour suppression occurs via heterochromatin-mediated silencing Nature, 477 (7363), 179-184 DOI: 10.1038/nature10371 BioUnalm... Read more »
Zhu, Q., Pao, G., Huynh, A., Suh, H., Tonnu, N., Nederlof, P., Gage, F., & Verma, I. (2011) BRCA1 tumour suppression occurs via heterochromatin-mediated silencing. Nature, 477(7363), 179-184. DOI: 10.1038/nature10371 BRCA1 tumour suppression occurs via heterochromatin-mediated silencing Biology
¿Las células madre podrían salvar de la extinción a las especies amenazadas?
“…Estamos en un futuro no muy lejano. Un grupo de investigadores han traído nuevamente a la vida a una población de rinocerontes blancos extintos hace algunos unos años atrás. Esto se logró gracias a que a inicios del siglo XXI, los científicos de la época decidieron congelar y almacenar células del fibroblasto de todos los animales del planeta, sobre todo de los que en ese entonces se encontraban en peligro de extinción. Lo que hicieron fue transformar los fibroblastos del rinoceronte blanco en células madre y a partir de ellas generar espermatozoides y óvulos los cuales fueron fertilizados y desarrollados en un vientre artificial”. Bueno, esta historia podría ser posible ya que científicos estadounidenses han desarrollado células madre a partir de fibroblastos de dos especies en peligro de extinción según un artículo publicado hoy en Nature Methods. Durante los últimos años, se ha desarrollado y perfeccionado una técnica para generar células madre a partir de células ya diferenciadas como las células del fibroblasto. Mediante la inserción de ciertos genes, los científicos son capaces de reprogramar una célula diferenciada para restaurar su capacidad de convertirse en cualquier otro tipo de célula (pluripotencia). Estas células madre inducidas a pluripotencia (iPSC) han permitido regenerar células del hígado, del sistema nervioso, entre otras. Entonces, las iPSC también tendrían la capacidad de regenerar células germinales masculinas y femeninas, y así obtener óvulos y espermatozoides. Se imaginan si tuviéramos la capacidad de generar células germinales de animales en peligro de extinción, sobre todo de aquellos cuyos números poblacionales son tan bajos que hace difícil elaborar programas de repoblamiento debido a la depresión endogámica. Podríamos tomar células de diferentes individuos, reprogramarlas y convertirlas en células germinales, luego hacer fertilización asistida entre diferentes individuos para generar variabilidad genética y así repoblar una especie amenazada. Lamentablemente, las técnicas para generar iPSC sólo han sido desarrolladas para células humanas y animales de investigación como ratones y monos Rhesus. Científicos del Instituto de Investigación Scripps liderados por la Dra. Inbar Friedrich Ben-Nun han adaptado las técnicas de desarrollo de iPSC para la reprogramación de células dos especies amenazadas: el dril (Mandrillus leucophaeus) y rinoceronte blanco del norte (Ceratotherium simum cottoni). El dril es uno de los monos más amenazados del mundo, sólo se encuentran algunas pocas poblaciones en Nigeria, Camerún y Guinea Ecuatorial. Por su parte, el rinoceronte blanco está prácticamente extinto, actualmente sólo existen siete individuos. Por suerte, el Instituto para la Investigación y Conservación del Zoológico de San Diego tiene un programa llamado Frozen Zoo® el cual fue establecido en 1972 para congelar y preservar material biológico que consiste en ADN, cultivo de células viables, esperma, óvulos, sangre, etc. de 8,400 individuos de unas 800 especies, para futuros esfuerzos de protección y conservación de especies amenazadas. Friedrich Ben-Nun y sus colegas tomaron los fibroblastos almacenados en el Frozen Zoo® de estas dos especies y usaron la misma técnica empleada para generar las iPSC humanas. Usando un retrovirus, los investigadores insertaron los cuatro factores encargados de la reprogramación celular: POU5F1 (también conocido como OCT4), SOX2, KLF4 y MYC, y lograron obtener cuatro tipos diferentes de iPSC de dril pero ninguna del rinoceronte blanco. El problema fue que el retrovirus no reconocía las células del rinoceronte blanco tal como lo hacía con las células del dril quien es una especie más relacionada con nosotros. Entonces, los investigadores cambiaron de retrovirus por uno que si reconozca e infecte las células del rinoceronte blanco —el VSV— y gracias a esta modificación lograron obtener tres tipos diferentes de iPSC. La adaptación de la técnica en estas dos especies fue un éxito. Las iPSC generadas fueron viables y normales. Los genes introducidos fueron silenciados y los genes relacionados con la pluripotencia se activaron una vez los fibroblastos fueron reprogramados. Además, las iPSC no mostraron problemas de segregación cromosómica (aneuploidías). Otro resultado alentador fue que las iPSC pudieron formar cuerpos embrioides in vitro, quienes tienen la capacidad de generar las tres capas germinales de los animales: mesodermo, endodermo y ectodermo. Con este estudio, Friedrich Ben-Nun y sus colaboradores demostraron que se podría obtener iPSC de cualquier animal. Sin dudas las aplicaciones de las iPSC son grandes. Tendríamos la capacidad de generar células germinales y mediante fertilización asistida podríamos establecer programas de repoblamiento sin el riesgo de perder diversidad genética. Por otro lado, se pueden usar las iPSC para la terapia celular en animales que se ven amenazados por enfermedades extrañas como la diabetes y otros problemas degenerativos. Sin embargo, se requiere del uso de factores de reprogramación celular específicos de cada especie ya que la eficiencia obtenida usando los factores humanos fue sumamente baja. El problema es que para obtener los factores específicos de cada especie primero deben ser identificados estudiando los factores que se expresan durante el desarrollo embrionario de estos animales amenazados, algo que en la práctica es imposible, más aún si no tienen sus genomas secuenciados. Por suerte, la iniciativa de Frozen Zoo® nos permitirá conservar para el futuro una de las partes fundamentales de los organismos: su ADN. Referencia: Friedrich Ben-Nun, I., Montague, S., Houck, M., Tran, H., Garitaonandia, I., Leonardo, T., Wang, Y., Charter, S., Laurent, L., Ryder, O., & Loring, J. (2011). Induced pluripotent stem cells from highly endangered species Nature Methods DOI: 10.1038/NMET... Read more »
Friedrich Ben-Nun, I., Montague, S., Houck, M., Tran, H., Garitaonandia, I., Leonardo, T., Wang, Y., Charter, S., Laurent, L., Ryder, O.... (2011) Induced pluripotent stem cells from highly endangered species. Nature Methods. DOI: 10.1038/NMETH.1706 Induced pluripotent stem cells from highly endangered species Biology
Los antibióticos fueron descubiertos hace más de 70 años por Alexander Fleming y desde entonces los hemos producido y usado día a día para curar la mayoría de nuestros males. Se sabe que el uso excesivo o inadecuado de los antibióticos genera una fuerte presión selectiva sobre las bacterias patógenas propiciando la aparición de cepas resistentes. Sin embargo, un grupo de investigadores canadienses han demostrado que la resistencia a los antibióticos es un fenómeno natural ancestral ya que se han encontrado genes de resistencia en muestras de hielo de 30,000 años de antigüedad según un artículo publicado en Nature. Estudios recientes muestran que la concentración de genes de resistencia que hay en las bacterias que habitan nuestro cuerpo (ya sean comensales o patógenas) como en las bacterias de vida libre han aumentado durante los últimos años. Sin embargo, cuando se hacen análisis de ADN ambiental se encuentra una gran reserva de secuencias homólogas a los genes de resistencia conocidos, sugiriendo que la presencia de estos genes no es un fenómeno moderno sino que tiene una historia natural muy antigua, tal vez desde el momento en que se originaron los primeros antibióticos hace unos 40 a 2,000 millones de años. Para determinar si los genes de resistencia actuales aparecieron debido al uso de los antibióticos o ya estaban presentes desde mucho más antes, un grupo de investigadores canadienses liderados por la Dra. Vanessa D’Costa y su colega Christine King de la Universidad McMaster, analizaron las secuencias de ADN presentes en un bloque de hielo extraído del norte de Canadá, cerca a la ciudad de Dawson, la cual permaneció inalterada por al menos unos 30,000 años (permafrost perteneciente al Pleistoceno tardío). Antes de empezar con sus análisis, los investigadores corroboraron de que no hubo contaminación con bacterias modernas al momento de extraer el núcleo de hielo y que el ADN presente era en realidad ancestral. Luego, hicieron un análisis metagenómico —secuenciaron todo el ADN presente en la muestra, sin importar a que especie de bacteria correspondía— y encontraron genes de resistencia a la tetraciclina (TetM), a la vancomicina (VanX), a la penicilina (Bla), entre otros. D’Costa et al. aislaron estos genes y los introdujeron en unas bacterias para analizar y comparar sus secuencias con los genes de resistencia modernos. Por ejemplo, las B-Lactamasas (Bla) tenían un alto grado de similaridad con las Bla modernas, lo mismo ocurrió con las TetM. En ambos casos, los genes de resistencia ancestrales se agrupaban con los genes de resistencia de los actinomicetos modernos. Pero, lo que les pareció más intrigante a los investigadores fue que la resistencia a la vancomicina ancestral tenía una estructura y una función similar a la versión moderna. Este descubrimiento se debe de tomar muy en cuenta ya que la vancomicina es un antibiótico usado como último recurso, cuando los demás antibióticos no funcionan. La resistencia a la vancomicina apareció a finales de los años 1980’s y se ha diseminado rápidamente a muchas otras bacterias patógenas. Esta resistencia se da gracias a la acción de un operón compuesto por tres genes: vanH–vanA–vanX (vanHAX), que en conjunto inhiben la acción del antibiótico y reactivan la síntesis de la pared celular bacteriana. El estudio mostró que la resistencia ancestral también estaba formada por este grupo de genes y la proteína vanA ancestral era estructuralmente similar a la vanA moderna. Esto quiere decir que la aparición de cepas resistentes no sólo se debe a la presión selectiva ejercida por los antibióticos usados en la medicina moderna, sino que también hay un reservorio de genes de resistencia que ha estado rondando por el ambiente durante miles de años, los cuales aceleran los brotes de bacterias resistentes en diferentes partes del mundo. Esto nos enseña que las bacterias siempre nos llevan la delantera. Referencia: D’Costa, V., King, C., Kalan, L., Morar, M., Sung, W., Schwarz, C., Froese, D., Zazula, G., Calmels, F., Debruyne, R., Golding, G., Poinar, H., & Wright, G. (2011). Antibiotic resistance is ancient Nature DOI: 10.1038/nature10388 BioUnalm... Read more »
D’Costa, V., King, C., Kalan, L., Morar, M., Sung, W., Schwarz, C., Froese, D., Zazula, G., Calmels, F., Debruyne, R.... (2011) Antibiotic resistance is ancient. Nature. DOI: 10.1038/nature10388 Antibiotic resistance is ancient Biology
Uno de los retos más grandes dentro de las investigaciones biológicas es poder ver las células que conforman los tejidos internos de los animales entre tres dimensiones y con una resolución que hasta ahora sólo era obtenida con animaciones computarizadas. Un grupo de investigadores japoneses han desarrollado una novedosa solución acuosa llamada Scale que permite volver los tejidos en estructuras ópticamente transparentes, sin perder su forma ni función. Además, han usado esta sustancia para estudiar a fondo el cerebro de ratones a una escala subcelular y con una resolución sin precedentes. El artículo fue publicado ayer en Nature Neuroscience. Una de las cosas más difíciles es observar la disposición estructural y la geometría que adoptan las células en los tejidos que forman órganos como el hígado, los riñones o el cerebro. Una de las formas de obtener imágenes tridimensionales es usando técnicas de tomografía por resonancia magnética, la cual carece de una resolución a nivel celular y subcelular. Otra forma es rebanando (seccionando) un determinado tejido en tajadas sumamente delgadas y observándolas bajo un microscopio electrónico. Si bien esta última técnica permite reconstruir la estructura tridimensional de un tejido, el proceso es sumamente laborioso y costoso —sólo se puede analizar una pequeña porción de un determinado tejido. El seccionamiento óptico usando proteínas fluorescentes permite acelerar el proceso y reducir los costos. Sin embargo, su poder de penetración está limitado por la dispersión de la luz. Por ejemplo, la microscopia de escaneo láser confocal sólo tiene un poder de penetración de 150um, mientras que la microscopía de excitación de dos fotones puede alcanzar los 800um. Si nos preguntamos cómo podríamos solucionar el problema de la dispersión de la luz la respuesta más lógica sería incrementando la transparencia de los tejidos, para que la luz pueda penetrar más distancia antes de refractarse. En el mercado existen sustancias que clarifican los tejidos, por ejemplo, el FocusClear® —muy costoso para grandes muestras. También existen otras más caseras como la sucrosa al 60% con PBS o el BABB (una mezcla de alcohol bencílico y benzoato bencílico), la cual es más usada por su facilidad y bajo costo. Sin embargo, estas técnicas pueden interferir y atenuar la fluorescencia o muchas veces no vuelven los tejidos lo suficientemente transparentes como para hacer buenos estudios tridimensionales. Un grupo de investigadores japoneses liderados por el Dr. Hiroshi Hama desarrollaron una solución llamada Sca/e, la cual está compuesta por urea 4M, glicerol 10% y Triton X-100 0.1%. [Creo que estos insumos están presentes en cualquier laboratorio]. Hama y sus colaboradores probaron el Scale en embriones de ratones y obtuvieron la imagen ubicada al inicio de esta entrada. Para probar si la fluorescencia era atenuada por la solución de Scale, los investigadores probaron la técnica de clarificación en una línea celular humana (HeLa). Los resultados mostraron que la fluorescencia no era atenuada. Una vez obtenidos estos resultados, probaron la técnica in vivo. Para ello usaron una línea de ratones transgénicos (YFP-H) con la capacidad de expresar la proteína amarilla fluorescente (YFP) en las neuronas. Usando el microscopio de excitación de dos fotones lograron hacer la reconstrucción tridimensional hasta una profundidad de 4mm! Pero, cuando se marcó fluorescentemente de manera exclusiva un cierto grupo de neuronas, el poder de penetración fue mucho mayor. Hama et al. marcaron los axones de las neuronas del corpus callosum, que es el encargado de comunicar ambos hemisferios del cerebro. Para ello usaron el Microscopio Macro Confocal AZ-C1 de NIkón y lograron obtener imágenes a una profundidad de 35mm. Con esto queda demostrado los usos potenciales de esta técnica, sobre todo para revelar cómo se ensambla el sistema nervioso y como se forman las conexiones interneuronales —también conocido como el conectoma— en el cerebro. Por ejemplo, Hama y sus colaboradores usaron otra proteína fluorescente, esta vez roja, para estudiar la asociación de las vasos capilares con las células madre neuronales. También se usaron otras técnicas específicas de marcación fluorescente para observar otros arreglos neuronales en el cerebro. Las posibilidades de visualización son muchas. Los investigadores desarrollaron también otras variantes del Scale, usando diferentes concentraciones de glicerol para reducir la expansión observada en los tejidos sometidos al Scale original. Por otro lado, usando urea más concentrada se lograba reducir el tiempo de clarificación de varias semanas y hasta meses, a tan sólo una semana. Además, la clarificación con Scale es reversible ya que bastaba con un lavado con PBS para restaurar la opacidad original del tejido. Sin dudas, es un procedimiento sencillo y económico que ayudará a entender más a fondo el desarrollo y función del cerebro en los animales superiores. Además, Scale nos ayudará a ver cómo se organizan las neuronas y cómo interactúan entre ellas en el cerebro, sin la necesidad de seccionarlo. La conectómica ahora tiene un gran aliado. Referencia: ... Read more »
La amígdala es una región importante del cerebro encargada de procesar las emociones; sin embargo, no se sabe si sólo reconoce y responde determinadas categorías de estímulos. En un artículo publicado en Nature Neuroscience, un grupo de científicos liderados por el Dr. Florian Mormann del Instituto Tecnológico de California (CalTech) encontraron que la amígdala derecha responde principalmente ante las imágenes de animales, algo que podría tener una connotación evolutiva importante. La amígdala se encuentran ubicada en los lóbulos temporales del cerebro de todos los vertebrados complejos y su función principal es el procesamiento y almacenamiento de las reacciones emocionales, tanto buenas como malas, entre ellas el miedo y las situaciones inesperadas. Sin embargo, no se sabe exactamente a que categorías o dimensiones de estímulos responden las neuronas de la amígdala. Para responder parte de esta pregunta, Mormann et al. hicieron un análisis neurológico de la respuesta a diferentes estímulos en 41 pacientes de epilepsia. La prueba consistía en mostrar diferentes tipos de imágenes —personas, animales, paisajes y objetos— durante un segundo y analizar la respuesta neuronal antes estos cuatro diferentes estímulos. Durante las 111 sesiones experimentales, los investigadores capturaron la actividad de 1,445 neuronas tanto de la amígdala, hipocampo y la corteza entorrinal. Los resultados mostraron que fueron las neuronas de la amígdala las que respondieron significativamente ante las imágenes de animales, respuesta que no fue observada con las otras imágenes. Pero como nuestra amígdala está dividida en dos —una en cada lóbulo temporal— los investigadores quisieron saber cuál de las dos era la que ofrecía esta respuesta. Al separar los datos por amígdala, Mormann y sus colaboradores vieron claramente que eran las neuronas de la amígdala derecha la que respondían preferentemente ante las imágenes de animales —en la amígdala izquierda no se observó este efecto. Finalmente, los investigadores agruparon jerárquicamente los patrones de estimulación obtenidos [Figura inicial] y observaron claramente que las respuestas a las imágenes de animales formaban un grupo completamente diferenciado de los otros tres estímulos. Obviamente la imagen de Brad Pitt cayó fuera del grupo de los animales, mientras que, extrañamente, la imagen de la madre Teresa de Calcuta cayó dentro del grupo de los animales. Sin dudas, este descubrimiento tiene una connotación evolutiva interesante ya que en los humanos primitivos al igual que en los animales actuales, reconocer a otro animal es de vital importancia para su supervivencia ya que se debe saber quien es un potencial depredador y quien una potencial presa. Los investigadores comentan que para completar el estudio y demostrar la connotación evolutiva, se repetirá este experimento en otros animales para ver si sus amígdalas se comportan de la misma manera que en los humanos. Referencia: Mormann, F., Dubois, J., Kornblith, S., Milosavljevic, M., Cerf, M., Ison, M., Tsuchiya, N., Kraskov, A., Quiroga, R., Adolphs, R., Fried, I., & Koch, C. (2011). A category-specific response to animals in the right human amygdala Nature Neuroscience DOI: 10.1038/nn.2899 BioUnalm... Read more »
Mormann, F., Dubois, J., Kornblith, S., Milosavljevic, M., Cerf, M., Ison, M., Tsuchiya, N., Kraskov, A., Quiroga, R., Adolphs, R.... (2011) A category-specific response to animals in the right human amygdala. Nature Neuroscience. DOI: 10.1038/nn.2899 A category-specific response to animals in the right human amygdala Biology
El dengue es la enfermedad viral transmitida por mosquitos más importante de todas. Cada año afecta a unas 50 millones de personas en el mundo causando la muerte de al menos unas 12,500. El virus del dengue es transmitido por la picadura de un mosquito conocido como Aedes aegypti el cual, a diferencia de sus colegas nocturnos que transmiten la malaria o la fiebre amarilla, lleva una vida activa durante el día. En dos artículos publicados hoy en Nature, un grupo de investigadores reportaron haber infectado una población de mosquitos con una bacteria capaz de inhibir la proliferación y transmisión del virus y que dicha población reemplazó casi por completo a dos poblaciones naturales susceptibles, abriendo el camino hacia un método más efectivo de control de transmisión de la enfermedad. El dengue es una enfermedad muy común en nuestro país gracias nuestra ubicación geográfica, la cual garantiza un clima adecuado para el desarrollo de su principal vector, el mosquito Aedes aegypti. El verano pasado, un brote de una cepa de dengue sumamente virulenta en el departamento de Loreto puso en alerta a las autoridades sanitarias de nuestro país ya que en menos de un mes, el virus había logrado infectar a unas 10,000 personas de las cuales 11 fallecieron, siendo considerado como el peor brote de dengue de nuestra historia. SI bien el dengue es común en las zonas tropicales, especialmente en el sudeste asiático, el Pacífico y las Américas, su rango de distribución geográfica se viene expandiendo año tras año, poniendo en riesgo al 40% de la población mundial. Como no existe vacuna efectiva contra el dengue, muchos investigadores vienen estudiando diversas estrategias para controlar la transmisión del virus. La mayoría de estas estrategias se basan en el control de las poblaciones de mosquitos, ya sea mediante el uso de insecticidas o mediante la liberación de mosquitos manipulados genéticamente para ser estériles o resistentes a la infección. Sin embargo, ninguna de estas estrategias ha reducido la prevalencia de la enfermedad en las zonas de riesgo. En el año 2009, Moreira et al. reportaron que una cepa de Wolbachia había logrado proteger al mosquito A. aegypti de la infección de una serie de agentes patógenos. La cepa conocida como wMelPop-CLA fue usada también por McMeniman et al. quien reportó que esta cepa reducía la esperanza de vida de las A. aegypti adultas, afectando enormemente la transmisibilidad del virus. Sin embargo, este efecto negativo sobre la esperanza de vida del mosquito no le permite madurar completamente y mucho menos llegar a reproducirse, evitando así que estas poblaciones de moscas infectadas con la bacteria puedan mantener el fenotipo en las poblaciones naturales por mucho tiempo. Por si no lo saben, las Wolbachia son un grupo de bacterias simbióticas intracelulares, presentes en al menos el 60% de todas las especies de insectos conocidos. Tienen la capacidad de ser heredadas a través de los huevos de la madre. Si bien han sido encontradas en una gran variedad de especies diferentes de mosquitos, extrañamente están ausentes en aquellas especies transmisoras de agentes patógenos humanos. En el presente trabajo, Walker et al. usó una cepa de Wolbachia conocida como wMel. Esta cepa está presente normalmente en las poblaciones de moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), no afecta su esperanza de vida y tiene la capacidad de interferir de manera eficiente con el ARN de los virus que naturalmente la infectan. Walker la usó con la esperanza que tuviera el mismo efecto en la A. aegypti, interfiriendo con la proliferación del virus del dengue. Los resultados fueron los esperados: la Wolbachia fue capaz de inhibir la proliferación y transmisión del virus del dengue tipo 2 (DENV-2) en los A. aegypti infectados —no se encontró la presencia del virus en la saliva de los mosquitos. Por si fuera poco, la esperanza de vida (Derecha), la viabilidad de sus huevos (Centro), y la fertilidad (Izquierda) no se vieron afectadas a diferencia de los mosquitos infectados con la cepa wMelPop-CLA. Este resultado es alentador ya que sus chances de generar descendientes portando la cepa wMel será tan alta como de las moscas silvestres, introduciendo así el fenotipo resistente a los virus del dengue dentro de las poblaciones de A. aegypti naturales. Izquierda. Fecundidad de las A. aegypti silvestres (Blanco), wMeI (Azul) y wMelPop-CLA (Rojo). Centro. Viabilidad de los huevecillos de A. aegypti sin Wolbachia (MGYP2 tet), con wMel (MGYP2) y con wMelPop-CLA (PGYP1). Derecha. Esperanza de vida de A. aegypti con wMel (MGYP2) y silveastre (wildtype). Click a la imagen para ampliarla. En el segundo trabajo, Hoffmann et al. usaron las A. aegypti infectadas con las Wolbachia wMel para hacer un estudio en campo. Los investigadores seleccionaron dos pequeñas ciudades australianas —Yorkeys Knob (con 604 casas) y Gordonvale (con 668 casas)— donde la incidencia del dengue debido a a picadura de mosquitos es relativamente alta. Durante el mes de enero del 2011 (temporada húmeda). Hoffmann y sus colaboradores liberaron deliberadamente entre 10,000 y 22,000 mosquitos wMel cada semana, durante 10 semanas. En total liberaron 141,600 mosquitos en Yorkeys Knob y 157,300 en Gordonvale. Cada dos semanas, los investigadores colectaban los huevos de mosquitos capturados en las ‘ovitrampas’ dispuestas de manera estratégica en las calles y casas de cada uno de los pueblos, esto con el fin de evaluar la presencia de las Wolbachia en la población natural de mosquitos. Se colectaban 10 huevos por cada ovitrampa y se les hacía la PCR para detectar a la bacteria. La frecuencia de Wolbachia en la población de mosquitos aumentó a medida que pasaban las semanas en los dos pueblos. En Yorkeys Knob (Fig. a) la frecuencia alcanzó el 100% y en Gordonvale (Fig. b) más del 80% después de 5 semanas de haber hecho la última liberación de mosquitos wMel. De esta manera Hoffmann y sus colaboradores demostraron que los mosquitos resistentes al virus pueden ser introducidos dentro de las poblaciones naturales de mosquitos susceptibles y transformarlos en resistentes, reduciendo así el riesgo de infección del dengue en los habitantes de la zona. Las ventajas que tiene esta estrategia es que no se requiere eliminar a las poblaciones de mosquitos de una determinada región. Si bien los mosquitos son empalagosos ... Read more »
Walker, T., Johnson, P., Moreira, L., Iturbe-Ormaetxe, I., Frentiu, F., McMeniman, C., Leong, Y., Dong, Y., Axford, J., Kriesner, P.... (2011) The wMel Wolbachia strain blocks dengue and invades caged Aedes aegypti populations. Nature, 476(7361), 450-453. DOI: 10.1038/nature10355 The wMel Wolbachia strain blocks dengue and invades caged Aedes aegypti populations Hoffmann, A., Montgomery, B., Popovici, J., Iturbe-Ormaetxe, I., Johnson, P., Muzzi, F., Greenfield, M., Durkan, M., Leong, Y., Dong, Y.... (2011) Successful establishment of Wolbachia in Aedes populations to suppress dengue transmission. Nature, 476(7361), 454-457. DOI: 10.1038/nature10356 Successful establishment of Wolbachia in Aedes populations to suppress dengue transmission Biology
La noción de que el clima puede influir en los conflictos sociales —guerras, manifestaciones, protestas, terrorismo, etc.— y el colapso de las civilizaciones no es algo nuevo. Sin embargo, muchos estudios no han encontrado una correlación significativa entre ellos dos. Un estudio global hecho por investigadores de la Universidad de Columbia han encontrado que la probabilidad de que hayan conflictos sociales es el doble en los años de ocurrencia del fenómeno de El Niño según reportaron hoy en Nature. Vivimos en tiempos donde el cambio climático se ha convertido en la causa principal de muchos problemas, tanto ambientales como ecológicos. Como si fuera Osama Bin Laden, al cambio climático se le echa la culpa de todo; desde el derretimiento de los casquetes polares y el retroceso de los glaciares hasta la pérdida de los ecosistemas y las especies que viven en ellos. Por si fuera poco, en el 2009, un polémico artículo publicado en PNAS relaciona al cambio climático con las guerras civiles en África. De lo único que podemos estar seguros, por ahora, es que el calentamiento global si juega un rol importante en muchos de estos problemas, aunque no podemos estar seguros si somos nosotros los únicos responsables de ello —tal vez sean los mismos procesos geofísicos del planeta quienes se lleven la mayor parte del crédito. Uno de los fenómenos naturales más importantes, con la capacidad de cambiar el clima de todo el planeta, es el fenómeno de El Niño. Este fenómeno aparece de manera cíclica sin un patrón de periodicidad aparente —puede darse cada 3 – 8 años— generando un cambio global en el clima, afectando a los países tropicales, principalmente a los de Sudamérica, y trayendo consigo sequías en las zonas donde generalmente llueve y torrenciales lluvias donde la mayor parte del año es seco. Después del periodo cálido de El Niño viene un periodo frío conocido como La Niña, donde las condiciones climáticas se invierten. En su conjunto este fenómeno es conocido como la Oscilación del Sur El Niño (ENSO). Como el ENSO tiene la capacidad de modificar el clima a gran escala, ofrece una buena oportunidad para analizar la relación que podría existir entre el clima y los conflictos sociales de manera global. Una de las hipótesis de las que parten los investigadores es que existen varios factores económicos, políticos y sociales que están influenciados por el clima (Ej.: la agricultura, la pesca, las importaciones y exportaciones, etc.). Si el clima afecta estas actividades, la población se verá afectada de manera directa o indirecta y esperan que sus autoridades soluciones el problema. Muchas veces los gobiernos no tienen los recursos, ni los medios, ni la voluntad para hacerlo generando protestas y violencia, las cuales terminarán agravándose y generando los conflictos sociales más serios. En el presente estudio, Hsiang et al. primero dividieron todos los países en dos grupos: los más afectados por el ENSO [países en rojo dentro del mapa, por ej.: Perú, Sudán, India, Australia, etc.] y los menos afectados por el ENSO [países en azul en el mapa, por ej.: EEUU, los países europeos, Chile, etc.]. Luego, recolectaron los datos de conflictos sociales ocurridos en el mundo entre1950 y el 2004, los cuales dejaron como saldo al menos 25 muertos. Finalmente, usando diferentes modelos estadísticos, relacionaron los conflictos sociales con la presencia del ENOS en los dos grupos de países. Los resultados mostraron que en el grupo de países más afectados por el ENSO, la tasa de conflictos sociales pasó del 3% —durante La Niña— al 6% —durante El Niño, lo que indicaría que la quinta parte de los conflictos sociales ocurridos desde 1950 estarían afectados por el ENSO. Sin embargo, hay muchos escépticos y críticos de este estudio (yo me considero uno de ellos). En primer lugar porque las estadísticas no muestran una correlación contundente entre los cambios climáticos y los conflictos sociales. Es muy difícil encontrar un método estadístico adecuado para estudiar el comportamiento social humano. En países como el nuestro, los conflictos sociales se originan principalmente por el descontento de la población con sus autoridades de turno quienes no sólo dejan de cumplir con sus promesas hechas en las campañas electorales, sino que se aprovechan de los recursos naturales a costa de la salud y bienestar de la población. Otro factor es el olvido que se le da a las regiones más alejadas del país, donde la informalidad y la delincuencia es la principal fuerza motora. Cuando se trata de hacer algo por esas regiones, la herida es tan profunda que muy difícilmente se puede curar. Así que no hay otra solución que imponer la fuerza generando violencia. Ninguno de estos factores están influenciados por el clima, así que no podría haber una relación de causalidad. Conflictos sociales hay todos los años, y como El Niño afecta cada 3 a 8 años, si hacemos un cálculo rápido asumiendo que El Niño aparece cada 5 años y que en cada año hay dos conflictos sociales de magnitud; entre 1950 y el 2004 habrán habido 108 conflictos sociales y 11 años con el fenómeno, lo que indicaría que 22 conflictos sociales se dieron durante los años de El Niño, el cual corresponde al 20% de todos los conflictos sociales, o sea la quinta parte. Valla sorpresa, el resultado es bastante aproximado al obtenido por Hsiang y sus colaboradores. En otras palabras, no se puede decir que la quinta parte de los conflictos sociales se deban al cambio climático provocado por el ENSO, ya que este resultado es el esperado como producto del azar. Sin embargo, si podemos decir que el clima caluroso característico de El Niño podría influir en cierta medida en los conflictos sociales, ya que la probabilidad que haya uno durante en ese periodo es mayor que durante los periodos fríos de La Niña. Esto tal vez se deba a la reducción en el rendimiento de los cultivos debido a las sequías, afectando los precios de los alimentos; pero, por ejemplo, no podemos echarle la culpa de la guerra interna con Sendero Luminoso, al fenómeno de El Niño. Referencia: Hsiang, S., Meng, K., & Cane, M. (2011). Civil conflicts are associated with the global climate Nature, 476 (7361), 438-441 DOI: 10.1038/nature10311 BioUnalm... Read more »
Hsiang, S., Meng, K., & Cane, M. (2011) Civil conflicts are associated with the global climate. Nature, 476(7361), 438-441. DOI: 10.1038/nature10311 Civil conflicts are associated with the global climate Social Science
Sabemos aproximadamente cuántas estrellas hay en nuestra galaxia —unas 200,000 millones— o cuántos libros hay en la Biblioteca del Congreso de los Estados Unidos —22’194,656 para ser exactos— pero no sabemos cuántas especies diferentes hay en nuestro planeta. Las aproximaciones ‘más exactas’ dicen que hay entre 3 y 100 millones, mientras que otras dicen que son menos de 10 millones. Según un artículo publicado ayer en PLoS Biology, en el planeta hay 8.7 millones de especies, con un margen de error de ±1.3 millones. ¿Cómo llegaron a este valor? Creo que sería sumamente vergonzoso si un día nos visitan seres de otro planeta y nos preguntan “¿cuántas formas de vida (especies) diferentes hay en tu planeta?” y nosotros no sepamos qué responder. Saber el número de especies que hay en la Tierra ha sido una de las preguntas más elusivas de la ciencia durante los últimos 250 años —desde que Carlos Linneo estableció la nomenclatura binomial y la taxonomía. Actualmente se han nombrado y catalogado alrededor de 1.3 millones de especies diferentes. Con las especies conocidas se han hecho una serie de estimaciones y extrapolaciones para determinar el número total de especies que habitan nuestro planeta. Según las estimaciones de May —en base a la extrapolación de frecuencias de las especies grandes y pequeñas— hay entre 10 y 50 millones. Según la gradiente latitudinal de especies de Raven, hay entre 3 y 5 millones. Cada autor emplea un factor distinto para estimar el número de especies en el planeta y los valores obtenidos difieren mucho unos con otros. El problema de estas estimaciones es que tienen una base empírica limitada y dependen fuertemente de la subjetividad con la que se evalúen. Por otro lado, los esfuerzos de los taxónomos para caracterizar cada una de las especies que hay en el planeta están divididos prácticamente por igual para cada grupo de organismos, a pesar que en algunos de ellos el número de especies sea 10 o 100 veces superior al de otros grupos. En el presente artículo, Mora et al. ofrecen una nueva estrategia para estimar el número de especies que hay en la Tierra en base a la jerarquía taxonómica establecida por Carlos Linneo en el siglo XVIII (especies, géneros, familias, órdenes, clases, filos). Resulta que las categorías taxonómicas superiores están mejor descritas y caracterizadas que las inferiores, que es donde hay mayores incertidumbres. Esto quiere decir que se sabe con mayor exactitud cuántos filos, clases, órdenes o familias hay que géneros o especies. Mora et al. observaron que el número de taxas que había dentro de cada categoría taxonómica, aumentaba a medida que se avanzaba hacia las categorías taxonómicas inferiores siguiendo un patrón predecible. Usando una regresión estadística se podía estimar el número aproximado de especies que había en cada género. Para corroborar el funcionamiento de esta estrategia, los investigadores aplicaron esta aproximación a 18 grupos taxonómicos donde el número total de especies que lo conforman es relativamente conocido. Los resultados demostraron que la estrategia desarrollada en el presente trabajo fue capaz de predecir, casi de manera precisa, el número de especies que habían en los grupos taxonómicos analizados. De esta manera, Mora et al. calcularon que en el planeta hay unas 8.74 millones de especies diferentes de organismos eucariotas (~7.77 millones de especies de animales, ~298,000 especies de plantas, ~611,000 especies de hongos, ~36,400 especies de protistas, y ~27,500 especies de algas), con un margen de error de ±1.3 millones. De todas estas especies, aproximadamente 2.2 millones son marinas. Sin embargo, en esta estimación no se consideraron a las arqueas ni a las bacterias porque muchas de sus categorías taxonómicas superiores no están bien definidas. Es muy complicado categorizar a las bacterias dentro de una determinada especie. Es importante notar que en los procariotas, el concepto de especies tolera un mayor grado de disimilaridad genética a diferencia de los eucariotas, y los procesos de transferencia horizontal de genes complican más el trabajo. En el presente estudio, los investigadores estimaron que hay unas 10,100 especies de bacterias como mínimo, de las cuales unas 1,320 son marinas. Si existen 8.74 millones de especies, tan sólo hemos logrado describir el ~14% de las especies terrestres y el ~9% de las marinas, en los 250 años que lleva existiendo la clasificación taxonómica. En los últimos 20 años, se han descrito un promedio de 6,200 especies por año. Por otro lado, un taxónomo describe un promedio de 25 especies durante toda su carrera, a un costo de $48,500 por especie. Entonces, haciendo un poco de matemáticas veremos que si se mantiene este ritmo tardaremos 1,200 años en describir todas las especies que aparentemente faltan, necesitaremos 303,000 taxónomos y una inversión de $364,000 millones. Sin embargo, a nuestro ritmo actual de extinción de especies (100 a 1,000 veces superior a la extinción natural), muchas especies se extinguirán antes que las podamos estudiar y caracterizar. Por suerte, gracias a la genética molecular, el proceso de identificación y caracterización de una especie puede tomar menos tiempo, requerir menos dinero y menos taxónomos. El Consorcio del Código de Barras de la Vida viene trabajando en ello. Esto no significa que no se requerirán de más taxónomos en el futuro, todo lo contrario, su papel es el más importante de todos al momento de identificar una nueva especie ya que son ellos los más indicados para recolectar los especímenes sin correr el riesgo que se trate de una especie descrita anteriormente. Además, aún no se ha determinado en que punto una especie es una especie en base a su material genético, ¿qué porcentaje de similaridad genética será el límite para considerar que dos organismos son de diferente especie? Referencia: ... Read more »
Mora, C., Tittensor, D., Adl, S., Simpson, A., & Worm, B. (2011) How Many Species Are There on Earth and in the Ocean?. PLoS Biology, 9(8). DOI: 10.1371/journal.pbio.1001127 How Many Species Are There on Earth and in the Ocean? Biology

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