Cuando una célula es transformada en otra—de fibroblasto a hepatocito

Los hepatocitos son las células que conforman el hígado, uno de los principales órganos del cuerpo y el más difícil de reemplazar, tanto por la falta de donantes como por la alta tasa de rechazo del órgano trasplantado. Naturalmente, los hepatocitos se diferencian a partir de las células hepáticas progenitoras; sin embargo, un par de científicos japoneses de la Universidad de Kyushu han logrado convertir células del fibroblasto de ratones en células hepáticas a través de la combinación de dos factores de transcripción según reportaron ayer en Nature.

Lo que hicieron Sayaka Sekiya y Atsushi Suzuki fue primero seleccionar 12 genes involucrados en la diferenciación de las células hepáticas para luego introducirlos en células embrionarias del fibroblasto de ratones (MEF: Mouse Embryonic Fibroblasts) y finalmente ver si eran capaces de convertirlas en hepatocitos. De los 12 genes seleccionados, la combinación de dos de ellos —la Hnf4a con Foxa1, Foxa2 o Foxa3— fueron los que lograron hacerlo, aunque a una baja tasa —sólo el 0.3% de las MEF lograron ser transformadas en hepatocitos.

A estas células hepáticas obtenidas por esta vía las llamaron iHep (Hepatocitos inducidos), los cuales demostraron ser completamente funcionales: expresaban las proteínas propias de los hepatocitos (Ej.: la E-caderina y la albúmina), almacenaban grandes cantidades de glucógeno (característica propia de los hepatocitos maduros), tenían la capacidad de asimilar las lipoproteínas de baja densidad (LDL), metabolizaban fármacos, por nombrar sólo algunas características. También se observó la presencia de colangiocitos —células que forman el conducto biliar— aunque los investigadores no saben cómo llegaron a diferenciarse.

En 1996, Overturf et al. lograron regenerar los hígados de ratones mutantes deficientes para el gen Fah —responsable de la tirosinemia— a través del uso de hepatocitos maduros de ratones sanos. La tirosinemia es una enfermedad metabólica que se caracteriza por la incapacidad del hígado de degradar la tirosina, aumentando sus niveles en el cuerpo llegando a provocar la muerte. Entonces, Sekiya & Suzuki quisieron hacer este mismo experimento, pero esta vez usando los hepatocitos inducidos. Los resultados fueron favorables, los iHep pudieron regenerar el hígado de la misma manera como lo hicieron los hepatocitos maduros y los ratones aumentaron su esperanza de vida de 27 días a 10 semanas.

Por si fuera poco, Sekiya & Suzuki lograron regenerar el hígado de ratones mutantes a partir de fibroblastos embrionarios de ratones mutantes. Para ello insertaron —a parte de los genes Hnf1a y Foxa3— el gen Fah sano en los MEFs mutantes, logrando generar iHep sanos. También pudieron regenerar el hígado de un ratón mutante macho usando los iHep provenientes de fibroblastos de ratones hembras sanas. De esta manera, los investigadores demostraron el potencial uso terapéutico de esta técnica ya que los iHep son funcional y morfológicamente similares a los hepatocitos naturales. Además, usando la ingeniería genética, Sekiya & Suzuki lograron corregir los errores genéticos hepáticos antes de trasplantarlos.

Debido a que para extraer los MEF de los embriones de los ratones se necesita quitar todos los órganos del sistema digestivo, incluyendo el hígado, cabe la posibilidad que los MEF obtenidos puedan estar contaminados con células progenitoras hepáticas, y sean estas en realidad las responsables de la formación de las iHep. Para descartar esta hipótesis, los investigadores usaron fibroblastos dérmicos extraídos de la piel de ratones adultos y les insertaron los genes Hnf1a y Foxa3. Estos fibroblastos también tuvieron la capacidad de producir iHep y regenerar los hígados de los ratones mutantes al gen Fah. De esta manera pudieron demostrar dos cosas: la formación de las células hepáticas inducidas no se debe a una contaminación con células hepáticas progenitoras y que se pueden usar tanto fibroblastos embrionarios como adultos para generar los iHep.

Esto último es muy importante ya que, si se quiere hacer lo mismo en humanos, no se requeriría el uso de células embrionarias. El uso de células embrionarias trae consigo un problema ético porque se tiene que destruir el embrión para poder obtener las células requeridas, lo que indicaría, según las leyes actuales, matar a un ser humano.

Sin dudas hay un gran avance en estas técnicas de transdiferenciación —transformar una célula diferenciada en otra célula diferenciada— ya que hace unas semanas vimos que Pang et al. lograron transformar una célula de la piel en una neurona. Con el paso de los años veremos que la medicina regenerativa en base a las células madre inducidas a pluripotencia (iPSC) y a la transdiferenciación serán parte fundamental de la reconstrucción de órganos dañados como el hígado (debido a la cirrosis o la hepatitis), el corazón (tras un ataque cardiaco), etc.

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Referencia:

Sekiya, S., & Suzuki, A. (2011). Direct conversion of mouse fibroblasts to hepatocyte-like cells by defined factors Nature DOI: 10.1038/nature10263

Esta entrada participa en el V Carnaval de Biología celebrado en Feelsynapsis.

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Análisis genómico completo del cáncer de ovario no revela nada nuevo

El cáncer de ovario, el segundo cáncer más frecuente en mujeres menores de 30 años, es una de las neoplasias más difíciles de detectar en sus primeras etapas y cuando es detectado en sus etapas avanzadas, la quimioterapia genera una reincidencia de tumores resistentes al agente terapéutico en el 25% de los pacientes y sólo la tercera parte de estos pacientes logran vivir al menos cinco años más. Ante la falta de tratamientos efectivos contra este cáncer, Científicos del Proyecto Atlas del Genoma del Cáncer han realizado un estudio genómico completo de muestras de tumores de pacientes con la versión más agresiva de este cáncer, a fin de detectar mutaciones asociadas al desarrollo de esta enfermedad. Los resultados fueron publicados hoy en Nature.

Los investigadores analizaron la expresión de los ARN mensajeros (ARNm), los micro ARNs (miARNs), las variaciones del número de copias de ADN (CNV) y las metilaciones del ADN de muestras de tumores de ovario de 489 pacientes [Los datos pueden verlos aquí]. Además se hizo un análisis de los exones —regiones del ADN que llegan a expresarse a proteína— de 316 de las 489 muestras. Todas estas secuencias fueron comparadas con aquellas obtenidas de células normales para determinar en que regiones habían mutado.

En total se encontraron más de 19,000 mutaciones (~61 por tumor). Usando un par de herramientas bioinformáticas, los investigadores encontraron un total de nueve genes mutados asociados al desarrollo del cáncer de ovario, donde tres de ellos se presentaban en un buen porcentaje de los pacientes: la mutación del gen tp53 estaba presente en el 96% de los casos (en 303 de las 316 muestras) y la mutación en los genes brca1 y brca2 se presentaban en el 9% y 8% de los casos, respectivamente. Los otros seis genes asociados al cáncer de ovario tenían un porcentaje más bajo de incidencia (2 – 6%), los cuales son: rb1, nf1, fat3, csmd3, gabra6 y cdk12.

Los investigadores encontraron un alto grado de metilación en al menos 168 genes presentes en los tumores. Cuando un gen se encuentra hipermetilados, su nivel expresión se reduce considerablemente, y muchas veces el gen llega a ser silenciado. El equipo encontró que, por ejemplo, el gen brca1  se encontraba hipermetilado en el 11.5% de los casos.

En cuanto a la influencia de las mutaciones, las diferencias en el número de copias de ADN y las hipermetilaciones sobre las vías metabólicas, los investigadores encontraron que dos de ellas, la RB1 y la PI3K/RAS —ambas encargadas del control del crecimiento, proliferación y supervivencia de las células— no estaban reguladas correctamente en el 67% y 45% de los casos, respectivamente. La vía de señalización NOTCH también se encontraba alterada en el 22% de los casos. Por otro lado, el factor de transcripción que regula la expresión de FOXM1 —la molécula del año 2010— se encontraba alterada en el 87% de los casos. Todas estas proteínas están envueltas en los mecanismos de proliferación celular, esto quiere decir que si se encuentran alteradas, las células se dividirán sin control formando un tumor.

A pesar que el presente estudio encontró una enorme variación estructural de los genomas de los tumores (hipermetilaciones), incluyendo grandes diferencias en el número de copias de ADN de al menos 30 genes, de los cuales 23 se encontraban presentes en el 50% de los tumores; todos los genes mutados encontrados ya han sido reportados previamente, así que no provee de nuevos datos donde seguir investigando.

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Referencia:

The Cancer Genome Atlas Research Network (2011). Integrated genomic analyses of ovarian carcinoma Nature, 474 (7353), 609-615 DOI: 10.1038/nature10166

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Los manuscritos de Darwin—mira la ‘evolución de su teoría’ online

El Museo Americano de Historia Natural en colaboración a la Biblioteca Universitaria de Cambridge y la Biblioteca Charles Darwin han digitalizado aproximadamente unos 45,000 manuscritos hechos por el mismo Darwin y los han puesto en línea y de acceso libre para cualquier persona a través del Proyecto de Manuscritos de Darwin.

Lo primero que les puedo decir es que Darwin tenía una caligrafía que dejaba mucho que desear. Pero, la sensación de leer las cosas que Darwin escribió con su puño y letra es indescriptible.

Cuando Darwin regresó de su travesía de 5 años con el Beagle tan sólo tenía 27 años de edad, pero fue entonces cuando empezó a formular, en base a sus observaciones, la teoría de la evolución. Para ello, Darwin se nutrió de muchos libros importantes de la época, sobre todo los escritos por sus mentores John Henslow y Charles Lyell, particularmente Principles of Geology, el cual fue una de las bases de su teoría. Habían cosas en las que Darwin estaba de acuerdo con lo expuesto por Lyell, pero otras no. Todas esas notas y aclaraciones las hacía en los bordes de las páginas del libro, y una en particular que se ve en la imagen dice: “If this were true, adios theory”, haciendo referencia a las ideas planteadas por Lamarck.

Vía | WiredScience.

Link | Darwin Manuscripts Project.

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Científicos secuencian el genoma del demonio de Tasmania para evitar su extinción

Los demonios de Tasmania (Sarcophilus harrisii) se encuentran en peligro de extinción debido a un cáncer que, por muy extraño que suene, es contagioso; y para hacer más trágica la situación, la diversidad genética de estos animales es sumamente baja, lo que no les permite adquirir genes de resistencia para poder contrarrestar esta enfermedad que los está borrando del mapa. Un grupo internacional de científicos liderados por el Dr. Webb Miller del Centro de Genómica Comparativa y Bioinformática de la Universidad de Pensilvania han secuenciado y comparado el genoma de dos demonios separados geográficamente uno del otro para determinar genes de resistencia y variabilidad genética que les permitan conservar a la especie. Los resultados aparecen publicados hoy en PNAS.

Los demonios de Tasmania son los marsupiales carnívoros más grandes del mundo que sólo pueden ser encontrados, como su nombre lo dice, en la Isla de Tasmania. Actualmente su número se ha reducido a tan sólo 40,000 individuos debido a una rara enfermedad descubierta en 1996 conocida como Tumor Facial del Demonio (DFTD: Devil Facial Tumor Disease). Esta enfermedad es un cáncer contagioso, algo sumamente raro ya que sólo se conocen dos cánceres de este tipo: el DFTD y el Tumor Venéreo Transmisible de los perros (CTVT).

Esta cáncer parasitario contagioso tiene una tasa de mortalidad del 100%, lo que ha provocado que la población de demonios se reduzca en un 90% desde el brote reportado en 1996. El DFTD se originó en la región noreste de la Isla de Tasmania y poco a poco ha ido avanzando hacia el otro extremo de la isla. Se cree que si no se controla la enfermedad, en 5 años abarcaría toda la isla y los días para estos animales estaría contados.

El principal problema radica en la baja diversidad genética de los demonios. Los análisis genéticos de los tumores demostraron que todos eran iguales (tienen un mismo haplotipo), por lo tanto, tienen los mismos antígenos de superficie. Si los demonios tuvieran una mayor diversidad genética, fácilmente cada individuo podría detectar estas células cancerosas parasitarias —tendrían distintos antígenos— y los eliminarían. Pero, como su diversidad genética es baja, los antígenos del tumor son similares a los antígenos del hospedero, haciendo imposible que el sistema inmune pueda reconocerlos.

Miller et al. secuenciaron el genoma de dos demonios, uno llamado Cedric que era descendiente de demonios que habitan el noroeste de la isla, y otra llamada Spirit quien fue encontrada moribunda debido a la DFTD en la región suroeste de la isla. Cedric, quien era mantenido en cautiverio, había sobrevivido a múltiples infecciones con diferentes cepas de DFTD, hasta que finalmente sucumbió a una de ellas; pero su muerte no fue en vano, ya que este muchacho demostró tener algunos genes que le permitieron resistir diferentes infecciones.

El genoma de estos demonios era relativamente grande (3,300 millones de pares de base, casi similar al tamaño del genoma humano). Al compararlos observaron cerca de un millón de diferencias (substituciones) entre ellos, lo cual es relativamente bajo. Por ejemplo, el número de diferencias que hay entre el genoma de un nativo africano y un japonés es de ~4.8 millones, mientras que el número de diferencias que hay entre un japonés y un chino es de ~3.3 millones. Pero, a diferencia de los individuos humanos, los demonios tenían registros históricos en sus genomas de una mezcla de estas dos poblaciones.

Para hacer un análisis más a fondo, Miller et al. secuenciaron el ADN mitocondrial de 13 demonios. Las diferencias encontradas entre ellos fue muy baja: menos de la mitad a la encontrada entre dos individuos europeos diferentes y la sexta parte a la encontrada entre dos nativos africanos diferentes. Estas diferencias se han mantenido por al menos los últimos 100 años, lo cual es algo alentador porque de alguna manera la diversidad genética, a pesar de ser poca, no se está reduciendo. Con una buena estrategia de conservación, se podría repoblar a los demonios, mezclándolos para aumentar la diversidad genética, pero para ello se deben identificar individuos libres del DFTD y mantenerlos en cautiverio para evitar contagios.

Los investigadores han identificado siete regiones de la isla donde capturar demonios con un número de diferencias genéticas suficientes como para establecer un programa de conservación, tratando de aumentar su diversidad genética. Algunas de estas regiones son zonas donde la prevalencia de la enfermedad es alta. Si se encuentran demonios sanos en estas zonas de alto riego, se pueden obtener caracteres que confieran protección a los demonios descendientes contra la enfermedad.

Los investigadores han hecho público todos los datos obtenidos del secuenciamiento a fin de que otros investigadores puedan usarlo para tratar de rescatar esta especie de la extinción, por ejemplo, buscar variantes proteicas que confieran resistencia contra la DFTD. Miller et al. encontraron tres mutaciones asociadas con la enfermedad al secuenciar el genoma del tumor de Spirit, las cuales afectan el ciclo celular y la tasa de muerte celular.

Sin embargo, no basta con secuenciar un genoma para poder entender a una especie. Un claro ejemplo es nuestro propio genoma, el cual lleva más de 10 años de ser secuenciado y hasta ahora no hemos logrado entenderlo completamente, mucho menos usarlo para el bien de la humanidad, tal como se había predicho al momento de iniciar con el proyecto, allá por los años 90’s.

Para terminar, les pongo un bonito esquema, bastante ilustrativo, del número promedio de diferencias en el ADN mitocondrial que podemos encontrar entre dos individuos de la misma especie, tomado del presente artículo [dale clic para agrandar la imagen]:

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Referencia:

Webb Miller, & et al (2011). Genetic diversity and population structure of the endangered marsupial Sarcophilus harrisii (Tasmanian devil) Proceedings of the National Academy of Sciences : 10.1073/pnas.1102838108

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Una crema usada para la fisura anal retardaría el efecto del veneno de las serpientes

Si bien no son muchas las serpientes con venenos capaces de matar a una persona y las que lo son, por lo general, viven en zonas remotas o inaccesibles, cada año se reportan aproximadamente unas 100,000 muertes y unas 400,000 amputaciones debido a su mordedura. El problema radica en que, por lo general, las mordeduras se dan en zonas alejadas de cualquier establecimiento de salud y los sueros antiofídicos no siempre se tienen a la mano; así que el tiempo que se tarde en llevar a la víctima para ser atendida es crucial.

Cuando una persona es atacada por una serpiente, los expertos en supervivencia recomiendan hacer un torniquete cerca a la mordedura para evitar que el veneno se disemine por todo el cuerpo, sobre todo, para evitar que alcance el sistema nervioso central ya que la mayoría son neurotóxicos. Al hacer el torniquete se le da valiosos minutos a la víctima para poder llegar a ser atendido antes que el veneno haga su efecto; sin embargo, muchas veces los torniquetes no son efectivos porque se requiere de cierta experiencia para hacerlo. En otros casos, es imposible hacer un torniquete, por ejemplo, cuando la mordedura se da en el tórax, en la cara o en el cuello. Imagínate hacer un torniquete en el cuello, seguro lo matas primero de estrangulamiento.

Investigadores australianos liderados por la Dra. Megan Saul del Hospital John Hunter descubrieron que un ungüento compuesto a base de nitroglicerina tenía la capacidad de retrasar el efecto de lo venenos de serpiente según reportaron hoy en Nature Medicine.

Los médicos usan la nitroglicerina para tratar un montón de cosas, desde la epicondilitis (codo de tenista) hasta las anginas. En forma de crema es prescrita para tratar condiciones dolorosas como las fisuras anales, gracias a que la nitroglicerina libera óxido nítrico el cual se encarga de cerrar los vasos linfáticos.

Los venenos de serpientes, por su parte, están formados por moléculas sumamente grandes y complejas, lo que dificulta su ingreso al torrente sanguíneo. Es por esta razón que los venenos se diseminan principalmente por los vasos linfáticos y poco a poco van infiltrándose a los vasos sanguíneos. Así que como el óxido nítrico tiene la capacidad de cerrar los vasos linfáticos, el veneno ya no podría diseminarse con facilidad, dando un tiempo extra valioso para que la víctima llegue a ser atendida.

Para corroborar esta hipótesis, Saul et al. reclutaron a 15 voluntarios (6 varones y 9 mujeres) a los cuales les inyectaron una solución coloidal de sulfuro de antimonio marcado con un trazador radiactivo (Tecnecio-99m) para simular el tamaño promedio de las moléculas que componen un veneno de serpiente. El trazador fue inyectado en la planta del pie y a través de la radiactividad evaluaron el tiempo que tardaba el trazador en alcanzar la parte superior de la pierna. En otro día difernete, hicieron el mismo experimento, pero esta vez se le puso un ungüento comercial llamado Rectogesic® (0.2%p/p de nitroglicerina) inmediatamente después de haber inyectado el trazador radiactivo. Los resultados fueron alentadores: cuando se aplicaba el ungüento el trazador tardaba 54 minutos en alcanzar la parte superior de la pierna, mientras que sólo le tomaba 13 minutos cuando no se aplicaba el ungüento.

Luego, para determinar si el ungüento aumenta el tiempo de supervivencia de las víctimas, Saul et al. hicieron otro experimento. Esta vez usaron ratones a los cuales los anestesiaron y les inyectaron una dosis equivalente de veneno de la serpiente marrón oriental —una de las serpientes más venenosas de Australia y pariente de la cobra. Los investigadores calcularon el tiempo que le tomaba al veneno matar al ratón con y sin ungüento. Los resultados nuevamente fueron muy alentadores, aquellos ratones que recibieron la crema vivieron un 50% más de tiempo.

Si bien estos resultados no garantizan que la víctima se salvará, si se ha observado que aumenta el tiempo que tarda el veneno en ejercer su efecto. La víctima podrá contar con más minutos valiosos para llegar a un lugar donde pueda ser tratado. Por otro lado, este ungüento será más efectiva en la mayoría de los venenos neurotóxicos y hemolíticos, pero no en los citotóxicos que provocan la muerte del tejido cercano a la zona de la mordedura (necrosis), provocando que la extirpación del tejido y hasta la amputación de la extremidad para evitar que el veneno siga diseminándose.

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Referencia:

Saul, ME; et al. A pharmacological approach to first aid treatment for snakebite. Nature Medicine. [Advance Online Publication] doi: 10.1038/nm.2382 (2011).

Vía | Scence NOW.

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La luz azul como interruptor de genes

Activar y desactivar genes no es una tarea tan sencilla como prender o apagar un foco, aunque, según un artículo publicado en el último número de Science, ya estamos cerca de hacerlo. Científicos del Instituto Tecnológico Federal de Suiza han combinando la biología sintética y la optogenética para desarrollar células capaces de activar ciertos genes simplemente prendiendo un foco azul.

La optogenética es una herramienta que usa la luz para expresar ciertos genes y activar determinados procesos metabólicos y fisiológicos en los tejidos vivos. La base de esta técnica se encuentra en un fotopigmento encontrado en las células fotosensibles de la retina llamado melanopsina, que es un receptor acoplado a la proteína G*. La melanopsina tiene en su estructura un cromóforo llamado 11-cis-retinal, quien es el encargado de absorber la luz azul.

* Los receptores acoplados a la proteína G son los encargados de conectar el exterior con el interior de las células. Consta de una proteína que atraviesa la membrana celular (receptor) y una proteína encargada de transmitir la señal captada por el receptor llamada proteína G. Gracias a ellos, las células pueden activar determinadas vías metabólicas y fisiológicas en respuesta a un estímulo externo.

Cuando la luz incide en nuestros ojos, el 11-cis-retinal presente en la melanopsina absorbe la luz azul (~480nm) desencadenando una serie de reacciones bioquímicas que provocan la activación del canal receptor de potencial transitorio (TRPC). Este canal permite el ingreso de iones calcio (Ca²⁺) hacia el citoplasma, ya sea desde el exterior o desde el retículo endoplasmático. Luego, los Ca²⁺ que se van acumulando en el citoplasma activan un par de reacciones bioquímicas en la que están involucradas la calmodulina y la calcineurina. La calmodulina es una proteína sensora de calcio que se activa cuando las concentraciones citoplasmáticas de este ión aumentan. Esta proteína sensora fosforila a la calmodulina quien transfiere este grupo fosfato al factor nuclear de células T activadas (NFAT) para activarlo y pueda entrar al núcleo. Finalmente, este factor reconoce la región promotora P_NFAT para activar la expresión de ciertos genes.

Aquí les pongo una ilustración para que entiendan como se da este proceso de transducción de señales.

Lo que hicieron Ye et al. fue introducir el gen que codifica para la melanopsina en diferentes líneas celulares de humanos y ratones. Además, insertaron conjuntamente el gen que codifica para la luciferasa (enzima que genera la bioluminiscencia) bajo el control del promotor P_NFAT. De esta manera, si las células producen bioluminiscencia al ser sometidas a la luz azul indicaría que este sistema de transducción de señales puede funcionar en otros tipos celulares y no solo en las células fotosensibles de la retina. Los mejores resultados se obtuvieron con la línea celular renal embrionaria (HEK293).

Para corroborar estos resultados, repitieron el experimento con las HEK293 pero esta vez reemplazaron la luciferasa por una fosfatasa alcalina y por la proteína amarilla fluorescente. La máxima expresión se dio a las 24 horas de haber sido sometidos a pulsos continuos de luz azul de 5 segundos, en intervalos de 10 segundos. Estos resultados indican que los componentes endógenos (propios de la línea celular) de la vía de transducción activada por la melanopsina funcionan correctamente.

Luego, Ye et al. llevaron estos experimentos a una escala superior. Cultivaron la células en pequeños biorreactores de 200ml (~ 5*10⁷ células) y estudiaron la producción de la fosfatasa alcalina por 10 días. Los datos mostraron que la producción de esta enzima aumentaba con el paso de los días.

Ahora sólo quedaba probar si este mecanismo podría funcionar in vivo. Para esto Ye  et al. introdujeron las células HEK293 productoras de la fosfatasa alcalina activada por luz  microencapsuladas dentro de los ratones. Los niveles de fosfatasa alcalina presentes en el suero del ratón demostraron que los implantes de células activadas por luz funcionaban correctamente. En otras palabras, los ratones empezaron a producir la fosfatasa alcalina cuando eran sometidos a pulsos de luz azul.

Distintas pruebas realizadas por Ye et al. Primero en placas petri (sup. izq), luego en un pequeño biorreactor de 200ml (med. izq), luego introduciendo las células encapsuladas intraperitonealmente (der) y subcutáneamente (inf. izq).

Finalmente, al ver que este mecanismo funcionaba en ratones vivos, Ye et al. se preguntaron si se podía usar con fines terapéuticos. Para ello usaron una línea de ratones diabéticos al cual le introdujeron subcutáneamente una microcápsula portando las células HEK293 modificadas para producir el péptido similar al glucagón tipo 1.  Este péptido es un potente modulador de los niveles de glucosa en sangre a través del aumento de los niveles de insulina, así que tiene un potencial uso como agente terapéutico para controlar la diabetes tipo 2.

Los ratones fueron sometidos a 48 horas de pulsos de luz azul para activar el mecanismo de transducción dependiente de la melanopsina. Al cabo de este tiempo, los investigadores observaron que los niveles de insulina en sangre aumentaron mientras que los niveles de glucosa se redujeron significativamente. Sin dudas son resultados muy alentadores ya que podría optimizarse para que funcione en el hombre y de esta manera tener un método eficaz para tratar las patologías relacionadas con los niveles de glucosa en sangre.

Para concluir, este mecanismo podría ser aprovechado por la industria farmacéutica cuyo principal problema al momento de producir agentes terapéuticos recombinantes, sobre todo los anticancerígenos, es que estos productos afectan el crecimiento y la viabilidad de sus células productoras ya que su función es esa —detener el ciclo celular y/o inducir la apoptosis. Para evitar esto, la producción de estos agentes terapéuticos debe darse en momentos específicos del desarrollo celular, por ejemplo, en la fase estacionaria, para así reducir los efectos perjudiciales sobre su viabilidad y crecimiento. Y para que esto sea posible, se debe tener la capacidad de activar esos genes en un momento preciso. Así que ahora podemos ver con claridad el gran potencial de esta técnica.

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Referencia:

Ye, H., Baba, M., Peng, R., & Fussenegger, M. (2011). A Synthetic Optogenetic Transcription Device Enhances Blood-Glucose Homeostasis in Mice Science, 332 (6037), 1565-1568 DOI: 10.1126/science.1203535

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Juega golf en las lunas de Saturno

Para entretenernos un rato el fin de semana y, por qué no, aprender mientras lo hacemos, el Laboratorio Central de Operaciones de Imágenes del Cassini (CICLOPS) ha desarrollado un interesante juego en flash que nos permite jugar golf en nueve de las lunas de Saturno —todos de par 5. Cada luna tiene sus propias características, sobre todo en cuanto a su tamaño y densidad, de la cual dependerá su fuerza gravitacional y, por lo tanto, la distancia que viaje cada uno de nuestros golpes. Pero, cuidado!, si el golpe tiene un ángulo muy elevado, la pelota puede salir de órbita o desintegrarse [leer las instrucciones].

ADVERTENCIA: Puede ser adictivo y te puede conducir a procrastinar.

Link | http://www.ciclops.org/sector6/golf.php

Vía | @astrolisa

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¿Los grandes dinosaurios eran de sangre caliente?

Uno de los más grandes debates en torno a la paleobiología es si los dinosaurios eran de sangre fría (ectotermos) o sangre caliente (endotermos). Gracias al uso de una técnica empleada para determinar los climas ancestrales llamada termometría isotópica, investigadores estadounidenses liderados por el biólogo evolucionista Robert Eagle del Instituto Tecnológico de California  (Caltech), determinaron que la temperatura corporal de los grandes dinosaurios era similar al de los mamíferos modernos según reportaron ayer en ScienceExpress.

Richard Owen, una de las máximas estrellas de la historia de la paleontología, fue quien acuñó el nombre dinosauria a los dinosaurios en 1841. Este término significa “lagarto terrible” y claro que es una denominación un poco impropia, ya que muchos de ellos no eran más terribles que un inocente conejo y tampoco son lagartos propiamente dichos; los lagartos son un linaje mucho más antiguo —divergieron 30 millones antes que los dinosaurios.

Fue por esta razón que se creía que los dinosaurios eran similares a los reptiles tradicionales como los lagartos, o sea, tenían escamas, movimientos lentos y la sangre fría. Pero, ahora se sabe que muchos dinosaurios eran extremadamente rápidos, dinámicos y fuertes, por ejemplo, el Velociraptor.

El tamaño es un factor clave en la temperatura corporal. Cuando un animal es más grande, su eficiencia para retener el calor es mucho mayor, así sean ectotermos. Pero, si son endotermos, el calor retenido por sus grandes cuerpos genera un problema de sobrecalentamiento (el calor corporal no puede ser eliminado con facilidad), algo que podemos apreciar claramente en los elefantes, quienes cuentan con unas prominentes orejas que funcionan a manera de radiadores. A este fenómeno se le conoce como gigantotermia. Es por esta razón que hasta ahora queda abierta la posibilidad de que los dinosaurios sean de sangre caliente o fría, aunque ayudaría mucho saber cuál era su temperatura corporal.

Un día Robert Eagle escuchó sobre una novedosa técnica desarrollada por sus colegas de Caltech (sí, el mismo lugar donde investigan Sheldon Cooper y compañía) que les permitía determinar las temperaturas de climas ancestrales en base a las cantidades relativas de isótopos raros del carbono y oxígeno, los cuales reaccionan de diferente manera en función a la temperatura del entorno —a bajas temperaturas, los átomos de Oxígeno-18 reaccionarán con mayor facilidad con los de Carbono-13, formando CO₂. Esta técnica llamó la atención de Eagle porque podía aplicarla directamente sobre los huesos fósiles, cuya parte mineralizada está formada principalmente por bioapatita, para así tener un paleotermómetro.

Eagle et al. analizaron 11 dientes fosilizados de dos especies de grandes dinosaurios del grupo de los saurópodos de 150 millones de años de antigüedad: un Brachiosaurus de 30 toneladas y de un Camarasaurus de 50 toneladas, encontrados en Oklahoma y Tanzania, respectivamente. Los resultados de la termometría isotópica arrojaron que la temperatura corporal de estos dinosaurios fue de 38.2°C para el Brachiosaurus y de 35.7°C para el Camarasaurus.

Ahora el problema es saber cómo hacían estos grandes dinosaurios para no sobrecalentarse. Según los modelos matemáticos, si estos saurópodos fueran endotermos, su temperatura corporal alcanzaría fácilmente los 45°C, una temperatura sumamente elevada, incluso más que el de las aves. Eagle et al. plantean que sus largos cuellos y colas actúan como un sistema de refrigeración eficiente. Por estas partes de su cuerpo, los vasos sanguíneos se encuentran mucho más cerca a la superficie, facilitando la disipación del calor.

La otra explicación sería que su temperatura está regulada por el entorno, o sea, un ectotermo. Pero, como en el periodo Jurásico la temperatura global era elevada, no vieron la necesidad de evolucionar células que generen más calor. Sin embargo, los pequeños dinosaurios de dos patas que pudieron haber evolucionado en aves, si tuvieron la necesidad de adaptar sus células a producir la energía requerida para mantener tibios sus cuerpos.

Ahora Eagle quiere aplicar esta misma técnica a los fósiles de las crías o juveniles de estos saurópodos, así como también, a otras especies relacionadas pero más pequeñas, para ver si su temperatura corporal sigue siendo la misma a pesar de tener un menor tamaño. Esto demostraría que, en realidad, estos dinosaurios si pudieron haber sido endotermos. Además, se podría analizar los fósiles de otras especies más antiguas para poder determinar en que momento de la historia aparecieron los endotermos.

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Referencia:

Eagle, RA; et al. Dinosaur Body Temperatures Determined from Isotopic (¹³C-¹⁸O) Ordering in Fossil Biominerals. Science. doi: 10.1126/science.1206196 (2011).

Vía | Science NOW.

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Estrés en la ciudad

¿Ustedes creen que las personas que viven en las grandes ciudades son más estresadas que aquellas que viven en los pequeños poblados o zonas rurales? Al parecer la respuesta es afirmativa, ya que las grandes urbes están plagadas de gente, ruidos molestos, contaminación, etc. que directa o indirectamente nos afectan psicológicamente. Un estudio publicado ayer en Nature da una respuesta concluyente a esta interrogante a través de del uso de las imágenes de resonancia magnética funcional de cerebros de personas que viven, tanto en zonas urbanas como rurales, al ser sometidas a diferentes situaciones estresantes.

En nuestros días, más del 50% de la población mundial vive en las grandes ciudades y este número aumentará hasta casi un 70% para el 2050. Si bien, en promedio, son los citadinos quienes reciben mejores servicios de salud, alimentación, educación y recreación, también son los más propensos a sufrir de desórdenes emocionales y trastornos psicológicos debido al ambiente social estresante y desigual en el que viven. Por ejemplo, se ha demostrado que vivir en zonas urbanas aumentan el riesgo de sufrir de depresión y ansiedad, así como también, la tasa de personas que sufren de esquizofrenia es el doble que en las zonas rurales —claro, tomando en cuenta a aquellos individuos genéticamente predispuestos a padecerla. Pero, ¿todo esto se da a causa del ambiente caótico de las grandes urbes?

Para corroborar experimentalmente esta hipótesis, investigadores del Instituto Central de Salud Mental de la Universidad de Heidelberg (Alemania) liderados por Florian Lederbogen, tomaron a un grupo voluntarios sanos que viven o han vivido en ambientes urbanos y/o rurales (ciudades de la figura inicial), a los que les hicieron un análisis de resonancia magnética funcional (fMRI) para ver qué regiones de sus cerebros se activaban mientras eran sometidos a distintas situaciones sociales estresantes, por ejemplo, resolver problemas aritméticos bajo un límite de tiempo y cuya dificultad aumentaba a medida que respondían bien las preguntas. Para que la situación sea realmente estresante, los investigadores exponían a los participantes al ruido típico de las grandes ciudades a través de unos audífonos.

El experimento no solo aumentó el ritmo cardiaco, la presión sanguínea y los niveles de cortisol en la saliva de los participantes —síntomas típicos del estrés— sino que también aumentó la actividad cerebral en regiones involucradas con las emociones y el estrés. Por ejemplo,  Lederbogen et al. observaron que la activación de la amígdala era mayor en los participantes que vivían en las zonas urbanas, a medida que estas eran más pobladas. También observaron que la activación de la corteza cingulada pregenual anterior —región que se activa cuando sentimos vergüenza— era mayor cuanto más tiempo el participante vivía en una ciudad grande.

Para corroborar estos resultados, los investigadores tomaron a otro grupo de participantes a los cuales les sometieron a una situación diferente. Los participantes debían resolver dos tipos de problemas (aritméticos y mentales) bajo la mirada atenta y desaprobatoria de un investigador en un video. Los resultados fueron similares al experimento anterior.

Pero, ¿no será que el estrés se deba más al desarrollo de los problemas aritméticos y mentales en sí y no al efecto de las zonas urbanas?. Para descartar esta hipótesis Lederbogen et al. desarrollaron otro experimento más sencillo en el cual los participantes deberían poner a prueba su memoria y asociar rostros a estados emocionales sin ningún tipo de estrés externo. Los resultados mostraron que no había ningún tipo de asociación en la activación de la amígdala ni la corteza cingulada pregenual anterior.

Estudios previos ya habían demostrado una asociación de la activación de estas regiones del cerebro en personas con predisposición genética a tener desórdenes psiquiátricos, así como la activación de la amígdala y su relación con el tamaño de la red social de cada personas (cuanto más se activa la amígdala, la persona será más sociable) y con la sensación de la violación del espacio personal; lo que indicaría que el estrés producido en las personas que viven en las grandes ciudades podrían influir en el desarrollo de trastornos mentales.

Pero, este efecto observado por Lederbogen y sus colaboradores no podría ser confundido con el efecto que tienen otros factores de la sociedad humana per se, por ejemplo, el nivel de educación, los ingresos económicos, el estatus familiar, la relación con su pareja, la personalidad, el estado de ánimo, etc. Sin dudas son muchos factores que podrían influir en el estrés, pero los investigadores creen que ningunos de estos factores tienen un efecto significativo como el obtenido en los experimentos realizados, ya que las personas que viven en zonas rurales también tienen son afectados por estos mismos factores.

Sin dudas faltan realizar experimentos a gran escala, tomando en cuenta muchos más factores, pero para ser los primeros resultados que demuestran una asociación entre el nivel de estrés con respecto a la vida en las grandes ciudades, son bastante alentadores. Los psicólogos creen que uno será emocionalmente más estable cuando siente que puede controlar su vida diaria. De todas maneras, con el rápido crecimiento de la población mundial que se da en nuestros días, debemos entender mejor este proceso.

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Referencia:

Lederbogen, F., Kirsch, P., Haddad, L., Streit, F., Tost, H., Schuch, P., Wüst, S., Pruessner, J., Rietschel, M., Deuschle, M., & Meyer-Lindenberg, A. (2011). City living and urban upbringing affect neural social stress processing in humans Nature, 474 (7352), 498-501 DOI: 10.1038/nature10190

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Será mariquita pero es un buen guardaespaldas

 

Si les pregunto, ¿cuál es su primera impresión acerca de esta imagen? Muchos me dirán que es una tierna mariquita cuidando amorosamente a sus huevecillos. Pero, lamento desilusionarlos, lo que ven ahí es el capullo de una avispa que empieza a crecer desde el vientre de la inocente mariquita. Ahora les hago otra pregunta, ¿la pobre mariquita está viva o muerta? Obviamente esta muer... ah no, esperen, me acaban de informar por interno que está viva!

El parasitismo es algo muy común en el mundo natural. Casi todos los organismos vivos tienen un parásito viviéndo en él o asumen ese papel, pero no todos tienen la capacidad de controlar a su pobre hospedero y convertirlos en una especie de zombis. Por ejemplo, el hongo Ophiocordyceps unilateralis tiene la capacidad de controlar los cerebros de las hormigas dirigiéndolas a un mejor lugar donde desarrollarse. Pero, en este caso, el hospedero termina muerto una vez cumpla con su función de hacer germinar al hongo.

Algo muy raro y que va en contra de la mayoría de las hipotesis en torno a los parasitoides ocurre con la avispa Dinocampus coccinellae quien deposita su huevecillo dentro del sistema circulatorio de las mariquitas (Coleomegilla maculata). Las larvas de estas avispas, como en todo parasitismo, se desarrollan dentro del cuerpo de las mariquitas, alimentándose de sus órganos y tejidos interiores hasta madurar. Pero, estas larvas no matan a su hospedero, las dejan vivir en un estado agonizante por el tiempo que demore en formar su capullo o pupa, el cual empieza a emerger desde el abdomen de la pobre mariquita (tal como se aprecia en la figura).

La explicación a esta rareza del mundo natural la dan investigadores franceses liderados por la Dra. Fanny Maure en un artículo publicado hoy en Biology Letters. Los investigadores hicieron tres pruebas en un ambiente controlado. Para ello usaron a las mariquitas, a las larvas de las avispas y a un voraz depredador de las larvas. Luego, desarrollaron un grupo de capullos a la intemperie, otros protegidos entre las piernas de una mariquita muerta y otros en condiciones normales (entre las piernas de la mariquita viva). Como era de esperarse, el 100% de los capullos desarrollados a la intemperie fueron devorados. Sin embargo, lo que más llamó la atención de los investigadores fue que el 85% de los capullos desarrollados bajo la protección de la mariquita muerta fueron devorados, algo que no ocurrió bajo la protección de la mariquita viva, donde sólo el 35% lo fueron.

Sin dudas, la protección que le da la mariquita es beneficiosa para el desarrollo de las avispas. Se cree que se aprovechan de los colores rojos y negros que tienen sus hospederos —que en el mundo animal significa peligro— para disuadir a sus depredadores. Sin embargo, los investigadores no saben como hacen las larvas de las avispas para controlar el movimiento de las mariquitas. Una hipótesis que manejan es que las larvas secretan una especie de veneno que puede generar contracciones, espasmos y retorcijones en la mariquita.

Pero no todo es felicidad para las larvas de las avispas. Por tener contratar este servicio de guardaespaldas el precio que pagan es relativamente elevado. Maure et al. observaron que cuanto más tiempo mantienen vivas a las mariquitas, menos fértiles llegan a ser una vez sean avispas adultas. Tal vez la hipótesis del veneno ayude a explicar estos resultados, ya que la producción de más veneno requiere un mayor consumo de energía para su biosíntesis, consumiendo parte de la energía requerida para el crecimiento y desarrollo de la avispa.

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Referencia:

Maure, F. et al. The cost of a bodyguard. Biology Letters. [Advance Online Publication] doi: 10.1098/rsbl.2011.0415  (2011)

Vía | Science NOW & NERS.

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Una proteína de la retina humana funciona como un sensor magnético en la mosca de la fruta

Muchos animales tienen la capacidad de sentir el campo magnético de la Tierra y generalmente lo usan para orientarse durante sus migraciones anuales. Obviamente nosotros no somos capaces de sentirlo, pero una flavoproteína llamada criptocromo 2 (CRY2), la cual se expresa en la retina humana, puede funcionar como un receptor magnético dependiente de la luz en la mosca de la fruta según un artículo publicado hoy en Nature Communications.

Los criptocromos son unos fotorreceptores encargados de absorber la luz UV y azul, a longitudes de onda que van de 380 a 450nm. Estas flavoproteínas se encuentran presentes tanto en plantas como en animales y una de sus principales funciones es controlar el ritmo circadiano. Dentro de los animales existen dos tipos de criptocromos: el tipo 1, que es típico de los insectos, y el tipo 2 que puede estar presente tanto en vertebrados como en invertebrados. En el año 2000, Ritz et al. descubrieron que los criptocromos podrían forman parte del sistema de magnetorrecepción en muchos animales; tales como, las aves y las tortugas.

Hace tres años, Gegear et al. dieron la primera evidencia genética de que CRY formaba parte fundamental del sistema de magnetorrecepción dependiente de la luz en la mosca de la fruta, ya que cuando bloquearon la luz con longitudes de onda menores a 420nm o cuando mutaron el gen cry, las moscas fueron incapaces de percibir los campos magnéticos. El año pasado, Gegear et al. lograron restaurar el sistema de magnetorrecepción en moscas de la fruta deficientes en CRY usando la versión CRY2 de la mariposa monarca.

En el hombre podemos encontrar dos versiones del criptocromo tipo 2: la hCRY1 y la hCRY2, siendo esta última la que más se expresa en nuestras retinas. Un grupo de investigadores liderados por la neurobióloga Lauren Foley de la Escuela de Medicina de la Universidad de Massachusetts, desarrollaron una línea de moscas transgénicas a las cuales les quitaron su gen cry original y le insertaron la versión humana (hcry2) para ver si ésta también tenía la capacidad de hacer funcionar su sistema de magnetorrecepción.

Las moscas fueron sometidas a campos magnéticos artificiales en un ambiente dispuesto en “T”. La mosca entra por la parte inferior y se dirige hacia el punto donde se bifurca el camino. En uno de los brazos hay un campo magnético mientras que en el otro no. Normalmente las moscas evitan los campos magnéticos fuertes, pero los investigadores entrenaron a un grupo de ellas para se dirijan hacia el campo magnético porque es ahí donde encontrarían una recompensa (un poco de agua con azúcar).

Los resultados mostraron que cuando las moscas no tenía el gen cry, su preferencia por lado con el campo magnético o por el lado sin el campo magnético —dependiendo si estaban entrenadas o no— se reducía considerablemente, ya que su capacidad para reconocer los campos magnéticos se veía afectada. Por otro lado, las moscas que tenían el transgén hcry2 recuperaban su capacidad para distinguir los campos magnéticos. Pero, cuando se bloqueaba la luz de longitudes de onda menores a 400nm, su sistema de magnetorrecepción no funcionaba. Con esto quedaría demostrado que el gen CRY de origen humano aún es funcional dentro de un sistema de magnetorrecepción.

Entonces, ¿esto indicaría que nosotros también somos capaces de sentir los campos magnéticos de la Tierra? Uhm…, tal vez conscientemente no lo sentimos y, para ser sincero, no creo que nos sirva para poder orientarnos tal como ocurre en muchas especies de animales; pero los campos magnéticos tal vez sí podrían influir en nuestra función visual a través de la CRY2. Por ahora, este novedoso campo de la neurociencia recién esta empezando a ser investigado.

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Referencia:

Foley, L., Gegear, R., & Reppert, S. (2011). Human cryptochrome exhibits light-dependent magnetosensitivity Nature Communications, 2 DOI: 10.1038/ncomms1364

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Los murciélagos usan los pelos de sus alas como controladores de vuelo

La superficie de las alas de los murciélagos se encuentran recubiertas por unos diminutos pelos microscópicos, los cuales fueron descritos hace más de 100 años, pero que hasta ahora se desconoce su función exacta. Una de las primeras hipótesis decía que estos pelitos eran unos receptores sensoriales que permitían a los murciélagos volar en la completa oscuridad sin llegar a chocar con los árboles y plantas de los bosques. Sin embargo, en 1940, Griffin y Galambos demostraron que esta habilidad se debía a un sofisticado sistema de sonar biológico, ahondando más el misterio de los pelos de las alas.

Un grupo de investigadores liderados por la Dra. Susanne Sterbing-D'Angelo de la Universidad de Maryland, han encontrado por fin la respuesta a este misterio. Según los resultados de sus experimentos que fueron publicados ayer en PNAS, estos pelos sirven para sentir la dirección y velocidad del viento que pasa por sus alas, para así poder ajustar su técnica de vuelo, en otras palabras, funciona como los tubos de Pitot de los aviones.

Sterbing-D'Angelo et al. usaron dos especies de muerciélagos, uno de vuelo rápido y otro de vuelo lento. Se sometió a los murciélagos a un estudio electrofisiológico para determinar que neuronas se activan cuando se les aplica un pequeño chorro de aire hacia los pelos de sus alas, a diferentes velocidades y direcciones. Los resultados mostraron que cuando el chorro de aire tocaba las alas había una activación de los receptores sensoriales (células de Merkel) en la base de los pelos, lo que confirmaría que son capaces de reconocer la dirección de los flujos de aire, especialmente, los que van en sentido reverso y las turbulencias. Esto indicaría que dicha información es usada por el murciélago para estabilizar su vuelo. Este mismo experimento se repitió pero con las alas depiladas y se observó que no había una respuesta significativa los chorros de aire.

Luego, los investigadores quisieron ver si las alas depiladas afectaban la eficiencia del vuelo de los murciélagos. Para ello los pusieron en una habitación iluminada con una tenue luz roja de longitud de onda larga —simulando la oscuridad de la noche— y llena de diferentes obstáculos simulando ser árboles. Antes del experimento, entrenaron a los murciélagos para que ubicaran su fuente de alimento al otro extremo de la habitación. Luego, pusieron a los murciélagos en la habitación con obstáculos y los grabaron con cámaras infrarrojas ubicadas en las esquinas de la habitación para determinar su comportamiento de vuelo.

Los resultados fueron concluyentes. Los murciélagos que tenían las alas depiladas mostraban un patrón de vuelo más cauteloso, haciendo curvas más prolongadas antes de acercarse demasiado a los obstáculos; mientras que los murciélagos no depilados superaban los obstáculos con maniobras más osadas. Sin embargo, la velocidad de vuelo de los murciélagos aumentó considerablemente (de 2.5m/s a 3.5m/s) cuando se depilaba la parte posterior de las alas (trailing edge), algo que no ocurrió cuando se depilaba la parte anterior (leading edge) o media de las alas.

Sterbing-D'Angelo y sus colabroadores explican que cuando se depila la parte posterior de las alas, los murciélagos no sienten el flujo de aire que debería pasar por ahí, y creen que su vuelo es demasiado lento, por eso aumentan su velocidad y, por lo tanto, reduce el ángulo en que toman las curvas. Por otro lado, cuando se depila la parte delantera del ala, no hay un aumento en la velocidad de vuelo, lo que sigiere que la función de esta región se da cuando el murciélago vuela lento.

Finalmente los investigadores concluyen que estos pelos sirven para que el murciélago tenga un mejor control de vuelo, en cuanto a velocidad y altura, sobre todo cuando necesita evadir los obstáculos gracias a su sistema de ecolocalización, para así poder evitar perder la fuerza de suspensión qie genera el aire sobre sus alas, tal como lo hace el tubo de Pitot en un avión.

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Referencia:

Sterbing-D'Angelo, S., Chadha, M., Chiu, C., Falk, B., Xian, W., Barcelo, J., Zook, J., & Moss, C. (2011). Bat wing sensors support flight control Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1018740108

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Nature sacará su primera revista Open Access!

Scientific Reports es la primera revista multidisciplinaria de Nature que será de acceso abierto (Open Access), de rápida publicación y de libre descarga; todo bajo una licencia Creative Commons. Claro que los artículos publicados en Scientific Reports no tendrán el mismo impacto que tienen de artículos publicados en la revista principal, pero esta noticia ya es un gran avance hacia este nuevo modelo de comunicación científica.

Esta revista tendrá casi la misma modalidad de publicación que PLoS ONE —la versión menos impactante de PLoS, pero con artículos sumamente interesantes— donde la revisión del manuscrito puede ser hecha por un sólo un árbitro para garantizar una publicación más rápida. Por otro lado, como en todo Open Access, serán los autores los que pagarán un impuesto ($1350) para que se publique su artículo y así garantizar la sostenibilidad de la revista, ya que al ser de acceso abierto no se genera ingresos.

Por otro lado, como esta revista se valdrá más de las herramientas web que las revistas tradicionales, uno podrá interactuar con ella a través de aplicaciones para celulares, redes sociales, comentarios, ping backs, etc.

Y no era de esperarse la bienvenida de la noticia por parte de PLoS.

Así que dentro de poco saldrá el primer número de Scientific Reports ya que a partir de este mes se ha abierto el formulario para el envío de artículos.

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Dos nanopartículas son mejor que una si de eliminar tumores se trata

Durante los últimos años, la medicina se ha estado valiendo de las bondades de la nanotecnología para el tratamiento de muchas enfermedades, principalmente, el cáncer. Muchos laboratorios del mundo están desarrollando nanopartículas capaces de encapsular diferentes agentes terapéuticos, transportarlos por nuestro cuerpo hacia el tejido dañado y depositar ahí su carga, para mejorar así la precisión del tratamiento. Sin embargo, a pesar de los avances, sólo el 1% de los fármacos transportados por nanopartículas logra alcanzar su objetivo.

Ahora, un grupo de científicos liderados por el ingeniero biomédico Geoffrey von Maltzahn del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), han desarrollado una novedosa estrategia para mejorar la eficacia en la distribución de los fármacos hacia los tumores que consiste en el uso de dos nanopartículas y el sistema de amplificación de señales bioquímicas de los sistemas biológicos según un artículo publicado hoy en Nature Materials.

Un tratamiento es más efectivo cuando el agente terapéutico cumple su función en el tejido específico sin llegar a comprometer los tejidos sanos. Para ello se debe identificar aquellas moléculas que solamente se expresan en la superficie de las células de los tejidos dañados (moléculas receptoras), para luego usar otras moléculas que sean capaces de reconocer estos receptores y así poder transportar y distribuir el agente terapéutico de manera precisa. Los ejemplos más claros de este reconocimiento específico es el que se da entre un anticuerpo y su respectivo antígeno o entre una molécula señalizadora y su respectivo receptor.

Pero muchas veces, estas moléculas señalizadoras se encuentran en muy bajas concentraciones, lo cual dificulta el transporte y la entrega del fármaco. Por suerte, nuestro organismo cuenta con un sistema de amplificación de señales natural como, por ejemplo, el sistema de coagulación. Un coágulo se forma cuando una herida activa una serie de reacciones químicas que llevan a la formación de una compleja red tridimensional de grandes cantidades de fibrina.

Lo que hicieron von Maltzahn et al. fue activar este sistema de coagulación en tumores mediante el uso de una nanopartícula de oro cubierta de una molécula emisora de radiación infrarroja. Las nanopartículas ingresan al tumor a través de los pequeños poros presentes en los vasos sanguíneos que suelen recubrirlo. Luego, el calor generado por la radiación infrarroja empieza a dañar localmente el tejido haciendo creer al cuerpo que se ha producido una herida, activando así el sistema de coagulación.

Como resultado de la activación del sistema de coagulación, el Factor XIII —enzima encargada de la formación de los enlaces cruzados de las moléculas de fibrina— se expresa en la región dañada. En este punto entra en acción una segunda nanopartícula embebida con fragmentos de proteínas usadas como sustrato por el Factor XIII. Esta segunda nanopartícula es también la que porta consigo al agente terapéutico y será atraída hacia el tumor a medida que se va dando el proceso de coagulación en él. El Factor XIII y la fibrina generada durante el proceso de coagulación produce muchos sitios de reconocimiento adicionales para la nanopartícula transportadora.

Según los resultados obtenidos en las pruebas realizadas en ratones, esta estrategia aumentó en 40 veces la cantidad de doxorubicina (droga utilizada en el tratamiento de diversos tipos de cáncer) depositada en los tumores.

Sin embargo, el principal obstáculo de esta novedosa estrategia es que los pacientes con cáncer son susceptibles a formar coágulos en diferentes partes del cuerpo, provocando que el agente terapéutico sea depositado en regiones donde no son requeridas. Aún así, esta estrategia tiene un futuro bastante prometedor ya que existen una gran cantidad de vías de señalización dentro de nuestro organismo, muchas de ellas exclusivas sólo de las células cancerosas.

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Referencia:

von Maltzahn, G; et al. Nanoparticles that communicate in vivo to amplify tumour targeting. Nature Materials [Advance Online Publication] doi:10.1038/nmat3049 (2011).

Vía | Nature News.

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Los perros pueden discriminar los olores de gemelos idénticos

Imaginen que un asesinato es perpetrado por una persona que tiene un gemelo idéntico. Esta persona niega haber sido el responsable de la muerte y acusa a su hermano del hecho. La única pista que tiene la policía es una muestra de cabello y una sudadera que no corresponden a la víctima. En una situación normal, el cabello sería más que suficiente para identificar al asesino a través de un análisis genético del ADN obtenido de las células de la raíz; sin embargo, en este caso, el perfil genético será el mismo en ambos hermanos. Entonces, ¿cómo se podría determinar quién fue el asesino?. Según un artículo publicado el martes 14 de Junio en PLoS ONE, los perros policías podrían identificarlo en base al olor de la sudadera.

En muchos países del mundo, sobre todo en Europa, se usan a los perros policías entrenados en la identificación de olores dentro de la investigación criminal y la medicina forense. Sin embargo, debido a la falta de estudios que demuestren su eficacia y reproducibilidad, en muchos otros países este procedimiento no goza de una amplia aceptación. Y es que la capacidad de reconocer un determinado olor por parte de los canes dependerá mucho del rigor con el que fueron entrenados, de su edad y salud, y de la concentración que le ponen a la tarea encomendada; factores que muchas veces no pueden ser controlados.

Numerosos estudios han demostrado que el complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) —encargado de la expresión de una gran variedad de antígenos en la superficie de los linfocitos T que activan la respuesta inmune— es el responsable del olor específico de una persona. Sin embargo, los gemelos idénticos (monocigóticos) —originados de un mismo óvulo fecundado— tienen la misma composición genética, por lo tanto el mismo CMH; entonces, los perros no serían capaces de discriminarlos en base al olor. Muchos estudios han tratado de demostrar que los perros si tienen la capacidad de diferenciarlos, pero los resultados no han sido concluyentes, muchas veces a causa de que los perros no han sido bien entrenados o por problemas en el diseño del experimento.

Para dar una respuesta final a esta interrogante, un grupo de investigadores checos liedaros por Ludvík Pinc de la Universidad Checa de Ciencias de la Vida, usaron 10 pastores alemanes entrenados para identificar olores dentro de los destacamentos de la policía regional. Los perros fueron sometidos a las sudaderas de algodón (marca ARATEX) de dos pares de gemelos monocigóticos (de 5 y 7 años) y dos pares de gemelos dizigóticos o mellizos (de 8 y 13 años). La ropa impregnada con el olor de cada uno de los niños fue puesta dentro de frascos de vidrio. Los investigadores además usaron frascos con ropas impreganadas con los olores de otros niños de la misma edad (distractores) para evaluar la capacidad discriminatva del olfato canino.

Primero los perros fueron entrenados para reconocer un olor específico (C: control). Para ello los perros debían oler un primer frasco (indicador) y luego identificar el frasco donde se encontraba el mismo olor dentro de las siete posibilidades dispuestas linealmente. La ropa impreganada con el aroma de los gemelos fue rotulada como A y B. [Un ejemplo de uno de los experimentos se muestra en la figura anterior]. Los perros pudieron discriminar fácilmente los olores de cada uno de los gemelos, tanto monocigóticos como dicigóticos (# pruebas=120, # de incorrectos=0).

Como los participantes eran niños gemelos y no adultos gemelos, las probabilidades de que existan diferencias en sus olores debido a factores externos como la vivienda, la alimentación, la crianza, la higiene, etc. se reducían al mínimo. Así que con estos resultados, los investigadores demostraron que si los perros están bien entrenados pueden discriminar fácilmente entre los olores de gemelos idénticos o mellizos. De esta manera, los peritos forenses podrían valerse de los canes si se llega a presentar un caso similar al mencionado al inicio del presente post.

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Referencia:

Ludvík Pinc, Luděk Bartoš, Alice Reslová, & Radim Kotrba (2011). Dogs Discriminate Identical Twins PLoS ONE : 10.1371/journal.pone.0020704

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Se hace público el genoma completo de la E. coli O104:H4 alemana

Durante las últimas semanas nos ha llovido un montón de noticias desde el viejo continente, específicamente desde Alemania, donde el brote de una cepa de Escherichia coli va causando unos 784 casos del síndrome urémico hemolítico —un tipo de falla renal asociado a la toxina Shiga producida por la E. coli— y la muerte de otras 23 personas [Datos obtenidos hasta el martes 14 de Junio], generando una alerta en las autoridades sanitarias del resto de países del mundo.

El día de hoy, la compañía BGI (Instituto de Genómica de Pekín) junto a colaboradores del Centro Médico de la Universidad de Hamburgo – Eppendorf han hecho público el primer mapa completo del genoma y plásmidos de la E. coli O104:H4, responsable del brote epidémico en Alemania.

Esta versión final del genoma de la E. coli O104:H4 nos muestra un cromosoma circular de 5,278 Kpb (más de cinco mil millones de pares de base) junto a tres plásmidos adicionales de 88, 75 y 1.5Kpb. El cromosoma circular presenta al menos unos 5,000 genes putativos, cubriendo casi el 90% de todo el genoma. El plásmido más grande (88Kpb) es similar al encontrado en otras cepas de E. coli de caballos, el cual porta una gran variedad de genes de resistencia. Por otro lado, el plásmido más pequeño, al cual llamaron “plásmido egoísta”, sólo porta dos genes los cuales codifican para una ADN polimerasa y una proteína de adherencia conocida como  fimbrias, que es la responsable de la virulencia de la bacteria.

Por otro lado, los investigadores de BGI encontraron que los genes que codifican para la toxina Shiga, principal responsable de los severos síntomas de la infección, es codificado por el ADN de un fago que se integró en el genoma de E. coli (profago). También se identificaron muchos puntos de inserción en el genoma de la bacteria, lo que indicaría que la adquisición de genes de resistencia y virulencia se da a través de la transferencia horizontal de genes (conjugación, transformación o transducción).

Estos resultados, sumados a los estudios filogenéticos hechos anteriormente dan indicios del origen de esta mortal cepa. Ahora los investigadores tienen la certeza de que la E. coli pertenece a una cepa enteroagregativa (ECEA), la cual se caracteriza por aglutinarse en la mucosa intestinal, gracias a sus fimbrias, causando daño en el tejido epitelial intestinal y provocando graves diarreas. Además, posee la toxina Shiga que fue adquirida gracias a la integración de un fago. Es debido a esto que inicialmente se consideró a este brote de E. coli como enterohemorrágico. Como podemos ver, esta bacteria, más que una nueva cepa de E. coli puede ser considerada como un híbrido conocido como ECEApTS (E. coli enteroagregativa productora de la toxina Shiga).

BGI, consiente de la situación de preocupación actual, ha hecho de dominio público la secuencia completa de esta cepa (DOI: 10.5524/100001), en cuyo portal se está recolectando más evidencia genética proporcionada por otros laboratorios que están estudiando a la bacteria de manera independiente.

Vía | Physorg.

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