Las plantas también sienten la anestesia, pero no sabemos por qué

Los anestésicos se usaron por primera vez en el siglo XIX cuando, dos años después de que Horace Wells fracasara con el óxido nitroso en 1844, William Morton demostró  que la inhalación de éter evitaba que los pacientes sintieran dolor durante la cirugía. Desde entonces, han ido apareciendo químicos que provocan la pérdida de conciencia. Sin embargo, a pesar de que se han utilizado muchos anestésicos durante siglo y medio, se sabe poco sobre cómo compuestos molecularmente muy diferentes funcionan como tales.

Farmacólogos, médicos, bioquímicos y fisiólogos han abordado el problema desde múltiples puntos de vista y planteado muchas hipótesis, pero nadie ha logrado explicarlo aún con precisión. En el siglo XIX Claude Bernard llevó a cabo experimentos sobre adormecimiento de plantas. Hoy esas pruebas se han continuado con la aplicación de anestesia a varias plantas, entre otras la venus atrapamoscas Dionaea muscipulaUn enfoque muy original de un grupo de fisiólogos vegetales.

Las plantas y los animales están separados por 1 500 millones de años de evolución. Los animales desarrollaron órganos internos muy distintos, con células funcionalmente muy especializadas. Las células vegetales, por otra parte, son más homogéneas: una célula vegetal de cualquier parte de una planta se parece más a otra célula de otra planta que dos células animales seleccionadas al azar.

Las plantas carecen de neuronas, las células animales especializadas cuya capacidad transmisora neutraliza la anestesia. Las neuronas transfieren información sensorial desde el sistema nervioso periférico al central (y viceversa). Se comunican a grandes distancias mediante señales electroquímicas transmitidas por iones, unas partículas del tamaño de un átomo que pasan a través de los canales iónicos situados en la membrana de las neuronas y de las células sensoriales y motoras distribuidas por todo el cuerpo. Por cambios de polaridad entre el interior y el exterior de las membranas, generan un potencial de acción, el denominado impulso nervioso.

El mecanismo de acción (la farmacodinámica) de los anestésicos locales consiste en bloquear los canales iónicos del sodio, lo que impide la transmisión del impulso nervioso a través del axón de la neurona. Eso hace que esta, sea sensitiva o motora, no pueda transmitir ninguna señal hacia o desde el sistema nervioso central (SNC) y permanezca inerte durante un tiempo. Por eso, una vez que un dentista nos inyecta lidocaína, la boca se entumece y, desde ese momento, las neuronas dejan de enviar sensaciones de dolor al cerebro porque están bloqueadas.

Las plantas no tienen neuronas pero, como hicieron los autores de esta publicación y se puede comprobar en los siguientes vídeos, las raíces humedecidas con lidocaína provocan que los movimientos foliares de la venus atrapamoscas cesen.

En el primero, aparece la reacción de cierre de una hoja ante un simple estímulo de contacto.

En el segundo, se observa lo que ocurre después de regar con un poco de lidocaína: la planta no reacciona.

En las plantas no hay neuronas a las que pueda afectar la lidocaína, ni un sistema nervioso que pueda paralizar. ¿A qué se debe la respuesta? Solo cabe especular. Las reacciones al estímulo de las plantas están descentralizadas. No hay un cerebro que controle lo que hacen ni una organización clara de sus procesos de pensamiento porque las plantas, que sepamos, ni sienten ni padecen. Pero, a pesar de que no tengan un sistema organizado, las plantas pasan información de una célula a otra como hacemos nosotros, a través de canales iónicos.

Es más que probable que en el bloqueo de esos canales y en el corte de la comunicación intercelular sea donde reside la capacidad de actuación de la lidocaína en las plantas. Por eso, porque la señal entre ellas está completamente interrumpida, las células sensoriales de las hojas de las venus atrapamoscas no pueden inducir a que las motoras se contraigan.

Por tanto, parece que el efecto en las plantas de la lidocaína está claro. Aunque afecta a tipos de células completamente diferentes, la farmacodinámica es similar tanto en plantas como en animales. Pero ¿qué ocurriría si en lugar de utilizar un líquido se utiliza éter gaseoso, que es un anestésico general?

Hay algunas conjeturas un tanto difusas sobre la farmacodinámica de los anestésicos generales. Entre ellas la más aceptada en el caso de los barbitúricos es que potencian la acción inhibitoria del ácido gamma-aminobutírico, un neurotransmisor inhibitorio a nivel del SNC.

Pero como las plantas carecen de SNC se piensa, aunque nadie haya podido demostrarlo, que el éter funciona como otros anestésicos generales extremadamente lipofílicos que se pueden unir a la membrana lipídica para minorar su conductancia, impidiendo así que las células se comuniquen. Puede que sea así, pero no estamos seguros. Sin embargo, las membranas de las plantas son totalmente diferentes y el éter gaseoso sigue funcionando. No debería funcionar, pero lo hace.

Además de membranas para controlar lo que puede entrar y salir de ellas, las células vegetales tienen paredes celulares que les proporcionan una estructura rígida. Sus membranas son similares a las de los animales, pero, comparadas con las paredes celulares de celulosa y lignina, una membrana lipídica es como una delgada cortina comparada con un muro de ladrillos.

Modelo de una célula vegetal anestesiada. Los anestésicos bloquean los potenciales de acción de las plantas. El tráfico de membranas se altera y se genera rápidamente un exceso de especies reactivas de oxígeno (ROS). Estas rápidas respuestas celulares conducen a la pérdida de respuesta a los estímulos externos. La línea doble representa la membrana plasmática de la célula, alterada en células bajo anestesia. Modificado a partir del original de Yokawa et al. Trends in Plant Science 24 (2019). Luis Monje

Ahora sabemos que el éter también funciona con las plantas, pero saberlo solamente sirve para aumentar nuestro desconocimiento. Demuestra que, al penetrar no solo las membranas citoplasmáticas, sino también las gruesas paredes de las células vegetales, el éter es incluso más potente de lo que sabíamos, aunque ignoremos exactamente cómo lo hace.

Hoy estamos un poco más cerca de saber cómo actúa el éter en animales, pero no mucho más que cuando Claude Bernard realizó sus minuciosos experimentos anestesiando plantas hace 150 años. Las plantas podrían aclararnos muchas cosas. Gracias a su maravillosa simplicidad, abren de par en par una ventana a la investigación en anestesiología.

Hasta ahora hemos aprendido que los anestésicos influyen en las plantas y hay varios grupos de investigadores que están tratando de ofrecer respuestas, pero todavía no han avanzado mucho. Afortunadamente, su trabajo puede ser más rápido que la investigación en animales. Hay menos problemas éticos en torno a la investigación de plantas, por lo que se pueden realizar más estudios. Las plantas también son más fáciles de mantener y controlar que los animales, por lo que la investigación podría realizarse de manera más rápida y consistente que si se intentara con ratas o cerdos.

Hoy la investigación en anestesia es como la física antes de Einstein. Desde Newton, sabíamos que existía la gravedad, sabíamos cómo medirla y teníamos fórmulas matemáticas que funcionaban perfectamente, pero aún no entendíamos en qué consistía exactamente. Al explicar que la gravedad es una consecuencia de la geometría curva del espacio-tiempo, Einstein ofreció la respuesta de cómo actúa la gravedad y cambió la física para siempre.

El Einstein de la anestesiología puede ser un botánico que actualmente está agitando una y otra vez una venus atrapamoscas, buscando saber por qué no está haciendo lo que debería estar haciendo.

Por:

Manuel Peinado Lorca

Catedrático de universidad. Departamento de Ciencias de la Vida e investigador del Instituto Franklin de Estudios Norteamericanos, Universidad de Alcalá

Luis Monje

Biólogo. Profesor de fotografía científica, Universidad de Alcalá

07/02/2021

Este artículo ha sido publicado originalmente en The Conversation

Operación contra el trabajo esclavo en el estado brasileño de Bahia. — Ministério Público do Trabalho

Mapas de contraste de densidad normalizada. Ejemplos de cortes del cerebelo (fila superior), de la corteza cerebral (fila del medio) y de la distribución de materia oscura de la red cósmica (fila inferior). Author provided

¿Existen similitudes entre el cerebro humano y el universo? De ser así, ¿cuáles son y cómo se producen? ¿El procesamiento de la información en el cosmos y en la mente humana sigue pautas afines? ¿La inmensidad del universo es condición necesaria para la existencia del cerebro? ¿Por qué estos hallazgos pueden a llegar a ser tan importantes?

Estas preguntas ya fueron esbozadas desde antes del antiguo Egipto, y aun seguimos buscando respuestas. Gracias al avance tecnológico y científico se ha podido llegar a demostrar algo que se consideraba hace mucho tiempo atrás: el cerebro y el universo son dos entidades parecidas, aunque a distinta escala.

Un estudio reciente publicado en Frontiers in Physics comparó cuantitativamente la red neuronal y la web cósmica del universo. Su conclusión es que el universo puede estar creciendo de la misma forma que un cerebro gigante, con el disparo eléctrico entre las células cerebrales reflejadas por la forma de galaxias en expansión.

El tentador grado de similitud que exponen estos análisis parecen sugerir que la autoorganización de ambos sistemas complejos probablemente esté siendo moldeada por principios similares de dinámica de redes.

El universo visto como un cerebro gigante

Franco Vazza, astrofísico, y Alberto Feletti, neurocirujano, encontraron que tanto el universo como el cerebro están organizados en redes bien definidas, con nodos interconectados a través de filamentos y cuya extensión típica es solo una pequeña fracción de su sistema anfitrión. Según los autores, esto podría deberse a que ambas redes crecieron como resultado de principios físicos similares.

Universo y cerebro difieren en escala en 27 órdenes de magnitud (es decir, el universo es mil millones de billones de billones más grande que nuestro cerebro), pero el análisis de ambas reveló que en los diferentes procesos físicos pueden conllevar el surgimiento de estructuras similares en complejidad y autoorganización.

Ambos son materiales aparentemente pasivos, con un 70 % de masa o energía dentro de cada sistema compuesta por elementos que juegan solo un papel indirecto en sus estructuras internas. Se trata del agua en el caso del cerebro y de la energía oscura en el universo observable.

La red cósmica y las redes neuronales se basan en conexiones

Este nuevo estudio indica que una sola ley fundamental de la naturaleza puede gobernar estas redes. Los resultados de una simulación por computadora sugieren que las "dinámicas de crecimiento natural" (la forma en que evolucionan los sistemas) son las mismas para los diferentes tipos de redes, ya sea internet, el cerebro humano o el universo en su conjunto.

Cuando se comparó la historia del universo con el crecimiento de las redes sociales y los circuitos cerebrales descubrieron que todas las redes se expandieron de forma similar: equilibraron los enlaces entre nodos similares con los que ya tenían muchas conexiones.

Probablemente, "la conectividad dentro de las dos redes evolucione siguiendo principios físicos similares, a pesar de la llamativa y obvia diferencia entre los poderes físicos que regulan las galaxias y las neuronas", explicó el neurocirujano Feletti lo que describió como "niveles inesperados de semejanza".

Uno de los análisis mostró que la distribución de la fluctuación dentro de la red neuronal del cerebelo en una escala de 1 micrómetro a 0,1 milímetros sigue la misma progresión que la distribución de la materia en la red cósmica pero, por supuesto, en una escala mayor que va de cinco millones a 500 millones de años luz.

¿Por qué estos hallazgos pueden llegar a ser tan importantes?

La física cuántica parece desempeñar un papel sutil tanto en las galaxias como en las sinapsis cerebrales. Contemplar el universo como un inmenso ordenador nos lleva a preguntas cruciales sobre su programa y su memoria.

El método utilizado para encontrar las hasta ahora insólitas semejanzas estructurales entre el cerebro humano y el universo puede ser de gran ayuda en los campos de la cosmología y de la neurocirugía.

La importancia del descubrimiento de este método recae en que puede ayudar a descifrar y comprender mejor la dinámica de la evolución temporal, tanto del cerebro como del universo.

Por Fátima Servián Franco

Psicóloga General Sanitaria. Directora del Centro de Psicología RNCR y PDI en la

01/02/2021

¿Somos lo que comemos? El impacto de la dieta en el cerebro

El trepidante ritmo de vida de las ciudades nos está alejando de la cocina de nuestros ancestros, la dieta mediterránea. La falta de tiempo nos lleva a consumir comida rápida y productos precocinados con mayor frecuencia. Por tanto, nuestros hábitos alimenticios son cada vez menos saludables. Estos cambios nos afectan negativamente, facilitando el desarrollo de enfermedades metabólicas.

La obesidad y la diabetes son dos ejemplos muy claros de estas patologías. Su incidencia no para de crecer en las sociedades occidentales. De hecho, el número de casos a nivel mundial se ha triplicado en los últimos 30 años. Se estima que actualmente hay 711 millones de personas obesas y 422 millones de pacientes con diabetes.

Obesidad, diabetes y alzhéimer

La obesidad se define como un aumento excesivo de grasa corporal. Por su parte, la diabetes es una enfermedad asociada a altos niveles de azúcar en sangre. Cuando el páncreas no es capaz de producir insulina (la hormona que controla la cantidad de glucosa en sangre) se denomina diabetes de tipo 1.

La diabetes de tipo 2 suele aparecer en pacientes con sobrepeso u obesidad y está relacionada con el tipo de dieta. Aunque estas personas sí producen insulina, su cuerpo se ha vuelto resistente a ella y es incapaz de usarla correctamente. En cualquier caso, el exceso de azúcar y de grasas en nuestro cuerpo resulta perjudicial para la salud.

Ambas enfermedades son factores de riesgo de patologías cardiovasculares o neurodegenerativas. De hecho, hoy en día sabemos que la obesidad y la diabetes duplican la probabilidad de padecer alzhéimer.

Esta enfermedad se caracteriza por el acúmulo de proteínas en el cerebro, la muerte neuronal y una pérdida progresiva de memoria. Finalmente, la persona pierde su identidad y depende totalmente de sus cuidadores.

Ya en los años 90, estudios liderados por la Dra. De la Monte describieron que muchos cambios patológicos en el cerebro de pacientes con alzhéimer eran similares a los de personas obesas o diabéticas.

Estas patologías comparten la resistencia a la insulina, la intolerancia a la glucosa y daños celulares asociados a radicales libres. Por este motivo, el término diabetes tipo 3 también se emplea para definir este tipo de demencia.

El impacto de la microbiota en la salud

Otro factor que parece estar relacionado con estas enfermedades son los cambios en la microbiota. Es decir, en la comunidad de microbios que reside en nuestro organismo.

Y es que, en los últimos años, el concepto que nos define como seres vivos ha cambiado: se estima que los microorganismos que albergamos en nuestro cuerpo constituyen aproximadamente la mitad de nuestras células.

Pocas dudas quedan ya sobre la importancia de la flora intestinal para un envejecimiento saludable. Estos microbios producen muchas sustancias beneficiosas que llegan a nuestro cerebro a través de la sangre. Por ejemplo, neurotransmisores necesarios para la comunicación entre neuronas, como serotonina y dopamina.

La microbiota "buena" también libera vitaminas y ácidos grasos con funciones neuroprotectoras, como el butirato. De hecho, en la última década se está demostrando la importancia del eje intestino-microbiota-cerebro para el correcto funcionamiento de nuestro órgano pensante.

¿Qué relación existe entre la dieta y la microbiota?

Curiosamente, la microbiota de cada individuo es única, como una huella dactilar. En los adultos, esta comunidad es relativamente estable, aunque su composición y actividad pueden variar con la edad, la dieta o el nivel de ejercicio físico, entre otros factores.

Es importante destacar que tanto las enfermedades metabólicas como una alimentación rica en azúcares y grasas saturadas pueden modificar la composición de la flora intestinal en relativamente poco tiempo.

Esta alteración nociva de las especies que componen la microbiota se conoce como disbiosis. Además, cada vez son más los estudios que relacionan la disbiosis con el alzhéimer y otras enfermedades del sistema nervioso central.

Esquema de la conexión entre los malos hábitos alimentarios, las enfermedades metabólicas, la disbiosis y patologías neurodegenerativas. / Raquel Sánchez y David Baglietto. Mindthegraph.com, Author provided

Y no es un tema para tomarse a la ligera. El número de enfermos de alzhéimer rondará los 150 millones de personas para el año 2050. Mientras, la obesidad y la diabetes acaban con la vida de más de 4 millones de personas cada año en nuestro planeta. En España, la cifra se encuentra en torno a 10 000 personas cada año. Por tanto, se trata de un problema social de gran calado y supone un importante sobrecoste para nuestro sistema sanitario.

Para rizar el rizo, parece ser que los nuevos vecinos microbianos intentarían mantener un ambiente que les favorezca, aunque este sea perjudicial para el individuo. Por ejemplo, se ha demostrado que el transplante de flora intestinal procedente de personas obesas provoca obesidad en los animales receptores.

Si bien los estudios indican que algunos cambios concretos en la microbiota son perjudiciales, también sugieren que habría varias mezclas de microbios adecuadas al perfil de cada persona. Lo que sí parece evidente es la conexión entre los malos hábitos alimentarios, las enfermedades metabólicas y un envejecimiento cerebral acelerado.

En este sentido, la pandemia se puede volver un gran enemigo. Desde su inicio, los españoles hemos ganado de media casi seis kilos. En algunos casos, la ansiedad y el estrés por el confinamiento han contribuido a un aumento en el consumo de productos azucarados e hipercalóricos. La reducción de la movilidad, el teletrabajo y menos actividad física han sido otros de los ingredientes añadidos a este cóctel.

Por supuesto, no se trata de olvidarnos de nuestros platos preferidos, ni de convertir las comidas familiares en una sucesión de ensaladas. La solución más bien pasa por abandonar el sedentarismo, e incorporar en nuestra rutina diaria una dieta basada en alimentos frescos. Y si son ricos en fibra como frutas, verduras y legumbres, nuestra microbiota y nuestro cerebro nos lo agradecerán.

 

Por David Baglietto Vargas 

Investigador Distinguido Senior Beatriz Galindo. Investigador del Centro de Investigación Biomédica en Red en Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED) y del Instituto de Investigación Biomédica de Málaga (IBIMA), Universidad de Málaga

Raquel Sánchez Varo

Profesora Ayudante Doctor del Área de Histología de la Facultad de Medicina. Investigadora del Centro de Investigación Biomédica en Red en Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED) y del Instituto de Investigación Biomédica de Málaga (IBIMA), Universidad de Málaga

01/02/2021

Este artículo ha sido publicado originalmente en The Conversation

Publicado enCultura
Cabeza de ornitorrinco australiano. — Archivo / ENVIRONMENT.SA.GOV.AU

El primitivo animal con pico de pato y 10 cromosomas sexuales es un rompecabezas de ave, mamífero y reptil.

El origen del ornitorrinco, uno de los animales más raros del mundo y no solo por su aspecto, está ya un poco más claro, tras completarse el análisis de sus genes, que da pistas muy interesantes sobre su evolución y, de paso, sobre la de todos los mamíferos. Su mapa genético explica la mezcla de ave, reptil y mamífero que le convierte en ese animal semi acuático de pico de pato que pone huevos pero también da de mamar a sus crías y que además tiene nada menos que 10 cromosomas sexuales, en vez de los dos que tienen, por ejemplo, los humanos.

Se puede considerar al ornitorrinco una quimera biológica, un experimento de la evolución de los vertebrados que produjo una criatura viable que consiguió adaptarse ecológicamente antes de que los demás mamíferos aparecieran siquiera en el panorama de la vida. Lo que queda claro es que es muy antiguo y primitivo, porque el análisis genómico indica que ha cambiado poco a lo largo de la historia.

Uno de los tres linajes de mamíferos en zoología está dedicado exclusivamente al ornitorrinco y a los equidnas, similares a los erizos, lo que indica lo especiales que son. Es el de los monotremas, de los que ya solo quedan una especie de ornitorrinco (en el este de Australia, donde es todo un atractivo turístico y tiene problemas para sobrevivir) y tres especies de equidnas (en Australia y Nueva Guinea).

Los investigadores que han compilado el genoma completo de ornitorrinco y equidna creen que los 10 cromosomas sexuales, cinco X y cinco Y (los equidnas tienen nueve), proceden de un anillo original de estos cromosomas, más parecidos a los de las aves que a los de los mamíferos, que luego se fue rompiendo en los diferentes caminos de la evolución.

Por otra parte, han encontrado que tiene un solo gen que le permite producir las proteínas de los huevos (mientras que los pollos tienen tres) pero que esto no es importante para su supervivencia porque como también sus genes le permiten ser lactante (a través de un extraño complejo de glándulas en la piel) puede alimentar a sus crías tras eclosionar. El que produzca leche convierte al ornitorrinco en una especie de puente entre dos estrategias de reproducción, la puesta de huevos y la vivípara de todos los demás mamíferos. "Nos informa de que la producción de leche en todas las especies existentes se ha desarrollado con el mismo conjunto de genes derivados de un ancestro común que vivió hace más 170 millones de años, al tiempo que los primeros dinosaurios del periodo Jurásico", explica Goujie Zhang, coordinador del amplio equipo de cinco países que ha secuenciado y analizado el genoma. Zhang es investigador en la Universidad de Copenhague y en varias instituciones chinas.

Con los datos ahora disponibles, se estima que los monotremas divergieron de los terios (marsupiales como los canguros y placentarios como los humanos) hace unos 187 millones de años y que ornitorrincos y equidnas se separaron hace 55 millones de años. "Comparar los genomas de monotremas y humanos nos puede informar sobre nuestro ancestro común y lo que ha cambiado en estos millones de años en ambos", explica Jenny Graves, de la Universidad La Trobe. Además, se ha visto que el ornitorrinco perdió genéticamente el desarrollo de los dientes hace unos 120 millones de años. Ahora usa unas placas en el pico para triturar su comida (es carnívoro).

Todo esto se explica en los resultados publicados en la revista Nature. Hasta ahora se disponía del genoma incompleto de un ornitorrinco hembra y en él no se incluyeron los cromosomas Y. El ahora secuenciado es macho y entre los dos se ha obtenido un genoma mucho más completo.

Esta antigüedad biológica necesita ayuda para sobrevivir y el genoma mejorará el control de la población y su reproducción en cautividad. Además, se ha creado en Australia una web a través de la cual los ciudadanos pueden comunicar avistamientos, ya que son animales predominantemente nocturnos. Protegido asimismo en la reserva de Kangaroo Island, en Australia del Sur, su Gobierno recuerda que el ornitorrinco tiene pico de pato, cola de castor, pelaje de nutria y patas palmeadas. No es extraño que cuando los primeros especímenes se enviaron a Inglaterra en el siglo XVIII los científicos pensaran que se trataba de un compuesto de varios animales y que les intentaban engañar. Y además se ha descubierto recientemente que su piel es fluorescente y que las patas traseras de los machos tienen espuelas venenosas. Sigue dando sorpresas.

12/01/2021 07:29

Por malen ruiz de elvira

 Esta imagen, publicada en 2017 por Nature Communication, muestra al planeta a través del tiempo: rojo, muerto y seco a la izquierda, y el mismo paisaje cubierto de agua, al principio de la historia del cuerpo celeste, hace más de 3 mil millones de años.Foto Afp

Electrolizador de salmuera proveerá 25 veces más de ese gas que Moxie, equipo que la NASA tiene programado utilizar

 

La NASA pretende aterrizar astronautas en Marte en la década de 2030, pero ahí el oxígeno es sólo 0.13 por ciento de la atmósfera, en comparación con el 21 de la terrestre y no es viable transportar suficiente oxígeno y combustible en una nave.

La forma en que la NASA planea abordar el problema es mediante Moxie (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), un cubo del tamaño de una batería de auto, que pesa alrededor de 17 kilos y su principal objetivo es producir oxígeno a partir de la atmósfera marciana. El sistema está en fase de prueba en el robot Mars Perseverance, lanzado en julio. Convertirá el dióxido de carbono, que constituye 96 por ciento del gas en la atmósfera, en oxígeno.

Sin emargo, esta semana se presentó en Proceedings, de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, un sistema de electrolisis para salmuera que ha demostrado la capacidad de extraer oxígeno e hidrógeno en las condiciones simuladas de la superficie marciana: -36 grados Celsius.

El planeta rojo es muy frío; el agua que no está congelada está casi con certeza llena de sal, lo que reduce su temperatura de congelación y complica la extracción de sus componentes fundamentales para sostener la vida o producir combustible.

Nuestro electrolizador de salmuera marciana cambia radicalmente la estimación logística de las misiones a Marte y más allá, señaló Vijay Ramani, líder del equipo de la Universidad de Washington en Saint Louis, autor del estudio.

Esta tecnología es igualmente útil en la Tierra, donde abre los océanos como una fuente viable de oxígeno y combustible, agregó en un comunicado.

Desde 2008 Mars Express, de la Agencia Espacial Europea, ha descubierto varios estanques subterráneos que permanecen en estado líquido gracias a la presencia de sal (perclorato de magnesio).

El sistema desarrollado en el laboratorio de Ramani puede producir 25 veces más oxígeno que Moxie usando la misma cantidad de energía, al mismo tiempo que hidrógeno, que podría usarse como combustible para el viaje de retorno de los astronautas.

Nuestro electrolizador de salmuera incorpora un ánodo de pirocloro de rutenato de plomo desarrollado por nuestro equipo junto con un cátodo de platino sobre carbono. Estos componentes, cuidadosamente diseñados, junto con el uso óptimo de los principios tradicionales de la ingeniería electroquímica, han producido este alto rendimiento, precisó Ramani.

Tras más de 50 años de investigación, científicos logran resolver una incógnita sobre el comportamiento de las proteínas 

Un nuevo 'software' ayudará a los especialistas a desarrollar medicamentos en tiempo menor, así como a implementar tecnologías que contribuyan a la sustentabilidad ambiental.

 

DeepMind, compañía desarrolladora de inteligencia artificial (IA) y subsidiaria de Google, logró resolver lo que ha sido una incógnita para la ciencia durante los últimos 50 años: el plegamiento de las proteínas, o sea, los mecanismos a través de los cuales cada una de ellas adquiere una configuración tridimensional unívoca y termodinámicamente estable.  

Gracias a un nuevo programa de IA, el AlphaFold, en los laboratorios de investigación de esa empresa se pudo descifrar y predecir el proceso mediante el cual las proteínas se pliegan en formas tridimensionales, un mecanismo extremadamente complejo y fundamental para comprender su función dentro de los procesos biológicos que soportan la vida, señaló este lunes la firma en un comunicado.

Para el desarrollo del AlphaFold, un algoritmo de inteligencia artificial fue entrenado con una base de datos pública que contiene alrededor de 170.000 secuencias de proteínas y sus formas, el equivalente a entre 100 a 200 unidades de procesamiento gráfico.

Como resultado, el novedoso 'software' es capaz de predecir la manera en la que las cadenas de aminoácidos que conforman las proteínas pueden retorcerse y doblarse para formar una estructura tridimensional, tarea sumamente compleja si se considera que estas pueden adquirir una variedad de formas cercana a un gogol al cubo, es decir, un 1 seguido de 300 ceros.

Durante la Evaluación Crítica de la Predicción de la Estructura de las Proteínas –competición bienal conocida como la "Olimpiada de las proteínas"–, el AlphaFold tuvo una puntuación media de 92,4 sobre 100, alcanzando velozmente resultados similares a los obtenidos por largos y complejos métodos experimentales usados en los laboratorios.

Implicaciones científicas

Los investigadores han señalado que el hecho de conocer la forma en que las proteínas se pliegan los ayudará a determinar en cada caso su función y el papel que juegan en determinados procesos biológicos, lo que abre la posibilidad de comprender de mejor manera ciertas enfermedades y diseñar en un menor tiempo medicamentos específicos para combatirlas.

Asimismo, se estima que este descubrimiento ayude a los científicos a desarrollar "enzimas verdes" que puedan descomponer la contaminación plástica, entre otras posibles aplicaciones en el campo de la sustentabilidad ambiental.

Publicado: 1 dic 2020 01:11 GMT

Domingo, 29 Noviembre 2020 05:30

Los viajes espaciales provocan daño celular

La astronauta Christina Koch reacciona poco después del aterrizaje de la cápsula espacial rusa Soyuz MS-13 en un área remota al sureste de Zhezkazgan, Kazajstán. Sergei Ilnitsky / REUTERS

Las mitocondrias, que son las encargadas de suministrar la mayor parte de la energía para la actividad celular, se pueden volver disfuncionales en los viajes espaciales. Esta es la conclusión a la que ha llegado un equipo de investigación internacional, que ha explorado cómo responden las células a esta situación y cuyos resultados pueden tener implicaciones en los estudios oncológicos en la Tierra. 

 

Mientras la exploración espacial continúa, la investigación biológica de los vuelos espaciales es fundamental para comprender cómo los sistemas vivos, incluida la salud humana, pueden verse afectados por los vuelos espaciales y la exploración del espacio.

Una investigación en ratones y humanos que han viajado al espacio revela que partes críticas de la maquinaria de producción de energía de una célula, las mitocondrias, pueden volverse disfuncionales debido a los cambios en la gravedad, la exposición a la radiación y otros factores, según una investigación de varios centros americanos.

Este hallazgo es parte de un extenso esfuerzo de investigación, a través de diversas disciplinas científicas, para conocer los efectos en la salud de los viajes espaciales. El trabajo tiene implicaciones para futuros proyectos, así como para la medicina en la Tierra, al ampliar el conocimiento de estos cambios metabólicos.

"Los esfuerzos de investigación de mi grupo se centraron en el tejido muscular de los ratones que fueron enviados al espacio y se compararon con los análisis de otros científicos que estudiaron diferentes tejidos en ratones. Aunque cada uno de nosotros investigó un tejido diferente, todos llegamos a la misma conclusión: la función mitocondrial se vio afectada negativamente por los viajes espaciales", dice Evagelia C. Laiakis, profesora adjunta de oncología en el Centro Oncológico Integral Lombardi de la Universidad de Georgetown (EE UU) y coautora del estudio que publica la revista Cell.

Además de estudiar los efectos de los viajes espaciales en la función celular, los científicos utilizaron datos de décadas de experimentos de vuelos humanos de la NASA para correlacionar sus resultados en animales con los de 59 astronautas.

Asimismo, también pudieron acceder a los datos de la NASA de bioespecímenes que habían volado al espacio para hacer otras comparaciones. Los datos de los gemelos de la NASA Mark y Scott Kelly fueron particularmente informativos, ya que permitieron comparar los efectos sobre la salud de un astronauta en el espacio, Scott, con los de su hermano en la Tierra, Mark, que es un astronauta retirado.

Al contrastar los datos humanos con el trabajo en ratones, Laiakis y su grupo pudieron determinar que los viajes espaciales provocaban ciertos efectos metabólicos, como cambios en el hígado más notables que en otros órganos y una función mitocondrial afectada.

Una preocupación más para el futuro de la exploración marciana

Debido a que los viajes espaciales casi siempre exponen a las personas a niveles de radiación más altos que los que se encontrarían en la Tierra, los científicos sabían que tal exposición podría dañar las mitocondrias.

Con este conocimiento del impacto de la radiación en estos orgánulos celulares, los estudios clínicos oncológicos en la Tierra podrían adaptar la radioterapia en el futuro, para proteger mejor los tejidos.

Este estudio también tiene implicaciones importantes para los viajes a Marte, ya que implican un tiempo mucho más largo en el espacio y, por lo tanto, una exposición prolongada a la radiación, un tema preocupante para los investigadores.

"El lanzamiento de SpaceX a principios de mes fue muy emocionante. A partir de aquí, y de otras aventuras programadas a la Luna y eventualmente a Marte, esperamos aprender mucho más sobre los efectos que los vuelos espaciales sobre el metabolismo y cómo mitigar potencialmente los efectos adversos para los futuros viajeros espaciales", concluye Laiakis.

Este trabajo aparece simultáneamente con varios estudios publicados en Cell Reports, Cell Systems, Patterns y iScience sobre otros riesgos asociados a la salud humana de los viajes espaciales.

Participación española del CSIC

En algunos de estos estudios participa el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que lidera un equipo europeo financiado por la Agencia Espacial Europea (ESA) para coordinar el uso del big data en la investigación biológica sobre la exploración y la colonización del espacio.

El equipo lleva varios años utilizando la herramienta GeneLab de la NASA, que reúne información biológica de ciencias ómicas, las que atañen al genoma completo, como por ejemplo la genómica, proteómica, epigenómica, transcriptómica y metabolómica, con muestras de experimentos espaciales.

El uso del big data en las ciencias biológicas del espacio ayudará a desvelar el efecto que produce el espacio a nivel molecular en los seres vivos, un avance clave para la futura exploración espacial a largas distancias.

"Muchos de los experimentos de biología molecular (como el de las mitocondrias) generarán grandes bases de datos gracias las nuevas técnicas de secuenciación, porque hasta ahora el uso de grandes bases de datos (big data) no ha sido posible por las limitaciones tecnológicas de la investigación espacial", apunta Raúl Herranz, investigador del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC) y coordinador de un proyecto europeo denominado Space Omics.

Herranz también es el coordinador europeo en el consorcio global International Standards for Space Omics Processing (ISSOP), para definir los criterios de uso y procesamiento del ingente volumen de datos obtenidos durante años en experimentos en el espacio y en la Tierra, que también se presentan hoy en la revista Patterns.

28/11/2020 17:04

 

EE.UU. probará en humanos una vacuna experimental contra el cáncer tras el éxito de las pruebas en animales

 

La vacuna tiene una efectividad de un 90 % en animales con cáncer cuando se combina con un segundo fármaco de inmunoterapia.

 

Una vacuna experimental contra el cáncer desarrollada por científicos de la Universidad Estatal de Ohio comenzará a ser ensayada en humanos en EE.UU. tras mostrar resultados prometedores en los estudios en animales, en los que logró inhibir el crecimiento tumoral, informaron sus creadores en un comunicado.  

Según la investigación, publicada por científicos en octubre en la revista OncoImmunlogy, la vacuna, llamada PD1-Vaxx, ha demostrado tener una efectividad del 90 % en animales con cáncer de colon al ser combinada con un segundo fármaco de inmunoterapia.    

La vacuna libera células inmunitarias suprimidas que matan al cáncer para atacar y destruir el tumor.  

Pravin Kaumaya, autor principal de la investigación, explica que la PD1-Vaxx en primer lugar "activa las funciones de las células B y T para promover la eliminación del tumor". En segundo lugar, el tratamiento se dirige a "bloquear las vías de señalización, que son cruciales para el crecimiento y el mantenimiento del tumor".

"Al administrar esta vacuna en combinación con un fármaco de inmunoterapia, estamos esencialmente sobrecargando y dirigiendo al sistema inmunológico para que apunte y elimine específicamente a las células cancerosas", detalló el investigador.

"Una nueva esperanza"

A principios de noviembre, la PD1-Vaxx fue aprobada por el regulador sanitario federal de EE.UU., la Administración de Drogas y Alimentos, para pasar a la fase 1 de ensayos en humanos. La próxima prueba clínica se centrará en pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas.

"Estamos emocionados de comenzar a probar esta vacuna en EE.UU. para ofrecer una nueva esperanza a los pacientes con cáncer de pulmón y otros cánceres", expresó Kaumaya.   

Publicado: 28 nov 2020 00:53 GMT

Gracias a una investigación sobre el cáncer de próstata, descubren nuevo órgano en la garganta

Científicos en Países Bajos descubrió un cuarto grupo de glándulas salivales mientras hacían una investigación sobre el cáncer de próstata.

Los nuevos órganos están en el punto donde se encuentran la cavidad nasal y la garganta. Por el momento se contaban tres grupos de glándulas salivales.

El descubrimiento se dio cuando se analizaban imágenes tomadas por un escáner. Los investigadores hallaron un par de glándulas planas y delgadas. Están escondidas en la base del cráneo.

El oncólogo Wouter Vogel cree que estás glándulas puede explicar la resequedad en la boca y los problemas para tragar que sufren los pacientes que se someten a radioterapia.

“La radioterapia puede dañar las glándulas salivales, lo que puede provocar complicaciones”, dijo Vogel. “Los pacientes pueden tener problemas para comer, tragar o hablar, lo que puede ser una carga real”.

El nuevo descubrimiento ayudaría a los pacientes con cáncer a sufrir menos efectos secundarios después de las sesiones de radioterapia.

23 octubre 2020

El hallazgo podría ofrecer pistas para diseñar aviones y edificios más fuertes, dicen científicos.Foto Ap

El escarabajo acorazado es un insecto formidable. Aves, lagartos y roedores intentan con frecuencia comérselo, pero rara vez lo consiguen. Si lo atropella un coche, la criatura sigue viva.

La supervivencia de este escarabajo, denominado Phloeodes diabolicus, depende de dos factores clave: su capacidad para hacerse el muerto de manera convincente y un exoesqueleto que es una de las estructuras más duras y resistentes al aplastamiento conocida en el mundo biológico.

En un artículo publicado en Nature, investigadores de la Universidad de California en Irvine (UCI) y otras instituciones revelan los componentes materiales, y sus planos a nano y microescala, que hacen que el organismo sea tan indestructible, al tiempo que demuestran cómo los ingenieros pueden beneficiarse de esos diseños.

Como un pequeño tanque

El acorazado es un escarabajo terrestre, por lo que no es liviano y rápido. Está construido más como un pequeño tanque, explicó en un comunicado el investigador principal y autor correspondiente David Kisailus, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la UCI.

Esa es su adaptación: no puede volar, así que simplemente se queda quieto y deja que su armadura especialmente diseñada cumpla su función hasta que el depredador se rinda.

En su hábitat desértico en el suroeste de Estados Unidos, el insecto se puede hallar bajo las rocas y en los árboles, apretado entre la corteza y el tronco.

El autor principal, Jesús Rivera, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Kisailus, se enteró por primera vez de estos organismos en 2015 durante una visita al reconocido museo de entomología de la Universidad de California en Riverside, donde él y Kisailus trabajaban en ese momento.

Rivera recolectó los escarabajos de sitios alrededor del campus de Inland Empire y los llevó al laboratorio de Kisailus para realizar pruebas de compresión, comparando los resultados con los de otras especies nativas del sur de California.

Escudo protector sólido

Descubrieron que el escarabajo acorazado puede soportar una fuerza de aproximadamente 39 mil veces su peso corporal. Un hombre de 90 kilos tendría que aguantar el aplastante peso de 3.5 millones de kilos para igualar esta hazaña.

Al realizar una serie de evaluaciones microscópicas y espectroscópicas de alta resolución, Rivera y Kisailus descubrieron que el secreto de este insecto radica en la composición material y la arquitectura de su exoesqueleto, específicamente, sus élitros. En los escarabajos aéreos, los élitros son las hojas de las alas delanteras que se abren y cierran para proteger las alas de vuelo de las bacterias, la desecación y otras fuentes de daño. Los élitros del acorazado han evolucionado para convertirse en un escudo protector sólido.

El análisis de Kisailus y Rivera mostró que los élitros constan de capas de quitina, un material fibroso y una matriz proteica.

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