Producen Escherichia coli superresistente a infección viral

Madrid. Investigadores del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de Cambridge, en Reino Unido, han desarrollado una bacteria Escherichia coli sintética reprogramada que presenta resistencia viral, publicaron en Science.

Mediante la ingeniería del código genético de una cepa sintética de la bacteria para incluir varios aminoácidos, los investigadores hicieron que fuera prácticamente invencible a la infección viral. Su trabajo es uno de los primeros en diseñar proteínas con no uno, sino varios aminoácidos no canónicos.

"La capacidad de generar proteínas de diseño utilizando múltiples bloques de construcción no naturales desbloqueará innumerables aplicaciones, desde el desarrollo de nuevas clases de bioterapias hasta biomateriales con propiedades innovadoras", escriben en una Perspectiva relacionada Delila Jewel y Abhishek Chatterjee, del Boston College en Chestnut Hill, Estados Unidos.

En la naturaleza, los sistemas biológicos utilizan 64 codones –triplete único de nucleótidos– para codificar y guiar la síntesis templada de proteínas a partir de una colección de 20 aminoácidos canónicos.

Se cree que eliminar ciertos codones y los ARN de transferencia que los leen del genoma y sustituirlos por aminoácidos no canónicos (ncAA) puede permitir la creación de células sintéticas con propiedades que no se encuentran en la biología natural, como potentes resistencias virales y una mayor biosíntesis de nuevas proteínas.

Sin embargo, aunque se han codificado genéticamente cientos de ncAA diferentes en diversos ámbitos de la vida, el enfoque se ha limitado en gran medida a la incorporación de uno único en una cadena polipeptídica.

Wesley Robertson y sus colegas demostraron la incorporación específica de múltiples ncAAs distintos en proteínas utilizando una cepa sintética de E. coli. Eliminaron los ARN de transferencia y el factor de liberación y crearon células de la bacteria que no leen varios codones.

Como los virus dependen de la capacidad de la célula huésped para leer los codones del genoma viral para reproducirse, las células de E. coli modificadas se volvieron resistentes a gran variedad de ellos.

 

La única especie que es capaz de regenerar sus órganos, a pesar de estar completamente despedazada. Foto: Tel Aviv University

El golfo de Eilat separa península del Sinaí de la arábiga. Corren milenios y la vía preferida de comunicación entre ambos territorios es el Mar Rojo. Con una profundidad promedio de casi 2 000 metros, en los confines submarinos se esconde la única especie que es capaz de regenerar sus órganos, a pesar de estar completamente despedazada. Así es el Polycarpa mytiligera.

El impresionante hallazgo, realizado por parte de investigadores de la Universidad de Tel Aviv, fue publicado en la revista científica Frontiers in Cell and Developmental Biology. Se trata de una especie de ascidia, generalmente oriundos del golfo de Eilat, que tiene la asombrosa capacidad de regenerar todos sus órganos, sin excepción.

Éste animal marino logra mimetizarse bien entre las rocas y arrecifes de coral. De hecho, según los científicos, es probable que cualquier buzo los haya tenido cerca alguna vez, sin saberlo. Sin embargo, son difíciles de distinguir por sus habilidades de escondite y camuflaje.

De acuerdo con el profesor Noa Shenkar, la regeneración de órganos es una habilidad común en el reino animal, pero este caso es especial por su capacidad:

“La capacidad de regenerar órganos es común en el reino animal […]. Aquí encontramos un cordado que puede regenera todos sus órganos incluso si se separa en tres partes, y cada una sabe exactamente cómo recuperar el funcionamiento de todos sus sistemas corporales faltantes en un corto período de tiempo”.

Existen otras especies, como los geckos y los ajolotes, que pueden regenerar partes de su cuerpo. Sin embargo, nunca antes se había observado un animal marino que pudiera hacerlo con la totalidad de sus órganos. Mucho menos, según el experto, con sistemas corporales completos.

Casi desde cero

Ya se sabía que existen cientos de especies de ascidias, y que no sólo pueden encontrarse en Oriente Próximo. Por el contrario, se extienden a lo largo de los mares del mundo, gracias a su enorme capacidad de adaptación. Sin embargo, la Polycarpa mytiligera es inusualmente común en los arrecifes de coral de Eilat.

Lo que realmente distingue a este animal de sus primos cercanos es un órgano específico que les permite empezar, literalmente, desde cero. Así lo señala Tal Gordon, un experto cuya tesis doctoral incluyó esta nueva investigación:

“Dentro del cuerpo hay un órgano central que se asemeja a un colador de pasta. La ascidia succiona agua a través del punto de entrada del cuerpo, el colador filtra las partículas de comida que quedan en el cuerpo y el agua limpia sale por el punto de salida. Entre los invertebrados, se considera que son los más cercanos a los humanos desde un punto de vista evolutivo”.

De acuerdo con los científicos a cargo de la investigación, esta habilidad se había registrado en especies asexuales. Sin embargo, éste es el primer cordado que se reproduce por la vía sexual que la presenta. El equipo quedó sorprendido cuando, incluso después de haber sido diseccionados en el laboratorio, los animales pudieron regenerarse por completo.

A pesar de que dejaron al cuerpo sin un centro nervioso —y de que lo cortaron en tres partes diferentes—, uno de los ejemplares estudiados logró reproducir su sistema digestivo y su corazón. Aunque inicialmente se diseccionó un sólo ejemplar, al final del estudio se contó con tres diferentes, perfectamente funcionales.

“Nunca antes se había descubierto tal capacidad regenerativa entre una especie solitaria que se reproduce sexualmente, en ningún lugar del mundo”, dice Gordon. Podría ser, según los expertos, que esta capacidad ayude a la investigación médica humana para reconocer nuevos mecanismos para sanar órganos dañados.

12 mayo 2021

 (Tomado de National Geographic)

Las especies invasoras cuestan unos 26,800 mdd anuales, revela estudio

Figuran entre las cinco principales causas de destrucción de la naturaleza // Afectan a todos los ecosistemas

 

Las especies invasoras como los mosquitos, los roedores e incluso los gatos domésticos, cuestan caro a la humanidad: unos 26 mil 800 millones de dólares anuales, según un estudio publicado ayer que previene que el monto seguirá en aumento.

Estas especies "exóticas" que el hombre sacó voluntariamente o no de sus ecosistemas originales generan problemas en sus nuevos hábitats y afrontarlos ha costado al menos mil 28 billones de dólares desde 1970, según este informe publicado en la revista Nature que analizó miles de datos incluidos en la base pública InvaCost.

Plantas, insectos, aves, peces, moluscos, microorganismos, mamíferos... El hombre hace frente a estas especies invasoras luchando contra su proliferación, pero sobre todo contra los daños que provocan ya sea en superficies terrestres o marítimas.

Estas degradaciones afectan a todos los ecosistemas, desde los bosques estadunidenses atacados por el longicornio asiático hasta la agricultura australiana, dañada por el conejo. Sin olvidar las infraestructuras amenazadas por termitas, las canalizaciones obstruidas por el mejillón cebra y hasta la depreciación de los bienes inmobiliarios en Hawai debido a la rana coquí, cuyo canto puede llegar a los cien decibelios.

Ratas y mosquitos, entre los más caros

Según los datos de InvaCost, incompletos, entre las especies que salen más caras se hallan las ratas, la lagarta peluda (un lepidóptero originario de Asia que ataca a los árboles en todo el hemisferio Norte), las hormigas de fuego y sobre todo los mosquitos, debido al tratamiento médico que requieren las enfermedades que transmiten.

Por ejemplo, el mosquito tigre originario del sudeste asiático es una de las peores especies invasoras del mundo, que se extendió sobre todo en Europa portando el chikunguña, el dengue y el zika.

Además del costo "fenomenal, es preocupante su crecimiento constante, con un promedio anual que se duplica cada seis años y se triplica cada década", señaló Christophe Diagne, autor principal del estudio e integrante del laboratorio francés Ecología, Sistemática y Evolución.

Alza que se debe en parte al "aumento exponencial de las especies" invasoras, señaló Franck Courchamp, director del laboratorio.

Las especies exóticas invasoras figuran entre las cinco principales causas de destrucción de la naturaleza, según el informe de 2019 de los expertos de la Organización de Naciones Unidas sobre biodiversidad, que da cuenta del aumento de 70 por ciento de su número desde 1970 en los 21 países examinados.

"El comercio internacional hará que se introduzcan cada vez más especies y el cambio climático provocará que éstas se establezcan cada vez más" en los territorios, según Courchamp.

Los autores del estudio abogan por limitar los daños y los costos con medidas de prevención, como una detección precoz.

Entre tanto, defienden que se complete la base de datos de InvaCost, con invasiones más recientes como el gusano cogollero del maíz, procedente del continente americano, que arrasó masivamente cultivos africanos antes de instalarse en Asia y Australia.

"Es probable que esta especie resulte ser más costosa que las 10 que clasificamos", según Courchamp.

Combinación de imágenes microscópicas que muestra diferentes blastoides, estructuras parecidas a embriones humanos.Foto Ap

Ayudarán a desvelar la caja negra de las primeras etapas del desarrollo y a estudiar abortos espontáneos y malformaciones físicas en los fetos

 

Tokio y Washington. Por primera vez, científicos utilizaron células humanas para hacer estructuras que imitan las etapas iniciales del desarrollo, lo que, según ellos, allanará el camino para más investigación sin evitar restricciones al uso de embriones reales.

Esas estructuras en un fase temprana podrían ayudar a desvelar la caja negra de las primeras etapas del desarrollo humano y promover la investigación sobre abortos espontáneos y malformaciones físicas en fetos.

Dos equipos de investigadores, cuyos trabajos se publican el miércoles en la revista Nature, encontraron métodos diferentes para producir en laboratorio un blastocisto, la primera fase del embrión, unos cinco días después de la fecundación.

Esta esfera de alrededor de 200 células ya tiene una estructura compleja (una capa de células externas –la futura placenta– que rodea una cavidad llena de líquido que contiene una masa de células embrionarias).

Los blastoides obtenidos por ambos equipos difieren de los blastocistos naturales: contienen células de tipo indeterminado y no figuran ciertos elementos que provienen específicamente de la interacción entre el óvulo y el espermatozoide.

Los científicos subrayaron que su trabajo es sólo para la investigación, no para la reproducción, pero es probable que plantee nuevas preguntas éticas.

Estudiar el desarrollo humano temprano es realmente difícil. Es básicamente una caja negra, señaló Jun Wu, biólogo de células madres en la Universidad de Texas, Centro Médico del Suroeste.

Creemos que nuestro modelo puede abrir este campo, si se prueba la hipótesis sin usar embriones humanos, precisó.

Algunos científicos utilizan blastocistos donados por clínicas de fertilidad para investigar las causas de la infertilidad y las enfermedades congénitas. El nuevo trabajo debería permitirles hacer este análisis a escalas mucho mayores, indicó José Polo, profesor de la Universidad Monash, en Australia, y quien dirigió el segundo estudio.

Esta capacidad de trabajar a escala revolucionará nuestra comprensión de las primeras etapas del desarrollo humano, agregó.

No hay implantación, aclaró Amander Clark, de la Universidad de California en Los Ángeles que fue autor del artículo con Polo. No hay embarazo, destacó.

Estos trabajos se producen en momentos en que se elaboran nuevas recomendaciones éticas sobre la investigación con embriones.

Actualmente, la investigación sobre las primeras etapas del desarrollo depende de la donación de embriones concebidos en el marco de tratamientos con fecundación in vitro, pero son pocas y están sujetas a muchas restricciones.

Hasta ahora, la creación de blastocistos en el laboratorio sólo se había llevado a cabo en animales: en 2018, holandeses los produjeron a partir de células madres de ratón.

Los dos equipos usaron métodos diferentes: el de Jun Wu usó células madre derivadas de embriones humanos y células pluripotentes inducidas (células madres producidas en el laboratorio a partir de células adultas). El equipo de José Polo comenzó con células de piel adultas.

Ambos lograron el mismo resultado: las células se organizaron gradualmente para reproducir las tres estructuras que componen los blastocistos humanos.

Hallan la evidencia más sólida de la existencia de "gen de migración" en las aves

Expertos de la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Cardiff anunciaron que encontraron la evidencia más sólida hasta ahora de la existencia de un "gen de migración" en las aves.

Según publican en la revista Nature, el equipo identificó un solo gen asociado con la migración en los halcones peregrinos rastreándolos a través de tecnología satelital y combinándolos con la secuenciación del genoma. Resaltó que sus hallazgos agregan más evidencia para sugerir que la genética tiene un papel importante en la distancia de las rutas de los viajes.

La investigación también analiza el efecto del cambio climático en la migración y cómo esto podría interactuar con los factores evolutivos.

Los especialistas marcaron 56 halcones peregrinos árticos y vía satélite rastrearon sus viajes, siguiendo en detalle sus distancias y direcciones de vuelo anuales.

Descubrieron que los peregrinos estudiados usaban cinco rutas a través de Eurasia, probablemente establecidas entre la última Edad de Hielo hace 22 mil años y el Holoceno medio hace 6 mil años.

El equipo utilizó la secuenciación del genoma completo y encontró un gen, el ADCY8, que se sabe que está involucrado en la memoria a largo plazo en otros animales, asociado con diferencias en la distancia migratoria.

Descubrieron que el ADCY8 tenía una variante de alta frecuencia en las poblaciones migratorias de peregrinos de larga distancia (este), lo que indica que esta variante se selecciona preferentemente porque puede aumentar los poderes de la memoria a largo plazo que se considera esencial en viajes largos.

Mike Bruford, uno de los autores del estudio y ecólogo molecular de la Escuela de Biociencias de la Universidad de Cardiff, recordó que "estudios anteriores han identificado varias regiones genómicas candidatas que pueden regular la migración, pero nuestro trabajo es la demostración más sólida de un gen específico asociado con comportamiento migratorio aún identificado".

Impacto del clima

Los investigadores también analizaron simulaciones del probable comportamiento migratorio futuro para predecir el impacto del calentamiento global.

Si el clima se calienta al mismo ritmo que lo ha hecho en las décadas pasadas, predicen que las poblaciones de peregrinos en Eurasia occidental tienen la mayor probabilidad de disminución de la población y pueden dejar de migrar por completo.

"En este estudio pudimos combinar el movimiento animal y los datos genómicos para identificar que el cambio climático tiene un papel importante en la formación y mantenimiento de las pautas de migración de los peregrinos", señaló Bruford, citado por Phys.org.

Por su parte, Xiangjiang Zhan, profesor invitado honorario de la Universidad de Cardiff, ahora con sede en la Academia de Ciencias de China, resaltó que este trabajo "es el primero en comenzar a comprender la forma en que los factores ecológicos y evolutivos pueden interactuar en las aves migratorias, y esperamos que sirva de piedra angular para ayudar a la conservación de estas especies en el mundo".

El trabajo fue realizado por un laboratorio conjunto para la investigación de la biocomplejidad establecido en 2015 entre la Universidad de Cardiff y el Instituto de Zoología de la Academia de Ciencias de China.

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.

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