Los científicos han descubierto cómo cooperan distintas regiones cerebrales durante la memoria a corto plazo.

Mantener la información en la memoria durante un periodo corto es una tarea aparentemente simple y cotidiana. Usamos la memoria a corto plazo para recordar un nuevo número de teléfono si no hay nada a mano para escribirlo, o para encontrar dentro de una tienda el maravilloso vestido que acabamos de admirar en el escaparate. Aun a pesar de la aparente simplicidad de estas acciones, la memoria a corto plazo es un acto cognitivo complejo que implica la participación de múltiples regiones cerebrales. Sin embargo, cómo cooperan, y si lo hacen, distintas regiones cerebrales durante la memoria a corto plazo, ha sido un tema esquivo. Un grupo de investigadores del Instituto Max Planck de Cibernética Biológica en Tübingen, Alemania, ahora se acercan a responder esta pregunta. Descubrieron que las oscilaciones entre distintas regiones del cerebro son cruciales en el recuerdo visual de cosas a lo largo de breves periodos de tiempo.

My brain © by Digital Shotgun

Se ha sabido desde hace mucho que las regiones cerebrales de la parte frontal del cerebro están implicadas en la memoria a corto plazo, mientras que el procesamiento de información visual tiene lugar, principalmente, en la parte trasera del mismo. Sin embargo, para recordar con éxito información visual a lo largo de un periodo corto de tiempo, estas distantes regiones necesitan coordinarse e integrar información.

Para comprender mejor cómo ocurre esto, científicos del Instituto Max Planck para Cibernética Biológica del departamento de Nikos Logothetis registraron la actividad eléctrica tanto del área visual como de la parte frontal del cerebro de monos. Los científicos mostraron a los animales imágenes distintas o idénticas en intervalos de tiempo cortos mientras registraban su actividad cerebral. Los animales tenían que indicar si la segunda imagen era la misma que la primera.

Los científicos observaron que, en cada una de las dos regiones cerebrales, la actividad mostraba fuertes oscilaciones en un cierto conjunto de frecuencias, conocidas como banda theta. Es importante señalar que estas oscilaciones no tuvieron lugar de forma independiente entre ellas, sino que sincronizaron su actividad temporalmente: “Es como si tuvieses dos puertas giratorias en cada una de las dos áreas. Durante el funcionamiento de la memoria, se sincronizan, permitiendo de esta manera que la información pase a través de ellas de manera mucho más eficiente que si estuviesen desincronizadas”, explica Stefanie Liebe, primera autora del estudio llevado a cabo en el equipo de Gregor Rainer en cooperación con Gregor Hörzer de la Universidad Técnica de Graz. Cuanto más sincronizada estaba la actividad, mejor recordaban los animales la imagen inicial. De esta manera, los autores fueron capaces de establecer una relación directa entre lo que observaron en el cerebro y el resultado del animal.

El estudio destaca la importancia de las oscilaciones cerebrales para la comunicación e interacción de distintas regiones cerebrales. Casi todos los actos cognitivos polifacéticos, como el reconocimiento visual, surgen a partir de una compleja interconexión de redes neuronales especializadas y distribuidas. Cómo se establecen las relaciones entre  tales zonas distribuidas y cómo contribuyen a representar y comunicar la información sobre eventos externos e internos para lograr una percepción coherente es algo que aún no se comprende bien.

Artículo de referencia: Nature Neuroscience, 29 January 2012, doi: 10.1038/nn.3038

Fecha Original: 31 de enero de 2012
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Un método no destructivo para tomar imágenes de proteínas aisladas podría ayudar a resolver uno de los mayores retos de la biología.

El comportamiento y funcionamiento de las proteínas está, en gran parte, determinado por su forma.  Por lo que uno de los mayores desafíos actuales de la biología es comprender y modelar la estructura de las proteínas.

Pero es una tarea compleja. Los biólogos actualmente lo hacen usando técnicas como la cristalografía por rayos-X, que requiere que se encadenen millones de proteínas para formar un cristal.  El problema es que la mayor parte de las proteínas no forma cristales. E incluso cuando lo hacen, no todas las moléculas estarán en la misma conformación y, por tanto, el patrón de difracción puede terminar siendo una especie de media de varias formas diferentes.

Por esto es por lo que los biólogos conocen la forma de sólo menos del 2 por ciento de las proteínas humanas.

Proteínas Crédito: Argonne National Laboratory

Lo que se necesita, por supuesto, es una forma de crear imágenes de las proteínas individuales. Una idea es usar rayos-X o haces de electrones para conseguirlo, y así es como algunos grupos han tenido cierto éxito con esta técnica. Pero la desventaja es que los haces con una energía de unos pocos KeV tienden a destruir las biomoléculas, por lo que no está claro lo precisas que pueden ser estas imágenes. Tampoco es posible ver las moléculas durante el periodo.

Hoy, Jean Nicholas Longchamp y sus colegas de la Universidad de Zurich en Suiza, han encontrado una forma de solventar esto. Estos chicos hacen una sugerencia totalmente sensata de crear las imágenes de las proteínas usando haces de electrones de baja energía que no destruyen las biomoléculas.

A esta energía, los haces de electrones tienen una longitud de onda de un nanómetro aproximadamente, haciéndolos perfectos no sólo para imágenes de resolución atómica, sino para holografía.

Y esto es exactamente lo que han hecho estos muchachos. Han creado un holograma electrónico de una molécula proteica conocida como ferritina – es la proteína en forma de balón de fútbol que almacena y libera hierro y se encuentra en casi todos los seres vivos.

La técnica es bastante simple. Mezclan ferritina y nanotubos de carbono en agua, permitiendo luego que ésta se evapore. Ésto deja a los nanotubos de carbono con proteínas de ferritina aisladas unidas a ellos.

La evaporación tiene lugar en un contenedor similar a un colador y deja parte de los nanotubos portadores de ferritina suspendidos en los agujeros del colador. Esto permite que Longchamp y sus colegas envíen el haz de electrones de baja energía desde un lado del agujero y luego registren el patrón de interferencia en el otro.

El resultado es el primer holograma electrónico de resolución atómica de ferritina jamás conseguido de una forma no destructiva. “Hemos informado de la primera investigación no destructiva de una proteína individual por medio de la holografía de electrones de baja energía”, comenta.

Incluso han comparado sus imágenes con unas de ferritina obtenidas con electrones de alta energía, y pueden demostrar el daño que provoca el bombardeo de alta energía.

Éstas son noticias emocionantes. El problema de determinar con precisión la estructura, y por tanto la funcionalidad, de las proteínas es un gran dolor de cabeza para los biólogos, y uno que la holografía de electrones de baja energía podría ayudar a resolver rápidamente. “El método de preparación de la muestra puede aplicarse a un amplio grupo de moléculas”, dicen Longchamp y sus colegas.

Ahora quieren mejorar la resolución de su técnica, y tienen unos cuantos ases bajo la manga que sin duda investigarán.

Dado que la técnica es relativamente sencilla y barata, es de esperar ver una explosión de interés en la biología estructural de moléculas individuales a resolución atómica.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1201.4300: Non-Destructive Imaging Of An Individual Protein

Fecha Original: 24 de enero de 2012
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Los defensores de la ciencia abierta no logran reproducir los controvertidos hallazgos.

Una extraña bacteria encontrada en el Lago Mono de California no puede reemplazar el fósforo de su ADN con arsénico, de acuerdo con los investigadores que han tratado de reproducir los resultados del controvertido informe publicado en la revista Science en 2010¹.

Un grupo de científicos, liderado por la microbióloga Rosie Redfield de la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá, ha publicado los datos en el blog de Redfield que, según dice, presentan una “clara refutación” de los hallazgos clave del artículo.

Mono Lake with Tufa Towers at Sunrise 16Oct2011. © by mikebaird

“Su afirmación más impactante era que el arsénico se había incorporado a la estructura del ADN, y que lo que podemos decir nosotros es que no hay arsénico en el ADN”, señala Redfield.

Pero los autores del artículo de Science no se retractan de sus conclusiones. “Estamos encantados de que nuestros resultados estén estimulando más experimentos en la comunidad, además de los nuestros”, escribe Felisa Wolfe-Simon, ahora en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, en un correo electrónico a Nature. “No comprendemos totalmente los detalles clave y condiciones de los experimentos de la web. Por lo que esperamos ver este trabajo publicado en una revista revisada por pares, dado que este es el mejor procedimiento para la ciencia”.

Crítica abierta

En el artículo de Science, Wolfe-Simon y sus colaboradores informaron de haber encontrado una bacteria llamada GFAJ-1 que puede usar el arsénico en lugar del fósforo en moléculas esenciales para la vida. Esto era sorprendente debido a que se pensaba que el fósforo es esencial para la vida, mientras que el arsénico normalmente es tóxico.

Pero después de que Redfield y otros comentasen numerosas preocupaciones, muchas de las cuales se publicaron como comentarios técnicos en Science, Redfield puso a prueba los resultados, documentando sus progresos en su blog para el avance de la ciencia abierta.

Redfield cultivó bacterias GFAJ-1 en arsénico y con una cantidad muy baja de fósforo, como Wolfe-Simon y sus colegas. Luego purificó el ADN de las células y lo envió a Marshall Louis Reaves, estudiante graduado de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey. Reaves usó un gradiente de cloruro de cesio para separar el ADN de las células en fracciones de densidad variable, y luego usó un espectrómetro de masas para identificar los elementos presentes en cada fracción de ADN. No encontró arsénico en el ADN.

Pero los métodos de Redfield podrían dejar a los defensores de la hipótesis de la vida en el arsénico con algo de margen de maniobra. Por ejemplo, Redfield fue incapaz de cultivar células sin añadir una pequeña cantidad de fósforo. Debido a que no está claro en el artículo original cuánto fósforo se usó para cultivar las bacterias, sus autores podrían defender que las células de Redfield no tenían la suficiente carencia de fósforo para que se vieran forzadas a usar arsénico en su lugar.

Wolfe-Simon dice que no esperaría encontrar arsénico en ADN analizado con un gradiente de cloruro de cesio, debido a que el ADN con arsénico podría ser tan frágil que se rompería y sólo aparecería en bandas muy tenues separadas del grueso del ADN celular.

Sin embargo, Redfield dice que Reaves analizó todo el ADN purificado en el gradiente, por lo que habría detectado algo de arsénico. Redfield también analizó el tamaño del ADN de las células que había almacenado durante dos meses en el frigorífico de su laboratorio. Los fragmentos de ADN de las células que había sido cultivadas con y sin arsénico tenían tamaños distintos, lo que indicaba que el ADN de las células cultivadas en arsénico no era inestable.

‘Refutación relativamente definitiva’

David Borhani, bioquímico y biólogo estructural en Hartsdale, Nueva York, habría preferido ver experimentos de control adicionales — para determinar, por ejemplo, el menor nivel posible de arsénico que Redfield podría haber detectado, y calcular dónde acaba el arsénico procedente del ADN de GFAJ-1 cuando se purifica el ADN en un gradiente de cloruro de cesio. “Con los controles apropiados, los datos del gradiente de cloruro de cesio constituirían una refutación relativamente definitiva, al menos para la mayoría de científicos”, escribe en un correo electrónico a Nature.

Otros investigadores que publicaron críticas al artículo de la vida del arsénico dicen que Redfield y sus colaboradores han generado una refutación razonable de sus hallazgos. Pero será difícil demostrar definitivamente la completa ausencia de arsénico en el ADN de GFAJ-1.

“Me temo que habrá una lenta y prolongada batalla en la retaguardia de sus defensores hasta que toda la historia se olvide finalmente, en lugar de una retractación directa del artículo original”, dice Stefan Oehler, biólogo molecular del Centro de Investigación en Ciencias Biomédicas Alexander Fleming en Vari, Grecia.

Ronald Oremland de USGS en Menlo Park, California, que lideró el trabajo de la vida en el arsénico¹, dice que los resultados “no parecen espolear la hipótesis del arsénico en el ADN”, pero añade que enviará un comentario oficial una vez que los revisores hayan examinado los datos de Redfield.

Redfield y sus colaboradores esperan enviar su trabajo a Science para finales de mes. Dice que si Science rechaza publicar su trabajo debido a que se ha debatido en el blog, será un importante caso de prueba para la ciencia abierta.

Wolfe-Simon aún está buscando arsénico en la bacteria. “Estamos buscando arseniato en los metabolitos, así como el ADN y ARN ensamblado, y esperamos que otros puedan hacer lo mismo. Con todo este trabajo añadido de la comunidad, ciertamente sabremos mucho más para el año que viene”.

Sin embargo, Redfield no planea realizar experimentos adicionales para abordar las objeciones indicadas por los defensores de la hipótesis de la vida del arsénico. “Hemos hecho nuestra parte. Ésta es una clara demostración, y no veo necesidad de gastar más tiempo con esto”, comenta.

Nature doi:10.1038/nature.2012.9861

Artículos de Referencia:

1. Wolfe-Simon, F. et al. Science 332, 1163-1166 (2010).

Autor: Erika Check Hayden
Fecha Original: 20 de enero de 2012
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El origen de la vida se ve como la formación de las primeras biomoléculas, las cuales pueden estar sujetas a multiplicación y posterior desarrollo. Hasta ahora no estaba claro qué reacciones podrían haber disparado la evolución de este metabolismo original. Ahora, científicos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han revelado dichos mecanismos, mediante los cuales unas pocas biomoléculas pueden crear nuevos productos, al estilo de una avalancha que inicie un metabolismo autoexpansivo. “Chemistry – A European Journal“” publica ahora sus resultados.

Los canales de flujo volcánico-hidrotermal ofrecen un entorno químicamente único el cual, a primera vista, parece hostil a la vida. Se definen como grietas en la corteza de la Tierra, a través de las cuales fluye el agua, repletas de gases volcánicos que están en contacto con una diversidad de minerales. Y aun así – es precisamente este entorno extremo donde podrían haber surgido los dos mecanismos que son la raíz de la vida: La multiplicación de biomoléculas (reproducción) y el surgimiento de nuevas biomoléculas en base a otras biomoléculas anteriormente formadas (evolución).

ADN © by Mark Cummins

En el inicio de esta concatenación de reacciones que llevó finalmente a la creación de formas celulares de vida, hay sólo unos pocos aminoácidos, los cuales se formaron a partir de gases volcánicos mediante catálisis mineral. Similar a una ficha de dominó que dispara toda una avalancha, estas primeras biomoléculas estimularon no sólo su propia síntesis posterior, sino también la producción de todo un nuevo grupo de biomoléculas. “De esta forma la vida se inicia por necesidad, de acuerdo con las leyes preestablecidas de la química y en una dirección predeterminada”, declara Günter Wächtershäuser, profesor honorario de bioquímica en la Universidad de Regensburg. Wächtershäuser desarrolló el mecanismo de un metabolismo autogenerador – teóricamente, por desgracia, ya que no hemos tenido hasta el momento una demostración experimental.

Ahora, científicos junto a Claudia Huber y Wolfgang Eisenreich, de la Cátedra de Bioquímica en el Departamento de Química de la TUM, en estrecha cooperación con Wächtershäuser, lograron demostrar experimentalmente por primera vez la posibilidad de tal mecanismo autoestimulador. Un catalizador que consta de compuestos de los metales de transición níquel, cobalto o hierro tiene el papel principal en estas reacciones. Proporciona no sólo la formación de las primeras biomoléculas, sino también inicia la concatenación de reacciones. La razón: Las biomoléculas recientemente formadas a partir de los gases volcánicos se unen al centro del catalizador del metal de transición para permitir posteriores reacciones químicas, generando unas biomoléculas completamente nuevas. “Este acoplamiento entre el catalizador y un producto de reacción orgánica es el primer paso”, explica Wächtershäuser. “La vida surge si posteriormente tiene lugar una cascada de acoplamientos, y esta vida primordial lleva finalmente a la formación del material genético y de las primeras células”.

Los científicos simularon en sus experimentos las condiciones de canales de flujo volcánico-hidrotermal, y establecieron un sistema acuoso-organometálico que produce todo un conjunto de biomoléculas diferentes, entre ellas los aminoácidos glicina y alanina. Aquí la fuente de carbono la proporciona un compuesto ciano y el agente reductor el monóxido de carbono. Los compuestos de níquel resultaron ser los catalizadores más efectivos en estos experimentos. Los científicos añadieron luego los productos glicina y alanina a otro sistema, que generó, de nuevo, dos nuevas biomoléculas. El resultado: Los dos aminoácidos incrementaron la productividad obtenida por el segundo sistema en un factor de cinco.

En futuros experimentos, los científicos intentarán recrear con mayor precisión las condiciones de los sistemas volcánicos-hidrotermales, donde podría haber surgido la vida hace miles de millones de años. “Para este propósito primero simulamos ciertas etapas en el desarrollo de un sistema de flujo volcánico-hidrotermal para determinar los parámetros esenciales”, explica Wächtershäuser. “Sólo a partir de entonces pudimos llegar a una construcción racional de un reactor de flujo”.

Los resultados de los científicos que trabajaron junto a Wächtershäuser y Eisenreich demuestran que es factible el origen y evolución de la vida en el agua caliente de los conductos de flujo volcánico. Los resultados revelan ventajas de la teoría en comparación con otras aproximaciones. En los conductos de flujo, la temperatura, presión y pH cambian a lo largo del camino del flujo y, de ese modo, se ofrece un espectro graduado de condiciones que es apropiado para todas las etapas, desde la evolución inicial a la formación del material genético (ARN/ADN).

La propiedad más importante del sistema es su autonomía: En oposición a la idea prebiótica fría, el primer metabolismo no fue dependiente de eventos accidentales o una acumulación de componentes esenciales a lo largo de miles de años. Tan pronto como cae la primera pieza del dominó, las otras la siguen de forma automática. El origen de la vida avanza a lo largo de trayectorias definidas, preestablecidas por las reglas de la química – un proceso determinado químicamente dando lugar al árbol de todas las formas de vida.

Este trabajo está patrocinado por Deutsche Forschungsgemeinschaft (WA- 983/3, WA-983/4 y EI-384/3–1), Hans-Fischer Gesellschaft y Fonds der Chemischen Industrie.

Artículos de Referencia:

Elements of metabolic evolution, C. Huber, F. Kraus, M. Hanzlik, W. Eisenreich, G. Wächtershäuser, Chemistry – A European Journal, publicación en línea avanzada: 13 Jan 2012 – DOI: 10.1002/chem.201102914

Fecha Original: 19 de enero de 2012
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Minúsculas cantidades de etanol, el tipo de alcohol encontrado en las bebidas alcohólicas, pueden duplicar el tiempo de vida de un diminuto gusano  conocido como Caenorhabditis elegans, el cual se usa frecuentemente como modelo en estudios de envejecimiento, según informan bioquímicos de UCLA. Los científicos dicen que ven difícil dar una explicación a su descubrimiento.

“Este hallazgo nos dejó fuera de combate – es impactante”, dice Steven Clarke, Profesor de Química y Bioquímica en UCLA y autor sénior del estudio, publicado en el ejemplar en línea del 18 de enero de la revista PLoS ONE, una publicación de la Biblioteca Pública de Ciencia.

En los humanos, el consumo de alcohol normalmente es dañino, dice Clarke, y si a los gusanos se le da concentraciones altas de etanol, experimentan unos efectos neurológicos dañinos y mueren, según han demostrado otros investigadores.

Caenorhabditis elegans © by danielmorgan

“Usamos niveles mucho más bajos, donde puede ser beneficioso”, dice Clarke, que estudia la bioquímica del envejecimiento.

Los gusanos, que crecen a partir de un huevo hasta convertirse en adultos en apenas unos días, se encuentran por el suelo de todo el mundo, donde se alimentan de bacterias. El equipo de investigación de Clarke – Paola Castro, Shilpi Khare y Brian Young — estudió miles de estos gusanos durante sus primeras horas de vida, mientras aún estaban en estado larvario. Los gusanos normalmente viven unos 15 días y pueden sobrevivir sin alimento entre 10 y 12 días.

“Nuestro hallazgo es que minúsculas cantidades de etanol pueden hacer que sobrevivan entre 20 y 40 días”, comenta Clarke.

Inicialmente, el laboratorio de Clarke intentó poner a prueba el efecto del colesterol en los gusanos. “El colesterol es crucial para los humanos”, dice Clarke. “Lo necesitamos para nuestras membranas, pero puede ser peligroso para nuestro torrente sanguíneo”.

Los científicos alimentaron a los gusanos con colesterol, y los gusanos vivieron más, aparentemente, debido al colesterol. Habían disuelto el colesterol en etanol, a menudo usado como disolvente, el cual diluyeron 1000 veces.

“Es simplemente un disolvente, pero resultó que era el que tenía el efecto de longevidad”, señala Clarke. “El colesterol no hacía nada. Encontramos que no sólo el etanol funcionaba en una disolución de 1 a 1000, sino también en una de 1 a 20 000. Esta cantidad tan pequeña no debería crear ninguna diferencia, pero resulta que puede ser beneficiosa”.

¿Cuánto etanol es eso?

“Las concentraciones se corresponden con una cucharada de etanol en una bañera llena de agua, o el alcohol de una cerveza diluido en cuatrocientos litros de agua”, comenta Clarke.

¿Por qué tan poco etanol tendría tal efecto en la longevidad?

“No tenemos todas las respuestas”, reconoce Clarke. “Es posible que exista una explicación trivial, pero no creo que sea el caso. Sabemos que si incrementamos la concentración de etanol, no viven más. Este nivel extremadamente bajo es el máximo beneficio que pueden lograr”.

Los científicos encontraron que cuando elevaban el nivel de etanol en un factor de 80, esto no incrementaba el tiempo de vida de los gusanos.

Los investigadores se preguntan, pero no responden, a si estas minúsculas cantidades de alcohol podrían ser beneficiosas para la salud humana. No se sabe si este mecanismo tiene algo en común con los hallazgos sobre que el consumo moderado de alcohol en humanos puede tener un beneficio en la salud cardiovascular, pero Clarke dice que las posibilidades son intrigantes.

En investigaciones de seguimiento, el laboratorio de Clarke está tratando de identificar el mecanismo que extiende el tiempo de vida de los gusanos.

Aproximadamente la mitad de los genes en los gusanos tienen sus homólogos humanos, dice Clarke, por lo que si los investigadores pueden identificar un gen que extiende la vida del gusano, eso puede tener implicaciones para el envejecimiento humano.

“Es importante para otros científicos saber que una concentración tan baja de un disolvente tan ampliamente usado como el etano puede tener un efecto tan grande en C. elegans“, dice la autora principal Paola Castro, que llevó a cabo la investigación como estudiante en el laboratorio de Clarke antes de lograr su licenciatura en bioquímica en UCLA en 2010, uniéndose al programa de doctorado en bioingeniería en la UC en Santa Cruz. “Lo que es aún más interesante es el hecho de que los gusanos están en una etapa de estrés del desarrollo. A grandes aumentos bajo el microscopio, era asombroso ver cómo a los gusanos que se les daba un poco de etanol parecían significativamente más robustos que los gusanos a los que no se les daba”.

“Aunque los efectos fisiológicos del alto consumo de alcohol se han establecido como perjudiciales en humanos, la actual investigación demuestra que un consumo moderado de alcohol, equivalente a uno o dos vasos de vino o cerveza al día, da como resultado una reducción de enfermedades cardiovasculares y una mayor longevidad”, dice la coautora Shilpi Khare, antigua estudiante de doctorado en el programa de bioquímica y biología molecular de UCLA, que ahora es becaria de posdoctorado en el Instituto de Genómica de la Fundación de Investigación Novartis en San Diego. “Aunque estos beneficios son fascinantes, nuestra comprensión de la bioquímica subyacente implicada en estos procesos aún está en pañales.

Demostramos que bajísimas dosis de etanol pueden ser un ‘salvavidas’ de los gusanos en condiciones de hambre y estrés”, añade Khare. “Aunque el mecanismo de acción aún no se comprende con claridad, nuestras pruebas indican que estos gusanos de 1 milímetro de largo podrían estar utilizando el etanol como precursor directo para la biosíntesis de metabolismo intermedio de alta energía o indirectamente como una señal para un mayor tiempo de vida. Estos hallazgos podrían, potencialmente, ayudar a los investigadores a determinar cómo se altera la fisiología humana a inducir cardioprotectores y otros efectos beneficiosos en respuesta al bajo consumo de alcohol”.

El laboratorio de Clarke identificó la primera enzima reparadora de proteínas a principios de la década de 1980, y su investigación ha demostrado que las proteínas reparadoras son importantes para las células. En el actual estudio, los bioquímicos informan de que el tiempo de vida se reduce significativamente bajo condiciones de estrés en gusanos larvarios que carecen de esta enzima reparadora. (Hay más de 150 enzimas implicadas en la reparación de daños del ADN, y se han identificado aproximadamente una docena de enzimas reparadoras de proteínas).

“Nuestras moléculas viven apenas unas semanas o meses”, dice Clarke. “Si queremos vivir más, tenemos que sobrevivir a nuestras moléculas”. La forma de hacer esto es con enzimas que reparan nuestro ADN – y con proteínas, una combinación de reemplazo y reparación”.

Un simple modelo matemático del cerebro explica el patrón de homicidios de un asesino en serie, dicen los investigadores.

El 20 de noviembre de 1990, Andrei Chikatilo fue arrestado en Rostov, un estado ruso en la frontera con Ucrania. Tras nueve días de custodia, Chikatilo confesó el asesinato de 36 chicas, chicos y mujeres a lo largo de un periodo de 12 años. Más tarde confesó 20 asesinatos más, convirtiéndolo en uno de los asesinos en serie más prolíficos de la historia moderna.

Hoy, Mikhail Simkin y Vwani Roychowdhury de la Universidad de California en Los Ángeles, publican un análisis matemático del patrón de comportamiento de Chikatilo. Dicen que el comportamiento queda bien caracterizado por una ley exponencial, y que es exactamente lo que se esperaría si el comportamiento de Chikatilo estuviese causado por un cierto patrón de disparo neuronal en el cerebro.

... © by www.synkadv.com

Su idea se basa en el comportamiento fundamental de las neuronas. Cuando se dispara una neurona, no puede dispararse de nuevo hasta que no se recarga, un tiempo conocido como periodo refractario.

Cada neurona está conectada con miles de otras neuronas. Algunas de ellas también estarán listas para dispararse, y pueden verse disparadas por la primera neurona. Éstas, a su vez, estarán conectadas con más neuronas, y así sucesivamente. Por lo que es fácil ver cómo una reacción en cadena de disparos puede barrer el cerebro si se dan las condiciones adecuadas.

Pero esto, por sí mismo, no puede explicar el comportamiento de un asesino en serie. “No podemos esperar que el asesino cometa un asesinato justo en el momento en el que la excitación neuronal alcanza cierto umbral. Necesita tiempo para planear y preparar su crimen”, dicen Simkin y Roychowdhury.

En lugar de esto, sugieren que un asesino en serie sólo comete un asesinato después de que el umbral se haya superado durante un cierto periodo de tiempo.

También asumen que el asesinato tiene un efecto sedante sobre el asesino, provocando que la actividad neuronal caiga por debajo del umbral.

Simkin y Roychowdhury usaron su modelo para simular el patrón de disparo en un cerebro y ver lo a menudo que sobrepasaba un umbral determinado durante el tiempo suficiente para que tuviese lugar el asesinato.

En el modelo, usaron un periodo de 2 milisegundos como paso temporal básico, el tiempo aproximado entre dos disparos de una neurona real. Y simularon unos 100 000 millones de pasos, equivalente a unos 12 años, que es el periodo en el que Chikatilo estuvo activo.

Los resultados son notablemente similares a la distribución de asesinatos reales de Chikatilo, y Simkin y Roychowdhury especulan que sería relativamente sencillo introducir un factor de corrección realista que hiciera que encajasen aún mejor.

Dicen: “Se podría mejorar el modelo introduciendo una tasa de éxito de asesinato. Ésta la la probabilidad que tiene el asesino de que todo vaya bien y sea capaz de cometer el asesinato que ha planeado. Si no funciona, repite su intento al siguiente día. Y así, sucesivamente”.

Este modelo lleva a una visión interesante de la naturaleza del asesinato en serie. Sugiere que la probabilidad de otro asesinato es mucho más alta poco después de un asesinato, que cuando ha pasado un largo periodo de tiempo.

Ésta es una propiedad conocida de las distribuciones que siguen una ley exponencial y que es cierta para todo tipo de fenómenos. Un gran terremoto, por ejemplo, es más probable poco después de otro gran terremoto.

Es interesante señalar que el trabajo de Simkin y Roychowdhury guarda gran similitud con otro reciente trabajo que sugiere que la distribución de los ataques de epilepsia también sigue una ley exponencial. El razonamiento aquí también es el mismo – los patrones de disparo neuronal pueden expandirse por el cerebro, como una avalancha, provocando un ataque en el proceso.

Esto sugiere una vía evidente de futura investigación para descubrir si otras formas de comportamiento extremo, e incluso de comportamiento común, siguen el mismo patrón. Tal vez estos chicos y otros ya están trabajando con los datos.

Chikatilo finalmente fue declarado culpable de 52 asesinatos y ejecutado de un disparo en la cabeza en 1994.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1201.2458: Stochastic Modeling Of A Serial Killer
Fecha Original: 16 de enero de 2012
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Sigue cómo los organismos unicelulares empezaron a formar cúmulos pluricelulares.

Hace más de 500 millones de años, los organismos unicelulares empezaron a formar en la Tierra cúmulos pluricelulares que finalmente se convertirían en plantas y animales.

Cómo sucedió ésto es una cuestión cuya respuesta ha esquivado a los biólogos evolutivos.

Ahora, los científicos han replicado este paso evolutivo clave en el laboratorio usando levadura de cerveza común, un organismo unicelular.

Levadura de cerveza © by MacKinnon Photography

La levadura “evolucionó” hacia cúmulos pluricelulares que trabajaban juntos de forma cooperativa, se reproducían y se adaptaban al entorno – básicamente, se convirtieron el precursores de la vida en la Tierra como la vemos en la actualidad.

Los resultados se publican en el ejemplar de esta semana de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“El hallazgo de que la división de tareas evoluciona tan rápida y repetidamente en estos cúmulos “copos de nieve” es una gran sorpresa”, George Gilchrist, vicedirector de división en funciones de la División de Biología Ambiental de la Fundación Nacional de Ciencia, que patrocinó el estudio.

“El primer paso hacia la complejidad pluricelular parece ser un obstáculo evolutivo menor de lo que sugiere la teoría”, dice Gilchrist. “Esto estimulará una gran cantidad de preguntas a investigar”.

Todo empezó hace dos años con un comentario casual durante el café, sobre que salvar el hueco de la pluricelularidad sería “una de las cosas más geniales que podríamos hacer”, recuerdan Will Ratcliff y Michael Travisano, científicos de la Universidad de Minnesota (UMN) y autores del artículo de PNAS.

Otros autores del artículo son Ford Denison y Mark Borrello de la UMN.

Luego llegó la gran sorpresa: no era tan difícil.

Usando células de levadura, medios de cultivo y una centrifugadora, los científicos sólo necesitaron un experimento llevado a cabo durante aproximadamente 60 días.

“No creo que nadie lo hubiese intentado antes”, dice Ratcliff. No hay muchos científicos haciendo evolución experimental, y están tratando de responder preguntas sobre la evolución, no de recrearla”.

Los resultados han recibido elogios de biólogos evolutivos de todo el mundo.

“Para comprender por qué el mundo está lleno de plantas y animales, incluyendo a los humanos, tenemos que saber cómo los organismos unicelulares cambiaron a vivir en grupo, como organismos pluricelulares”, dice Sam Scheiner, director del programa de la División de Biología Ambiental en la NSF.

“Este estudio es el primero en observar experimentalmente esta transición”, dice Scheiner, “proporcionando una visión de un evento que tuvo lugar hace cientos de millones de años”.

Básicamente, así es como funciona el experimento:

Los científicos eligieron la levadura de cerveza, o Saccharomyces cerevisiae, una especie de levadura usada desde tiempos remotos para hacer pan y cerveza, debido a que es abundante en la naturaleza y crece con facilidad.

Añadieron medios de cultivo ricos en nutrientes y dejaron que las células creciesen durante un día en tubos de ensayo.

Luego usaron una centrifugadora para estratificar el contenido por peso.

Cuando se asentó la mezcla, los cúmulos de células cayeron al fondo de los tubos más rápidamente debido a que eran más pesados. Los biólogos eliminaron entonces los cúmulos, los transfirieron a medios nuevos, y los volvieron a agitar.

Sesenta ciclos más tarde, los cúmulos – ahora centenares de células – tenían el aspecto de copos de nieve esféricos.

Los análisis mostraron que los cúmulos no eran simples agrupaciones aleatorias de células que se adherían entre sí, sino que las células relacionadas permanecían unidas tras la división celular.

Esto es significativo debido a que indica que eran genéticamente similares, lo que promueve la cooperación. Cuando los cúmulos alcanzaban un tamaño crítico, algunas células morían en un proceso conocido como apoptosis para permitir que la descendencia se separase.

La descendencia se reproducía sólo después de haber logrado el tamaño de sus padres.

“Un cúmulo solo no es pluricelular”, dice Ratcliff. “Pero cuando las células de un cúmulo cooperan, hacen sacrificios por el bien común, y se adaptan a los cambios, hay una transición evolutiva hacia la pluricelularidad”.

Para que se formen organismos pluricelulares, la mayor parte de las células tienen que sacrificar su capacidad de reproducirse, una acción altruista que favorece al conjunto, pero no al individuo, señala Ratcliff.

Por ejemplo, todas las células del cuerpo humano son, básicamente, sistemas de soporte que permiten que el esperma y los óvulos pasen el ADN a la siguiente generación.

Por tanto, la pluricelularidad es, por naturaleza, muy cooperativa.

“Algunos de los mejores competidores de la naturaleza son aquellos que se unen en cooperación, y nuestro experimento confirma esto”, dice Travisano.

Los biólogos evolutivos han estimado que la pluricelularidad evolucionó de forma independientes en unos 25 grupos.

Travisano y Ratcliff se preguntan por qué no evolucionaron más a menudo, dado que no es difícil recrearlo en el laboratorio.

Considerando que en la Tierra vivieron billones de organismos unicelulares durante millones de años, parece probable que sucediera, comenta Ratcliff.

Ésta puede ser una pregunta que los biólogos responderán en el futuro usando el registro fósil de miles de generaciones de cúmulos pluricelulares, que están almacenados en un congelador del laboratorio de Travisano.

Dado que las muestras congeladas contienen múltiples líneas celulares que se convierten de forma independiente en pluricelulares, los investigadores pueden compararlas para aprender si distintos o similares mecanismos y genes fueron los responsables en cada caso, dice Travisano.

Los siguientes pasos serán observar el papel de la pluricelularidad en el cáncer, envejecimiento y otras áreas críticas de la biología.

“Las levaduras pluricelulares son un valioso recurso para investigar una amplia variedad de temas de importancia biológica y médica”, señala Travisano.

“El cáncer se describió recientemente como un atavismo procedente del origen de la pluricelularidad, que puede investigarse directamente con el sistema de levaduras.

De forma similar, los orígenes del envejecimiento, desarrollo y evolución de morfologías complejas están abiertas a la investigación experimental directa que, de otro modo, sería difícil o imposible”.

Fecha Original: 16 de enero de 2012
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Conforme avanza la tecnología, gran cantidad de aparatos tecnológicos y otras cosas que usamos se hacen más pequeños, ligeros y finos. Ahora, esta tendencia puede llevarse a otro extremo – pequeños exploradores robóticos espaciales que usan una minúscula fuente de energía – las bacterias.

Puede sonar a ciencia ficción, o simplemente como algo raro, pero es la idea que hay tras una nueva propuesta de la NASA como alternativa a las misiones solares o nuleares que son comunes hoy. Las bacterias podrían proporcionar una fuente de energía de vida larga que podría mantener a una minúscula sonda robótica; la cantidad de energía generada también sería pequeña, no obstante, no lo suficiente para alimentar a sondas de mayor tamaño como los róvers de Marte, por ejemplo. Las células de combustible microbiano duran mucho tiempo, no obstante, siempre que las propias bacterias tengan un suministro de alimento adecuado.

El microbio que se está considerando para este proyecto es el Geobacter sulfurreducens, que no requiere de oxígeno para su supervivencia.

Robot bacteriano © by Crédito: NASA

Un equipo de investigación del Laboratorio de Investigación Naval querría tener un prototipo funcional de tal robot, que pesaría aproximadamente un kilo, en los próximos diez años. Hay obstáculos tecnológicos, como en cualquier nuevo concepto de misión, que habrá que superar y que puede llevar varios años.

Sin embargo, otra gran preocupación es el problema de la contaminación. Las sondas planetarias, especialmente las que van a Marte, han sido esterilizadas antes del lanzamiento de acuerdo con un protocolo, para minimizar la introducción de bacterias terrestres en entornos alienígenas. Pero, ¿qué pasaría si se enviase una sonda alimentada por bacterias? Parece ser contraproducente enviar deliberadamente microbios que no sólo van como polizones, sino que son el combustible real.

De acuerdo con Gregory Scott, de NSL: ”Hay preocupación por la protección planetaria, así como por la protección de los propios microbios de la radiación. En algún momento tendremos que considerar si los microbios que estamos observando son los más efectivos para entornos de radiación o temperaturas extremas”.

Cualquier sistema de combustible basado en bacterias tendría que abordar el problema de la contaminación y desarrollarlo para intentar minimizar las posibilidades de un filtrado accidental, especialmente en un lugar como Marte, donde tales organismos podrían tener una posibilidad decente de supervivencia.

La idea es innovadora y emocionante, si pueden abordarse con éxito las distintas preocupaciones ambientales y tecnológicas. De ser así, nuestros diminutos amigos pueden ayudar a abrir un nuevo capítulo en la exploración espacial.

Scott continúa: ”Conforme avancemos en la utilización de células de combustible microbiano (MFCs) como método de generación de energía, esta investigación allanará el camino para la electrónica de baja potencia con potencial para aplicaciones robóticas y espaciales a largo plazo”, dice Scott. Las células de combustible microbiano acopladas a electrónica de potencia extremadamente baja y bajos requisitos energéticos para movilidad, cubre los huecos en la tecnología energética y es aplicable a todos los sistemas robóticos, especialmente la robótica interplanetaria”.

Autor: Paul Scott Anderson
Fecha Original: 9 de enero de 2012
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Un equipo internacional ha reproducido en un laboratorio las condiciones gravitatorias que se dan en el espacio. Gracias a este sistema han comprobado, en moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), que la falta de gravedad altera algunas funciones biológicas fundamentales de los seres vivos como el crecimiento y el comportamiento animal. El hallazgo podría suponer un avance en la creación de nuevos sistemas de soporte vital en futuras misiones espaciales.

Un grupo de investigación, en el que han participado investigadores españoles, ha logrado recrear en laboratorio, gracias a un simulador magnético, las condiciones de microgravedad que existen en el espacio.

Condiciones de ingravidez © by keeping it real

Este estudio, que se publica en la revista Interface de la Royal Society, confirma que los seres vivos que se desarrollan en el espacio pueden presentar alteraciones en algunas funciones biológicas fundamentales, como el crecimiento, la proliferación celular, el desarrollo y el comportamiento animal.

Tanto en los experimentos desarrollados hasta ahora con insectos en el espacio, como en los de este trabajo, en el que se han empleado moscas de la fruta, se observó en ellos un comportamiento acelerado, con movimientos más rápidos de lo habitual. “Esto podría estar relacionado con el envejecimiento prematuro, observado en estudios previos, que sufren las moscas que han vivido en el espacio”, apunta Raúl Herranz, investigador del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC.

El experto apunta que con la recreación conseguida se podrán realizar pruebas para “anticipar los posible efectos espaciales y reservar la Estación Espacial Internacional  (ISS por sus siglas en ingles) sólo para experimentos clave”.

Actualmente, “la investigación en instalaciones espaciales como la ISS es la única forma de obtener microgravedad de calidad, muy próxima a la verdadera gravedad cero”, reconoce Herranz. Aunque uno de los inconvenientes de realizar una misión espacial es que las condiciones de trabajo limitan los resultados y la posibilidad de comprobación.

Gravedad cero de laboratorio

El simulador utilizado en este estudio consiste en un aparato capaz de generar en un espacio muy pequeño un campo magnético de gran intensidad, 200 000 veces superior al de la Tierra. Este campo permite la levitación de materiales aunque no sean ferromagnéticos, sino diamagnéticos, como el agua. “Los seres vivos pueden levitar dentro de este aparato porque están compuestos en un 75% de agua”, añade el experto.

Herranz recuerda que la principal limitación de este sistema es “el tamaño de la muestra que puede introducirse en el área de microgravedad, cuyo espacio equivale aproximadamente a un dedal de costura”.

“Los resultados permiten vislumbrar cómo los seres vivos pueden adaptarse a condiciones ambientales no óptimas para su existencia. Por ello podría ayudar a preparar futuros sistemas de soporte vital en misiones espaciales, o incluso en el camino hacia una hipotética colonización de Marte”, opina el investigador.

Además, “aportan pistas de cómo seremos capaces de afrontar los posibles variaciones ambientales derivadas del cambio climático global, al que se enfrentarán todos los seres vivos de la Tierra”, concluye Herranz.

Fecha Original: 4 de enero de 2011
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Una investigación liderada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha identificado el mecanismo molecular que vincula el aumento de la temperatura con la inhibición de la aromatasa. Esta enzima convierte los andrógenos en estrógenos, esenciales estos últimos en la formación de los ovarios en todos los vertebrados no mamíferos. Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista PLoS Genetics.

“En muchas especies de vertebrados, principalmente en peces y reptiles, la temperatura ambiental influye en la determinación del sexo de los individuos. Esta influencia se acentúa más en algunos casos, en los que el hecho de que haga más o menos calor se impone a la información genética escrita en el ADN”, explica el investigador del CSIC Francesc Piferrer, del Instituto de Ciencias del Mar.

Lubinas en libertad © Crédito: CSIC

Ejemplo de este último caso es el de la lubina, pez cuya determinación sexual depende de la combinación de factores genéticos y ambientales. En estudios anteriores se había comprobado que es posible conseguir que una población de lubinas con un porcentaje similar de hembras y machos pase a tener un 100% de machos, a causa del aumento de la temperatura. “Lo más intrigante era que los factores ambientales tenían su máxima repercusión en un momento del desarrollo en el que las gónadas aún no sólo no estaban diferenciadas, sino que aún no habían empezado a formarse”, comenta el investigador del CSIC.

Desde el primer día de vida

Durante el trabajo, los investigadores expusieron a dos grupos de larvas de lubina a diferentes temperaturas, normal y alta, durante las primeras semanas de vida. “Los resultados muestran que el aumento térmico conlleva la metilación del ADN del promotor del gen de la aromatasa (denominado cyp19a), lo que equivale a su silenciamiento, al bloquearse su activación transcripcional”, apunta Piferrer.

En el grupo de estudio, detalla Piferrer, había hembras afectadas en las cuales se había inhibido la aromatasa parcialmente y que aún se habían desarrollado como hembras. “Sin embargo, en otras hembras del mismo grupo la inhibición de la aromatasa había afectado en un grado superior, de forma que se habían convertido en machos”, añade.

Según el investigador, el animal resulta afectado mucho antes de que las gónadas empiecen a formarse, “lo que sucede a partir del día 35 de vida, y mucho antes de que las diferencias entre sexos empiecen a ser visibles a nivel histológico, cuando ya ha vivido 150 días”.

Se trata del primer estudio en animales que describe el funcionamiento de un mecanismo epigenético entre el factor ambiental y el mecanismo celular que lleva a la determinación sexual del animal. Anteriormente, tan sólo se había documentado un mecanismo similar en algunas plantas.

Repercusiones del cambio global

Los resultados de este trabajo explican a nivel molecular cómo el incremento de unos pocos grados lleva consigo la masculinización de algunos animales, un aspecto relevante en un contexto de cambio global.

La investigación esclarece también por qué muchos peces de cultivo son machos. “La explicación radica en que, al tratar acelerar el crecimiento, los acuicultores cultivan las larvas a temperaturas elevadas. La determinación del sexo por la temperatura es muy común en reptiles y será interesante comprobar si un mecanismo similar está presente también en los peces”, concluye Piferrer. El estudio ha contado con la colaboración del Centro de Regulación Genómica de Barcelona.

Artículo de Referencia: Laia Navarro-Martín, Jordi Viñas, Laia Ribas, Noelia Díaz, Arantxa Gutiérrez, Luciano Di Croce & Francesc Piferrer. DNA methylation of the gonadal aromatase (1 cyp19a) promoter is involved in temperature-dependent sex ratio shifts in the European sea bass. PLoS Genetics. DOI: pgen.10021002447.

Fecha Original: 30 de diciembre de 2011
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