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Author Archives: Adrián Villalba

Libros: Genoma, de Matt Ridley

Hoy toca reseñar Genoma, de Matt Ridley, una de las obras magnas de la divulgación en genética. Publicado en 1999, – tras la aparición de los borradores preliminares que desentrañaban la secuencia del genoma humano –  procura una laureada búsqueda del “¿Qué nos hace humanos?” que ha llevado este libro a la estantería de la fama en la divulgación científica.

Vamos a ver los datos principales y la sinopsis:

Datos principales.

Datos principales.

“El genoma humano, todo el conjunto de genes alojados en 23 pares de cromosomas, constituye nada menos que una autobiografía de nuestra especie. Escrito con mil millones de palabras de tres letras que utilizan el alfabeto de cuatro letras del ADN, el genoma ha sido corregido, abreviado, modificado y aumentado a medida que se ha transmitido de generación en generación a lo largo de más de tres mil millones de años.”

 

Cuando abrimos por las primeras páginas y nos enfrentamos a un breve pero denso prólogo no hace falta dejar pasar apenas unas líneas para palpar la fuerza con la que puede atraernos tal obra. Se nos extiende hacia delante un periplo de 23 capítulos, uno por cada cromosoma.

Coincide además con la línea argumental, que dicho viaje lo emprendemos por los caminos de la evolución. Así pues, los capítulos iniciales versan sobre la huella genética que llevamos tatuada en nuestro ADN y nos recuerdan que en cierto momento – hace 3.600 millones de años – fuimos algo menos que una célula diminuta en la inmensidad de un océano arcaico. Seguimos paseando sobre la consagración de la especie. Un robusto modelo genético que hace gala de su versatilidad y sobrevive a las inclemencias para constituirse finalmente como organismo en los últimos azotes que la selección natural propina al árbol filogenético.

Ya sumergidos en las particularidades que presenta nuestro grupo de primates podemos instigar al ADN para que responda ciertas preguntas de carácter social: el instinto, interés propio, empatía… ¿Son conductas pre-definidas en una combinación de genes? ¿Cómo afecta nuestro alrededor a las decisiones? ¿Hay relación ambiente-genética? Y con suma facilidad, Ridley saca a relucir la epigenética a modo de continuación de la historia.

La cara y la cruz, – por supuesto – ya que pronto pasamos de ser los amos y señores de nuestros genes a reducirnos a sus propios esclavos. La travesía no podía sucederse sin hacer una parada en las enfermedades genéticas. A menudo olvidamos como el simple azar puede verse involucrado en consecuencias tan dispares debidas a diferencias aparentemente insignificantes.

Más adelante nos encontraremos con el prodigio del cerebro humano, ¿qué tienen que decir los genes a todo esto? Sexualidad, política o libre albedrío pueden yacer sujetos a pequeñas normas o líneas rojas pre-escritas. Tal vez, el gran pecado del autor sea caer demasiadas veces en la recurrencia del determinismo genético, como si fuéramos autómatas programados desde la fecundación del óvulo por el espermatozoide. Hoy conocemos sobradamente que no es así.

Un libro interesante pero que  se pierde sobre sí mismo con el paso de los capítulos. La historia sigue un hilo – que aunque a veces se estremece – consigue sacarnos del laberinto de genes que arrojó (para la fecha de su publicación) el Proyecto Genoma Humano. Otra de las cuestiones que pueden irritar más al lector son las numerosas preguntas que se formula el autor en cada capítulo para tratar de dar una respuesta verosímil a la pregunta de ¿Qué nos hace humanos? Interrogante que quedará sin respuesta, no por falta de empeño que le puso quien escribió esas líneas sino por el incumplimiento de las altas expectativas a las que apuntaba el Proyecto Genoma.

Mi más sincera recomendación para aquellos que, con una base genética que no les impida perderse en una madeja de terminología, quieran conocer que ha supuesto encontrar la receta del ADN de nuestra especie.

 

¿Cuán segura estás de ser mujer?

Dejando a un lado la identidad de género – que es libre – la clasificación entre hombres y mujeres no es arbitraria. Aunque existen indicios de dimorfismo sexual (diferencias fisionómicas remarcables entre individuos de misma especie y distinto género) para discernir entre varones y mujeres, la genética dispone de una categorización totalmente taxativa.

A continuación mostramos un cariotipo humano, que no es más que el conjunto ordenado de los 46 cromosomas. Los cromosomas se agrupan en pares (de ahí que muchas veces se diga que tenemos 23 pares) porque son homólogos. Esto significa que cada cromosoma lo tenemos repetido (uno porta información del padre y otro de la madre).

Cariotipo de mujer (arriba) y hombre (abajo).

Cariotipo de mujer (arriba) y hombre (abajo).

 

Históricamente ordenamos los cromosomas de 1 a 22 (más los pares sexuales) con un número dado a cada par. La asignación de un número no es trivial sino que se debe a un orden; los cromosomas van de mayor a menor tamaño. Así pues, el cromosoma 1 es el más grande y el 22 el más pequeño (excluyendo el par 23).

En la imagen anterior disponemos del cariotipo para hombre y mujer. Si prestamos atención podemos ver diferencias significativas en el último par (por algo se llaman lcromosomas sexuales).

La mujer tiene dos cromosomas homólogos, que llamaremos cromosoma X  (en consecuencia su cariotipo es XX). Mientras tanto, el hombre únicamente es portador de uno de éstos cromosomas X y el que debiera ser su homólogo es mucho más pequeño (será el cromosoma Y). Nos hallamos ante una constante cromosómica que se da a lo largo de toda la población. Este fenómeno es importante en el cálculo de la progenie:

La mujer, portadora únicamente de cromosomas X, fabricará óvulos que serán siempre X. Por el contrario, el hombre puede originar espermatozoides que lleven tanto el cromosoma X como Y en una proporción del  50%. Así pues, es la probabilidad de que un espermatozoide sea portador de uno u otro cromosoma la que determina el sexo del futuro individuo.

Segregación cromosómica en la reproducción humana.

Segregación cromosómica en la reproducción humana.

 

El cromosoma Y es mucho más pequeño que el X porque tiene menos información. Realmente, lo único importante del cromosoma Y es el gen SRY. Éste gen es un interruptor que se enciende para expresar todo el mecanismo involucrado en la aparición progresiva de los caracteres masculinos.

Como curiosidad, este gen se encuentra silenciado hasta la 5ª semana de gestación. De este modo, durante las 5 primeras semanas de gestación el embrión que dé lugar a un individuo varón no difiere absolutamente en nada a uno femenino. A partir de ahí, la expresión génica inicia el remodelado del tracto urogenital para formar los futuros órganos sexuales masculinos.

¿Podemos afirmar que todos los embriones son femeninos hasta la 5ª semana del embarazo? Si atribuimos el razonamiento a elementos anatómicos y fisiológicos inducidos por la expresión génica diferencial… Rotundamente Sí.

En un principio, que el cromosoma Y no entra en funcionamiento hasta cierto momento del embarazo no debería ser ningún problema para cualquier individuo varón. La naturaleza, tan caprichosa como siempre, rehúye de perfecciones y siempre opera con cierto margen de error.

No siempre, en individuos con cromosoma Y, el gen SRY (u otros como TDF) consiguen expresarse debido a mutaciones que lo silencian. En este caso, la maduración sexual sigue su curso a lo largo del embarazo pero con el interruptor masculino apagado. Las consecuencias son una disgenesia sexual pura. Tenemos un individuo cromosómicamente varón (XY) que se desarrollará como mujer (incluyendo el aparato reproductor, fisionomía genital y todo tipo de dimorfismo característico de un humano hembra).

Resumen de la disgenesia gonadal pura.

Resumen de la disgenesia gonadal pura.

 

¿Cómo puede detectarse? Es tan sencillo como realizar un cariotipo de los que mostrábamos al principio de esta entrada. La cuestión reside en que es una prueba que no se realiza como test de rutina a recién nacidos en ningún país del mundo. El cariotipado de recién nacidos solo se aplica cuando hay indicios de alteración cromosómica, pero no olvidemos que este tipo de disgenesia (conocida como Síndrome de Swyer) no produce ninguna alteración reconocible. Sencillamente, individuos XY nacen, crecen y se desarrollan como si realmente fueran mujeres XX.

Mujeres XY que pueden reproducirse y llevar a cabo una vida con total normalidad fisiológica, pero no quita que más de alguna hipocondríaca se pregunte si tiene cromosoma Y…

 

 

De la materia palpable al átomo

El átomo es una figura fundamental en la química y física modernas. No obstante, algo tan básico y conocido a día de hoy ha sufrido una serie de moldeados teóricos a lo largo de la historia que han desembocado en nuestra concepción actual.  La historia del modelo atómico ha estado lleno de teorías controvertidas, vacíos experimentales y muchas veces se ha aguantado con pinzas. Lo importante del modelo hasta hace tiempo no era si podía dibujarnos un átomo sino explicar la materia desde su base más sólida junto a sus interacciones.

Estructura y partes del átomo.

Estructura y partes del átomo.

 

Si no existiera habría que inventarlo.      

Parafraseando a un gran pensador, esta frase resume el nacimiento del átomo como concepto en la humanidad. De la Filosofía Griega – que se preguntaba sobre los temas básicos de la realidad visual  el entorno y el constituyente las macroestructuras – nació este término. Aunque algunos filósofos de la época, como Demócrito y su discípulo Leucipo, teorizaron sobre tal; ninguna base sólida parte de un experimento o cálculo, por lo tanto no aportan ninguna prueba científica de que sus escritos sean de notable consistencia.

Un salto de 15 siglos en adelante mueve a diferentes científicos a crear un modelo, siendo el primero de ellos el modelo de Dalton.

Se postula durante la primera década del siglo XIX. Dalton suponía que el átomo era una esfera diminuta. Omite la existencia de cuerpos con carga, como protones y electrones. La caracterización de Dalton sobre los átomos no da tanta importancia a su estructura sino a sus interacciones. Caracterizaba con las mismas propiedadess cuantitativas a los átomos que formaban un mismo compuesto químico. Como curiosidad cabe destacar que para Dalton, el átomo era indivisible y en ninguna reacción química para formar compuestos éste sufría alguna división. Dejó entrever que los átomos se relacionan, es decir, tienen diferentes formas de crear compuestos que hoy conocemos como moléculas.

Como podemos ver, algunos aspectos nos pueden parecer precarios en cuanto a su estructura actual y otros un tanto desorbitados para los físicos teóricos como la indivisibilidad atómica. Sin embargo, se aproxima peligrosamente a la realidad cuando presupone relaciones atómicas de diferente tipo. El modelo de Dalton se basa en conceptos simples que supondrán el germen de la evolución de teorías del átomo y del modelo actual.

Modelo de Dalton o "bola de billar".

Modelo de Dalton o “bola de billar”.

Casi un siglo después – a finales del XIX – , Thomson llega a una conclusión experimental que resulta fundamental. Hay dos partes claramente diferenciadas en el átomo, una negativa y otra positiva. Las cargas negativas se incrustaban en una gran masa positiva de manera que entre ambas cargas neutralizaban su efecto quedando en estado neutro. A estas conclusiones llegó a raíz del uso de rayos catódicos. Aunque este material no le permitió darle una base teórica lo bastante sólida como para definir una estructura correcta consiguió establecer el sistema de cargas pero sí para definir los conceptos de iones a base de la ganancia y pérdida de electrones. No pudo explicar otras radiaciones pero sirvió de inspiración para el modelo de Rutherford. Como curiosidad, Jean Perrin, un premio Nobel de 1926 modificó el modelo de Thomson para situar los electrones algo más externos a la carga positiva.

Modelo de Thomson.

Modelo de Thomson.

 

En 1911, el experimento Rutherford consolidó la fisionomía del átomo para los siguientes 50 años, al menos a nivel estructural. Rutherford dispone de una fuente de rayos alfa que proyecta sobre una lámina de oro. En el supuesto caso del átomo de Thomson, los rayos alfa atravesarían el núcleo positivo sin desviar ni un ápice su trayectoria. Esto fue un resultado generalizado para su experimento puesto que en muchas réplicas la trayectoria del rayo fue desviada. Esto es debido a que la presencia de electrones se halla en una situación externa, no involucrada en el núcleo. Con experimentos posteriores demostró la existencia del neutrón hacia 1920. Para su detrimento, no explicó las leyes de Maxwell y sus ecuaciones para el electromagnetismo que dictaban que la energía que desprendía el electrón en movimiento terminaría por hacer a éste caer sobre el núcleo que orbitaba. Tampoco pudo explicar la interacción magnética con la materia.

Modelo de Rutherford.

Modelo de Rutherford.

El modelo que lo precedió fue el modelo de Bohr. Se considera el primer modelo moderno ya que la esctructura comprendida estaba comprobada y solo debía los enigmas a efectos cuánticos. Los electrones se sitúan a ciertas órbitas y pueden moverse entre ellas emitiendo o absorbiendo energía bajo el lema E = hf. Aunque la idea de órbitas era razonable Bohr nunca la pudo demostrar.

Modelo de Bohr.

Modelo de Bohr.

 

Edwin Schrödinger también toma asiento en el debate atómico. Parte de las ecuaciones de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de la materia para aplicarlas sobre el electrón. Describe orbital, la zona de máxima probabilidad para encontrar un electrón en un tiempo t determinado y describe la ecuación de Schrödinger. A partir de aquí derivarán los tres números atómicos conocidos para orbitales. Sobre este modelo se cimentarían el Principio de incerteza de Heisenberg que dictamina como imposible conocer el espín y velocidad de un electrón. El espín, no derivará de la ecuación del modelo, es una propiedad intrínseca del electrón que corrigió Pauli.

Átomo de Schrödinger.

Átomo de Schrödinger.

 

En cuanto a la actualidad, el modelo atómico ha evolucionado hacia la definición de partículas subatómicas y diferentes tipos de interacciones entre ellas, pero este tema merece una entrada a parte.

La historia de los modelos atómicos ha sido controvertida y a día de hoy se sigue escribiendo: sin un modelo no nace otro al igual que sin una pregunta no nace una respuesta. Desde Demócrito hasta al CERN, todos son culpables de que poco a poco tiremos más del hilo deshaciendo la maraña de la estructura de la materia.

El Cerebro Humano: La infografía

La infografía de este mes trata sobre el Cerebro Humano y distintos aspectos que lo acontecen. (Clica en la imagen para verla ampliada). Esta vez no existe un pdf descargable debido a las dimensiones originales del archivo.

 

Infografía Cerebro Humano

Infografía Cerebro Humano

Las dos caras de la aspirina

 

La aspirina es un fármaco habitual en nuestras vidas. Para bien o para mal todos hemos oído hablar de ella y pocos (por no decir ninguno) se ha librado de su(s) efecto(s). Si dando un paseo en bici nos caemos y nos damos un golpe en la rodilla lo primero que hacemos al llegar a casa es tomar una aspirina para que baje la inflamación. Si por lo que sea nos duele la cabeza, el  estómago, tenemos algunas décimas de fiebre recurrimos una y otra vez al uso o abuso de este fármaco. Incluso las personas que tienen riesgo de padecer infarto lo utilizan. Lo que a priori nos puede resultar un fármaco genérico más que conocido y estudiado puede darnos alguna que otra sorpresa que no esperaríamos y que pretendemos destapar en este artículo, además de aseguraros que el remedio universal a todos los males menores no radica en esta pastilla que lo cura todo sino en una supuesta versión mejorada.

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A nivel molecular                                                                                                                                                                         .

Aunque pueda parecer absurdo, el estudio de cualquier fármaco a nivel molecular puede destaparnos algún que otro detalle a posteriori de manera que vamos a hacer un retrato o sinopsis más bien sencilla y escueta del esqueleto de nuestra aspirina o acido acetil salicílico:

La fórmula contraída del compuesto es C9H8O4. En cuanto a grupos funcionales la cosa está bastante clara. Un anillo aromático une por el C1 un grupo carboxil y por el C2 un acetiloxi. Una base estable energéticamente que divide dos picos de electronegatividad en direcciones perpendiculares.

 

Representaciones del ácido acetilsalicílico.

Representaciones del ácido acetilsalicílico.

 

A nivel fisiológico                                                                                                                                                                        .

Ahora viene la pregunta del millón, la que nadie se hace pero es necesario responder, ¿Cómo actúa en el cuerpo?

Antes de nada indicar que la aspirina no cura, no reestablece ningún parámetro alterado ni devuelve el orden normal a la fisiología local. La única misión de  esta molécula es omitir el dolor, conseguir que no se produzca y por tanto eliminar los síntomas de un mal menor que puede ser devuelto al orden preestablecido por el propio organismo sin dificultar alguna.

Volviendo a la aspirina, vamos a comprender como actúa antes de determinar los posibles peligros que puede suponer para el organismo. El dolor que inhibe la aspirina se mide según la molécula de prostaglandina que se sintetiza a partir de un precursor y una enzima que cataliza la reacción. El precursor es un viejo conocido de la química, el ácido araquidónico, y la enzima es la COX o ciclooxigenasa.

La farmacodinámica de la aspirina consiste en acetilar un residuo del aminoácido Serina que se halla en el centro activo de la enzima, ésta cambia parcialmente su conformación tridimensional para este espacio de tal manera que el ácido araquidónico no puede ser catalizado y el marcador químico del dolor no se expresa. Hasta aquí todo bien, pero, ¿dónde yace el riesgo de consumir este medicamento¿

La COX es una enzima que se divide en dos formas o isoformas que son la COX1 y COX2, aunque estén relacionadas no  cumplen exactamente la misma función aunque a ojos de la aspirina sean iguales. Las dos isoformas de la COX se originan a partir de la misma secuencia génica que sufre variaciones y el proceso es conocido como splicing alternativo. Aunque hay diferentes tipos de splicing, se puede resumir que a partir de un mRNA primario se modifica la secuencia transcrita para obtener diferentes traducciones. Sería algo similar a obtener diferentes versiones de una misma proteína con el mismo núcleo genético pero que pueden diferenciar en X aminoácidos.

Tanto COX1 como COX2 son idénticas, únicamente difieren en un único aminoácido que no se halla en el centro activo y la aspirina las reconoce por igual. La primera isoforma es la encargada de sintetizar prostaglandinas con el objetivo de marcador de dolor además de mediador en agregación plaquetaria y protección intestinal. La COX2 actúa a modo de marcador inflamatorio y se puede encontrar en el tejido epitelial de algunos órganos.

Cuando la aspirina bloquea la COX1 además de la COX2 y mientras tanto se da algún proceso digestivo no sucede nada debido a la cinética de reacciones el problema se da cuando la aspirina bloquea la COX2 instantes antes de que se dé la digestión donde el HCl (ácido clorhídrico) puede crear úlceras en el estómago.

Por el contrario, cuando bloquea la COX2 como efecto poco frecuente puede darse la irritación de la piel y espasmos bronquiales al inhibir algunos procesos de defensa en el tejido epitelial que recubre los bronquios y exterior pulmonar.

 

Proteína COX.

Proteína COX.

Pero no todo iban a ser contraindicaciones, para nada letales ni siquiera importantes si se tratan con tiempo y los recursos necesarios, también existe esperanza en la vanguardia de investigación. Desde hace años se está trabajando en el proyecto coxib, son inhibidores específicos o selectivos de determinados tipos de COX que por lo tanto ofrecen menos efectos secundarios que el ácido acetil salicílico. No se ha documentado todavía el mecanismo de inhibición con exactitud pero podemos conocer los efectos de su inhibición.

Así pues el bloqueo de la isoforma 1 implica evitar los efectos secundarios sobre el tracto gastrointestinal y renal mientras que el de la segunda isoforma evita la respuesta inflamatoria y de fiebre.

Ningún medicamento es una solución o quimera a una enfermedad completamente gratuita, hay que pagar  un precio y un riesgo de efectos secundarios que difícilmente sea posible paliar en un futuro cercano y pretendo con este artículo demostrar que la aspirina no es un cúralo todo eficaz ni de lejos.

 

Ricina y Breaking Bad

*Esta entrada NO CONTIENE spoilers de la serie Breaking Bad, NINGUNA de las referencias explícitas a la serie o sus personajes desvela parte o totalidad de la trama.

 

Todos los seriéfilos conocen de la habilidad del Dr. Walter White para sintetizar compuestos químicos altamente puros que sobrepasa la realidad. Bajo un conocimiento tremendamente amplio en química inorgánica y una técnica impecable, al protagonista de Breaking Bad lo mismo le da trabajar hasta tarde para producir metanfetamina en una caravana que en obtener  un explosivo o tóxico para salir de alguno de sus típicos apuros.

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En varios capítulos, el Dr White propone a su compañero de fechorías – el narcotraficante Jesse Pinkman – envenenar a algún capo de la droga con ricina. ¿Cómo? Muy fácil, aunque se trate de dos moléculas completamente distintas, los polvos de ricina y los de metanfetamina son indiferenciables a simple vista. Así pues, algo tan común o usual como la distribución de droga entre la competencia puede acabar con un fatal desenlace si se mezclan ambas sustancias.

En esta entrada vamos a ver que es la ricina, su fabricación y su efecto. También nombraremos algunos de los usos o potencialidades que tiene.

 

La ricina es una proteína extraída de las semillas de la planta de Ricino - Ricinus communis -. Aunque su proceso de extracción tiene una patente, el método es muy parecido al de de otras proteínas, por ejemplo la de la planta de soja. El producto final es un polvo fino de color blanco, inodoro e insípido. Como podréis comprobar en la serie, es una sustancia totalmente irreconocible de la metanfetamina.

Semillas de Ricina

Semillas de Ricina

 

La toxina de la que hablamos es una proteína de unión a ribosoma que lo inactiva. El ribosoma es el orgánulo encargado de la fabricación de otras proteínas para la célula, de manera que cuando queda completamente bloqueado por causa de la obstrucción de la ricina se inhibe la síntesis proteica.

A nivel fisiológico los primeros efectos notables de su ingesta son vómitos, diarrea y deshidratación. ¿A qué se deben? El hígado no podrá sintetizar las proteínas que se encargan de los procesos básicos de digestión por lo que todo lo ingerido se rechaza sin ser completamente digerido. La deshidratación es un efecto secundario a los dos primeros síntomas que hemos comentado.

Ribosoma traduciendo hebra de ARN.

Ribosoma traduciendo hebra de ARN.

 

Los efectos no son los mismos cuando se inhala puesto que las células expuestas – por tanto, las afectadas – pertenecen a otros órganos y tejidos. Su aparición se hace incluso todavía más notable, en un período de hasta 6 horas después de administrarse se puede desarrollar tos con sangre debido a la disfunción alveolar producida en todo el sistema respiratorio.

Si bien hasta aquí parece que tenemos indicios de una gripe común – en lo que refiere a su ingesta – pasados tres o cuatro días y si el paciente no ha fallecido se acusarán los primeros síntomas a la par que aparecerán hemorragias intestinales. Normalmente, la intoxicación por ricina suele causar la muerte antes de los diez días.

La dosis mortal de ricina para un humano puede extraerse de entre 4 y 8 semillas, siendo mortal en todas sus posibles formas de administración. No existe antídoto conocido, a pesar de que hace unos años se desarrollara un método para producir la antitoxina, la patente fue retirada después de su proceso de fabricación se pusiera en duda.

Estructura proteica de la ricina.

Estructura proteica de la ricina.

Sorprendentemente, la toxina del ricino se está probando como uso médico en el tratamiento del cáncer y en el desarrollo de vacunas. También ha sido utilizada en el presente y último siglo como arma química.

Así pues, aunque la cara angelical del Sr Walter White diga todo lo contrario, el químico más afamado de las series americanas sabía lo que se traía entre manos. Si queréis saber más sobre esta historia y como acaba este baile de moléculas os recomiendo que veáis la serie. Son 5 temporadas repletas de guiños químicos y un argumento envolvente del que no os podréis deshacer.

Walter White y vial de ricina.

Walter White y vial de ricina.

 

 

***NOTA IMPORTANTE: LA FABRICACIÓN DE METANFETAMINA Y/O RICINA ES UNA ACTIVIDAD ILEGAL.

Reprogramando células madre in vivo

En los albores del nuevo milenio – hacia el 2006 – un investigador japonés daba el campanazo anunciando el gran hito de la medicina regenerativa. El Dr. Shinya Yamanaka había conseguido reprogramar células adultas dando lugar a las células madre pluripotentes inducidas (iPS de sus siglas en inglés).

 

Células iPS                                                                                                                                                   .

La hazaña pasaba por devolver cualquier célula diferenciada de un organismo adulto (neurona, cardiomiocito, espermatozoide…) a su estadio embrionario transformándola en una célula madre embrionaria. ¿Cómo lo consiguieron los tokiotas? Sobre-expresaron cuatro genes cuyo pico de actividad se alcanza durante los primeros días post-coito del embrión. De esta manera – inoculándolos en cultivo a células obtenidas de individuos adultos – conseguían un grupo de células madre con idénticos genes que su donador. Esta característica hace especialmente interesante este tipo de células que se enfocan a cumplir las más altas expectativas de la biomedicina. También daba un rodeo al debate ético que se generaba entorno a las células madre, puesto que la única fuente hasta el momento eran embriones fecundados.

Reprogramación in vitro.

Reprogramación in vitro.

El paradigma actual de la promesa de las células madre viraba hacia la clínica viento en popa y acelerando. La idea principal es la siguiente:

1)      Se obtienen células de la piel un paciente con un grupo celular dañado. Generalmente fibroblastos debido a su accesibilidad y obtención mínimamente invasiva.

2)      Una vez en cultivo de laboratorio se le añaden los 4 genes necesarios para reprogramar.

3)      Una vez ya indiferenciadas – reprogramadas- podemos dirigir su especialización a la estirpe celular dañada del paciente en cuestión.

4)      Cultivamos estas células ya diferenciadas hasta que se realice el trasplante.

Actualmente el paso crítico es la transición de 2) a 3) ya que no se conocen los protocolos para diferenciar una iPS u otra célula madre a cualquiera de los casi 200 tipos celulares que conforman el organismo adulto.

 

Reprogramación in vivo                                                                                                                              .

El año pasado un grupo español del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) consiguió reproducir el fenómeno descrito en ratones. Esta técnica es pionera en el mundo y toda una revelación entre los últimos experimentos acontecidos con iPS.

En la investigación liderada por el Dr. Manuel Serrano diseñaron un constructo génico en roedores que permite activar selectivamente los 4 genes empleados por Yamanaka con el fin de inducir la pluripotencia en determinadas células cuando el animal es sometido a otro factor activador.

 

Ratón Mus Musculus.

Ratón Mus Musculus.

Los resultados son toda una sorpresa. Una vez inducida la diferenciación se ha comprobado la formación de cuerpos embrioides. Esto es una agrupación de agregados celulares con la misma potencialidad que un embrión de 72 horas. Sorprendente porque los encontramos en un estado de indiferenciación totipotente.

Una célula iPS de laboratorio es pluripotente ya que puede formar cualquier linaje humano pero las reprogramadas in vivo son incluso más lábiles. Establecen cualquier tipo celular no sólo embrionario sino también extraembrionario como son células de bolsa amniótica o corion.

 

Reprogramación in vivo.

Reprogramación in vivo.

Tareas pendientes                                                                                                                                        .

La promesa de las células madre no se ha cumplido del todo y este descubrimiento – aunque aún lejos – nos acerca a pensar que la diferenciación puede agilizarse mucho en el tema clínico. Si finalmente cuaja esta rúbrica, la terapia celular del futuro se ahorrará tiempo, instalaciones y pasos manipulativos de más en estos tratamientos.

La técnica – eso sí- va en camino de ser perfeccionada. Tan solo estamos ante un experimento primigenio del potencial de las iPS in vivo. La investigación ahora se dirige a conseguir esta reprogramación en una localización específica de órgano y tejido – o de tipo celular – en el tiempo.

Siguen pendiente muchas otras cuestiones, pero cada descubrimiento nos catapulta unos pasos más adelante como si camináramos a hombros de gigantes.

 

El CNIO publicó este vídeo animado traducido al español para que se pueda entender mejor el descubrimiento:

https://www.youtube.com/watch?v=N9R9DAGNEnw

Más información:

Artículo original: Reprogramming in vivo produces teratomas and iPS cells with totipotency features. Abad, M et al. Nature 502, 340–345 (October 2013) doi:10.1038/nature12586

 

Comunicado oficial del CNIO: https://www.cnio.es/es/news/docs/manuel-serrano-nature-11sep13-es.pdf

Publicado originalmente aquí.

 

Ébola vs Malaria: La infografía

Aquí traemos la primera infografía del 2015. Un nuevo formato que – a la vista está – aún tenemos que mejorar pero nos parece una manera ilustrativa de representar el contenido de algunos post.

La infografía de hoy está relacionado con el post de ébola vs malaria que publicamos en verano de 2014 (podéis ampliar la imagen clicando sobre ella o descargarla en PDF en enlace de abajo).

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Podéis descargar la infografía en PDF desde AQUÍ.

Riesgo en el Laboratorio

En un principio la ciencia – mas concretamente la investigación – no parece ser una profesión de riesgo. Asumimos que existen muchos oficios donde el trabajador queda expuesto a un peligro como los de conductor, electricista o albañil. Evidentemente, que un carpintero pueda sufrir daños laborales no implica una alta probabilidad de acontecer un daño inminente y potencialmente grave para la salud. En esta tesitura sindical tenemos los gremios mineros o alpinistas, donde desgraciadamente la inseguridad es un factor clave.

Yo me atrevería a añadir que profesionales de sectores concretos de la investigación se exhiben a amenazas laborales que comprometen su integridad física tanto como un escalador. Aunque si bien es cierto – y los datos lo refutan – que la seguridad se plantea de tal manera que la cobertura es máxima para los trabajadores, el peligro siempre acecha.

Antes de nada cabe añadir que nos alejaremos de aquellos lances que podemos considerar accidentes laborales comunes – desde cortes y golpes hasta incendios – puesto que éstos acontecen a cualquier tipo de empleo sin distinción especial en ciencia. Dicho esto, nos disponemos a analizar los máximos peligros que se presentan en áreas muy dispares y sobre los que la seguridad centra su foco principal de atención:

  • Laboratorio de microbiología o cultivos celulares. Las instalaciones se clasifican en cuatro estadios (laboratorios tipo I a IV) según el grado de patogenicidad de las células que son autorizadas. Por ejemplo, en un emplazamiento de tipo II se permite trabajar con linajes celulares humanos, vegetales y patógenos que no presentan ningún peligro. Así encontramos células de riñón, esqueje o E. Coli. Sin embargo en laboratorios tipo IV se puede investigar con Ébola, Marburg y otros virus hemorrágicos.

 

Laboratorio tipo IV.

Laboratorio tipo IV.

 

Se conocen casos aislados de infecciones leves con E.Coli o virus de la gripe por problemas en su manipulación. Es fácil pincharse o verter contenido bio-peligroso. Más allá de estas eventualidades, radicalizando a su máximo exponente esta ejemplificación vamos a irnos hasta Rusia. El país más grande del mundo guarda uno de los dos últimos reservorios de Viruela – junto a Estados Unidos – que se conservan de forma oficial alrededor del globo. Bajo muchísimos pretextos diferentes, las peticiones de destrucción de la cepa han sido denegadas consecutivamente. Hace unos años un percance técnico liberó al virus en un recinto del laboratorio que lo contenía, infectando a 77 trabajadores que acabaron por fallecer.

  • Trabajo con Animales de Laboratorio: Ya menos probable que en el caso anterior. Las normas para trabajar con animales de laboratorio exigen una formación e indumentaria altamente segura. Pero como ya vimos en la entrada de animales de laboratorio ¿qué es lo realmente peligroso de trabajar con ellos? A simple vista apreciamos que un ratón, gusano o perro no son bestias agresivas entre especies. La espuela de su cría y manipulación yace en la zoonosis. Este fenómeno consiste en la transmisión de virus animales fácilmente transmisibles entre ellos pero que pueden saltar de especie. ¿Y cómo? A través de aerosoles, contacto accidental con fluidos o transmisión sanguínea …
Esquema de transmisión de virus entre operario y animal.

Esquema de transmisión de virus entre operario y animal.

Las mordeduras de roedores son especialmente peligrosas debido a este último punto.

  • Laboratorio de Química: La prevención de riesgo laboral cobra especialmente sentido en un campo tan amplio. Cabe tener en cuenta que algunas propiedades de muchos compuestos son especialmente nocivas para los operarios:

a)      Volátiles: Sustancias que se evaporan con suma facilidad. Es el caso del cianuro.

b)      Explosivos: Como la nitroglicerina,  el principio activo de varios fármacos.

c)       Carcinogénicos: Como el bromuro de etidio, suelen ser moléculas que atraviesan o intercalan en la doble hélice de ADN.

d)      Inflamables: La legislación acepta almacenar hasta 100 litros, como son el butadieno o propileno.

e)      Radiactivos: Que le pregunten a los señores Curie en la Francia de principios de siglo pasado. Polonio, Radio o Tecnecio – usado en gammagrafías  – son ejemplos.

Símbolos que indican la peligrosidad de los compuestos.

Símbolos que indican la peligrosidad de los compuestos.

  • Laboratorio de Física: Hemos reservado hasta el final el lugar más inhóspito para dejarse caer entre el azar de las desdichas laborales. Alguno pensará que entre integrales, transformadas y cocientes es difícil salir escaldado pero ahora veremos que no  tiene porque ser exactamente así.

Para ello vamos a hablar del inimaginable caso de Anatoli Burgoski. El científico, que realizó su tesis doctoral en física de partículas, trabaja en el mayor acelerador del país. Un día de reparaciones, cuando la fuente del acelerador debiera estar apagado, el pobre de Anatoli se encontraba con medio cuerpo dentro de la instalación sustituyendo piezas cuando fue impactado por un haz de protones que le atravesó el cráneo casi a la velocidad de la luz.

Por suerte, el señor Burgoski sobrevivió – y aún vive, que nació en el 42 -. Relató décadas después – tras el hermetismo soviético – que no sintió dolor durante el impacto pero que el destello era de una intensidad  “como la de mil soles”.  Anatoli consiguió finalizar su tesis doctoral y alcanzar el puesto de Director de Experimentos de su departamento, de lo que se deduce que el accidente no afectó a sus capacidades de raciocinio.

Trayectoria de impacto del haz en Anatoli.

Trayectoria de impacto del haz en Anatoli.

Los efectos inmediatos de la colisión resultaron en quemaduras de tejido cerebral y piel en zonas atravesadas por el haz. Perdió la audición del oído izquierdo y sufrió persistentes ataques epilépticos. En el fondo no es nada para lo que cabría esperar del infortunio. Se creía que nadie sobrevivía a choques con haces de una potencia 200 veces inferior a la que le impactó.

Con esta entrada he tratado de recoger los casos más paradigmáticos de los riesgos que conlleva ser técnico de cada laboratorio, que para nada son una muestra representativa pero permiten que nos hagamos una idea de que la ciencia no es una profesión tan liviana.

 

Extrae tu propio ADN en casa: Taller de actividades

Arrancamos el nuevo año con un Taller de Actividades, que teníamos esta sección algo olvidada. Hoy vemos como podemos extraer ADN, la molécula que contiene nuestros genes, de nuestras propias células y verlo a simple vista.

 

Materiales

  • 3 vasos de cristal.
  • Agua (del grifo ya nos sirve).
  • Sal de cocina.
  • Alcohol 96º (de desinfectar).
  • Detergente (de lavar los platos).

*Nota: Las cantidades indicadas son orientativas. Hay un amplio margen que puede afectar – aunque no de manera significativa – los resultados del experimento.

Procedimiento

  • Preparamos en un primer vaso A una solución saturada de sal. Esto significa que obtendremos una solución muy concentrada pero que el soluto no precipitará. Lo conseguimos llenando un vaso de agua y añadiendo tres cucharadas de sal. Removemos durante un minuto hasta disolver la sal por completo. (Atención: Si aún después de remover sigue sin disolverse toda la sal, repetir añadiendo menos cantidad de sal –soluto- o más cantidad de agua – disolvente- ).

 

  • Preparamos un segundo vaso B que llenaremos de agua hasta los 2/3 de volumen. Algo menos del tercio restante lo rellenamos con detergente de lavavajillas y agitamos manualmente el vaso hasta mezclar ambas fases. Observamos una emulsión del color del detergente algo viscosa.

 

  • En un tercer vaso, donde vertimos agua hasta la mitad, nos enjuagaremos la boca durante un minuto. Recomendamos tragar saliva antes del enjuague.
Los tres vasos iniciales y su contenido.

Los tres vasos iniciales y su contenido.

  • Al vaso donde nos hemos aclarado – contiene agua y células de nuestra boca – añadiremos dos cucharadas del vaso A (agua y sal). Menear medio minuto.

 

  • A continuación, adicionamos otra cucharada del vaso B (agua y detergente) y nuevamente agitamos con determinación.
Mezcla de los tres vasos inciales.

Mezcla de los tres vasos inciales.

  • Ahora dejamos el vaso con las mezclas encima de la mesa y no lo volveremos a mover lo más mínimo. Agregamos un par de cucharadas de alcohol desinfectante y se formarán dos fases casi instantáneamente. La saliva precipitará al fondo como una fase turbia mientras que arriba quedará la fase trasparente con alcohol.
Resultado final.

Resultado final.

Ahora puedes observar unos filamentos o hilos similares a los que mostramos a continuación.  Estos grandes filamentos se encuentran formados por miles de hebras paralelas de la doble hélice de Watson y Crick que constituyen cada uno de los genes que heredamos de nuestros progenitores.

Explicación

  • Con el enjuague conseguimos que se desprendan las células que recubren los tejidos de la lengua, encías y mucosas bucales. Recomendamos tragar saliva porque ésta contiene proteínas que se encargan de trocear el ADN y nos interesa conseguir grandes fragmentos de la hélice para poder verlo con mejor resolución.
  • La sal ha conseguido deshidratar la célula por el principio de ósmosis y el detergente es un agente destructor de membranas lo que ayuda a liberar el ADN del núcleo.
  • Por último el alcohol ha conseguido desplazar todas las partes de la célula hacia la fase acuosa del fondo y mantener los filamentos en la fase superior.

Este es el resultado que se espera obtener.

Os animamos a todos los que habéis llegado hasta aquí a que realicéis el experimento en vuestras casas. Podéis comentarnos como os ha ido – así como si tenéis dudas – vía redes sociales (twitter y facebook). Además también estaremos encantados de recibir vuestras fotos y comentarios en nuestro correo electrónico (albaciencia@gmail.com).