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Monthly Archives: January 2015

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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).