10 abril, 2014

¡Nuevo Blog!

Y llegamos al final...

Después de un poco más de siete años escribiendo sobre ciencia en este humilde espacio, tengo que comunicarles que a partir de hoy ya no lo haré. No es porque ya no quiero seguir haciendo divulgación científica (en realidad, aprender a hacerlo) o porque no me alcanza el tiempo (aunque a veces ocurre); sino porque se me ha abierto una nueva puerta para llevar la ciencia a muchas más personas. Hoy nace oficialmente Expresión Genética, un nuevo blog que hablará sobre las ciencias de la vida, en uno de los diarios más importantes y con mayor número lectores que tiene el país como lo es El Comercio.

Portada del blog Expresión Genética.
¿Por qué "expresión genética"? Porque le encuentro una doble connotación. Desde el punto de vista biológico, todos somos producto de la expresión de nuestros genes, desde el color de nuestros ojos hasta nuestro comportamiento como especie, influenciado en cierta medida por el ambiente. Y desde el punto de vista —digamos— coloquial, se podría entender como que los genes "tienen algo que decir, algo que comunicar, algo que transmitir". En Expresión Genética hablaremos sobre evolución, biotecnología, bioquímica, biología sintética, genética, fisiología, virus, bacterias, plantas, animales, parásitos, profundizaremos en algunas noticias que llaman la atención de los medios de comunicación y de la gente, desbarataremos mitos y noticias sensacionalistas, todo de una forma ligera y amigable, para que veas lo importante, entretenido y bizarro que puede resultar la ciencia. Espero que me acompañen en este nuevo viaje.

Y no quería terminar sin antes mostrar mi agradecimiento muy especial a todos los visitantes, asiduos y esporádicos, de BioUnalm. Este blog me dejó muy buenas experiencias. Me abrió muchas puertas, entre ellas, ser colaborador de Naukas, uno de los portales referentes en lo que es la divulgación científica en español. En BioUnalm aprendí a escribir sobre ciencia, me acompañó en mis ratos libres y me hizo descubrir muchas cosas interesantes. Pero todo tiene su fin. Ahora me encamino en un nuevo proyecto y con nostalgia miraré lo que fue BioUnalm en una cuarta parte de mi vida.

No obstante, el blog no se cierra. Todo lo contrario. Tal vez se refuerce. Los actuales miembros de la Agrupación BioUnalm de seguro podrán tomar la posta. Por mi parte apoyaré en todo lo necesario para que se involucren con este hermoso campo de la divulgación científica. Estoy seguro que muy pronto recibirán nuevas noticias.

Quiero aprovechar la oportunidad también para dar la bienvenida a Patricia Jumbo que también estrena un blog de ciencias en El Comercio llamado Bajo el microscopio. Realmente me da mucha satisfacción que la ciencia se abra espacio en este importante medio de comunicación. Y reconocer el inestimable esfuerzo de Bruno Ortiz por apostar por la comunicación científica. Estos blogs nacieron gracias a su iniciativa.

Así que nos vemos por allá.

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08 abril, 2014

Nueva estrategia para combatir la malaria

Anopheles gambiae es el principal vector de la malaria, una enfermedad que cobra la vida de unas 600.000 personas cada año, especialmente de niños que viven en el África subsahariana. La enfermedad se transmite sólo por las noches a través de la picadura de los mosquitos hembra infectados con una de las cuatro especies de Plasmodium: P. vivax, P. malariae, P. ovale y P. falciparum, siendo este último el más letal de todos.
Anopheles gambiae
La principal estrategia empleada para controlar el número de infectados por la malaria es reducir las poblaciones de mosquitos a través de la fumigación de las casas y usar mosquiteros impregnados con insecticidas para dormir. Sin embargo, los mosquitos están adquiriendo resistencia a muchos de los insecticidas empleados lo que amenaza el éxito de estas campañas, por lo que es necesario desarrollar nuevas estrategias.

Un reciente estudio publicado esta semana en PNAS da una luz de esperanza para el control de la transmisión de esta enfermedad. El Dr. Robert Shaw y colaboradores del Imperial College London (Reino Unido), la Università di Perugia (Italia) y de Boston University (EEUU) han descubierto una proteína fundamental para proteger y mantener viable los espermatozoides por un largo periodo de tiempo. Si esta proteína es inactivada, la quinta parte de los huevos nunca llegan a desarrollarse.

Almacenar esperma

Las hembras de Anopheles tienen una vida sexual muy aburrida: sólo copulan una vez en su vida. Esto las obliga a almacenar y mantener viable el esperma durante varias semanas, tomando de ahí los espermatozoides necesarios para fertilizar sus huevos cada vez que lo requiera. El órgano especializado para almacenar el esperma se llama espermateca.

Estudios en moscas de la fruta han demostrado que las espermatecas crean un ambiente apropiado para el mantenimiento de los espermatozoides a través de la secreción de sustancias que los protegen de las infecciones y los radicales libres producidos por el metabolismo de las células. Adicionalmente se han encontrado otras enzimas detoxificadoras y hormonas que son transferidas por el macho durante la copulación que también podrían favorecer la protección del esperma.

Sin embargo, se sabe muy poco acerca del almacenamiento de esperma en An. gambiae, más aún si consideramos que una dieta basada en sangre genera una gran cantidad de radicales libres que pueden afectar su viabilidad.

Peroxidasas

Para determinar cuál era el factor que mantenía viable el esperma, Shaw y su equipo compararon los niveles de expresión todos los genes en las espermatecas de hembras vírgenes y hembras copuladas. Este análisis dio como resultado que una peroxidasa (enzima que degrada los radicales libres) llamada HPX15 se expresaba en mayor cantidad en las hembras copuladas, lo que indicaría que cumpliría un rol clave en el viabilidad del esperma.

Luego, usando un ARN de silenciamiento, los investigadores “apagaron" la producción de HPX15 y observaron que la actividad de los espermatozoides se veía muy reducida (no movían sus flagelos). Por otro lado, no hubo reducción en el número de huevos que producía la hembra pero si se observó que la quinta parte de ellos no eran fértiles cuando lo normal es que sólo el 3% de los huevos nunca eclosionen.

La pregunta que quedaba por responder era ¿qué mantenía activa la expresión de HPX15 por varios días? Durante la copulación, el macho no solo deposita esperma en el receptáculo de la hembra, sino también otros componentes que favorecen la supervivencia y viabilidad de sus espermatozoides. Shaw y sus colaboradores hallaron grandes cantidades de la hormona 20E en la espermateca de la hembra, así como también, las proteínas receptoras sensibles a esta hormona.

Para demostrar que 20E es la responsable de la expresión de HPX15, los investigadores la inyectaron directamente en las espermatecas de hembras vírgenes. Los resultados mostraron que HPX15 se expresaba tal como si estas hembras hubieran sido copuladas.

Un estudio previo también demostró que la inactivación de peroxidasas como la HPX15 refuerza el sistema inmune del mosquito, reduciendo así la presencia del Plasmodium en el tracto digestivo. Entonces, la importancia de este estudio radica en que se puede diseñar una mejor estrategia para el control de la transmisión de la malaria a través de la ingeniería genética y, tal vez, extrapolar esta estrategia a otras especies de Anopheles que son más comunes en otras regiones.

En conclusión, inactivar la expresión de HPX15 conllevaría a una reducción de la fertilidad de An. gambiae y, simultáneamente, afectaría la supervivencia del Plasmodium dentro del mosquito, lo que provoca una reducción en el número total de mosquitos y en la transmisión de la enfermedad.


Referencia:
ResearchBlogging.org
Shaw, W., Teodori, E., Mitchell, S., Baldini, F., Gabrieli, P., Rogers, D., & Catteruccia, F. (2014). Mating activates the heme peroxidase HPX15 in the sperm storage organ to ensure fertility in Anopheles gambiae Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1401715111

06 abril, 2014

Espermatozoides más rápidos

En algunas especies, la competencia entre los machos por transmitir sus genes a las siguiente generación se da después de la copulación. Las hembras tienen sexo con varios machos a la vez, uno después de otro. Toda la presión por ser el primero recae en los espermatozoides, quienes no solo deben competir con sus parientes (espermatozoides del mismo macho), sino también con los vecinos (espermatozoides de otros machos).

Sperm competition

Un rol importante en esta competencia la juegan las protaminas, un grupo diverso de proteínas que se producen en las espermátidas —células haploides que darán origen más adelante a los espermatozoides— de los vertebrados. Su función es enrollar y empaquetar (condensar) el genoma del animal, el cual es sumamente largo, dentro del espacio reducido del núcleo. En los mamíferos hay sólo dos protaminas: P1 y P2. Los genes que codifican estas dos protaminas se encuentran ubicados muy cerca dentro del mismo cromosoma, junto a una proteína de transición nuclear que también cumple una función en la condensación del genoma.

Estudios comparativos hechos en roedores han documentado que hay una relación significativa entre la competitividad de los espermatozoides (medido en función al tamaño de los testículos de los ratones) y la evolución de las secuencias promotoras de P2, lo que indicaría que las variaciones en los niveles de expresión de estas protaminas estarían involucradas con una mayor competitividad de los espermatozoides.

La competitividad de los espermatozoides está relacionado con la cantidad, la calidad (número de espermatozoides viables y bien desarrollados), longitud y velocidad de movimiento, cabezas más estrechas para reducir la resistencia del medio donde se transportan, sensibilidad a las señales químicas que emite el óvulo, entre otras.

Con el fin de determinar el rol que juegan las protaminas en la competitividad de los espermatozoides, un grupo de investigadores del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, liderados por la Dra. Lena Lüke, han comparado los niveles de expresión de las protaminas en los testículos de ocho especies de ratones con diferentes niveles de competencia de espermatozoides. Los resultados fueron publicados el pasado 26 de marzo en Proceedings of the Royal Society B.

Lüke y su equipo hallaron que los ratones con mayor nivel de competencia de  espermatozoides expresaban menor cantidad de protamina 2 con respecto a la protamina 1. Y no solo eso, también descubrieron que estos niveles de expresión estaban relacionados directamente con el tamaño y forma de las cabezas de los espermatozoides.

Estos resultados indicarían que los ratones con menores niveles de P2 tienen espermatozoides con cabezas más delgadas, por lo que ejercerían menor resistencia al fluido por donde se mueven (serían “más aerodinámicos”) y se moverían mucho más rápido, favoreciendo así su competitividad. 

Interesante descubrimiento que ojalá no sea aprovechado por charlatanes, empresas farmacéuticas y gurús del sexo promoviendo productos milagro que reducen los niveles de protamina 2 en el hombre para volverlos "más fértiles", "más competitivos respecto a otros”, "más emprendedores”, etc., que suelen aparecer con este tipo de descubrimientos. 


Referencia:

ResearchBlogging.orgLuke, L., Campbell, P., Varea Sanchez, M., Nachman, M., & Roldan, E. (2014). Sexual selection on protamine and transition nuclear protein expression in mouse species Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 281 (1783), 20133359-20133359 DOI: 10.1098/rspb.2013.3359

03 abril, 2014

Time-lapse: Ondas en el Pacífico provocadas por el terremoto de Chile

Esta animación nos muestra las ondas provocadas por el terremoto de 8,2 grados ocurrido el pasado 1 de abril en el norte de Chile. La alerta de tsunami se activó en todas las líneas costeras bañadas por el Océano Pacífico. La velocidad a la que viajan estas ondas es similar a la de un vuelo comercial por lo que tomó unas 15 horas en llegar a Nueva Zelanda, unas 18 horas en llegar a Australia y la Melanesia, y casi 24 horas en llegar a lugares más distantes como Japón.


A pesar que el terremoto fue de gran magnitud, no fue lo suficientemente fuerte como para generar olas destructivas a lo largo del Pacífico. En 1960, un terremoto de una magnitud de 9,5 grados ocurrido también en Chile provocó un tsunami en Hawaii y Japón que mató a más de 200 personas. Cuatro años después, un terremoto de 9,2 grados cerca de Alaska provocó un tsunami que cobró 11 víctimas en las costas de California. Y como no olvidar el terremoto de 9,1 grados ocurrido en Sumatra en el 2004, el cual provocó un tsunami en las costas del Océano Índico que acabó con la vida de más de 200.000 personas. Lo que la experiencia nos dice es que para que un terremoto provoque olas devastadoras, la intensidad debe ser superior a los 9,0 grados.

Vía | WiredScience.

29 marzo, 2014

El cromosoma sintético y la levadura

Esta semana la ciencia nos sorprende con un gran avance en el campo de la biología sintética. Resulta que un grupo de investigadores norteamericanos, liderados por el Dr. Jef Boeke del Langone Medical Center de la Universidad de Nueva York, han logrado rediseñar y sintetizar químicamente en el laboratorio un cromosoma entero de la levadura Saccharomyces cerevisiae. Y no solo eso, el cromosoma sintético fue completamente funcional. Esto abre las puertas para el diseño de organismos con nuevas funciones.
Imagen | Science.
Todos los seres vivos tenemos ADN. El ADN es una molécula que transmite información codificada de generación en generación. Está dividido en pequeñas porciones continuas llamadas genes que pueden tener longitudes variables. Son los genes los que codifican, guían y moldean el desarrollo de un determinado organismo a través de los productos de su expresión: las proteínas. Los virus de la gripe tienen sólo una decena de genes; las bacterias de nuestra flora intestinal, algo más de mil; las levaduras —como el protagonista de esta historia—, unos 6000; y, el hombre, unos 25.000. Hay una correlación algo engañosa el número de genes y la complejidad del organismo. Pero no siempre es así.

En las células eucariotas (que tienen núcleo) el ADN total (también conocido como genoma) está dividido en varios fragmentos llamados cromosomas. Cada cromosoma contiene varios genes. Los humanos tenemos 46 cromosomas (23 de nuestro padre y 23 de nuestra madre); mientras que las levaduras, 16.

Entonces, lo que hicieron el Dr. Boeke y su equipo fue utilizar los cuatro componentes que forman el ADN llamados nucleótidos (Adenina, Guanina, Citosina y Timina) como si fueran piezas de Lego®, para re-ensamblar el cromosoma 3 de la levadura, pieza por pieza, en base a un patrón dado: la secuencia genética del cromosoma original ligeramente editado. Luego, este cromosoma sintético —al que llamaron SynIII— fue insertado en una levadura para ver si funcionaba tal como lo haría uno natural.
Levaduras con los cromosoma naturales (wild type, primera columna en cada cuadro) y con el cromosoma 3 sintético (synIIIL y sinIII, segunda y tercera columna en cada cuadro)
Los resultados mostraron que sí. No había diferencias significativas entre la levadura con el cromosoma sintético y la levadura normal incluso si estas crecían bajo diferentes condiciones de cultivo. De esta manera, Boeke y su equipo lograron obtener la primera levadura que vive con un cromosoma sintético. Ya en el 2010, el Dr. Craig Venter hizo lo propio con una bacteria (Mycoplasma mycoides), la cual vivía con un genoma sintético.

Pero hay una historia mucho más interesante detrás de esta investigación que me gustaría contártela.

Todo empezó en el 2004. El genetista Ronald Davis daba una conferencia sobre biología sintética en Seattle (EEUU). Davis trataba de convencer a sus colegas de crear cromosomas artificiales de levaduras para luego instalarlos dentro de ellas y ver si funcionaban adecuadamente. Sin dudas, hace una década, esta era una idea muy osada. El Dr. Jef Boeke, que escuchaba atentamente la conferencia de Davis, no le veía sentido alguno copiar y ensamblar los 12 millones de pares de base que tiene el genoma de la levadura. "¡Quién en la tierra va a querer hacer algo así!", pensaba.

Dos años después, mientras Boeke tomaba un café en el campus de la Johns Hopkins University, su colega el Dr. Chandrasegaran lo trataba de convencer que produzcan un gran número de nucleasas dedos de zinc (una enzima capaz de hacer cambios en el genoma en secuencias específicas) para manipular el genoma de las levaduras con mayor facilidad. A Boeke no le interesaba la idea y en son de broma dijo que la forma más drástica para controlar el genoma de la levadura era creando uno desde cero. Chandrasegaran no entendió el sarcasmo y se tomó la idea en serio. Incluyeron al biólogo computacional Joel Bader en la discusión y entre los tres se propusieron construir el genoma artificial de la levadura.

¿Quién lo diría? Dos años atrás Boeke rechazaba la idea de Davis y ahora él y dos colegas trataban de realizarla.
Jef Boeke posando para la foto.
Sin embargo, antes de aventurarse a ensamblar en el laboratorio el genoma completo de la levadura, Boeke y su equipo debían demostrar si este organismo era capaz de vivir con una porción de ADN sintético. Para este primer experimento eligieron un pedacito del cromosoma 9 —el más corto de los 16 cromosomas— llamado "brazo R".

Usando herramientas computacionales, editaron la secuencia genética del brazo R con el fin de volverlo más estable. Por ejemplo, le quitaron las porciones de ADN que no forman parte de los genes o que nunca llegan a expresarse (ADN no codificante e intrones), los telómeros (secuencias de ADN repetidas que protegen los extremos de los cromosomas) y algunos genes con alta vulnerabilidad a las mutaciones. Asimismo, le incorporaron una secuencia genética llamada loxP, en diferentes partes del brazo R, para usarlos más adelante como puntos de intercambio.

Luego, Boeke contrató a la empresa biotecnológica Codon Devices para que realizaran la tarea de sintetizar esta porción del cromosoma 9 a partir de la secuencia que había sido editada en la computadora. Pasó casi un año y Boeke no recibía noticia alguna de la compañía. Pero fue esta tensa espera que le hizo pensar en una mejor salida: usar a sus alumnos de pregrado para que cada uno de ellos sintetice y ensamble una porción del brazo R. Esto reduciría el tiempo y los costos que demanda la síntesis de grandes porciones de ADN.

Fue así que en el ciclo de verano del 2007 puso en marcha su idea. El curso se llamó "Build a Genome" ("Construye un genoma") y se dictaba tres veces por semana. Originalmente, el curso consistía en que cada alumno ensamblara pequeños trozos de ADN de 75 pares de base (pb) hasta formar secuencias mucho más largas, por ejemplo, de 1500 pb. La secuencia de estos trozos de ADN coincidían entre sí por los extremos. Esto permitía pegarlos uno tras de otro en base a su similaridad. De esta manera, 16 fragmentos de 75 pb se ensamblaban para formar fragmentos de 750 pb. Luego estos fragmentos más grandes se "fotocopiaba" usando una técnica llamada PCR y se introducía dentro de unas bacterias para  que ellas ahora se encargaran de ensamblarlas —también por los extremos— para formar fragmentos de ADN mucho más grandes.

Cómo se ensamblan los pequeños trozos de ADN hasta formar fragmentos mucho más largos.
Mientras esto pasaba, Codon Devices por fin le enviaba su pedido al Dr. Boeke quien inmediatamente se puso a probar si la levadura incorporaba adecuadamente esta porción de ADN sintético. Los resultados que finalmente fueron publicados en el 2011 en Nature demostraron que la levadura vivió sin problemas con una porción sintética del cromosoma 9 y del cromosoma 6.

El primer curso de "Construye un genoma" implementado en la Johns Hopkins University fue un éxito rotundo. Los estudiantes lograron ensamblar fragmentos de 30.000 pb, 20 veces más grande de los 1500 pb estimados originalmente. Boeke demostró que los estudiantes, a parte de aprender y ganar experiencia en el campo de la biología sintética, funcionaban como una máquina de síntesis y ensamblaje de ADN viviente. El siguiente paso fue ensamblar desde cero el cromosoma 3 de la levadura de aproximadamente 316.000 pb (el 2.5% del genoma). Un año y medio después y gracias a la colaboración de 49 estudiantes, el cromosoma 3 sintético de 273.000 pb —menos que el original debido a la edición en la computadora que comentamos anteriormente y que se aprecia en la figura de abajo— fue ensamblado. Se hicieron las pruebas respectivas y los resultados fueron satisfactorios según reportaron el jueves pasado en Science.
Edición realizada en la secuencia del cromosoma 3. Se quitaron las secuencias no codificantes, los genes saltarines (retrotransposones) y telómeros. Se cambió la secuencia que indica donde termina los genes TAG por TAA. Se incorporó las secuencias loxP para una reorganización del cromosoma 3 cuando se pone estradiol en el medio de cultivo y marcadores específicos para diferenciar al cromosoma sintético del natural.
Boeke no se dormía en sus laureles sino que empezó a implementar el curso en otras universidades. Participó en el Primer Congreso del Genoma Sintético de la Levadura (Sc2.0) en China, donde el Dr. Ying-Jin Yuang de la Tianjin University implementó su propio curso de "Construye un genoma" que para el verano del 2012, sus 60 estudiantes ya habían ensamblado el cromosoma 5. En julio del 2013, el biólogo sintético Tom Ellis del Imperial College London el segundo congreso Sc2.0 y el gobierno británico anunció otorgar un millón de libras al proyecto. Y así otros países más se vienen incorporando a esta iniciativa. Boeke espera que en dos años más se pueda completar todos los cromosomas sintéticos de la levadura.
Países e instituciones que han mostrado su interés y vienen trabajando en el proyecto Sc2.0.
Actualmente, es mucho más económico comprar secuencias sintéticas de ADN de 750 pb. Esto permite que cada estudiante pueda ensamblar porciones de ADN de 30.000 a 50.000 pb en un sólo semestre de estudio por lo que pronto contaremos con la primera célula eucariota que funcione con un genoma hecho a medida en el laboratorio. Además, de funcionar esta herramienta podríamos pensar en diseñar genomas a medida, con genes que confieran a las levaduras la capacidad de producir nuevos fármacos y enzimas para la industria o de degradar sustancias tóxicas en el ambiente. Las posibilidades que nos da la biología sintética son muy grandes.

Referencias:

ResearchBlogging.orgAnnaluru, N., et al. (2014). Total Synthesis of a Functional Designer Eukaryotic Chromosome Science DOI: 10.1126/science.1249252


Pennisi, E. (2014). Building the Ultimate Yeast Genome Science, 343 (6178), 1426-1429 DOI: 10.1126/science.343.6178.1426

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