Curiosea+

Por si tenéis ganas de más, aquí os dejamos datos extra sobre las entradas

Unos órganos…¡de impresión!

  • ¿Es rentable este proceso?

En 2013 se estimó el precio de bioimpresión de un riñón artificial en unos 280.000 dólares, que contrasta con los aproximadamente 80.000 dólares que cuesta el trasplante de un órgano  actualmente. Con estos datos el proceso no parece ser factible, sin embargo, si consideramos el gasto que conlleva el tratamiento de los pacientes en espera para un trasplante, la cosa cambia mucho. Un ejemplo es la diálisis, que cuesta  unos 60.000 dólares anuales por paciente, por tanto, a largo plazo, el balance de utilizar un órgano artificial de impresión 3D seguramente sea positivo. Además se prevé que el precio de producción baje  y en 2030 sea inferior a 120.000 dólares.

Por tanto que el proceso sea rentable y aplicable a los pacientes depende, aparte de algunos aspectos que se deben mejorar desde el punto de vista biológico, de la inversión y desarrollo de esta tecnología, lo que permitirá abaratar el coste.

Y su ADN le declara…¡culpable!

  • [1] Vucetich basó el desarrollo de su sistema dactiloscópico en los estudios de Francis Galton (¡el primo de Charles Darwin!), que había demostrado que las huellas dactilares se mantenían invariables durante toda la vida del individuo y que eran diferentes en cada persona, incluso entre gemelos idénticos. Además, desarrolló una serie de protocolos para clasificarlas según su morfología.  VOLVER
  • [2] Las pruebas de ADN no sólo sirven para identificar culpables de crímenes, sino también para demostrar la inocencia de algunos condenados por error. Con este objetivo nació en 1992 el Innocence Project, una organización que se apoya en la moderna ciencia forense para demostrar la inocencia de centenares de condenados (347 a día de hoy). Puedes encontrar más información aquí.  VOLVER
  • [3] Esta técnica de identificación de individuos por su huella genética fue desarrollada por Alec Jeffreys, que descubrió el 10 de septiembre de 1894 en su laboratorio de Leicester que el patrón de bandas generado por las repeticiones de ADN de una muestra que tomó a su ayudante era una mezcla de los patrones de bandas generados por los padres de éste.  VOLVER
  • [4] El nombre de 23andMe no es casual: 23 son los pares de cromosomas en los que se organiza nuestro ADN, dentro de los cuales se encuentra la clave para hallar nuestra huella genética.  VOLVER
  • [5] El polimorfismo que nos da esta probabilidad fue descubierto por el propio equipo de investigación de 23andMe.  VOLVER

 

Creando vida artificial…¿jugando a ser dioses?

  • Biología sintética

La biología sintética se define como “la aplicación de la ciencia, la tecnología y la ingeniería para facilitar y acelerar el diseño, la fabricación y/o la modificación de material genético en organismos vivos”. Por ello, hace referencia a todas las líneas de investigación cuyo objetivo consiste en desarrollar nuevos modelos o formas de vida diferentes a los que existen en la naturaleza.

  • Craig Venter

John Craig Venter, nacido el 14 de Octubre de 1946 en Salt Lake City, Utah, (Estados Unidos);  es un biólogo y empresario estadounidense. Fundador y director del J. Craig Venter Institute (JCVI), organización para la investigación genómica humana, microbiana, vegetal, sintética y ambiental sin ánimo de lucro. Además, Venter es también co-fundador y director ejecutivo del Synthetic Genomics Inc (SGI), compañía privada cuyo objetivo es el desarrollo de productos utilizando la tecnología de la genómica sintética; y del Human Longevity Inc (HLI), compañía basada en la genómica y terapia celular para diagnóstico y terapia en humanos.

Tras su servicio en la armada en Vietnam (1967-1968) terminó sus estudios graduándose en Bioquímica y haciendo el doctorado en Fisiología y Farmacología en la Universidad de California en San Diego. Se dedicó a la docencia en las Universidades de Nueva York y de Buffalo y en el Instituto del Cáncer de Roswell Park. En 1984 desarrolla una técnica basada en “Expressed Sequence Tags” o ESTs, que posibilitan una rápida identificación de genes. Más tarde, funda el Instituto para la Investigación Genómica (Institute for Genomic Research, TIGR) y en 1995, gracias a su nuevo método “shotgun sequencing”, consigue secuenciar el primer genoma de un organismo vivo: la bacteria Haemophilus influenzae.

En 1998, funda Celera Genomics estableciendo su propio Proyecto Genoma Humano al margen del consorcio público. Poco después, en 2001, culmina dicho proyecto con la publicación de la secuencia del genoma humano (su equipo también ha conseguido secuenciar otros organismos como la mosca de la fruta, el ratón o la rata).

Entre sus últimos proyectos destaca la creación de la primera bacteria capaz de replicarse y poseer un genoma completamente sintético.

  • Síntesis de compuestos de interés

Es necesario aclarar que esta aplicación no es exclusiva de estas recientes bacterias con genoma artificial; de hecho, actualmente el desarrollo de organismos recombinantes es ampliamente utilizado para la producción de compuestos de interés. La diferencia de este sistema con respecto al de la bacteria artificial es que esta última posee un genoma completamente sintético y las productoras de proteínas recombinantes son bacterias a las que únicamente se les ha introducido un gen para la producción de una proteína de interés.

Un ejemplo de la utilidad de este tipo de tecnología es la síntesis de insulina recombinante. El suministro diario de esta proteína es de vital importancia para los pacientes de Diabetes y actualmente, millones de diabéticos dependen del suministro de este tipo de insulina.

El proceso consiste en la introducción del gen que codifica para nuestra proteína de interés, en este caso la insulina, en bacterias. La introducción de este gen origina el denominado ADN recombinante. Se trata de una molécula de ADN artificial generalmente formado por la unión de fragmentos de ADN pertenecientes a dos especies diferentes, en este caso la humana y la bacteria. Las bacterias serán capaces de leer la información procedente del ADN y funcionarán como fábricas produciendo la insulina, que después puede ser aislada, purificada y preparada para su administración en pacientes.

Las ventajas de este proceso frente a la antigua purificación de la proteína de otros animales (como cerdos o vacas) son su bajo coste y su mayor seguridad, ya que no producen reacciones alérgicas.

Navegando a pequeña escala

Pese a que nos hemos centrado en las aplicaciones de la nanotecnología en la medicina, hay que señalar que hay numerosas aplicaciones en otros campos como en el medio ambiental y de las energías.

Energías renovables

  • Tandem Cell

Respecto a las energías renovables destacamos la creación de Tandem Cell, un dispositivo desarrollado por Michael Grätzel y colaboradores que permite generar hidrógeno rompiendo el agua a partir de la luz solar. Se ha comunicado una eficiencia de conversión de luz solar a gas hidrógeno del 8%, que podría incrementar a 15% con más desarrollo. Así se puede almacenar como energía la luz solar.

  • Fotosíntesis

Siguiendo en esta línea, hay investigaciones relacionadas con el proceso de fotosíntesis que llevan a cabo las plantas para generar a partir de la luz, energía. Lo está investigando el grupo de Daniel Nocera en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), que ha propuesto un dispositivo que ejecuta la fotosíntesis artificial, esto es, hojas eficientes de materiales inorgánicos. La hoja está hecha a partir de materiales de bajo costo ampliamente disponibles (silicio, níquel y cobalto) y emula a la química de las plantas, que usan energía de la luz solar para producir electrones y cargas positivas dentro de la hoja, y luego dividen el agua en oxígeno e hidrógeno. Además, la hoja artificial es más eficiente en la realización de la fotosíntesis que una hoja natural.

  • Paneles solares

Otra de las alternativas, según investigadores de la universidad sueca de Umeå, para mejorar la eficiencia de los paneles solares es mediante la utilización de nanotubos de carbono colocados formando redes complejas y dimensiones nanométricas dentro de una matriz polimérica, con ello se logra multiplicar el rendimiento electrónico de la célula de manera notable. Los nanotubos de carbono son cilindros tridimensionales de átomos de carbono a escala microscópica, que poseen propiedades muy singulares, como una fuerte resistencia a la tracción y una movilidad de electrones excepcional.

Por su parte, investigadores de la Universidad de Loughborough, en Leicestershire (Reino Unido), han desarrollado un recubrimiento multicapa antirfeflectante para superficies de cristal, que reduce el reflejo del sol en los paneles fotovoltaicos y, al mismo tiempo, mejorar su eficiencia.

Nanotecnología de las energías

En cuanto a la nanotecnología de las energías el desarrollo de nuevos materiales de nanoescala permite miniaturizar y mejorar el funcionamiento de las tecnologías de las energías, pero también se está utilizando para mejorar el tamaño, el peso y la longevidad de los acumuladores de energía. Podemos citar a P.Gómez Romero del Instituto de Materiales de Barcelona quien ha demostrado la utilidad de la integración de nanoclusters metálicos en polímeros conductores como polianilina, para formar baterías y supercondensadores. Estos nanoclusters tienen la capacidad de almacenar un gran número de electrones, es decir, de energía.

Camuflaje de objetos

Una de las aplicaciones sorprendentes de los nanotubos es la creación de materiales que permite camuflar objetos en tres dimensiones, es decir, una especie de capa de invisibilidad.

Parabiosis, ¿la fuente de la eterna juventud?

  • Nacimiento de la parabiosis

Los primeros experimentos de parabiosis de los que se tiene registro fueron llevados a cabo en 1864 por el fisiólogo Paul Bert, que cosió los flancos de dos ratas albinas. Los procesos naturales de cicatrización ayudaron a fusionar los sistemas circulatorios de ambas ratas en la zona de la unión. Así, si se inyectaba un líquido identificable en la vena de una de las ratas, al cabo de poco tiempo podía observarse que dicho fluido había pasado a su compañera. Estos experimentos le valieron a Bert un premio de la Academia de las Ciencias francesa en 1866.

Hoy en día, la utilización de estas técnicas está mucho más regulada, y se llevan a cabo de forma que los animales sufran lo menos posible. Únicamente se unen ratones del mismo sexo, aproximadamente el mismo tamaño y que estén emparentados, habiendo convivido juntos previamente al menos durante dos semanas. La operación se realiza siempre en condiciones de asepsia, con anestesia y antibióticos que prevengan posibles infecciones. Los ratones unidos pueden llevar una vida relativamente normal, y pueden volver a ser separados después del estudio.

  • Factores de la sangre implicados

Michael Conboy, junto con su mujer Irina Conboy (el matrimonio trabajaba en el mismo laboratorio), trataron de identificar en 2008 qué factores presentes en la sangre eran los causantes del “rejuvenecimiento”. Encontraron que unos de estos factores eran la molécula Notch (que promueve la división celular) y el factor de crecimiento TGF-ß (que bloquea la división celular). Por otra parte, en 2014 identificaron que los niveles de oxitocina (hormona implicada, entre otras cosas, en las contracciones durante el parto) decrecían con la edad, y que la inyección sistémica de la misma podía activar, por ejemplo, las células madre musculares.

Por otra parte, Amy Wagers (la becaria de Irving Weissman), encontró que inyecciones del factor GDF11 (presente de forma destacable en la sangre joven) también podía aumentar la fuerza muscular y revertir daños genéticos en el ADN de las células musculares.

  • ¿Qué es el Alzheimer?

El Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa que se caracteriza principalmente por pérdidas de memoria y otras capacidades cognitivas superiores. Se trata de un desorden irreversible cuyos primeros síntomas suelen aparecer en torno a los 60 años. De hecho, es el tipo más frecuente de demencia, afectando a un 5-10% de la población mayor de 65 años.

La enfermedad se produce por la formación de dos tipos de estructuras:

  • Las placas de ß-amiloide. El b-amiloide es un péptido, el fragmento resultante del corte de la proteína APP (que tiene diversas funciones en el cerebro). Cuando, por mutaciones en ciertos genes, se producen cantidades excesivas de ß-amiloide, estos fragmentos se agregan en el exterior de las células formando estas estructuras denominadas “placas”.
  • Los ovillos neurofibrilares, constituidos por acumulaciones de unas formas anómalas de la proteína tau, que, de forma natural, forma parte del citoesqueleto de las células (la estructura que hace que las células tengan una forma determinada).

Estas estructuras interfieren con el normal funcionamiento de las neuronas y hacen que finalmente éstas se deterioren y el paciente pierda capacidades cognitivas.

CRISPR/Cas9: Las tijeras del genoma.

  • Ciencia básica.

La ciencia básica, investigación básica o fundamental,  es la ciencia o investigación que se lleva a cabo sin fines prácticos inmediatos, sino con el fin de incrementar el conocimiento en un sentido amplio y sin límites. Gracias a los conocimientos proporcionados por la ciencia básica podemos obtener después investigación aplicada. La ciencia aplicada es un producto de la ciencia y se refiere a la aplicación del conocimiento científico básico a necesidades humanas y al desarrollo tecnológico.

La inversión en ciencia básica es inversión en conocimiento que repercute en toda la sociedad, contribuye al progreso de la humanidad y posibilita la realización de ciencia aplicada.

  • Biotecnología. 

La biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos (Convention on Biological Diversity, Article 2. Use of Terms, United Nations. 1992). Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl Ereky, en 1919. La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales, como la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura, con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos comerciales, como generación de plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales.

  • CRISPR/Cas.

CRISPR-Cas: de las siglas en inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR associated proteins traducidas al castellano como conjunto de repeticiones interespaciadas y repeticiones palindrómicas cortas regularmente espaciadas – proteínas asociadas a CRISPR.

CRISPR/Cas9 es tan famoso que se ha creado una parodia a capella de Mr. Sandman (The Chordettes).

  • Técnicas: Nucleasas de dedos de zinc (ZFN) y Transcription activator-like effector nucleases (TALEN). 

Son unas enzimas que también se pueden utilizar para edición genómica, al igual que el sistema CRISPR/Cas9, pero el tiempo ha hecho que su utilización sea cada vez menor.

Son nucleasas quiméricas que contienen el dominio FokI de la endonucleasa de restricción  y están fusionados a un dominio de unión al ADN que señala la secuencia específica de corte. Estos dominios son del tipo dedos de zinc para las ZFNs y dominios de unión al ADN derivados de las proteína TALE para las TALENs. Ambas se tienen que usar en parejas que reconocen cadenas opuestas del DNA, formando un dímero activo que corta ambas cadenas.

Microbiota: tus bacterias y tú 

  • Los virus también pueden ser beneficiosos

Al igual que en la entrada hemos comentado que convivimos con millones de células en nuestro interior, también tenemos virus. Un ejemplo muy curioso se observa en la placenta. Las células que forman este tejido tienen la capacidad de fusionarse y esto es imprescindible para  que lleve a cabo su función en el embarazo. Pues bien, esta capacidad de fusión de las células es posible gracias al gen env, que proviene, nada más y nada menos, que de un virus. Parece ser que una infección accidental  de un antecesor de los mamíferos  por un tipo de virus, es responsable del mecanismo de reproducción placentario actual. De hecho, se ha visto que en ausencia de este gen se producen abortos en los mamíferos y, por tanto, es necesario en el proceso de gestación.

  • Antibióticos 

Los antibióticos son las sustancias que matan o impiden el crecimiento de las bacterias. Actualmente hay un gran problema con este tipo de compuestos y es que cada vez son menos eficaces.  Esto es debido a que las bacterias se hacen resistentes, sobreviven al antibiótico ¿Por qué ocurre esto?  De forma natural las bacterias sufren mutaciones,  y algunas de ellas les confieren características que les permiten sobrevivir a los antibióticos. De esta forma, al tomar este medicamento seleccionamos estas bacterias y matamos al resto y poco a poco las poblaciones bacterianas se enriquecen en organismos no sensibles a los antibióticos, que por tanto son más patogénicos y más difíciles de tratar cuando infectan  a otras personas.

Esto es ocasionado por el mal uso que hacemos de este medicamento. Es un gran error por ejemplo, no finalizar el tratamiento prescrito o  tomar una dosis insuficiente, inferior a la mandada por el médico. También ocurre por el uso innecesario de estos compuestos, tanto por auto-mediación como por un mal diagnóstico, ya que la mayor parte de las infecciones son de origen vírico y no responden a este tratamiento.

Por otra parte hay que considerar que debido al gran consumo de antibióticos, tanto humano como en la ganadería y las piscifactorías, se liberan toneladas de este compuesto al medio. Esto actúa de la misma forma que ocurre en nuestro cuerpo, seleccionando aquellas bacterias que sobreviven y por tanto son resistentes y matando al resto. De este modo estamos favoreciendo que predominen bacterias con más capacidad de infectar nuestro organismo puesto que no podremos combatirlas con antibióticos.