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La ciencia no deja de asombrarnos con nuevos descubrimientos insospechados cada semana. En el podcast Ciencia Fresca, Jorge Laborda Fernández y Ángel Rodríguez Lozano discuten con amenidad y, al mismo tiempo, con profundidad, las noticias científicas más interesantes de los últimos días en diversas áreas de la ciencia. Un podcast que habla de la ciencia más fresca con una buena dosis de frescura.

Terapia génica para el niño burbuja. Un Nobel para el LED. Aroma de cerveza

Terapia génica. LED. Aroma de cerveza. - Ciencia Fresca podcast - Cienciaes.com

Esta semana comenzamos explicando la noticia de un nuevo ensayo de terapia génica para la inmunodeficiencia combinada severa (SCID, de sus siglas en inglés), que al parecer ha dado buenos resultados. El ensayo ha sido posible gracias a avances importantes en ciencia básica y biología molecular. La inmunodeficiencia combinada severa es una enfermedad genética de múltiples causas que impide el desarrollo normal del sistema inmune desde el nacimiento. Como consecuencia, los niños que no pueden ser tratados rápidamente mediante trasplante de médula ósea (de cuyas células madre derivan todas las células del sistema inmune y de la sangre), mueren a una edad muy temprana víctima de infecciones generalizadas. Estos son los conocidos como “niños burbuja”, ya que antiguamente, a la espera de un donante de médula adecuado, eran mantenidos en un receptáculo en el que se les protegía de los gérmenes del exterior. Afortunadamente, aunque encontrar un donante compatible no resulta siempre factible, otra posibilidad es restaurar el gen defectuoso por uno sano en las células madre de la médula ósea de los propios niños afectados, las cuales podrán entonces ser reintroducidas en el niño y generar un sistema inmune completamente funcional. Esto requiere, en primer lugar, identificar el fallo genético que causa la inmunodeficiencia y, en segundo lugar, emplear un método seguro para introducir el gen sano en las células madre. En el caso de la inmunodeficiencia severa ligada al cromosoma X, se ha identificado el gen en dicho cromosoma cuyo defecto la causa, el cual produce una proteína receptora para importantes hormonas del sistema inmune, necesarias para su correcto desarrollo. Para introducir una copia de este gen sano en las células madre de los niños enfermos se ha desarrollado una estrategia basada en virus modificados. Los virus, al fin y al cabo, llevan millones de años utilizando mecanismos moleculares que les permiten introducir su material genético en el interior de las células para reproducirse. Utilizando esta “sabiduría natural” de los virus, y utilizando nuestra propia sabiduría científica, podemos hoy generar virus que porten en su material genético el gen sano que podrá curar la inmunodeficiencia y que, al mismo tiempo, son seguros ya que han sido modificados genéticamente para impedir su reproducción. No obstante, un problema de estos virus, hasta ahora, era que, a pesar de no reproducirse, eran capaces de inducir leucemia, ya que activaban oncogenes en algunas de las células madre en las que insertaban su genoma y el gen sano. El avance que un numeroso grupo de médicos y científicos ha conseguido ahora y que publican en la revista New England Journal of Medicine, es la generación de virus modificados que, una vez han transportado el gen sano al interior de la célula madre, se inactivan solos genéticamente, disminuyendo así de manera significativa el riesgo de desarrollar una leucemia. Se han tratado de este modo ocho niños afectados de inmunodeficiencia severa y siete han podido ser curados. Se va a realizar un seguimiento de los mismos durante quince años para asegurarse de que, en efecto, no desarrollan leucemia, lo que de ser el caso, permitirá tratar de manera segura con esta nueva tecnología médica a muchos niños afectados de inmunodeficiencia heredada (1).

Los diodos emisores de luz (LED) han llenado de luz el mundo moderno con una sorprendente rapidez. Los LEDs están sustituyendo a las bombillas de toda la vida, nos hacen guiños desde los semáforos o desde las luces traseras de los automóviles, nos ofrecen todo tipo de imágenes en pantallas de anuncios, televisores y dispositivos móviles, etc. No es de extrañar pues, que tres científicos japoneses, que dieron un paso crucial en el uso de estos dispositivos electroluminiscentes, hayan sido galardonados con el Premio Nobel de Física de 2014. Los agraciados, Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura fueron el último eslabón de una cadena de investigadores e investigaciones que comenzaron hace más de un siglo. Fue H. J. Round, autor de más de 100 patentes y colaborador de Marconi, el que tuvo la idea de conectar dos electrodos a los extremos de un cristal de carburo de silicio (SiC). Sorprendido, el inventor observó que el cristal comenzaba a brillar con una luz amarillenta, una luz que cambiaba de color a medida que el cristal era sometido a mayores voltajes. Fue la primera constatación de un fenómeno, llamado “electroluminiscencia”, que traería de cabeza a los físicos, químicos e ingenieros durante varias décadas. A finales de la década de los 40 se comenzó a entender la física de los semiconductores, un conocimiento que culminó con invención del transistor en 1947. Un semiconductor es un cristal con impurezas añadidas que le proporcionan la facultad de conducir la corriente eléctrica de una manera que puede ser controlada. Un semiconductor no es un conductor propiamente dicho, como sucede con el cable de cobre que transporta la electricidad en nuestras casas, ni un aislante que impide su paso, un semiconductor está a mitad de camino entre ambos. En el interior de la red cristalina de un semiconductor se colocan impurezas de dos tipos proporcionan un exceso de electrones o una falta de ellos (huecos), cuando un electrón y un hueco se encuentran, si tienen energía suficiente, se puede producir un fotón de luz de una determinada frecuencia (color). Los primeros LEDs propiamente dichos fueron fabricados a principios de la década de los 60. Inicialmente proporcionaban una luz roja y posteriormente se logró obtener dispositivos capaces de proporcionar luz de distintos colores desde el rojo hasta el verde, pero el LED capaz de dar luz azul permanecía fuera del alcance de los investigadores. La luz blanca se obtiene por combinación de tres colores básicos, rojo, verde y azul. Sin el azul no había posibilidad de obtener luz blanca con LEDs. Desde los años 50 se sabía que un cristal de nitruro de galio (GaN) era el más indicado para obtener la luz azul pero no se disponía de una tecnología capaz de crear cristales de suficiente tamaño como para ser utilizados en diodos a gran escala. Hubo que esperar hasta 1995 para que los ahora galardonados con el Nobel de Física lograran crear el primer LED capaz de proporcionar luz azul. Entonces comenzó la revolución que ha cambiado el mundo. La luz del LED azul puede hacerse incidir en una sustancia fluorescente que la absorbe y reemite en un color de energía más baja, verde o roja, así, combinando los colores, es posible obtener luz blanca. Otro sistema consiste en combinar la luz de tres LEDs que proporcionan los colores básicos. En el primer caso hay que contar con una sustancia fluorescente capaz de absorber la luz azul y reemitirla. Sin embargo, ese proceso de absorción-emisión es lento para muchas aplicaciones, especialmente en telecomunicaciones. En ese sentido, un artículo que se publica esta semana en Nature Photonics, nos presenta un material capaz de ofrecer luz de fluorescencia mil veces más rápido de lo habitual. Investigadores de la Universidad de Duke (USA) han diseñado un dispositivo formado por una lámina de oro y nanocubos de plata que, al tener en medio una sustancia fluorescente iluminada con LED azul, emite luz con extraordinaria rapidez. Esta noticia nos ha servido de base para contarles la larga historia de los diodos emisores de luz (LED) en el programa de hoy. (2)

¿A qué se debe el aroma de la cerveza? Los estudios realizados sobre los componentes de esta popular bebida han descubierto que su aroma se debe a sustancias químicas volátiles producidas por la levadura Saccharomyzes cerevisiae durante el proceso de fermentación. Estas sustancias son ésteres del ácido acético con alcoholes de cadena corta, en particular el alcohol etílico, sin duda el más popular de los alcoholes, y el alcohol isoamílico. La combinación del ácido acético con el primero genera acetato de etilo, que posee un agradable olor a pera; la combinación del ácido acético con el segundo genera acetato de isoamilo, que huele a banana. La razón por la que las levaduras generan estas sustancias olorosas y volátiles no era conocida. Evidentemente, esta no puede ser proporcionar aroma a la cerveza, por lo que probablemente estas sustancias cumplen alguna función importante para la vida de la las levaduras. Varias hipótesis contemplaron diversas funciones, como por ejemplo que las sustancias servían para mantener un adecuado estado de oxidación en las levaduras, o que servían para mantener la estabilidad de las membranas celulares. Estudios subsiguientes demostraron que las sustancias volátiles son producidas por la acción de un enzima denominado alcohol acetil transferasa 1, ATF1. Mediante técnicas de biología molecular, los investigadores generaron levaduras mutantes que carecían del gen ATF1 para estudiar si la ausencia de producción de los esteres mencionados afectaba a su viabilidad y capacidad de reproducción, pero no pudieron observar efecto alguno. Al parecer todas las hipótesis sobre la función de esas sustancias eran incorrectas.
Un descuido vino en ayuda de los investigadores. Un viernes por la tarde, deseosos de salir del trabajo a tomarse una cerveza, los investigadores dejaron abiertos dos frascos de levadura en el laboratorio, uno con la cepa natural, aromática; el otro con la cepa mutante. Los jóvenes científicos de un laboratorio vecino tampoco eran todo lo cuidadoso que debían con las moscas con las que trabajaban, y ese fin de semana dejaron escapar unas cuantas. Al regresar el lunes por la mañana, los investigadores se dieron cuenta de que uno de los frascos de levadura, el aromático, estaba infestado de moscas que habían acudido al mismo a alimentarse de ellas. Sin embargo, el frasco que contenía las levaduras mutantes, incapaces de generar las sustancias volátiles, no había atraído a mosca alguna. Los investigadores pensaron entonces que las sustancias volátiles podían suponer una desventaja para las levaduras, al atraer a insectos que podían comérselas. Sin embargo, atraer insectos con aromas es una estrategia usada por las plantas con flores que facilita la dispersión del polen y la reproducción de las mismas. ¿Podía estar sucediendo algo similar con las levaduras? En experimentos muy elegantes, que publican en la revista Cell Reports, los investigadores demuestran que así es. Las moscas y otros insectos han evolucionado de manera que pueden detectar sustancias olorosas similares a las producidas por flores o frutos maduros, de los que se alimentan. Las levaduras, al producir estas sustancias, atraen también a estos insectos. Aunque, en efecto, se alimentan e ellas, algunas quedan fijadas a sus patas y vuelan con ellos a otros lugares, generalmente un fruto caído o algo similar, donde al posarse el insecto las deposita sobre su superficie. Allí, las levaduras obtienen nuevo alimento en abundancia, lo que les permite reproducirse mejor. El precio pagado por atraer a los insectos y dejar que se alimenten de algunas de ellas es recompensado con creces, desde el punto de vista reproductivo, el que realmente cuenta en la evolución, gracias a esta estrategia puesta en común por todas las levaduras.
Así pues, debemos agradecer a las moscas, al menos en parte, el sabor y olor de la cerveza. Tras esa jarra de cerveza o caña que nos tomamos con los amigos o la pareja se acumulan millones de años de historia y estrategias evolutivas de levaduras e insectos, algo que debería hacernos apreciar aún más lo maravilloso de la vida y lo maravilloso que es un aparentemente simple vaso de cerveza (3).

(1). A Modified γ-Retrovirus Vector for X-Linked Severe Combined Immunodeficiency. Salima Hacein-Bey-Abina et al. N. Engl. J. Med. 2014; 371:1407-1417 October 9, 2014. DOI: 10.1056/NEJMoa1404588.

(2) Gleb M. Akselrod, Christos Argyropoulos, Thang B. Hoang, Cristian Ciracì, Chao Fang, Jiani Huang, David R. Smith, Maiken H. Mikkelsen. “Probing the mechanisms of large Purcell enhancement in plasmonic nanoantennas.” Nature Photonics, 2014. DOI:10.1038/nphoton.2014.228
The Nobel Prize in Physics 2014 was awarded jointly to Isamu Akasaki, Hiroshi Amano and Shuji Nakamura for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources

(3). Christiaens et al., 2014, Cell Reports 9, 1–8. October 23, 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2014.09.009
Video: http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/80320.php?from=278664


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