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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.

SIDA. El cazador eléctrico. Moléculas para la vida.

SIDA. El cazador eléctrico. Moléculas para la vida. - Podcast Ciencia Fresca - CienciaEs.com

El virus del SIDA con fármacos, menos virulento.

El pasado 1 de diciembre fue el día mundial del SIDA, por lo que nos ha parecido apropiado comentar uno de los últimos avances sobre esta enfermedad, que además nos enseña mucho sobre la evolución y la adaptación del virus a los distintos fondos genéticos de los seres humanos, así como a los fármacos antivirales. ¿Cuál es la capacidad del virus del SIDA para evolucionar y continuar reproduciéndose con éxito?
En general, se cree que la virulencia de los microorganismos que causan epidemias disminuye con el tiempo hasta alcanzar un punto óptimo. La virulencia la podríamos definir como la capacidad del microorganismo de causar enfermedad, lo que incide en el porcentaje de la población afectada que perece de la enfermedad en un tiempo corto. Es obvio que cuanto más rápidamente mate un microorganismo a su hospedador, menos probabilidades de transmisión tendrá. Por esta razón, el microrganismo debería reproducirse más lentamente y no alcanzar niveles elevados en la sangre o los tejidos, ya que de otra manera matará a su hospedador. Sin embargo, si los niveles de microorganismo bajan mucho, entonces, aunque no mate al hospedador, la probabilidad de transmisión también disminuirá, ya que el éxito de la transmisión depende de la dosis que pase de una persona a otra.
En el caso del virus del SIDA, se estima que la cantidad óptima de partículas víricas en la sangre es de unas 30.000 por mililitro. Este número puede cambiar en función de varios factores. Uno de ellos es la presencia de determinadas variantes génicas del sistema inmune que son más eficaces para activarlo frente al él. Estas variantes génicas son propias del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) y son las encargadas de captar fragmentos de las proteínas víricas y presentarlos a las células inmunes cuya misión es eliminar a las células infectadas. Estos fragmentos de proteínas poseen una secuencia de aminoácidos concreta y para evitar que sean captados por el MHC deben mutar. El virus del SIDA, en efecto, cuando infecta a personas con estas variantes génicas del MHC, muta para evitar ser detectado. Sin embargo, la mutación tiene un precio, ya que las variantes mutantes, aunque escapan del sistema inmune, no se reproducen igual de bien que las variantes normales, por lo que la virulencia disminuye.
Algo similar sucede cuando tratamos a un enfermo con fármacos antivirales. Los fármacos son particularmente eficaces contra las variantes naturales del virus, pero estas pueden mutar a variantes resistentes a dichos fármacos que, no obstante serán de menor virulencia que las normales, ya que las mutaciones son, en general, perniciosas para la capacidad reproductiva del virus en ausencia de fármacos. Por esta razón esos mutantes no se encuentran normalmente infectando a las personas afectadas, pero aparecen desde el momento en que iniciamos el tratamiento con fármacos antivirales.
Un grupo de investigadores, dirigido por el Dr. Phillip Goulder, de la universidad de Oxford, en el Reino Unido, estudian la capacidad de adaptación del virus en la población de Bostwana, que posee una variante de MHC protectora no presente en otras poblaciones. Encuentran que el virus se ha adaptado a esta característica genética por mutación, lo que ha disminuido su virulencia. De igual modo, estos investigadores analizan la evolución potencial de la virulencia del SIDA en presencia de fármacos antivirales y predicen que disminuirá con el tiempo. Sin embargo, para que esta disminución de la virulencia se mantenga, será necesario mantener igualmente el tratamiento con antivirales de forma continuada, ya que de otra manera el virus volverá a mutar y a recuperar así su virulencia óptima. Estos estudios han sido publicados en la revista Proceedings (1).

Cazar con una descarga eléctrica.

En el segundo comentario de hoy volvemos a hablar de la anguila eléctrica, un animal que no deja de sorprender a propios y extraños. Ya a principios de 2014, una investigación demostró que la naturaleza no sólo encuentra caminos insólitos para dotar a sus criaturas de armas para la supervivencia sino que lo hace por senderos diferentes. En aquella ocasión hablamos en Ciencia Fresca de cómo la naturaleza había llegado a la misma solución por caminos evolutivos muy distintos, como si los géneros que agrupan las más de cien especies que utilizan la electricidad, a pesar de haber evolucionado por vías diferentes, habían llegado a la misma solución, un ejemplo claro de lo que se conoce como “evolución convergente”. Así pues, los órganos eléctricos de criaturas tan dispares como la raya eléctrica, el pez torpedo, el pez elefante o la anguila eléctrica tienen mucho en común, a pasar de venir de linajes evolutivos muy distintos.
Ahora, una reciente investigación publicada en Science revela nuevas claves, en esta ocasión sobre el hábil uso de la electricidad por parte de una especie concreta, la llamada “anguila eléctrica” (Electrophorus electricus). La investigación ha sido obra del profesor de la Universidad de Vanderbilt, Kennet Catania. El investigador diseñó un montaje experimental muy ingenioso para medir las descargas eléctricas de la anguila en diversas circunstancias, especialmente cuando atacaba a sus presas. En un acuario mantenía a un conjunto de anguilas separadas de un pez trucado para detectar las descargas eléctricas por una división permeable a la electricidad. Con ese montaje, el profesor Katania ha demostrado que la anguila puede controlar el voltaje y la frecuencia de sus descargas a voluntad, dependiendo de los fines para los que desee usarla. Estos animales que viven en las aguas turbias del Amazonas y del Orinoco, además de nadar en aguas turbias, están dotados de una pobre visión, una deficiencia que superan utilizando la electricidad como un sensor de ambiente. Cuando su intención es únicamente la de orientarse, el animal emite descargas de bajo voltaje que le devuelven un eco que les permite detectar lo que tienen a su alrededor. Sin embargo, cuando el hambre aprieta y necesita encontrar alguna presa que llevarse a la boca, la anguila actúa de una manera distinta. Primero emite pulsos de alto voltaje y de muy corta duración, apenas un par de milisegundos, en grupos de dos o tres descargas seguidas. Imaginemos que un pececillo se encuentra cerca de la anguila, inmóvil, refugiado entre las piedras del fondo. Los pulsos de voltaje que emite la anguila al pasar coinciden con las señales neuronales que el pez emplea internamente para mover sus músculos, si la descarga proporcionada por la anguila supera en intensidad a las señales internas del pez, éste sufre una contracción brusca e involuntaria de sus músculos. Lo mismo nos sucede a nosotros como explicamos en una ocasión en el programa ¿Qué le sucede a nuestro cuerpo al recibir una descarga eléctrica? de “La Ciencia Nuestra de Cada Día”. Entonces sucede lo más sorprendente, el pececillo no ha sido dañado por la descarga pero su movimiento ha provocado una onda de presión en el agua que es detectada por la anguila. Entonces es cuando la anguila ataca con toda su carga, produce una descarga de alto voltaje y de alta frecuencia que paraliza materialmente al pez impidiéndole escapar y acaba en la boca de su predador, el voltaje en este caso puede llegar a los 600 voltios y la intensidad de un amperio.. El tiempo que la presa queda inmovilizada es muy corto, apenas tres o cuatro milisegundos, pero suficiente para que la anguila lo capture con sorprendente rapidez. Un vídeo vale más que mil palabras así que les invitamos a verlo aquí (2):

El origen de las bases de la información genética.

La tercera noticia de hoy está relacionada con la elucidación de un importante misterio sobre el origen de la vida, que no es otro que la formación de las moléculas que contienen y transmiten la información genética, las bases del ADN y del ARN, adenina, timina citosina, guanina y uracilo.
Un problema no pequeño para explicar el origen de la vida es averiguar cuándo aparecieron y cómo las moléculas capaces de almacenar información y de transmitirla a las siguientes generaciones. Obviamente, para almacenar y trasmitir información nos hace falta un mecanismo completo, es decir, nos hacen falta todos los componentes funcionando a la vez para lograr este objetivo. Por ejemplo, en un caso más cercano de trasmisión de información, necesitamos lápiz y papel para hacerlo (aún hoy en la era digital siguen siendo usados). Cada uno por separado es inútil para trasmitir o almacenar información, los dos necesitan trabajar juntos para lograrlo.
Lo mismo sucede con las cuatro bases del ADN y la quinta del ARN. Necesitamos que estén las cuatro a la vez o, de otro modo, la información ni puede almacenarse, ni mucho menos trasmitirse. Por consiguiente, estas moléculas tuvieron que formarse prácticamente a la vez y coincidir en el tiempo para originar las primeras moléculas autorreplicantes, es decir, que contenían la información para generarse a sí mismas. ¿Cómo pudo suceder esto?
Investigadores de varios centros de investigación de la República Checa realizan un descubrimiento fundamental sobre esta cuestión tan relevante para explicar el origen de la vida sobre nuestro planeta, el cual publican en la revista Proceedings. Los investigadores señalan el hecho de que la vida sobre la Tierra aparece poco después del episodio de grandes colisiones denominado bombardeo pesado tardío, sucedido hace unos 3.900 a 4.100 millones de años, y del que ya hemos hablado en programas anteriores en relación al origen del agua sobre nuestro planeta .
Los investigadores simulan en el laboratorio las condiciones de alta energía creadas en los impactos con asteroides y cometas durante este periodo de colisiones y estudian las trasformaciones químicas causadas por ellas en la molécula formamida. Esta molécula es muy simple, se encontraba en la atmósfera primitiva de la Tierra, y contiene los cuatro átomos fundamentales de la vida, carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, que también son los que forman las bases nitrogenadas del ADN y ARN.
Los resultados de estas simulaciones indican que a altas energías la molécula de formamida se rompe y genera grupos reactivos CN y NH, los cuales reaccionan espontáneamente entre sí y con moléculas de formamida que no han sido rotas y originan las bases adenina, guanina citosina, y uracilo, que son las bases propias del ARN. De hecho algunas hipótesis mantienen que la primera molécula capaz de replicarse por sí misma fue una molécula de ARN, y estos datos corroboran en cierta medida dichas hipótesis. Con estos y otros datos los investigadores desarrollan un modelo que explica todos los pasos en la formación de las bases nitrogenadas. Estudios anteriores ya habían demostrado la posibilidad de la formación de aminoácidos gracias a la energía de las colisiones del bombardeo tardío pesado http://jorlab.blogspot.com.es/2013/09/que-chocante-puede-ser-la-vida.html
Estos nuevos estudios refuerzan la idea de que el bombardeo pesado tardío pudo ser la fuerza creadora de la vida sobre la Tierra, para lo cual, la influencia gravitacional de los grandes planetas, en particular de Júpiter, pudo resultar fundamental, ya que la gravedad de estos planetas contribuyó a expulsar de sus orbitas a cometas y asteroides que luego chocaron contra la Tierra y la Luna.

(1). Rebecca Payne et al. (2014). Impact of HLA-driven HIV adaptation on virulence in populations of high HIV seroprevalence. PNAS www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1413339111

(2) The shocking predatory strike of the electric eel

(3) Martin Ferusa et al. High-energy chemistry of formamide: A unified mechanism of nucleobase formation. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1412072111

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