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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.

Hepatitis C. El interior de la Luna. Química Lego.

Hepatitis C. Interior de la Luna. Síntesis química - Ciencia Freca podcast - CienciaEs.com

Hepatitis C y micro RNAs

Estas semanas la Hepatitis C ha sido una enfermedad que, lamentablemente, ha estado de rabiosa actualidad debido a las dificultades de financiar la administración de un medicamento que puede curarla de manera muy eficaz, el llamado Sovaldi.

Sovaldi es un medicamento que ha sido elaborado gracias al conocimiento que poseemos sobre la biología molecular de la reproducción del virus de la hepatitis C. En primer lugar, su estructura y propiedades químicas han sido diseñadas para que pueda penetrar las membranas de las células, donde debe actuar. En segundo lugar, su diseño permite que sea metabolizado, es decir, modificado químicamente en el interior de las células para convertirse en un inhibidor del enzima ARN polimerasa del virus, un enzima absolutamente necesaria para su reproducción. Solvaldi, en combinación con otros fármacos inhibidores de la ARN polimerasa, se ha revelado muy eficaz para curar la infección por el virus de la hepatitis C.

Sin embargo, no se conocen por completo aún todos los mecanismos moleculares que el virus de la hepatitis C emplea para su reproducción, ni los efectos que causa en las células. Esta semana, investigadores de varias universidades estadounidenses y británicas publican en la revista Cell el descubrimiento de un importante efecto que el virus ejerce sobre la biología de las células infectadas, como consecuencia de que el virus necesita utilizar un ácido nucleico muy especial, fabricado por los hepatocitos a los que infecta, el llamado micro RNA miR-122.

Los investigadores revelan que durante su reproducción, el virus de la hepatitis C requiere de la presencia de este miR-122, lo cual impide que esté disponible pare realizar su función normal en la célula. Esta no es otra que regular a la baja el funcionamiento de algunos genes importantes para mantener la homeostasis celular. Cuando los niveles de miR-122 disminuyen debido a la infección por el virus, algunos genes funcionan a un nivel superior al normal, lo que contribuye a generar la patología propia de la enfermedad, así como a aumentar la probabilidad de que las células se conviertan en tumorales. En el audio ofrecemos más información sobre los micro RNAs y más detalles interesantes de esta investigación (1).

El interior de la Luna.

Dos artículos científicos tienen a nuestro satélite como protagonista. El primero , publicado en la revista Science, nos habla de la estructura del terreno bajo el Mar de la Lluvia o Mare Imbrium, obtenida a partir de los análisis de los datos obtenidos a finales de 2013 por la nave de exploración lunar Chang’E-3 y su rover Yutu. El segundo de los artículos, publicado en los Proceedings de la Academia Americana de las Ciencias (PNAS) nos habla de un modelo de la composición del núcleo de la luna basado en los datos sísmicos recogidos hace 40 años por las misiones Apolo.

Cuando miramos la Luna Llena, no es difícil descubrir un conjunto de manchas oscuras que en tiempos antiguos se pensó que eran mares. El Mar de la Lluvia o Mare Imbrium es una extensa mancha oscura, de más de 1.100 kilómetros de diámetro. Ahora sabemos que no es un mar, allí no hay agua líquida, sino la cicatriz dejada por un enorme de impacto que sacudió a nuestro satélite hace 3.800 millones de años. Debió ser originado por un cuerpo enorme, probablemente un asteroide, que rompió la corteza lunar dejándola marcada para siempre. El cráter se rellenó de lava posteriormente, creando el mar de basalto de un color más oscuro que el terreno circundante que vemos desde la Tierra. Sobre su polvorienta superficie descendió la nave china Chang’E-3 con su rover lunar Yutu (conejo de Jade) el 14 de diciembre de 2013.

Yutu no solamente era capaz de moverse por la superficie lunar (aunque tan sólo recorriera 114 metros ) sino que llevaba un conjunto de instrumentos para analizar el terreno que pisaba. El punto de descenso estaba situado junto a un cráter reciente de 450 metros de diámetro, que había sembrado el terreno circundante de pedazos de roca y materiales eyectados por el impacto. El análisis de los peñascos que encontró en su camino, algunos de más de un metro de diámetro, reveló que contenían gran cantidad de cristales, la mayor parte de ellos de plagioclasa. La plagioclasa es un mineral formado por silicatos de sodio y aluminio que en la Tierra es muy utilizado para hacer hormigón. Otro de los instrumentos con que iba equipado Yutu era un Radar de Penetración Lunar, un instrumento con el cual se pretendía investigar la estructura del terreno bajo la superficie. El análisis de los datos recogidos por él ha permitido identificar más de 9 de distintas características apiladas unas bajo otras hasta alcanzar los 400 metros de profundidad.

Los investigadores no sólo han revelado la existencia de las capas gracias a las reflexiones de las ondas del radar, sino han podido identificar su origen en algunas de ellas. Algo más lejos del lugar de descenso, ya en la frontera exterior del Mare Imbrium junto a las elevadas crestas de los montes Apeninos, se encuentra el cráter Eratóstenes , un profundo anillo de 59 km de diámetro. Los materiales eyectados cuando se formó se encuentran ahora a una profundidad de 35 metros y por debajo de esa capa, le róver detectó varias más. El resumen de lo descubierto, según los científicos, es que se han sucedido en el lugar al menos seis erupciones de lava que formaron un depósito de capas basálticas de 1 km de espesor. En los 400 metros más cercanos a la superficie se han detectado al menos cinco etapas de piroclastos alternando con capas de lava formando una estructura que recuerda a la que se produce en el cono de muchos volcanes, cuando las capas de lava se van alternando con las de ceniza y lapilli.
Los resultados revelan que la historia de la Luna es mucho más excitante de lo que se había pensado en un principio.

El segundo artículo, publicado en PNAS, está firmado por Danielle Antonangeli del Instituto de Mineralogía y Física de los Materiales de la Universidad de la Sorbona presenta un nuevo modelo que permitirá entender cómo es el núcleo interno de La Luna y otros cuerpos del Sistema Solar. En modelo se apoya en las propiedades físicas del hierro cuando es sometido a altas presiones y elevadas temperaturas como las que reinan en el interior de los planetas llamados “telúricos”, como la Tierra, del Sistema Solar. Estos planetas y algunos satélites, como la Luna, tienen una estructura similar: Un núcleo interior de hierro rodeado por un manto de silicatos y una corteza de distinta composición química. Los átomos de hierro del núcleo se ordenan de distinta manera en función de las condiciones de presión y temperatura. Una de ellas, conocida como fase hcp o e-Fe, forma paquetes hexagonales cerrados que son estables en las condiciones que reinan en el interior del núcleo terrestre. Sin embargo, cuando la temperatura y la presión son menores, como sucede en el núcleo de cuerpos más pequeños como Marte, Mercurio o La Luna, los átomos de hierro se acomodan de otra manera, formando cúbos de caras centradas (Fcc o y-Fe).

Lógicamente no podemos bajar hasta el núcleo de la Tierra, y mucho menos al de la Luna, pero los geólogos han desarrollado métodos indirectos para averiguarlo. Ellos han aprendido a extraer esa información de las reflexiones y cambios de dirección que sufren las ondas sísmicas al surcar el interior de la Tierra. Por suerte para ellos, también se tienen datos de cómo se comportan las ondas sísmicas en la Luna gracias a unos sismógrafos que colocaron allí los astronautas de las misiones Apolo hace más de 40 años. El modelo ha permitido estimar el tamaño y composición del interior de la Luna que se piensa que está formado por un núcleo sólido de hierro (y-Fe) de un radio entre los 245 y los 250 kilómetros rodeado de una fase fluida de hierro y azufre que tiene alrededor de 80 kilómetros de espesor. (2)

Química Lego

Muchas de las moléculas biológicamente interesantes como, por ejemplo, los fármacos, son moléculas pequeñas, formadas por el reordenamiento y enlace en el espacio de entre 20 y 40 o pocos más átomos, principalmente de carbono e hidrógeno, aunque también participen el nitrógeno y el oxígeno, es decir, los cuatro átomos fundamentales de la vida.

La síntesis de estas moléculas, hasta hoy, debe realizarse de manera específica para cada una de ellas, es decir, cada una requiere un protocolo de síntesis único que genera una molécula particular. Este requisito convierte la generación de nuevas moléculas para su estudio en un proceso lento y tedioso que dificulta el descubrimiento de nuevos medicamentos o nuevos colorantes y otros materiales de utilidad tecnológica, como algunos empleados en los LED.

Sin embargo, avances muy significativos de la química han sido los que permiten la síntesis de moléculas de interés biológico de manera automatizada. Las moléculas que se sintetizan de este modo son, en general, polímeros, o sea, moléculas formadas por la unión de monómeros que funcionan como bloques de construcción. Así se pueden sintetizar fragmentos de ácidos nucleicos de decenas o incluso centenas de nucleótidos en una secuencia dada. También se pueden sintetizar péptidos formados por decenas o más aminoácidos, igualmente en una secuencia determinada.

La razón por la que puede llevarse a cabo la síntesis de manera automatizada es porque las propiedades químicas de los monómeros son similares y las reacciones químicas necesarias para unirlos también lo son. Esto permite la realización de un programa de síntesis que se repite a cada paso y que va uniendo uno a uno el monómero deseado en la cadena creciente del polímero. Más difícil ha sido automatizar la síntesis de polisacáridos, compuestos por la unión de diversas maneras de monosacáridos, pero se han realizado avances importantes también en este dominio.

El análisis de los procesos de síntesis de moléculas pequeñas en las células revela también que este procede mediante la unión de “bloques de construcción” diversos, unión que sigue un programa. En este caso, los bloques de construcción no son necesariamente similares entre sí, pero siguen siendo bloques “prefabricados” que pueden irse uniendo a una estructura molecular creciente.

Por esta razón, inspirados, como tantas veces sucede en ciencia por la Naturaleza, investigadores del instituto Howard Hughes y de la Universidad de Illinois, dirigidos por el Dr. Martin Burke son capaces de desarrollar un método automatizado de síntesis de moléculas pequeñas que promete revolucionar el desarrollo y estudio de posibles aplicaciones de compuestos aún no fabricados por otros métodos (3).

Referencias

(1). Hepatitis C Virus RNA Functionally Sequesters miR-122. Luna et al., 2015, Cell 160, 1–12. March 12, 2015.

(2a) “A young multilayered terrane of the northern Mare Imbrium revealed by Chang’E-3 mission, by L. Xiao et al.”: http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1259866

(2b) Toward a mineral physics reference model for the Moon’s core, by Daniele Antonangeli et al.

(3). Synthesis of many different types of organic small molecules using one automated process. Junqi Li, et al. 2015 • VOL 347 ISSUE 6227, pp. 1221.

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