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Ciencia Fresca

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.

Biología y electrónica. Contra la resitencia global. Multiverso cuántico. Vacuna contra la diabetes.

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Un polímero semiconductor para conectar la biología con la electrónica.

Casi toda nuestra tecnología se basa en el transporte de electricidad mediante electrones, la biología, en cambio, prefiere los iones. Recordemos que los átomos están constituidos por un núcleo pesado cargado positivamente rodeado por una nube de electrones que tienen carga eléctrica negativa. Los átomos suelen tener sus cargas positivas y negativas en igual número, por eso decimos que son neutros. Cuando arrancamos un electrón a un átomo, éste queda tendrá una carga positiva sin compensar y decimos que es un ión. Ambos, electrones e iones se pueden mover generando una corriente eléctrica, los electrones son más livianos y suelen ser los más utilizados para la conducción eléctrica en todos los dispositivos electrónicos. En biología, especialmente entre las neuronas, la corriente eléctrica se transmite mediante iones de sodio, cloro y potasio.
En el fondo podríamos decir que nuestra tecnología y nuestra biología hablan idiomas diferentes ¿cómo podemos hacer para que se entiendan mejor? Una respuesta posible la ofrece David Ginger y su equipo de la Universidad de Washington en un artículo que se publica en Nature Materials.
El artículo, firmado en primer lugar por el investigador Rajiv Giridharagopal, muestra los resultados de un estudio sobre las propiedades físicas y electroquímicas de una fina película hecha con un polímero llamado poli-3-hexiltiofeno o P3HT. Utilizando una técnica de microscopía electrónica que utiliza una aguja finísima que recorre la superficie a estudiar, los investigadores pudieron detectar que, cuando el material se introducía en el seno de una solución de iones, se producían pequeños abultamientos provocados al pasar los iones al interior de la película. Estos abultamientos no solamente indicaban la capacidad del polímero para conducir corrientes de iones, sino que, al hacerlo, la película se adquiría una mayor flexibilidad.
Otras regiones, en cambio, no capturaban iones y se mantenían más rígidas favoreciendo la transmisión eléctrica mediante electrones.
Así pues, los polímeros no solamente son capaces de conducir un tipo u otro de corriente, sino que al hacerlo cambian sus propiedades físicas. Dicho utilizando el símil del principio, los polímeros utilizados en el experimento hablan dos idiomas, es decir, pueden manipularse para conducir electrones o iones. Esta propiedad que los hace ideales para ejercer de traductores de las señales biológicas.

Referencia:
R. Giridharagopal, L. Q. Flagg, J. S. Harrison, M. E. Ziffer, J. Onorato, C. K. Luscombe, D. S. Ginger. Electrochemical strain microscopy probes morphology-induced variations in ion uptake and performance in organic electrochemical transistors. Nature Materials, 2017; DOI: 10.1038/nmat4918

Contra la resistencia global.
En las últimas décadas, la aparición de especies bacterianas resistentes a casi todos los antibióticos se ha convertido en un grave problema de salud pública. De acuerdo a la Comisión Europea, la resistencia a fármacos antimicrobianos causa 25.000 muertes adicionales al año en Europa y alrededor de 700.000 muertes al año mundialmente.
Además de las muertes, esta situación también se traduce en pérdidas económicas, tanto en gasto sanitario como en disminución de la productividad. En Europa se calcula que la resistencia a fármacos antimicrobianos cuesta 1.500 millones de euros al año. De no tomar medidas para frenar el avance de los microrganismos resistentes, el Banco Mundial calcula que para 2050 las enfermedades infecciosas para las que no habría cura, causarían tanto daño como la crisis financiera de 2008.
Una de las maneras de hacer frente a esta situación es la investigación científica y el descubrimiento de nuevas substancias antibióticas. Un grupo de investigadores de varios países realiza una búsqueda de sustancias antimicrobianas en extractos de 3.000 actinobacterias y hongos. Las actinobacterias son bacterias del suelo que, como los hongos, ayudan a descomponer la materia orgánica y son muy importantes la agricultura.
Los investigadores realizan una búsqueda de sustancias que sean capaces de inhibir un enzima fundamental para las bacterias. Este enzima es la ARN polimerasa. La ARN polimerasa es el enzima encargado de la síntesis de ARN mensajero, el cual es fundamental para la síntesis de proteínas. Sin proteínas que puedan ser sintetizadas la maquinaria celular no puede funcionar y la bacteria muere.
En dos de los extractos, los investigadores encuentran una sustancia que es capaz de inhibir este enzima. Los investigadores estudian su estructura y su modo de acción. Encuentran que el nuevo antibiótico se une al enzima RNA polimerasa de una manera distinta y más eficaz que la que se unen otros fármacos antibióticos que también inhiben la acción de la RNA polimerasa. Esta manera de unirse hace más difícil la generación de resistencia frente a este nuevo fármaco. En el audio le damos todos los detalles.

Referencia. Maffioli et al., 2017, Antibacterial Nucleoside-Analog Inhibitor of Bacterial RNA Polymerase Cell 169, 1–9, http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.05.042

El Multiverso Cuántico.
Puede parecer descabellado pero son muchos los cosmólogos que aceptan la idea de que el universo puede ser sólo una pequeña parte de una estructura mucho más grande llamada “multiverso”. Según esta propuesta, existen múltiples universos en cada uno de los cuales las leyes fundamentales de la naturaleza toman formas diferentes. Por ejemplo, los tipos y propiedades de las partículas elementales pueden ser diferir de un universo a otro.
La idea del multiverso surge a partir de una teoría que defiende que el cosmos, al principio, se expandió exponencialmente. Pero esa expansión no fue igual en todos los lugares, unas regiones se habrían detenido antes que otras, formando lo que se llaman “universos burbuja”, como se forman las burbujas de vapor en el agua hirviendo. Si esta idea es cierta, nosotros vivimos dentro de una de las innumerables burbujas del multiverso.
Esta idea plantea, sin embargo, problemas de difícil solución que, según defiende el investigador Yasunori Nomura, Director del Centro de Física Teórica en la Universidad de California en Berkeley, podrían encontrar solución en las leyes físicas de la mecánica cuántica.
Uno de los problemas que plantea la existencia del multiverso es la incapacidad para hacer predicciones. En un solo universo, como el universo burbuja en el que nosotros estamos inmersos, los eventos ocurren un número finito de veces y los científicos pueden calcular la probabilidad relativa de que ocurra un fenómeno. En un multiverso todo sucede un número infinito de veces, tal recuento no es posible.
“La teoría cuántica puede señalar el camino hacia una solución”, dice Nomura. El multiverso en inflación puede ser matemáticamente equivalente a la interpretación de la mecánica cuántica que intenta explicar cómo las partículas pueden parecer estar en muchos lugares a la vez.

En el mundo clásico podemos predecir el lugar en el que cae una pelota si conocemos su punto de partida, su velocidad y otros factores. En el mundo cuántico, en cambio, tal certeza no es posible, solamente podríamos decir que la pelota tiene una cierta probabilidad de terminar en un punto A y otra posibilidad de terminar en otro distinto B. Esta naturaleza probabilística es una propiedad intrínseca del reino cuántico. En el mundo cuántico, después de lanzar la pelota, pero antes de mirar su punto en el que cae, decimos que ésta se encuentra en un supuesto estado de superposición de resultados A y B, es decir, no está en A ni en B, sino en ambos.
Una vez que miramos el resultado y descubrimos que la bola está, por ejemplo, en A, cualquier otro observador confirmará también que se encuentra en A. Esto es debido a que el estado de un sistema cuántico depende del observador, porque éste participa en el sistema y condiciona la medida. Esto invita a pensar en la existencia de mundos distintos. En el primer mundo, el observador descubre que la pelota está en A, y por lo tanto cualquier observador en este mundo particular obtendrá el resultado. Pero cuando se hizo la medición, otro universo se separó del primero y allí la bola aterrizó en el punto B. Dicho de otra manera, el observador se divide en dos personas diferentes que viven en dos mundos paralelos distintos correspondientes a dos resultados separados, A y B.
Así como una medida cuántica puede generar muchos resultados diferentes que se distinguen por su probabilidad de ocurrir, la inflación podría producir muchos universos diferentes, cada uno con una probabilidad diferente de existencia.
En este nuevo cuadro, nuestro mundo es sólo uno de los mundos posibles que son permitidos por los principios fundamentales de la física cuántica y que existen simultáneamente en el espacio de probabilidad.

Referencia:
Yasunori Nomura. The quantum Multiverse. Scientific American, June 2017

¿Podrá una vacuna prevenir y curar la diabetes?
Investigadores del Hospital General de Massachusetts, dirigidos por el doctor Denise Faustman, han presentado datos preliminares de un ensayo clínico con pacientes que parecen indicar que la vacunación continuada contra la tuberculosis podría tal vez revertir la diabetes de tipo 1.
La idea surge en este grupo de investigación hace más de dos décadas. Para entender su base racional hay que tener en cuenta algunos factores. En primer lugar, es necesario no olvidar que la diabetes de tipo I es una enfermedad resultado de un ataque autoinmune contra las células beta del páncreas, que son las que producen insulina. Este ataque autoinmune causa la muerte de las células pancreáticas maduras, la imposibilidad de producir insulina, y la necesidad de tener que inyectarse esta hormona para controlar los niveles de glucosa en sangre.
Aunque la diabetes se ha considerado una enfermedad incurable, una posibilidad para curarla frenar el ataque autoinmune y permitir de este modo que nuevas células beta pancreáticas maduras se regeneraran a partir de células madre presentes en el páncreas. Esta última posibilidad no está clara que pueda suceder, pero en todo caso es necesario acabar con el ataque autoinmune para poder determinar si puede o no ser cierta.
Los investigadores pensaron que una forma de disminuir y frenar el ataque autoinmune era mediante un factor soluble que secretan algunas células del sistema inmune cuando detectan a un enemigo. Este factor se llama factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa). Tal vez estimular la respuesta contra otro enemigo pudiera disminuir la respuesta frente a las células beta del páncreas que, en realidad, no son un enemigo.
Como el factor TNF-alfa es difícil de conseguir de forma pura, los investigadores se dijeron que tal vez se podría estimular a las células inmunes a secretarlo por otros medios. Como sabían que la estimulación mediante las vacunas imitaba el ataque de un microrganismo decidieron vacunar a ratones diabéticos con la vacuna de la tuberculosis.
Inyecciones de esta vacuna fueron capaces de curar la diabetes en estos animales. Las células beta del páncreas se regeneraron y los animales comenzaron de nuevo a producir cantidades adecuadas de insulina para controlar los niveles de glucosa.
Estimulados por estos resultados, los científicos decidieron utilizar este procedimiento en pacientes. Para ello realizaron un ensayo clínico de fase I. Los resultados fueron publicados hace unos años y en ellos los científicos mantenían haber obtenido evidencia de que pacientes con diabetes por más de 15 años a los que se vacunaba con la vacuna de la tuberculosis volvían a producir insulina de manera transitoria por una semana, aunque esta mejora no era permanente.
Ahora los científicos están realizando un ensayo clínico de fase II con un mayor número de pacientes. Los resultados preliminares han sido presentados en el congreso de la asociación americana de diabetes. Estos estudios parecen indicar que la administración de la vacuna de la tuberculosis en dosis y protocolos determinados pueden puede ser eficaz para revertir la diabetes de tipo uno.

Referencia : Faustman, D. https://professional.diabetes.org/abstract/bcg-treatment-long-term-type-1-diabetics


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