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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.

Leche e intolerancia. Robots biohíbridos. Hermanos y homosexualidad. Choque galáctico.

Leche materna, robots biohíbridos - Ciencia Fresca podcast - CienciaEs.com

Leche materna, flora intestinal y tolerancia inmunológica.

La simbiosis en la que vivimos con las bacterias de la flora intestinal, la llamada microbiota, es fundamental para nuestra salud. Las bacterias de la flora intestinal permiten la digestión correcta de determinados alimentos y generan vitaminas fundamentales. Además, las bacterias de la flora nos protegen también de especies bacterianas poco amigables, impidiendo que estas se puedan establecer en el intestino y generando algunas sustancias antimicrobianas que las mantienen bajo control. A cambio, nosotros les proporcionamos un entorno amigable, húmedo, cálido y nutritivo en el que vivir.

Esta simbiosis, sin embargo, no hubiera podido establecerse sin el desarrollo a lo largo de la evolución de mecanismos que permiten la tolerancia de las especies de bacterias beneficiosas, al mismo tiempo que impiden la progresión y crecimiento de bacterias patógenas. Estos mecanismos no son completamente conocidos y son objeto de intensa investigación.

Ahora, investigadores de varias universidades estadounidenses estudian el mecanismo por el cual los ratones recién nacidos establecen tolerancia a las bacterias beneficiosas de la flora intestinal que son transferidas desde la madre en el momento del nacimiento. Esta tolerancia dura toda la vida y es fundamental para evitar el desarrollo de enfermedades intestinales inflamatorias y de alergias.
Los investigadores descubren que la tolerancia se establece solo en un periodo concreto tras el nacimiento, en particular cerca del periodo de destete. En este espacio de tiempo, unas células especializadas del intestino, llamadas células caliciformes, establecen unos pasajes desde la superficie del intestino a la base del mismo, pasajes por los que pasan moléculas propias de las bacterias de la flora intestinal. Estas moléculas son antígenos bacterianos que, en principio, deberían estimular una respuesta inmunológica de rechazo.

Sin embargo, en ese periodo de la vida, en la base del intestino, al otro lado de la pared intestinal, se encuentran unas células del sistema inmune especializadas en la captación y la presentación de antígenos. Estas células se denominan células dendríticas, porque, aunque no son neuronas, sí desarrollan proyecciones de su superficie similares a las dendritas, las cuales aumentan mucho la superficie celular. Estas células actúan como un “escaparate molecular” y presentan los antígenos que captan a los linfocitos T. En general esta presentación de antígenos estimula a los linfocitos T para atacar a los enemigos, pero en este caso, estas células dendríticas estimulan la generación de los llamados linfocitos T reguladores, los cuales lejos de atacar, al contrario, frenan el ataque de otros linfocitos que hayan podido ser estimulados para el ataque. La generación de estos linfocitos T reguladores es por consiguiente fundamental para establecer la tolerancia a las bacterias que en ese momento de la vida se encuentran en el intestino.

Los investigadores encuentran que una proteína abundante en la leche materna resulta fundamental para el establecimiento de los pasajes que permiten el paso de los antígenos bacterianos a través de la pared del intestino justo alrededor del tiempo de destete. El periodo de lactancia se revela de este modo como un periodo fundamental para el establecimiento correcto de la simbiosis con la flora intestinal. En el programa damos detalles de los ingeniosos experimentos que permiten a los investigadores alcanzar sus conclusiones y revelamos la naturaleza de la proteína de la leche materna fundamental para el establecimiento de la tolerancia a la flora intestinal.

Referencia:
K.A. Knoop et al (2017). Microbial antigen encounter during a preweaning interval is critical for tolerance to gut bacteria. Science Immunology 2, eaoo1314. December 15.

Actuadores biohíbridos en robots.

Una revisión que resume el estado en el que se encuentra actualmente el desarrollo de actuadores biohíbridos se ha publicado recientemente en Science Robotics. Estos actuadores combinan en un mismo sistema, un componente mecánico y otro biológico.

Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en energía mecánica, para posibilitar el movimiento de un robot. Existen diferentes tipos de actuadores, hidráulicos, neumáticos y eléctricos. Los hidráulicos obtienen su energía de un fluido a presión, los actuadores neumáticos utilizan aire comprimido y los eléctricos son los que convierten energía eléctrica en movimiento. Todos estos actuadores se utilizan actualmente en robótica, pero tienen graves inconvenientes: son pesados, voluminosos, tienen un sistema de activación engorroso y requieren elevadas cantidades de energía.

Estas limitaciones fuerzan la investigación de nuevos desarrollos robóticos que sean funcionales tanto a escala macro, como en la microescala.

Frente a los actuadores robóticos convencionales, se proponen otros que tienen su inspiración en el movimiento animal. Si nos fijamos en el funcionamiento de nuestros propios músculos, observaremos que están compuestos por unidades biológicas muy pequeñas, células, de tamaño micrométrico que pueden organizarse jerárquicamente para producir tejidos musculares de gran tamaño, capaces de contraerse y relajarse. Estas propiedades están forzando el desarrollo de la robótica biohíbrida.

En el artículo, Leonardo Ricotti, investigador del Instituto biorrobótico de Pisa en Italia, presenta actuadores biohíbridos de dos categorías: escalables y no escalables.

Los actuadores “no escalables” se basan en sistemas biológicos que son tomados y utilizados tal como son, sin modificaciones. En este grupo se incluyen los actuadores basados en bacterias y otras células móviles. Las bacterias pueden moverse de forma autónoma hacia estímulos ambientales como gradientes químicos, campos magnéticos, luz, temperatura, etc. Se han desarrollado actuadores basados en bacterias que llevan adosadas una microperla de poliestireno capaz de transportar en su interior un fármaco. Las bacterias pueden ser dirigidas hacia los tumores y realizar allí la descarga del medicamento. En otro desarrollo se asociaron a las bacterias nanopartículas magnéticas junto a otras cargadas con fármacos, que podían ser guiadas mediante campos magnéticos.

Los actuadores biohíbridos “escalables” utilizan componentes biológicos (es decir, células) que pueden diseñarse y ensamblarse de acuerdo con la forma y función del sistema deseado, de manera que se pueden ampliar o reducir en una variedad de dimensiones. Un ejemplo son los actuadores basados en cardiomiocitos. Los cardiomiocitos son células musculares estriadas que, cuando crecen en contacto entre sí, se unen para formar un conjunto que se contrae como una unidad coordinada, como sucede con el músculo cardíaco. Se han utilizado cardiomiocitos obtenidos a partir de corazones de rata o ratón, sembrados en una estructura micromecánica basada en silicio. El microrobot biohíbrido andante resultante alcanzó una velocidad de 38 mm / s. En otro desarrollo, utilizaron con éxito el mismo tipo de célula para alimentar una microbomba. También se están probando células de insectos porque pueden sobrevivir a una gama más amplia de condiciones externas e internas que las de mamíferos.

Todas estas posibilidades apuntan a un futuro de robots que estarán formados por una parte biológica y otra artificial.

Ricotti et al. Actuadores biohíbridos en robots. Un repaso a los dispositivos actuados por células vivas. Science Robotics, 2, eaaq0495 (2017)

Homosexualidad, hermanos mayores y anticuerpos contra el cromosoma Y

La investigación científica indica que existe una clara asociación entre la homosexualidad y el orden de nacimientos de hermanos de la misma madre, pero no en el orden de nacimientos de hermanas. Así, un varón con hermanos mayores tiene mayor probabilidad de convertirse en homosexual que un varón sin hermanos mayores o solo con hermanas mayores.

Aunque múltiples factores pueden afectar al desarrollo de la homosexualidad, el efecto del orden de los nacimientos está plenamente confirmado. Este efecto es independiente de la edad de la madre y se cree que opera durante el embarazo, y no tras el nacimiento.

El mecanismo molecular por el cual este efecto puede operar es desconocido. Se han postulado, no obstante, hipótesis que intentan explicarlo. Una de ellas es la hipótesis inmunológica, que postula que la madre genera una respuesta inmune contra proteínas generadas por genes del cromosoma Y, de los que las mujeres carecen, que pueden ser por tanto identificadas como extrañas por estas.

En efecto, el cromosoma Y posee varios genes, algunos de los cuales son importantes para la “masculinización” del cerebro que sucede durante el desarrollo de los embriones y fetos varones. Una respuesta inmune contra las proteínas producidas por estos genes podría afectar al proceso de masculinización y generar cerebros femeninos dentro de un cuerpo masculino. Esta respuesta, además, sería progresivamente mayor en embarazos sucesivos de varones, pero no de mujeres, lo que incrementaría la probabilidad de homosexualidad en varones con hermanos mayores, como se ha observado.

Investigadores de varias universidades canadienses abordan el estudio de la generación de anticuerpos contra proteínas del cromosoma Y, y su asociación con la homosexualidad. Encuentran que las madres que desarrollan una fuerte respuesta contra una proteína del cromosoma Y, que es importante para el desarrollo cerebral y está implicada en la interacción entre las neuronas, tienen un mayor número de hijos homosexuales. En el programa explicamos de qué proteína se trata, cómo funciona, y los estudios que han permitido a los científicos alcanzar esta conclusión.

Referencia (2): Anthony F. Bogaert et al (2017). Male homosexuality and maternal immune responsivity to the Y-linked protein NLGN4Y. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1705895114

*Colisión galáctica.* 

Una imagen tomada por el telescopio espacial Hubble revela con todo detalle el choque de dos galaxias. El conjunto, denominado NGC 5256 y también conocido como Markarian 266, se encuentra a una distancia de 350 millones de años luz, en la constelación Osa Mayor. Ambas galaxias ocupan la sección central de la imagen, rodeada de un cielo negro en el que brillan unas pocas estrellas, pertenecientes a nuestra propia galaxia, y otras galaxias más alejadas, entre ellas otras dos en colisión.

La imagen muestra dos grandes regiones de color blanco que contienen los núcleos de las galaxias primigenias. Ambos núcleos están separados 13.000 años luz, una distancia pequeña si se tiene en cuenta que nuestro Sol está a 25.000 años luz del centro de la Vía Láctea.

El choque de dos galaxias no es tan violento como cabría imaginar. Las estrellas están tan separadas entre sí que ambos conjuntos se entremezclan, produciéndose muy pocas colisiones estelares. No obstante, las perturbaciones gravitacionales provocadas por el encuentro provocan remolinos de gas, polvo y estrellas que se desplazan de forma caótica alrededor de los dos núcleos. Las enormes masas de gas pueden ganar densidad en algunas zonas convirtiéndose en cuna de nuevas estrellas. Así, en la imagen, se pueden observar regiones azuladas caracterizadas por la abundancia de estrellas jóvenes. Y regiones rojizas de aspecto deshilachado que indica el desplazamiento de un enorme número de estrellas empujadas por las mareas que provocan los núcleos.

Las observaciones del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA muestran que ambos núcleos, y la región de gas caliente entre ellos, han sido calentados por ondas de choque creadas cuando las nubes de gas colisionan a altas velocidades.

Aunque en este caso las galaxias en colisión parecían tener tamaños semejantes, lo natural es que las galaxias absorban otras más pequeñas que giran a su alrededor. La Vía Láctea, por ejemplo, muestra las huellas de varias de estas fusiones que tuvieron lugar en el pasado y otras que se están produciendo ahora, como es la absorción de la Galaxia Esferoidal enana de Sagitario.

Referencia:
Dawn of a galactic collision. Hubble Space Telescope


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