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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.

Judo contra el cáncer. Móviles, elementos y estrellas. El gusto por el azúcar. Origen de la Luna.

Cáncer, elementos, azúcar y Luna - Ciencia Fresca podcast - CienciaEs.com

Biología sintética contra el cáncer.

Es bien conocido que el cáncer es una enfermedad genética causada por mutaciones en ciertos genes que controlan el crecimiento celular. Estos genes pueden ser de dos clases: los llamados oncogenes, cuya mutación activa la preproducción celular, y los llamado genes supresores de tumores, cuya mutación los inactiva y desbloquea así los frenos para la división celular que normalmente están en marcha.
Muchos tratamientos de quimioterapia intentan bloquear con fármacos la acción de los oncogenes en aquellos tipos de tumores en los que los oncogenes son los causantes de estos. Uno de estos oncogenes pertenece a la familia llamada ErbB. Estos son receptores de proteínas que actúan como factores de crecimiento. En condiciones normales los receptores ErbB detectan factores de crecimiento producidos por otras células, se activan, y transmiten esta información al interior de la célula, desencadenando los procesos moleculares que conducen a la reproducción celular. Mutaciones en estos genes conducen a que estos den a la célula la orden de reproducirse incluso en ausencia de factores de crecimiento. Estas mutaciones activan continuamente a estos receptores y estos están continuamente engañando a la célula, haciéndola creer que fuera de ella han llegado factores de crecimiento que indican que debe reproducirse, cuando en realidad no es así.
Ciertos fármacos y también anticuerpos monoclonales intentan evitar este estado de cosas y bloquear la actividad de estos receptores, lo cual consiguen en mayor o menor grado. Existen varios problemas con esta estrategia terapéutica. Uno de ellos es que el fármaco o el anticuerpo nunca puede ser eficaz al 100%, por lo que, aunque las células tumorales disminuyen su crecimiento, no lo detienen por completo. Otro problema con esta estrategia es que también bloquean la acción de los receptores ErbB no mutados, presentes en muchos otros tipos de células normales, y que son necesarios para el correcto equilibrio homeostático de las células en órganos y tejidos. Esto genera toxicidad en el organismo.
Sin embargo, otra posibilidad para intentar frenar los tumores que tienen receptores ErbB mutados sería utilizar la estrategia del judo, aunque a nivel molecular. En el judo, los contendientes intentan utilizar la fuerza del oponente en beneficio propio. Algo similar podríamos hacer con los tumores: utilizar su fuerza reproductiva en beneficio del organismo, pero en perjuicio del tumor. Para conseguirlo, sería necesario diseñar algún tipo de dispositivo molecular que actuara frente a la excesiva activación de ErbB y matara a la célula que sufriera esta excesiva activación, pero no actuara sobre las células en las que la activación de ErbB es normal.
El diseño de nuevos sistemas moleculares que realizan funciones no presentes en la naturaleza es el dominio de la llamada Biología Sintética, una disciplina biotecnológica que lleva cerca de dos décadas avanzando. Ahora, investigadores de la Universidad de Stanford, en California, han diseñado un sistema molecular que, cuando es introducido en las células, es capaz de responder a elevados niveles de activación de los receptores ErbB y desencadenar procesos que acaban con la vida de las células. En el programa explicamos el ingeniosísimo mecanismo empleado, el cual, además, supone un cambio de concepto en la estrategia antitumoral, ya que utiliza por primera vez la actividad de un oncogén contra el propio tumor que este causa (1).
Referencia (1): Hokyung K. Chung et al. (2019). A compact synthetic pathway rewires cancer signaling to therapeutic effector release. Science 364

De teléfonos móviles, tabla periódica, estrellas de neutrones y ondas gravitacionales.

¿Qué conexión existe entre los teléfonos móviles, la tabla periódica, las estrellas de neutrones y las ondas gravitacionales? Podría parecer que nos estamos volviendo locos al comparar cosas tan distintas pero no es así. Un teléfono móvil es un dispositivo cuyo funcionamiento depende de un conjunto de elementos químicos poco comunes, elementos que ocupan, como no podría ser de otra manera, un lugar en la tabla periódica. El Wolframio, por ejemplo, es el número 74 de la tabla, su núcleo está compuesto por 74 protones y 109 neutrones, y es el que permite que los teléfonos móviles vibren cuando los ponemos en modo silencioso. El oro ocupa el puesto 79 de la tabla periódica y se utiliza para realizar conexiones eléctricas en los microcircuitos. A estos podríamos ir añadiendo elementos mucho más raros, como el lantano, el proseodimio, el europio, el disprosio, etc algunos se incorporan en los dispositivos microelectrónicos, otros permiten que podamos ver los llamativos colores de la pantalla…
Si buscamos esos elementos químicos tan poco comunes en la tabla periódica vemos que todos ellos son elementos pesados o al menos con un gran número de protones y neutrones en el núcleo ¿de dónde han salido esos elementos?
El origen de los elementos químicos está íntimamente ligado a la propia historia del Universo, así que durante el programa que os invitamos a escuchar nos hemos propuesto dar un repaso a esa historia. La teorías actuales dicen que después del nacimiento del Universo, del Big Bang, tan sólo existían los elementos químicos más livianos, es decir, el hidrógeno, un poco de helio y, aunque en muchísima menos cantidad, litio (por cierto, este último también se utiliza en las baterías de los teléfonos móviles). Estos son tres primeros elementos de la tabla periódica, pero se conocen en total 118 ¿cómo se crearon los demás?
No pretendemos aquí desgranar todos los detalles que comentamos en el programa pero, a modo de resumen rápido, diremos que es en el núcleo de las estrellas donde se crean los hornos nucleares que van fusionando los átomos para crear elementos cada vez más pesados. En estrellas como el Sol, el hidrógeno se fusiona y forma helio, posteriormente, el helio se fusiona para formar carbono. Si la estrella es mucho más masiva que el Sol, la cadena de fusiones continúa y van surgiendo elementos como el neón, el oxígeno, el silicio… Estas últimas terminan el proceso de fusión en el hierro, que es el número 26 de la tabla periódica. El hierro marca una frontera fatal para la vida de una estrella porque todas las fusiones anteriores a él generan energía, pero crear núcleos atómicos más pesados requiere todo lo contrario, es decir, consume energía. Este cambio lleva a que, en el centro de una estrella muy masiva, el hierro se acumule como un cáncer, la presión ejercida por la radiación disminuye y la estrella se colapsa bruscamente forzada por la gravedad. El colapso es catastrófico, las capas externas de la estrella caen con estrépito y se produce una explosión descomunal, una supernova. Si la estrella es lo suficientemente grande, en su interior queda una estrella extremadamente densa que se denomina estrella de neutrones. La liberación de energía durante la explosión es tan grande que se dan las condiciones para la formación de elementos más pesados que el hierro. Se produce una gran cantidad de neutrones que son capturados por los átomos de hierro y así nacen elementos como el oro o el plutonio.
El proceso de captura de neutrones puede ser de dos tipos. Uno es el que se conoce como “proceso-s” y se caracteriza porque el número de neutrones no es muy elevado y por lo tanto los elementos químicos más pesados se van creando poco a poco. El otro, conocido como “proceso-r”, tiene lugar cuando se unen dos estrellas de neutrones. Un evento de este tipo es el conocido como GW170817 que fue observado a finales de 2017, cuando se fusionaron dos estrellas de neutrones y generaron ondas gravitacionales que fueron detectadas desde la Tierra. En esos eventos se piensa que crean enormes cantidades de neutrones que, al ser absorbidos en masa por los núcleos atómicos, dan origen a los átomos más pesados de la tabla periódica. Este tipo de procesos tienen lugar también en ciertos tipos de colapsos de supernovas que rotan muy rápidamente, conocidos como colapsars.

Así es como se forman los elementos más pesados que abundan en tu teléfono móvil y, por supuesto, todos aquellos que forman la persona que lo utiliza.

Referencia:

Siegel et al., Collapsars as a major source of r-process elements. M AY 2 0 1 9 | VO L 5 6 9 | N AT U RE | 2 4 1

Azúcar contra el gusto.

Las causas de la epidemia de obesidad que estamos sufriendo en el mundo desarrollado son complejas y todavía se sigue debatiendo cuál o cuáles de los factores que intervienen en ella son los más importantes. Uno de ellos apunta a la amplia disponibilidad de alimentos con aditivos que los hacen muy apetitosos y actúan estimulando el sentido del gusto. Esto que acaba por crear una especie de dependencia alimenticia, similar a la drogadicción en algunas personas, que necesitan continuamente ingerir ese tipo de alimentos. Esto conduciría a una ingesta excesiva y al aumento de peso.
Las propiedades organolépticas de los alimentos ejercen, sin duda, un importante efecto sobre el deseo de ingerirlos, por lo que los alimentos que generen una sensación de placer gustativo más intensa podrían aumentar mucho el deseo de ingerirlos y conducir a la obesidad. Sin embargo, esta idea entra en conflicto con estudios recientes que indican que los obesos tienen disminuido el sentido del gusto y, de hecho, no sienten un gusto tan intenso por los alimentos como las personas no obesas, en particular, los obesos sienten menos el sabor dulce. Otros estudios, en cambio, indican que esta disminución no se produce y aún otros indican que sucede lo contrario y que los obesos experimentan un sentido del gusto más intenso por lo dulce.
La situación es confusa. Afortunadamente, estudios con animales de laboratorio con los que se pueden llevar a cabo experimentos controlados que identifican mejor las variables que afectan a los resultados, indican que los animales genéticamente predispuestos a la obesidad, o animales genéticamente normales, pero a los que se induce a ser obesos alimentándolos con una dieta rica en grasa, muestran un comportamiento que es coherente con que estos animales tengan disminuido su sentido del gusto. Además, las respuestas fisiológicas de sus papilas gustativas frente a estímulos dulces o a alimentos grasos se ven disminuidas. El número de papilas gustativas disminuye, y estas muestran un menor número de moléculas receptoras para las moléculas de los alimentos como carbohidratos o grasas. Sin embargo, sigue sin ser conocido si estos cambios en la percepción del gusto inducidos por la dieta ejercen un efecto sobre la obesidad y el mantenimiento de esta condición al afectar a la cantidad de ingesta diaria.
Ante la complejidad de la situación, investigadores de la Universidad de Michigan se propusieron estudiar esta cuestión en animales de laboratorio aún más simples que los ratones, con un sistema gustativo más sencillo, y a los que se puede manipular genéticamente de manera aún más rápida y potente que a estos. Estos animales no son otros que las moscas de laboratorio de la especie Drosophila melanogaster. En estos animales, las neuronas sensoras de las moléculas alimenticias conectan directamente con el cerebro. Los investigadores intentan responder a varias preguntas fundamentales. La primera es si la obesidad inducida por la dieta produce o no cambios en el sentido del gusto. La segunda pregunta es que si de ocurrir dichos cambios estos se deben a la obesidad propiamente dicha o a la exposición crónica a elevadas cantidades de las moléculas alimenticias que desencadenan la sensación del gusto. La tercera pregunta es que si estos cambios ocurren cuál es su papel en la generación y el mantenimiento de la obesidad. Los investigadores realizan interesantes experimentos en los que estudian el comportamiento de las moscas. En el audio los contamos y explicamos las conclusiones de estos estudios (2).
Referencia (2): May et al., High Dietary Sugar Reshapes Sweet Taste to Promote Feeding Behavior in Drosophila melanogaster, Cell Reports (2019), https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.04.027

¿Por qué la Luna es tan parecida a la Tierra?

El origen de la Luna ha sido un tema que ha intrigado a los científicos desde hace mucho tiempo. Se han propuesto una serie de modelos que intentan explicar tanto la dinámica del movimiento de la Tierra y la Luna, sino su composición química. El modelo más aceptado actualmente defiende que la Luna se formó tras la colisión de un planeta del tamaño de Marte con la proto-Tierra. La colisión, ocurrida en un ángulo oblicuo, arrancó una porción de la corteza de la proto-Tierra y la lanzó al espacio, mientras que el núcleo y el resto de la proto-Tierra se fusionaron para formar un único cuerpo, la Tierra. La materia lanzada al espacio se fue uniendo hasta generar la Luna.
Todas las simulaciones realizadas hasta ahora de aquel acontecimiento predijeron que el material que forma la Luna se deriva principalmente del impactador, y no directamente de la Tierra. Si los cuerpos previos al choque se hubieran formado en lugares distintos, su composición isotópica, es decir la proporción de isótopos de ciertos elementos, como el oxígeno, serían distintas y la Luna, al estar formada en gran medida por el impactador, debería mostrar una composición distinta a la de la Tierra. Sin embargo, las medidas que se han realizado de las rocas lunares traídas por las misiones Apolo y por otras misiones robóticas revela que la Tierra y la Luna tienen composiciones idénticas.
Otro factor que intriga a los científicos tiene que ver con la proporción de óxido de hierro (FeO) existente en ambos cuerpos. Las medidas revelan que las rocas lunares son mucho más ricas, contienen un 13% de FeO, frente a un 8% en las terrestres.
Ahora, un modelo propuesto por Natsuki Hosono y sus colegas del Instituto para las Ciencias de la Tierra de Yokohama, en Japón, parece dar respuesta a esas preguntas partiendo del supuesto inicial de que la proto-Tierra no tenía una corteza sólida en el momento de la colisión, sino líquida.

Referencia:
Hosono et al., Terrestrial magma ocean origin of the Moon. Nature Geoscience (2019)


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