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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.

Puntos críticos del clima terrestre. Reparación del ADN. El pulso de la ballena azul. Ácido láctico y tolerancia inmunológica

Puntos críticos en el clima terrestre - Podcast Ciencia Fresca - CienciaEs.com

Puntos críticos en el clima terrestre, demasiado arriesgado apostar.

En un artículo publicado recientemente en Nature, el investigador Timothy Lenton, director del Instituto de Sistema Globales de la Universidad de Exeter, comenta la amenaza de que los cambios que se están produciendo en el clima puedan alcanzar y superar puntos críticos e irreversibles que tendrían consecuencias catastróficas a nivel global.
El Panel intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC) introdujo la idea de los puntos críticos o puntos de inflexión hace dos décadas. En aquel momento se consideraba que éstos solo se alcanzarían si el calentamiento global excedía los 5 ° C por encima de los niveles preindustriales. Sin embargo, dos informes recientes del IPCC publicados en 2018 y en septiembre de 2019 sugieren que los puntos de inflexión podrían superarse incluso si el calentamiento se sitúa entre 1 y 2 ° C.
El artículo de Lenton señala algunos puntos críticos en distintos sistemas terrestres. No podemos comentarlos todos en este resumen pero, como muestra, exponemos algunos que afectan a las masas de hielo del planeta.
Investigaciones llevadas a cabo durante la última década han demostrado que el Mar de Amundsen de la Antártida Occidental podría haber superado ya un punto de inflexión. El hielo de la plataforma helada sobre el mar ejerce de muro de contención para la enorme masa de hielo situada sobre esa región del continente antártico. Los modelos muestran que, cuando este muro se derrumba por la pérdida de hielo sobre el mar, el resto de la capa de hielo de la Antártida Occidental se puede desestabilizar y desplazarse a mucha mayor velocidad. La entrada masiva de hielo continental produciría un aumento de unos 3 metros en el nivel de todos los océanos terrestres, en una escala de siglos a milenios. Existen evidencias paleoclimáticas que demuestran que un colapso de esta clase en la capa de hielo de la Antártida Occidental ha ocurrido en varias ocasiones en el pasado.
Otros estudios revelan que algo semejante está ocurriendo en la cuenca de Wilkes, en la Antártida Oriental, cuyo colapso puede aportar otros 3 o 4 metros de subida. Paralelamente, en el hemisferio norte, nuevos estudios indican que la capa de hielo de Groenlandia también se derrite a un ritmo acelerado. En este caso le punto crítico se puede superar si el aumento de temperatura media llaga a los 1,6ºC, algo que, según las previsiones actuales, sucederá antes de 2030. El derrumbamiento del hielo de Groenlandia podría aportar hasta 7 metros de subida en el nivel de las aguas oceánicas.
El artículo menciona otros puntos críticos que afectan a la biosfera, como la deforestación de la Amazonía, el debilitamiento de los bosques boreales, la desaparición del permafrost y la consecuente liberación de metano, la reducción de corrientes oceánicas, etc.
Lo más preocupante del contenido del artículo se refiere a un potencial efecto de cascada global de puntos críticos o de inflexión. La superación del punto crítico en unos sistemas puede provocar un efecto de realimentación que potenciaría la caída de otros los sistemas, como fichas de dominó. Algo así pudo suceder durante el Eoceno, hace 55 millones de años, cuando la temperatura media del planeta se elevó 14ºC por encima de la actual y no existían capas heladas polares sobre el planeta.
El artículo propone una mayor investigación para detectar estos puntos críticos. Los datos así obtenidos permitirían mejorar los modelos climáticos y la capacidad de previsión. El aumento de investigación podría ayudar a despejar incertidumbres. Mientras tanto, la postura más inteligente es tomar medidas que limiten las emisiones de gases de efecto invernadero porque el riesgo es demasiado grande como para jugarnos la partida del cambio climático a una sola carta: la de no hacer nada.

Referencia:
Lenton et al., Climate tipping points — too risky to bet against. Nature 575, 592-595 (2019) doi: 10.1038/d41586-019-03595-0

Nueva función para un antiguo gen involucrado en la reparación del ADN.

Puede resultar preocupante conocer que cada día se pueden producir hasta 10.000 roturas en los cromosomas de cada una de nuestras células. Cuando sabemos que solo una rotura puede acabar con la vida de la célula que la sufre, podemos comprender que nuestra vida sería muy efímera si esas roturas no se pudieran reparar.
Afortunadamente, a medida que los organismos han ido adquiriendo genomas más largos durante su evolución, para gestionarlos correctamente, han tenido que adquirir o inventar genes de reparación del ADN, que vuelven a unir las hebras de ADN rotas. Esta adquisición se tuvo que realizar muy pronto en la evolución de los organismos, incluso de los unicelulares, ya que sin la reparación del ADN la extinción estaba y está asegurada.
A lo largo de la evolución, sin embargo, la maquinaria de reparación del ADN ha encontrado nuevos usos que son igualmente fundamentales para la supervivencia. Uno de los más importantes es la recombinación de fragmentos de ADN para generar miles de miles de genes maduros correspondientes a los anticuerpos. Sin esta maquinaria, sería imposible generar el repertorio de anticuerpos que nos protege de las múltiples amenazas externas que suponen virus, bacterias y otros microrganismos patógenos.
Múltiples enzimas y proteínas participan en la reparación del ADN. Como si se tratara de un conjunto de herramientas que deben emplearse secuencialmente, las proteínas realizan varias funciones complementarias, como la de acercar las dos hebras rotas y mantenerlas unidas para permitir que otras enzimas incorporen nuevas letras entre los extremos rotos para volverlos a unir.
No se conocen aún todas las funciones que cada una de las proteínas de reparación del ADN puede ejercer, tanto en la reparación propiamente dicha como en otras funciones relacionadas con la gestión del genoma en cada célula o en tipos concretos de células. Investigadores del Instituto La Jolla de Inmunología deciden estudiar en profundidad el papel de una de las proteínas más antiguas de esta maquinaria de reparación, la proteína denominada HMCES. De esta proteína era conocido que participaba en reparar roturas producidas en solo una de las hebras del ADN, pero no en la otra. Igualmente, HMCES participaba en la reparación del ADN roto en ambas hebras por procedimientos alternativos si el principal mecanismo de reparación no tenía éxito.
Para averiguar con detalle la función de HMCES, los investigadores generan una raza de ratones knockout, que carecen del gen HMCES y que, por consiguiente, no pueden producir esta proteína La hipótesis que los investigadores mantenían era que la ausencia de HMCES causaría problemas relacionados con la falta de reparación del ADN, los cuales incluyen sobre todo problemas degenerativos en la sangre y cáncer. Sin embargo, nada de esto sucede en esos ratones y por el contrario, estos muestran que carecen de la capacidad de generar anticuerpos de las clases correctas. Damos más detalles en el audio.

Referencia: HMCES Functions in the Alternative End-Joining Pathway of the DNA DSB Repair during Class Switch Recombination in B Cells. Molecular Cell (2019), https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.10.031

El latido del corazón de la ballena azul.

Comprender cómo funciona el corazón del animal más grande de la Tierra es un reto que los científicos tratan de desentrañar desde hace mucho tiempo. No es fácil tomarle el pulso a una ballena azul que puede llegar a pesar 200 toneladas, cuyo corazón supera los 300 kg y bombea más de 80 litros de sangre en cada latido y, por si esto fuera poco, es capaz de sumergirse a 200 metros de profundidad en pocos segundos.
En un artículo publicado en PNAS, el investigador de la Universidad de Stanford J. A. Goldbogena y su equipo ha superado el reto y ha logrado implantar en una ballena azul un dispositivo capaz de medir el ritmo cardiaco del animal.
La ballena elegida era conocida en la Bahía de Monterey, en el golfo de California. Se trata de un animal macho, de más de 15 años de edad, con 70 toneladas de peso y 23 metros de largo, que había sido avistado por primera vez en 2003. Desde un barco equipado para la ocasión, los científicos dispararon un dispositivo especialmente diseñado para quedar adherido a la piel del animal con unas ventosas y conectar unos sensores capaces de captar la frecuencia cardiaca del animal. El aparato recogía los datos de las pulsaciones y los enviaba a los investigadores mediante una conexión vía satélite.
El dispositivo logró su objetivo y consiguió realizar una especie de electrocardiograma de la ballena durante ocho horas y media. En ese tiempo, el animal se comportó con normalidad. Alternó periodos de estancia en superficie, de entre 1 y 4 minutos, con inmersiones en busca de alimento de hasta 16,5 minutos y alcanzó en ocasiones los 184 metros de profundidad. En los pulsos de alimentación, la ballena engullía por su enorme boca un volumen de agua superior a su volumen corporal y la expulsaba de nuevo filtrando la materia viva entre sus barbas. En otros momentos, el animal pasaba por periodos de descanso durante los cuales realizaba inmersiones menos profundas.
Cuando la ballena estaba en superficie, aumentaba la frecuencia de latidos de su corazón para oxigenar su sangre durante la respiración. El ritmo cardiaco oscilaba entre 30 y 37 pulsaciones por minuto después de una inmersión de alimentación. Esta frecuencia se acerca al límite que un corazón tan grande puede soportar. Cuando las inmersiones eran menos profundas y no ligadas a la alimentación, el pulso en superficie era menor, entre 20 y 30 latidos por minuto.
Cuando la ballena se sumergía, su pulso se ralentizaba, con frecuencias de entre 4 y 8 latidos por minuto durante las inmersiones de alimentación, pero podía llegar a ser de 2 latidos por minuto en inmersiones más profundas. Las inmersiones superficiales de corta duración por la noche se han asociado con el descanso y, por lo tanto, son representativas de un estado menos activo. La frecuencia cardíaca típica en una inmersión de 5 min fue de 8 latidos por minuto y de 25 lpm durante el tiempo que estaba en superficie que solía durar unos 2 minutos.

Referencia:
Goldbogena et al., Extreme bradycardia and tachycardia in the world’s largest animal PNAS December 10, 2019 116 (50).

Ácido láctico para la tolerancia inmunológica.

Hace solo dos programas, hablamos de que se había descubierto que altas concentraciones de ácido láctico, también llamado lactato, producido en el metabolismo anaeróbico (en ausencia de oxígeno) de la glucosa, era una molécula importante para el mantenimiento de un pernicioso estado inflamatorio en la artritis reumatoide y en otras enfermedades. El ácido láctico producido en los sitios de inflamación en las articulaciones era utilizado por los linfocitos T como fuente de energía para llevar a cabo su función de ataque, en este caso contra antígenos del propio organismo.
Como en tantas y tantas ocasiones, las cosas no son tan simples como parecen. Investigadores de varios grupos de investigación, principalmente franceses, han estado estudiando la posibilidad de estimular la producción de células presentadoras de antígenos que generan tolerancia inmunológica frente los antígenos que presentan. Esto no es lo que normalmente sucede, ya que, en general, en el curso de una respuesta del sistema inmune frente a un microrganismo, las células presentadoras de antígenos capturan algunos de estos microrganismos, los digieren y presentan los fragmentos de proteínas digeridos a los linfocitos T, a los cuales estimulan para declarar la guerra al microrganismo detectado. La situación es comparable a la de dar a oler a un sabueso una prenda de la persona que deben encontrar. El olor sirve en este caso de presentación para que el sabueso actúe.
Sin embargo, no siempre es necesario o conveniente atacar al antígeno que es presentado. A veces conviene decir al sabueso que el olor que se le presenta proviene de un amigo al que no debe acosar, ni mucho menos morder, y lo mismo sucede con los linfocitos T. Para esta función, existen varios mecanismos, y uno de ellos es la producción de células presentadoras de antígenos que cuando los presentan a los linfocitos los instruyen para tolerar y no para atacar a los organismos que poseen esos antígenos capturados y presentados por dichas células. No solo esto, sino que los linfocitos T activados por esas células constituyen una serie de fuerza policial que controla la actividad de otros linfocitos que hayan sido ser activados por otras células presentadoras de antígenos en modo ataque, en lugar de en modo tolerancia, como ellos.
La generación de grandes cantidades de estas células presentadoras de antígenos que inducen la tolerancia se ha conseguido en el laboratorio. Estas células están siendo empleadas en ensayos clínicos para comprobar si son eficaces para evitar el rechazo a los trasplantes, que obviamente deben ser tolerados por el sistema inmunitario o de otro modo el paciente trasplantado puede morir. Igualmente, estas células que inducen tolerancia podrían ser útiles para curar o al menos mitigar las enfermedades autoinmunitarias, en las cuales el sistema inmunitario ha perdido la tolerancia frente a algunos de los propios antígenos del organismo y los ataca.
Las características de estas células, y la manera en que inducen la tolerancia de los linfocitos T a los que instruyen no era conocida, por lo que los investigadores deciden estudiarlas. Para ello, analizan los genes que estas células tiene en funcionamiento y que son los que les confieren sus propiedades particulares, como es siempre el caso de cualquier clase célula del organismo, que se diferencia de las demás solo por el grupo de genes que tienen funcionando y su intensidad.
Al estudiar las características metabólicas de estas células presentadoras de antígenos que inducen tolerancia, los investigadores descubren que, sorprendentemente, estas producen y secretan al exterior altas cantidades de ácido láctico, el cual, según los estudios que hemos mencionado antes, debería ser estimulador del ataque a los antígenos, y no a la tolerancia. En el audio explicamos esta discordancia, sus posibles razones y su importancia para comprender el funcionamiento de la ciencia y aumentar la tolerancia frente a sus limitaciones, aceptándolas sin atacar por ello a la ciencia.

Referencia:
Marin et al., Human Tolerogenic Dendritic Cells Regulate Immune Responses through Lactate Synthesis, Cell Metabolism (2019), https://doi.org/10.1016/j.cmet.2019.11.011


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