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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.

Inmunidad sin frenos. Pinzas y bisturís de luz. Evolución dirigida. Nobel de Ciencias 2018.

Premios Nobel de Ciencias 2018 - Ciencia Fresca Podcast - CienciaEs.com

Premio Nobel de Medicina 2018.

El premio Nobel de Fisiología y Medicina 2018 ha sido otorgado a los científicos James P. Allison y Tasuku Honjo a partes iguales, por su descubrimiento de una terapia antitumoral basada en la inhibición de la regulación inmunitaria negativa. Esta terapia consigue bloquear la inhibición que los tumores ejercen sobre el sistema inmunitario de modo que al liberar este freno este pueda atacarlos y erradicarlos.
Para comprender la importancia de este descubrimiento y por qué se merece un premio Nobel es necesario comprender primero una propiedad fundamental de los mecanismos inmunitarios de defensa. Estos mecanismos deben activarse cuando encuentran un organismo extraño o incluso una célula propia que se ha convertido en una amenaza para todo el organismo al ser infectada por un virus o al haberse convertido en una célula tumoral. La activación normal del sistema inmune, en particular de los linfocitos T, los más importantes para la defensa, no solo necesita del reconocimiento de organismos extraños, sino también de moléculas propias que aceleran esa activación. Sin embargo, los mecanismos de defensa siempre generan un daño colateral al propio organismo, daño que puede ser importante. Por ello, una vez vencida la amenaza, es necesario frenar estos mecanismos de defensa para evitar que nuestro propio sistema inmunitario nos haga daño.
¿Qué sucede cuando esos mecanismos de frenado fallan? Lo que sucede es que se desarrollan enfermedades autoinmunes, así como también pueden generarse linfomas. ¿Qué sucede si esos mecanismos de frenado se ponen en marcha antes de lo debido? En ese caso, el sistema inmune se detiene en sus labores defensivas antes de haber acabado con el enemigo, por lo que este continúa creciendo a nuestra costa.
Los premios nobel de Medicina de 2018 han sido otorgados por impedir dos mecanismos de frenado del sistema inmune que son puestos en marcha por células tumorales cuando están siendo atacadas por este. El primero, otorgado al estadounidense James P. Allison, se debe a su trabajo con una molécula, llamada CTLA-4, de la que fue codescubridor, la cual actúa como un potente freno de la actividad inmunitaria. La generación de anticuerpos capaces de bloquear esta molécula libera el freno y permite al sistema inmune seguir atacando a los tumores.
El segundo premio Nobel de Medicina 2018 ha sido concedido al japonés Tasuku Honjo. Honjo descubrió en 1992 otro de los frenos fundamentales del sistema inmune: la molécula PD-1. Honjo determinó la función de esta molécula en elegantes experimentos con linfocitos T y animales de laboratorio. PD-1 funciona por un mecanismo diferente del de CTLA-4, pero igualmente su bloqueo con anticuerpos impide el frenado del sistema inmune y se ha revelado como un potente impulso al sistema inmune para la lucha antitumoral. El empleo de ambas estrategias en los hospitales ha conseguido en ocasiones curaciones completas de casos de cáncer. Damos más detalles en el audio del programa.

Referencia:

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2018/press-release/

Premio Nobel de Física 2018

Inventos innovadores en la física del láser han sido los protagonistas este año en la concesión del premio Nobel de Física 2018. El galardón se ha repartido en dos mitades. La primera ha sido concedida a Arthur Ashkin, investigador de los Laboratorios Bell en Holmdel, Estados Unidos de América, por el desarrollo de pinzas ópticas y sus aplicaciones a los sistemas biológicos. La segunda mitad del premio ha sido concedida, a partes iguales, a Gérard Mourou, investigador en la Ecóle Polytechnique de Palaisoau, Francia, y a Donna Strickland, investigadora en la Universidad de Waterloo, Canadá, por el desarrollo del método para generar pulsos láser ultra cortos y de gran intensidad.
Fue Kepler, en 1619, el primero en proponer que la luz puede ejercer una presión sobre los cuerpos, lo hizo observando cómo la cola de los cometas apunta siempre en dirección opuesta al Sol. La luz propuso debe forzar a las partículas del cometa a alejarse del Astro Rey. Aquella propuesta fue justificada teóricamente por Maxwell, dos siglos y medio más tarde, pero no pudo ser demostrada hasta el descubrimiento del láser, una luz extremadamente pura y coherente, cuya existencia había sido propuesta por Einstein en 1915 pero que no fue una realidad hasta 1960.
El láser propició insospechadas posibilidades para la investigación y despertó la imaginación de muchos creadores de ciencia ficción. Ya en la década de los 1960, los creadores de Star Trek soñaron con poderosos rayos tractores capaces de capturar objetos para moverlos a voluntad. Aquellos sueños alimentaron también la imaginación de Arthur Ashkin quien se propuso investigar la forma de llevarlos a la realidad. Ashkin comprendió que la luz blanca, formada por un conjunto de ondas electromagnéticas (colores) que se dispersan en todas las direcciones, no serviría, por eso decidió utilizar el láser, una luz extremadamente pura y coherente, capaz de concentrar la energía luminosa en un punto pequeñísimo. Utilizando luz láser, apuntó a unas pequeñas esferas transparentes y comprobó que estas comenzaban a moverse empujadas por la luz. Así demostró que la luz realmente ejerce una presión sobre los objetos. Pero un efecto inesperado surgió de sus experimentos, las esferas no solamente se movían impulsadas en la dirección de la luz láser sino que también se movían y se alineaban con él cuando estaban en las cercanías, como absorbidas por el haz. En un experimento posterior, colocó una lente en el camino de la luz para que ésta se concentrada en el foco y comprobó que podía sujetar en ese punto partículas pequeñas, como sujetas por una pinza de luz. Así nacieron las pinzas ópticas.
Con sus pinzas ópticas, Ashkin y su equipo lograron capturar, no solamente partículas inanimadas, sino virus, bacterias y células vivas. Gracias al desarrollo de las pinzas ópticas actualmente se pueden capturar y aislar células individuales para estudiar sus mecanismos internos. Así se han estudiado los componentes de las células, los mecanismos moleculares de los flagelos de las bacterias o, incluso, moléculas de ADN y proteínas.

La segunda parte del Premio Nobel de Física ha sido concedida a Gérard Mourou y Donna Strickland por el desarrollo de un sistema que permite generar pulsos de luz láser muy cortos y de gran intensidad. El desarrollo del láser permitió inicialmente una rápida evolución hacia fuentes de luz cada vez de mayor potencia. No obstante, a mediados de los 80 una barrera física impedía seguir aumentando la intensidad, los equipos no lo soportaban y quedaban irremediablemente dañados en el intento. Strickland, por entonces estudiante de doctorado, junto a su director de tesis, Mourou, concibieron una forma elegante de salvar la barrera. La técnica, conocida como CPA, consistía en someter a un pulso de luz a tres etapas. En una primera fase, utilizando un cable de fibra óptica muy largo, el pulso era estirado en el tiempo, de esa manera se conseguía que la intensidad bajara en cada momento. Al bajar la intensidad el pulso podía ser amplificado sin peligro en una segunda fase y, por último, gracias a un sistema ideado por ellos, los investigadores comprimían en el tiempo el pulso, consiguiendo así una mayor concentración de fotones en un espacio de ínfima duración. En 1985, Strickland y Mourou tuvieron éxito y abrieron un nuevo campo de aplicaciones para el desarrollo de pulsos más cortos y de mayor intensidad.
El método desarrollado por los galardonados ha permitido el desarrollo de láseres capaces de concentrar una enorme energía en un minúsculo espacio, que se utilizan actualmente para cortar o taladrar de forma extremadamente precisa. Una de las aplicaciones más importantes en el campo de la biología ha sido el desarrollo de láseres quirúrgicos con los que se pueden llevar a cabo delicadas operaciones en oftalmología que permiten corregir problemas de miopía o cataratas de una forma mínimamente invasiva. También se utilizan láseres para cortar materiales de todo tipo en aplicaciones industriales. Los pulsos de duración del femtosegundo, una mil billonésima de segundo, están permitiendo la observación de fenómenos que suceden en intervalos cortísimos de tiempo como los que tienen lugar en las moléculas durante las reacciones químicas.

Referencia:
The Nobel Prize in Physics 2018
Dinámica de los electrones con pulsos láser ultrarrápidos: Hacer cine en attosegundos

Premio Nobel de Química 2018.

La real Academia de Ciencias Sueca ha otorgado el premio Nobel de Química 2018 a Frances H. Arnold, George P. Smith y Sir Gregory P. Winter. Frances H. Arnold recibe la mitad del premio y los otros dos investigadores la otra mitad.
Frances H Arnold recibe el premio Nobel por haber sido capaz de controlar la evolución de enzimas de manera dirigida. Los enzimas son catalizadores de reacciones químicas, y mediante su evolución dirigida es posible conseguir enzimas nuevos que catalizan reacciones químicas de interés que antes no eran posibles.
George P. Smith y Gregory P. Winter reciben el premio Nobel por la invención, el primero, de la tecnología que podemos llamar “pantallazo de bacteriófagos” y, el segundo, por utilizar esta tecnología pera generar por evolución dirigida anticuerpos que no existen en la Naturaleza.
La evolución de los enzimas, como de cualquier otro tipo de moléculas, se ha producido y se sigue produciendo a lo largo de la evolución de las especies. Recordemos que esta funciona mediante mutaciones que se producen al azar en los individuos, seguidas de la selección de aquellos individuos que gracias en parte a esas mutaciones mejor han podido sobrevivir y transmitir sus genes a las siguientes generaciones.
Frances H. Arnold utiliza este principio de mutación y selección con los genes de enzimas de interés. Gracias a las técnicas de biología molecular, los genes de enzimas de células de mamífero se pueden introducir en bacterias para que sean estas las que de manera más rápida produzcan grandes cantidades del enzima de interés. Antes de introducir los genes en las bacterias, no obstante, estos pueden ser sometidos a un procedimiento que introduce mutaciones al azar en ellos. De este modo las bacterias producirán un conjunto de enzimas mutadas, cada una de las cuales tendrá propiedades ligeramente diferentes. Aquellos genes que produzcan enzimas que se acerquen a lo que buscamos, por ejemplo, un enzima más resistente a elevadas temperaturas, son sometidos a rondas adicionales de mutación y de selección, hasta conseguir así un enzima con las propiedades buscadas.
George P. Smith y Gregory P. Winter reciben el premio Nobel, el primero, por su invención de la tecnología llamada phage display (pantallazo de bacteriófagos) y, el segundo, por el empleo de esta tecnología junto con la de la evolución dirigida para conseguir anticuerpos y proteínas con capacidades que no existen en la naturaleza, entre las que se incluyen bloquear o identificar a otras proteínas. En el audio explicamos con más detalle la evolución dirigida, así como la realmente fascinante e ingeniosa tecnología del phage display su importancia para la industria y la medicina.

Referencia: https://www.nobelprize.org/uploads/2018/10/advanced-chemistryprize-2018.pdf

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