¿Cómo es de grande es un protón?

El protón es uno de los constituyentes de los núcleos atómicos y su tamaño ha sido durante años motivo de discusión entre los científicos. Ahora, un equipo internacional de científicos dirigido por Randolf Pohl, del Max-Planck-Institut fu¨r Quantenoptik, ha logrado obtener la medida que permite terminar con la controversia.
Dado que hidrógeno más abundante está formado por un núcleo que contiene un único protón y un electrón que gira a su alrededor, los físicos atómicos utilizan los cambios de energía que tienen lugar en el electrón durante su movimiento para medir el radio de carga del protón utilizando técnicas de espectroscopía. Cuando hablamos de radio de carga, nos referimos al radio de la esfera que se supone que contiene la carga del protón, un espacio que no debe ser considerado como algo rígido sino más bien una frontera que podría ser atravesada. De hecho, se conoce una propiedad de la mecánica cuántica según la cual existe una probabilidad distinta de cero de que el electrón del átomo de hidrógeno se encuentre en algún momento de su trayectoria dentro del protón.

Cuando el electrón está dentro del protón, la carga eléctrica se debilita ligeramente en la unión entre ambas partículas y se produce un pequeño cambio en la energía del estado del electrón. La alta precisión alcanzada, tanto por los experimentos como por la teoría de la electrodinámica cuántica, permite que este cambio de energía se pueda medir y obtener el radio del protón a partir de las mediciones. Utilizando técnicas de espectroscopía, experimentos realizados hace más de 10 años habían determinado que el radio del protón era de 0,8768 femtómetros (1 fm=10^-15^m).

En 2010, físicos del Instituto Paul Scherrer, en Villigen, Suiza, crearon un tipo muy especial de átomos de hidrógeno que contenían un protón rodeado de un muón, en lugar del electrón. Los muones son partículas elementales que tienen la misma carga que el electrón pero su masa es 200 veces más grandes. Al medir el radio de carga del protón en estos átomos de hidrógeno exóticos se obtuvo una medida menor que la obtenida anteriormente (0,84184 fm).

Las diferencias entre las dos medidas hizo pensar a los investigadores que tal vez existía una propiedad desconocida en el comportamiento de los electrones y los muones.

Ahora, Rodolfo Pohl y sus colegas, han utilizado un acelerador en el Centro Nacional de Aceleradores Thomas Jefferson en Newport News, Virginia, para disparar un haz de electrones a las moléculas de hidrógeno y medir cómo se desvían algunos de los electrones al penetrar dentro del núcleo. Los resultados obtenidos han permitido obtener una medida mejorada del radio de carga del protón que se acerca a la obtenida en 2010 y aleja la posibilidad de que electrones y muones tengan comportamientos diferentes. La medida obtenida para el radio de carga del protón ha sido de 0,831 fm.

Referencias:
Pohl et al, The size of the proton. NatureVol 466|8 July 2010| doi:10.1038/nature09250
Jean-Philippe Karr & Dominique Marchand. Progress on the proton-radius puzzle. Nature. Vol 575. 7 November 2019

Utilizando sus propias armas contra ellas. Crispr bacteriano contra la resistencia a los antibióticos.

La resistencia a múltiples antibióticos se ha convertido en un gravísimo problema de salud pública. Bacterias, hongos y otros microrganismos han estado luchando por la supervivencia durante miles de millones de años. Como resultado de esa lucha, se generaron genes para producir antibióticos y genes para resistir a ellos. Desde el descubrimiento del primer antibiótico en 1928 por Alexander Fleming, los antibióticos han sido utilizados de manera masiva y han salvado millones de vidas. Sin embargo, las bacterias se han visto amenazadas y han reaccionado intercambiando y amplificando genes de resistencia a los antibióticos. Como resultado de esta guerra evolutiva entre las bacterias y nosotros, se han originado variantes de bacterias resistentes simultáneamente a muchos antibióticos.

Conocer qué genes participan en la resistencia a uno o más antibióticos no siempre resulta fácil, ya que en ocasiones son varios genes bacterianos los que colaboran para generar la resistencia. Una manera de descubrirlos es manipular el genoma de las bacterias resistentes para eliminar genes potenciales candidatos de la resistencia y estudiar si su eliminación o inactivación convierte a las bacterias en sensibles a un antibiótico al que antes eran resistentes.

Hasta la fecha, este tipo de manipulaciones genéticas se realizaban utilizando técnicas tradicionales de biología molecular que conseguían introducir en las bacterias ADN diseñado para intentar eliminar o modificar un gen bacteriano. Estos procesos eran algo tediosos y no siempre daban el resultado esperado.
El descubrimiento del sistema CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats), ha revelado que las bacterias poseen su propio sistema de destrucción de ADN. Recordemos que este sistema utiliza secuencias de ADN robadas a los bacteriófagos, virus que atacan a las bacterias, para guiar a enzimas que digieren y destruyen al ADN hacia el ADN de nuevos virus que intenten infectar de nuevo a las bacterias. CRISPR es así un sistema inmunitario molecular contra los virus bacterianos.

La compresión del funcionamiento del sistema CRISPR ha permitido modificarlo y adaptarlo para modificar y editar a voluntad genes en células de mamíferos, incluidas las humanas. Sin embargo, esta compresión ha conducido también a darse cuenta de que el propio sistema CRISPR bacteriano puede ser utilizado para destruir o modificar genes de las propias bacterias.

Esta idea ha sido explotada por investigadores de China, Japón y Hong Kong para modificar genes de la bacteria multirresistente Pseudomonas aeruginosa, causante de serias infecciones, y descubrir así nuevos mecanismos de resistencia y también nuevas debilidades de la bacteria que pueden ser utilizadas contra ella. En el programa damos interesantes detalles adicionales de las implicaciones de este interesante estudio.

Referencia:
Xu et al., Native CRISPR-Cas-Mediated Genome Editing Enables Dissecting and Sensitizing Clinical Multidrug-Resistant P. aeruginosa, Cell Reports (2019),

El ejercicio de correr se asocia a una menor mortalidad.

Científicos del Institute for Health and Sport, en Victoria University, Melbourne, Australia han llevado a cabo una revisión de más de 19.000 referencias publicadas sobre la influencia del ejercicio físico, en concreto el que se realiza al correr, en la salud de las personas. La recopilación ha permitido llegar a la conclusión de que las personas que hacen habitualmente ejercicio corriendo de forma moderada, no solamente mejoran notablemente la salud de las personas sino que entre ellas disminuye notablemente el riesgo de mortalidad prematura.

El macro-análisis realizado indica que correr moderadamente está asociado a una reducción del riesgo de mortalidad prematura por todas las causas. Curiosamente el beneficio es mayor en las mujeres, que reducen el riesgo en un 34%, que en los hombres, que lo reducen en un 27%.

Al evaluar el beneficio del ejercicio físico frente a enfermedades concretas la reducción varía.

Cuando se tiene en cuenta la mortalidad debida a enfermedades cardiovasculares, se ha detectado una reducción del 30%, tanto en hombres como en mujeres.

Los efectos beneficiosos del ejercicio físico moderado y constante asociado al correr también se extiende al riesgo de mortalidad por cáncer, en este caso la reducción del 23% respecto a personas sedentarias. Este beneficio se cree que va asociado a que las personas que realizan un ejercicio no solamente tienen una mejor forma física sino que fortalecen también su sistema inmune, esencial para luchar contra las células cancerosas y evitar que se produzcan tumores.

El artículo valora algunas de las actitudes de los profesionales clínicos. Indica que algunos médicos desaniman a sus pacientes cuando deciden empezar a correr argumentando que un esfuerzo vigoroso puede estar relacionado con la muerte súbita debido a problemas cardiacos. Frente a esas actitudes, los autores proporcionan la evidencia analítica de que el beneficio de correr supera con creces el riesgo. No obstante, en casos concretos de problemas de salud previos, es conveniente comenzar a correr siempre bajo la supervisión de un médico.

Al analizar la tasa de ejercicio, los autores constatan que existe un beneficio claro a bajas dosis de entrenamiento siempre que éste se realice de forma continuada. Así pues, correr moderadamente, como parte de un estilo de vida, no solamente mejora el estado de salud diariamente sino que nos protege de muchas enfermedades y riesgos ligados a la vida sedentaria.

Referencia:
Pedisic Z, Shrestha N, Kovalchik S, et al. Is running associated with a lower risk of all-cause, cardiovascular and cancer mortality, and is the more the better? A systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med Epub. doi:10.1136/bjsports-2018-100493

Los sorprendente efectos inflamatorios del ácido láctico.

En los tres últimos años, la investigación ha revelado que el metabolismo ejerce un importante papel en la regulación del sistema inmunitario. Este hecho no debe resultar sorprendente, puesto que la respuesta frente a las infecciones, o frente al cáncer, necesita de una considerable cantidad de materia y de energía para generar las células y las moléculas implicadas en la defensa.

Sin embargo, los estudios han revelado que el metabolismo de nutrientes fundamentales, como la glucosa, no solo proporciona energía o materiales de “construcción”, sino que genera moléculas que modulan el comportamiento celular y, en particular, afectan al funcionamiento de los genes de algunas células muy importantes para las acciones defensivas, como son los linfocitos T del tipo CD4. Algunas moléculas derivadas del metabolismo funcionan como moléculas de comunicación entre las células del sistema inmune, modulando y coordinando el comportamiento de millones y millones de ellas al mismo tiempo.

Era conocido que el acido láctico, una molécula producida partir del metabolismo anaeróbico de la glucosa, se acumula en los tejidos que sufren tanto de una inflamación como en el caso del cáncer. Esta acumulación es resultado del llamado efecto Warburg. Este efecto se desencadena en situaciones en las que las células necesitan materiales para reproducirse o para producir proteínas y en las que el metabolismo no puede consumir oxidando por completo todos los nutrientes para generar energía, porque en ese caso esos nutrientes no pueden ser usados para ningún otro fin, como puede ser la síntesis de proteínas, de hormonas, etc.

En estos casos, las células adaptan su modo metabólico para poder generar tanto energía como materiales para sus necesidades. La acumulación de ácido láctico en determinados procesos patológicos, como la inflamación o el cáncer indica que el efecto Warburg está teniendo lugar.

Investigadores de varios países europeos deciden estudiar el efecto del ácido láctico acumulado en sitios de inflamación crónica, en particular en el caso de la artritis reumatoide, una enfermedad autoinmunitaria. Los resultados de los estudios, que detallamos en el audio abren nuevas posibilidades realmente prometedoras para tratar enfermedades autionmunitarias y estados de inflamación crónica, en general, generadores de importantes patologías.

Referencia (2): Pucino et al., Lactate Buildup at the Site of Chronic Inflammation Promotes Disease by Inducing CD4+ T Cell Metabolic Rewiring, Cell Metabolism (2019).