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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.

Satélites contra telescopios. Células madre que recuerdan. Un siglo estudiando el radio del Sol. CRISPR para modificar ARN

Satélites contra telescopios.

Los astrónomos están preocupados ante el inminente lanzamiento de miles de satélites que orbitarán alrededor de la Tierra reflejando la luz del Sol y provocando problemas en las observaciones astronómicas. Para cuantificar esos problemas, los científicos Olivier R. Hainaut y Andrew P. Williams del Observatorio Europeo Austral (ESO) han estudiado los posibles efectos que tendrán en las observaciones astronómicas más de 26.000 satélites pertenecientes a constelaciones como SpaceX, Amazon, OneWeb y otras. El estudio ha sido publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.
Los satélites no tienen luz propia pero sí son visibles al ser iluminados por el Sol. En momentos concretos de su órbita, cuando el Sol ya se ha puesto bajo el horizonte o antes del amanecer, los satélites son visibles como puntos brillantes que recorren el firmamento a gran velocidad entre las estrellas. Cuando se internan en la sombra proyectada por la Tierra, las señales luminosas desaparecen.
Según los cálculos de los científicos, el número de satélites iluminados sobre el horizonte de un observatorio puede ser muy elevado, varía entre 1600 inmediatamente después del atardecer hasta 1100 al final del crepúsculo astronómico (cuenco el Sol está 18º por debajo del horizonte y se pueden ver estrellas de magnitud 6). Por suerte, el 85% de los satélites están iluminados cuando se mueven a menos de 30º sobre el horizonte, que es una zona que los telescopios suelen observar en menor medida porque hay mucha atmósfera por medio.
Los cálculos revelan que en una noche de observación, que depende del lugar y la latitud a la que se encuentre el observatorio, al menos 260 satélites serían visibles con una magnitud 6 y unos 110 brillarían con magnitud 5, que en buenas condiciones ya serían visible a simple vista.
Los satélites van equipados por paneles planos y pulidos, tanto en el cuerpo del satélite como en sus paneles solares, y esos planos actúan como espejos que, cuando apuntan a lugares muy concretos de la Tierra pueden causar un destello extremadamente brillante. Esto sucede especialmente con algunos de los 66 satélites de la constelación Iridium que orbitan a 800 km de altitud. Los destellos de Iridium eran visibles con bastante frecuencia (de dos a cuatro veces por noche) con destellos de magnitud -5, mayor que el brillo de Venus en estos momentos. Otros pueden lanzar destellos aún más fuertes.
El estudio revela que los telescopios que observen el cielo con exposiciones cortas ( menores de un segundo), dado que suelen observar regiones muy pequeñas del cielo, probablemente no se verán afectadas. Las exposiciones de duración media (100s) se verán afectadas a un nivel muy bajo (por debajo del 0.1%) durante la noche y a un nivel bajo (0.5%) durante el crepúsculo. Las exposiciones espectroscópicas largas (1000s) se ven afectadas al nivel del 1% durante el crepúsculo astronómico.
En cambio, las exposiciones ultra anchas, que observan todo el firmamento, como sucederá con el próximo telescopio LSST o Gran Telescopio para Rastreos o Sondeos Sinópticos, con un telescopio de 8,4 metros, que se construirá en el norte de Chile y entrará en funcionamiento en el año 2022, el efecto sería muy significativo. Se calcula que un 30 a 40% de las exposiciones comprometidas durante las primeras y últimas horas de la noche quedarían comprometidas.
Como los materiales de la superficie de los satélites se eligen para mantener la temperatura dentro del rango operativo, se incluyen radiadores térmicos diseñados para eliminar el calor generado por la instrumentación y por la radiación solar. Estas emisiones térmicas podrían afectar a los telescopios de infrarrojos, aunque los cálculos revelan que solo una fracción insignificante de las observaciones en el dominio infrarrojo térmico quedarían afectadas. Sin embargo, las exposiciones de campo amplio y las exposiciones de campo medio largas se verían afectadas al nivel del 3% durante las primeras y últimas horas de la noche.
Los efectos podrían mitigarse programando las observaciones, por ejemplo, observando en dirección opuesta al Sol (hacia el este por la tarde y hacia el oeste por la mañana). Por otro lado, el conocimiento de las órbitas y tiempos de paso podrían permitir calcular la hora exacta en que un satélite cruzará el campo de visión y cerrar el obturador durante ese tiempo.
La coordinación y colaboración entre la comunidad astronómica, las compañías de satélites y las agencias gubernamentales son, dicen los investigadores, fundamentales para minimizar y mitigar el efecto en las observaciones astronómicas.

Referencia:
Olivier R. Hainaut and Andrew P. Williams. Impact of satellite constellations on astronomical observations with ESO telescopes in the visible and infrared domains. Astronomy & Astrophysics. March 3, 2020.

Células madre que recuerdan.

Todas las células de la sangre provienen de la reproducción de células madre que se encuentran en la médula de los huesos. Estas células se van reproduciendo y a medida que lo hacen se van también diferenciando, es decir, haciéndose diferentes unas de otras y adquiriendo así características y funciones diferentes. Entre ellas se encuentran el buen funcionamiento de nuestras defensas, el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos y las funciones de coagulación y reparación propias de las plaquetas.
En lo que se refiere a las células de las defensas, las células madre hematopoyéticas (la hematopoyesis el es proceso de generación de la sangre) generan dos linajes de células: las llamadas células linfoides y las llamadas células mieloides. Las células del linaje linfoide son los conocidos linfocitos B y T que generan los anticuerpos y las respuestas inmunes celulares, respectivamente. Las células del linaje mieloide son principalmente los fagocitos y los llamados granulocitos. Los primeros son capaces de capturar, ingerir y digerir a las bacterias y los segundos, liberan las sustancias contenidas en los gránulos cuando es necesario para luchar contra parásitos y microorganismos.
Una importante propiedad que poseen los linfocitos es la propiedad de la memoria inmunológica. Esta consiste en que los linfocitos B y T cuando encuentran un microorganismo (en realidad algún componente de él, llamado el antígeno) son capaces de reproducirse y generar así una población de linfocitos memoria, que se acuerdan del microorganismo que encontraron y vencieron la primera vez y son capaces de reaccionar contra él mucho más rápidamente si se lo encuentran en siguientes ocasiones.
Experimentos recientes han revelado que las células del linaje mieloide disponen también de una capacidad de memoria inmunológica, posibilitada por mecanismos epigenéticos. Quedaba por determinar si las propias células madre hematopoyéticas disponían o no de la propiedad de memoria inmunológica. Ahora, un grupo de investigadores de varios países europeos realizan una serie de estudios que revelan que las células madre hematopoyéticas también poseen un mecanismo molecular que capacita una especie particular de memoria inmunológica. Esta capacidad de memoria depende igualmente de modificaciones epigenéticas que predisponen a ciertos genes de las células madre para facilitar la generación de células hijas del tipo adecuado para hacer frente a una infección encontrada por segunda vez. En el audio explicamos cómo esas modificaciones del genoma pueden conseguir que las células recuerden a enemigos anteriores, incluso si se trata de células madre hematopoyéticas.

Referencia:
Laval et al., C/EBP-Dependent Epigenetic Memory Induces Trained Immunity in Hematopoietic Stem Cells, Cell Stem Cell (2020), https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.01.017

Un siglo estudiando el radio del Sol.

Dado el progreso logrado en los últimos años en instrumentación y calidad de las observaciones de nuestra estrella, podríamos pensar que el tamaño del radio del Sol sería conocido con una precisión muy alta. Puede ser así, pero conocer cómo varía el radio solar durante largos periodos de tiempo requiere observaciones antiguas, hechas cuando la instrumentación no estaba tan desarrollada.
Por suerte para los estudiosos de nuestra estrella, un telescopio lleva tomando imágenes del Sol desde hace casi un siglo. Situado en el Observatorio Kodaikanal, en Tamil Natu, al sur de la India, a una altitud de 2343 metros, el telescopio comenzó a tomar imágenes del disco solar en 2 de enero de 1923 y desde entonces, hasta el 2 de agosto de 2011 ha formado un archivo que contiene 24.939 imágenes.
El archivo Kodaikanal ha sido digitalizado y puesto a disposición de la comunidad científica. Ahora, utilizando la información recogida durante esos 89 años, investigadores del Indian Institute of Astrophysics en Bangalore, India, han estudiado las variaciones sufridas por radio solar.
Entre las variaciones observadas destacan fenómenos que tienen distintas periodicidades:
Una periodicidad a los 12 meses aparece claramente entre los años 1930 y 1960, también se observa un cambio con una periodicidad de 4 meses (120 días) que es claramente un armónico del periodo anual. Otro cambio tiene una periodicidad a los 2.6 meses y se considera como un posible armónico de la rotación solar que ocurre a los 27.2 días. Se observa un cambio de periodo 17.8 meses que aparece fuertemente alrededor del año 1980 y débilmente alrededor de los años 1995 y 2005.
Así mismo se observan periodicidades de mayor amplitud: 43–47 meses que se refleja con claridad entre los años 1950–1960 y débilmente alrededor de 1995; una periodicidad de 5,3 meses y otra de 6, 7 años. Por último destaca la periodicidad clásica, representada por el ciclo de las manchas solares, con un periodo aproximado de 11,4 años, con un componente muy fuerte entre 1930 y 1945.
Todos estos cambios periódicos son muy pequeños y los investigadores llegaron a la conclusión de que el radio del sol, cuyo valor es de 695.700 km, permanece prácticamente constante a lo largo del siglo de estudio.
No obstante, utilizando instrumentos más modernos, como los instalados en la sonda espacial SOHO, que observa el Sol desde una órbita situada permanentemente entre la Tierra y el Sol, ha permitido cuantificar algunos de esos cambios. Detectó que el radio se redujo en aproximadamente 3 km durante el ciclo máximo 23 en 2000–2003, y en aproximadamente 2 km durante el ciclo máximo 24 en 2013–2015.

Referencia
K. M. Hiremath. Nearly Century-scale Variation of the Sun’s Radius. The Astrophysical Journal, Volume 891, Number 2

Una nueva tecnología CRISPR para modificar ARN podría ser de utilidad contra el coronavirus

El sistema de defensa bacteriano contra los bacteriófagos, denominado CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats), ha sido modificado en los últimos años de varias maneras para adaptarlo a su uso en células humanas. Recordemos que este sistema permite la modificación del ADN en sitios precisos del genoma, lo que posibilita la edición de genes. Esto abre la puerta a modificaciones genéticas en principio más rápidas y eficientes que las conseguidas gracias a otros métodos.
El sistema CRISPR de las bacterias utiliza a las enzimas llamadas Cas para atacar al genoma de virus bacteriófagos que pretendan infectar a una bacteria. Esta puede poseer almacenadas en su genoma secuencias robadas a los virus que anteriormente han intentado sin éxito. Estas secuencias son guardadas como si de una librería se tratara, y constituyen el CRISPR propiamente dicho.
La investigación inicial sobre el sistema CRISPR se enfocó en adaptarlo para modificar el ADN del genoma de células de mamífero. Para ello, se modificaron las enzimas bacterianas Cas que cortaban el ADN, en particular el enzima llamado Cas9, de modo que estas fueran funcionales en las células eucariotas y no solo en las procariotas. El corte del ADN se realiza en un sitio concreto al cual el enzima es guiado mediante una secuencia de ARN complementaria, llamada ARN guía, a la secuencia del ADN que se quiere cortar. El enzima Cas se une a esta secuencia de ARN y una vez unida a ella puede encontrar la secuencia de ADN y cortarla. Tras el corte, la maquinaria de reparación del ADN que poseen todas las células eucariotas procede a su reparación. Es en este proceso de reparación en el cual se produce la edición, es decir, el cambio de una información genética por otra, utilizando varias estrategias y mecanismos.
El empleo de esta tecnología resulta pues en la modificación del genoma de la célula o del organismo diana. Esta modificación, aunque buscada, no está exenta de problemas. Uno de ellos es la posible modificación del genoma en otros sitios de secuencia similar al que se desea modificar. Esto puede acarrear insospechadas y perjudiciales consecuencias secundarias a la modificación primaria que se pretende realizar.
Afortunadamente, otra posibilidad para afectar al funcionamiento de los genes es atacar y degradar al ARN mensajero que se genera cuando estos están activos y que es necesario para producir las proteínas que ejercen las funciones celulares. La tecnología para poder utilizar esta posibilidad no había sido desarrollada. Ahora, investigadores del Centro para la Investigación del Genoma, en Nueva York, y de la Universidad del Nueva York, han desarrollado una nueva plataforma para el diseño de ARN guías para el enzima Cas13, un enzima del sistema CRISPR que ataca al ARN y no al ADN. Esto puede permitir desarrollar estrategias para frenar al coronavirus y otros virus de ARN que puedan emerger en el futuro.

Referencia: Wessels, H., Méndez-Mancilla, A., Guo, X. et al. Massively parallel Cas13 screens reveal principles for guide RNA design. Nat Biotechnol (2020). https://doi.org/10.1038/s41587-020-0456-9


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