Un CRISPR enjaulado, pero muy preciso.

El popular sistema de edición de genes CRISPR-Cas9 adquiere una nueva utilidad para la investigación fundamental gracias a una nueva técnica demostrada por Yang Liu y sus colaboradores, de la Universidad John Hopkins y del MIT, quienes publican sus hallazgos en la revista Science.
La técnica consiste en una modificación química del ARN guía, necesario para guiar al enzima Cas9 a encontrar la secuencia de letras del ADN en la que el enzima Cas9 produce un corte en este. La modificación química permite que el complejo Cas9 ARN guía encuentre a su secuencia diana de ADN, pero no pueda proceder a cortarla a menos que reciba un pulso luminoso de una determinada frecuencia (color).
Esta técnica, que Liu y sus colegas llaman CRISPR muy rápido, permite colocar a cero el “cronómetro” del corte del ADN y consigue que este se produzca de una manera sincronizada en todas las células de la muestra que han sido tratada con CRISPR. Puesto que el corte se produce en todas las células al mismo tiempo, este sistema permite a los investigadores estudiar los primeros pasos moleculares en la reparación del ADN con alta resolución. También permite controlar la edición genética en una sola de las dos copias de un gen concreto que se pretenda modificar. Esto consigue generar células heterocigotas en genes concretos.
Recordemos que en el proceso de edición genética iniciado por CRISPR-Cas9, la enzima Cas9 es la “tijera” que corta el ADN en el lugar indicado por la secuencia de letras del ARN guía, que son complementarias a las del ADN. Ese lugar es donde se editará el material genético al iniciarse los mecanismos de reparación de ADN puestos en marcha por la célula al detectar el corte. Este proceso no sucede en todas las células al mismo tiempo, ya que depende de la velocidad a la que en cada célula la secuencia de ADN diana es encontrada por CRISPR-Cas9.
Para controlar mejor la acción de Cas9, los científicos modificaron parte de la secuencia de ARN guía con nucleótidos que contenían modificaciones químicas que podían ser eliminadas por un pulso de luz. Antes de recibir esos pulsos de luz, las modificaciones químicas impedían al enzima Cas9 realizar el corte, pero no impedían que el ARN guía encontrara a su secuencia de ADN diana. Esto permitía colocar a todas las moléculas Cas9 en el mismo “punto de salida” unidas al ADN, pero “enjauladas”, sin poder cortarlo. El pistoletazo de salida era dado por el pulso de luz. En ese momento, las modificaciones químicas eran eliminadas por la luz y el enzima Cas9 cortaba el ADN en todas las células al mismo tiempo. Esto permitía poner en marcha también al mismo tiempo, en solo cuestión de segundos el mecanismo de reparación del ADN y estudiarlo desde su inicio con gran precisión.
El proceso es también tan preciso que permite editar una copia de un gen a la vez, lo que hace posible la generación de mutaciones heterocigotas para estudiar rasgos genéticos complejos. La técnica podría ayudar a transformar la edición de CRISPR-Cas9 de un instrumento más bien burdo a uno de precisión.

Referencia:
Very fast CRISPR on demand. Yang Liu et al. Science, 12 JUNE 2020 • VOL 368 ISSUE 6496.

Robots para estudiar el océano.

El agua de los océanos cubre más del 70% de la superficie Terrestre y alcanza una profundidad media superior a los 3.900 metros. Esta extensión de agua es desconocida en su mayor parte y la oceanografía, es decir, la Ciencia que estudia las aguas y los fondos de los mares y los océanos, desde el punto de vista físico, químico y biológico se esfuerza continuamente por recopilar información que permita comprender los fenómenos que allí tienen lugar y su influencia en el clima terrestre.
Ante la imposibilidad de cubrir tan enorme y profunda extensión de agua los científicos están desarrollando sistemas autónomos que permitan la obtención de datos de forma continua sobre el comportamiento de los océanos. En un programa anterior de Hablando con Científicos, el investigador Denis Gilbert habló del proyecto ARGO, un esfuerzo de investigación que ha desplegado por todos los océanos terrestres más de 3800 boyas, cargadas de sensores, que obtienen información continua sobre cambios de temperatura, salinidad y corrientes que se producen en las aguas hasta 2.000 metros de profundidad. Otro proyecto, denominado MEOP (Marine Mammals Exploring the Oceans Pole to Pole) obtiene datos de los océanos polares con la ayuda de los animales que allí viven. Los investigadores adosan dispositivos sensores a animales marinos, como las focas, y van recogiendo información sobre la salinidad, temperatura o profundidad de las aguas que estos animales atraviesan. Cuando los animales emergen a la superficie, los dispositivos transmiten las medidas tomadas a tierra a través de comunicaciones por satélite. Los datos son almacenados en centros como el The Global Ocean Observing System y pueden ser compartidos y accesibles por una amplia gama de usuarios.
últimamente se están desarrollando dispositivos totalmente autónomos. Uno de esos dispositivos recibe el nombre de Caravela, un artilugio que podría ser calificado de “robot con robot”. Caravela consta de un AutoNaut, un vehículo robótico de superficie, accionado por olas, que puede transportar y lanzar un Seaglider, una especie de minisubmarino autónomo capaz de sumergirse y emerger tomando medidas de las aguas hasta más de mil metros de profundidad. El Autonaut tiene forma de canoa sellada y cubierta de celdas solares que proporcionan alimentación a los sensores y dispositivos que lleva a bordo. Su sistema de propulsión emplea un conjunto de paletas móviles que utilizan la energía de las olas para generar un impulso que permite alcanzar velocidades entre 2 y 5 km/h. Adosado bajo la quilla lleva el Seaglider, un aparato capaz de sumergirse gracias a un ingenioso dispositivo que funciona de modo parecido a la vejiga natatoria de los peces, y puede descender miles de metros y va equipado por un conjunto de sensores para medir los parámetros de las aguas que atraviesa. Cuando el Seaglider emerge de nuevo envía los datos vía satélite al centro de datos.
La ventaja de estos sistemas es que pueden medir sin descanso, se desplazan sin necesidad de alimentación exterior, son silenciosos, no contaminan, van equipados con sistemas que permiten su control remoto y pueden maniobrar automáticamente para evitar colisiones. Aunque siempre existirán situaciones que exijan la presencia humana, una buena parte del futuro de la oceanografía descansa en estos equipos robotizados y autónomos.

Referencia:
The rise of ocean robots Nature Geoscience | VOL 13 | June 2020 | 393

Centro, en color; periferia, en blanco y negro.

El color es un componente imprescindible de nuestra experiencia perceptiva. Al contemplar el mundo que nos rodea, estamos convencidos de que este se nos presenta como un rico tapiz de múltiples colores, que envuelve toda nuestra experiencia perceptiva desde el centro del campo visual hasta su periferia. Sin embargo, ¿es esto cierto o es solo una intuición, un montaje de nuestro cerebro que vuelve a conseguir engañarse a sí mismo?
Esta pregunta se encuentra en el centro de una antigua controversia en neurociencia y psicología. Por un lado, trabajos experimentales que han estudiado la percepción de los cambios, el papel de la atención en la percepción del campo visual y el efecto del “amontonamiento” visual, han demostrado que la conciencia acerca de lo que observamos es mucho menor de lo que creemos, particularmente en la periferia visual. Así pues, la impresión que tenemos de sentirnos rodeados de un detallado mundo visual puede ser simplemente incorrecta.
Sin embargo, una teoría alternativa sostiene que la conciencia del campo visual es intensa, pero los observadores tienen limitada la cantidad de información a la que pueden atender, que pueden recordar y, finalmente, que son capaces de comunicar a los demás. La percepción del color es el aspecto más debatido de esta controversia, en particular el debate es intenso en relación con la cuestión de cuánto color en realidad percibimos al observar el mundo.
Los experimentos clásicos para intentar dirimir esta cuestión se realizaban con voluntarios con la cabeza inmovilizada a quienes se preguntaba el color de los objetos que se iban colocando en el centro de su campo visual y en la periferia de este. Este tipo de estudios demostró que somos capaces de discernir los colores en la periferia con la misma precisión que en el centro del campo visual. Sin embargo, este tipo de estudios no resuelve el asunto de si en un paisaje visual móvil y dinámico nuestra experiencia del color es igual en el centro que en la periferia.
Para intentar avanzar en la resolución de esta difícil cuestión sobre nuestra capacidad perceptiva, investigadores de varias universidades estadounidenses utilizan la inmersión en realidad virtual para manipular el campo visual de los observadores. En el audio damos los detalles de estos coloridos estudios (2).

Referencia: The limits of color awareness during active, real-world vision. Michael A. Cohen, Thomas L. Botch, and Caroline E. Robertson.

Un depósito de agua en el núcleo terrestre.

Si alguien nos pregunta cuánta agua hay en la Tierra lo más lógico es pensar en la que se acumula sobre su superficie, ya sea en forma de agua líquida o de hielo, sin embargo, a juzgar por lo que se deduce del artículo que publican Yunguo Li y sus colegas del University College de Londres, en el interior del planeta existe mucha más agua que la superficie. No hablamos del agua subterránea, que puede ser considerada superficial, sino de enormes cantidades que se encuentran diseminadas entre los silicatos del manto y el hierro del núcleo terrestre.
Ciertas teorías sugieren que la Tierra podría haber ganado una cantidad considerable de agua durante las primeras etapas de su evolución a partir de la nebulosa solar rica en hidrógeno. El hidrógeno es un componente fundamental del agua y existe en forma de hielo en muchos cuerpos del Sistema Solar. El agua de aquella nube primigenia pudo haber impregnado toda la materia que en su día se agregó para formar la Tierra y, según se desprende de la investigación que hoy nos ocupa, aún sigue formando parte de ella. Para llegar a esa conclusión, los investigadores calculan, utilizando técnicas de dinámica molecular y de integración termodinámica, cómo está repartida el agua entre el hierro del núcleo y las capas de silicatos fundidos. El resultado indica que el núcleo de la Tierra puede actuar como un gran depósito de agua.
Actualmente, aún se debate la composición del núcleo terrestre porque los cálculos de densidad, realizados a partir de las reflexiones de las ondas sísmicas que viajan hacia el interior de la Tierra, revelan es mucho menor de lo esperado. Estudios anteriores habían determinado que esa pérdida de la densidad esperada en el núcleo y manto podría ser explicada si contenía alrededor de un uno por ciento de hidrógeno en su composición.
Los científicos han tenido en cuenta los cálculos teóricos y simulaciones de pequeñas cápsulas de hierro y silicatos sometidos a elevadas presiones y temperaturas semejantes a las que existen en el interior de la Tierra. Los resultados revelan que, efectivamente, en el núcleo de hierro del planeta se esconde una enorme masa de agua equivalente a 130 veces la que existe en la superficie, a esa cantidad almacenada en el núcleo habría que sumar otros 22 volúmenes superficiales almacenados en el manto y el volumen que existe en superficie.

Referencia:
Li, Y., Vočadlo, L., Sun, T. et al. The Earth’s core as a reservoir of water. Nat. Geosci. 13, 453–458 (2020).