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Los diez grandes retos de la vida sintética
Un equipo Internacional de Investigadores ha elaborado un informe detallado con las enormes ventajas para la biotecnología y, por ende, para la humanidad que tendría crear organismos completamente artificiales, diseñados para satisfacer necesidades, algunas de las cuales consideramos tan imposibles de satisfacer que ni sabemos que las tenemos.
La construcción de la vida artificial es uno de los principales retos científicos de la era de la biología sintética. El objetivo de construir la primera célula artificial es ya una posibilidad real lo que sería un hito científico y el punto de partida de una amplia gama de aplicaciones, desde la producción de biocombustibles hasta el diseño de fármacos
Los biólogos están tratando de desarrollar «vida artificial», tanto por sus enormes aplicaciones en la biotecnología y como una forma de arrojar luz sobre la cuestión de los orígenes de la vida.
Algunos trabajos, como el llevado a cabo por Aaron M. Leconte y sus colaboradores de la Universidad de la Jolla (California) en los que crearon nuevos nucleótidos con los que ampliar el alfabeto de 4 Adenina, Tianina, Guanina y Citosina en los que se basa el código de ADN, demostraron que un código genético artificial podría servir para albergar más información que los existentes en la naturaleza y serviría para crear proteínas que ningún ser vivo ha sido capaz de fabricar.
Sin embargo, para llegar a crear organismos, completamente diseñados en un laboratorio hará falta superar diez obstáculos fundamentales:
1-Llegar a unconsenso sobregenomas sintéticos
Un sistema vivo mínimo consta de un componente de información, un componente metabólico y un recipiente de mantenimiento de ambos componentes, vinculados entre sí
La «receta» para hacer de abajo a arriba un organismo basado en un mínimo de auto-que evolucione requiere:
(1) un sistema de información heredable que se replique y que controle
(2) un sistema metabólico que convierta recursos en piezas de construcción junto con
(3) un contenedor para la localización de los genes y el metabolismo, así como la captación de recursos y la replicación del sistema a través de la división.
Las mayores trabas serían:
(a) auto-ensamblaje de los componentes en un proto-organismo;
(b) la absorción o fusión de los recursos en el recipiente (alimentación);
(c) Contenedores asociados de replicación del sistema de información (replicación de los genes);
(d) la transformación metabólica de los recursos en los piezas de construcción (crecimiento), así como
e) la división del proto-organismo en dos o más copias fértiles.
2- Creando desde cero
Un sistema mínimo de vida tiene que ser capaz de procesar los recursos que tenga a su alcance y transformarlos en sus propias piezas de construcción para crecer y dividirse
3- Aprendiendo de la naturaleza
Hay un número mínimo de características o funciones necesarias para mantener una célula viva que están en relación con un entorno particular.
4- Afinar y hacer realidad el concepto de chásis biológico.
El concepto de un chasis genético, sobre el cual se construirían diversos sistemas artificiales, en los que el código genético actuaría como un circuito integrado es uno de los más difíciles de hacer realidad
5 – Fabricación de los sistemas biolgógicos
La palabra ortogonal, tomada prestada de las matemáticas, aquí resumiría la necesidad de que todos los sistemas de la célula actúen con una cierta independencia de manera que funcionen sea cual sea el programa genético que se le de a la célula.
6- La superación de las limitaciones físicas y químicas
Varios factores físicos plantean problemas importantes para que la envoltura de una célula sintética pueda ser funcional y, por lo tanto, es necesario abordar, en particular, estrategias destinadas a la construcción de las células de novo con la bioquímica y diseños similares a los de las células naturales. Por ejemplo, la forma de la célula es esencial ya que, en la mayoría de los casos, la relación de volumen respecto a la superficie influye en la expresión génica. La presión osmótica y el gradiente electroquímico también han de tenerse en cuenta.
Una limitación adicional está ligada a la propia naturaleza de los componentes químicos de la célula. Muchos intermediarios metabólicos son altamente reactivos y que pueden dar lugar a reacciones secundarias no deseadas. Esta es la raíz de muchos procesos de envejecimiento. Muchos organismos eucariotas han utilizado la compartimentación en los orgánulos para resolver este obstáculo
Hay también limitaciones asociadas con la capacidad de la célula para perpetuarse.
7- De los modelos a las células y la de vuelta al modelo
La Materia viva coordina el metabolismo (por ejemplo, la producción de energía a través del catabolismo y el uso de la energía para construir estructuras celulares a través de anabolismo), el almacenamiento y procesamiento de información (por ejemplo, la transcripción del ADN, la traducción del ARNm, etc), así como los procesos de compartimentación y entidades (por ejemplo, células formación de la pared, el transporte de membrana, etc), cada uno con sus propias escalas de longitud, tiempo, energía y masa. Estas escalas muy diferentes plantean retos enormes para el modelado y la simulación computacional, no muy diferente de las dificultades a escala múltiple que se encuentran en la modelización del clima ..
8- La replicación y la reproducción
Freeman demostró convincentemente que, mientras que con la reproducción (hacer una copia similar) se pueden acumular nueva información, la replicación (hacer una copia idéntica) está condenada a acumular errores.
9- Hacia una estrategia de diseño integrado de organismos sintéticos
La selección natural ha demostrado, sobradamente, ser capaz de crear organismos con la máxima complejidad que de forma natural se puede alcanzar
Las estrategias de selección tales como la evolución dirigida, la evolución de adaptación y otros enfoques darwinianos podría dar lugar a una aceleración exponencial de la consecución de formas de vida artificiales.
10 – Acompasar el desarrollo científico con la información a la opinión pública
La experiencia sobre la percepción pública de los alimentos genéticamente modificados, especialmente en Europa, debe servir de lección para la implementación de una plataforma sólida de información que debe ir de la mano con el desarrollo de sistemas sintéticos. La asociación por la opinión pública entre la Biología Sintética (SB) y la biotecnología que se espera. Por otra parte, el nombre mismo de la disciplina, la biología sintética, parece haber sido calculada para producir una fuerte reacción negativa (http://www.synbiosafe.eu/). De hecho, la referencia a la muy reciente «creación» de una bacteria sintética en primer lugar, a pesar de su artificialidad limitada y su evidente falta de peligro, ha provocado una reacción negativa sin precedentes. Sería un error olvidar que los principales peligro están asociados a la los organismos naturales. Gritar “que viene el lobo” sin cerciorarse de que está ahí siempre ha traído malas consecuencias cuando el verdadero depredador ha aparecido.
Fuente: Editorial Springer
Enlaces con el futuro
La velocidad a la que se habla en diferentes idiomas. Es español uno de los más rápidos pero, para decir ¿qué?
No es la primera vez que incluyo una entrada sobre neurolinguísitca. Hace tiempo ya escribí uno con una presentación que hacía a mis estudiantes de español.
Las sorprendentes maneras en que el lenguaje moldea nuestra personalidad
Esta vez he continuado el tema en otro blog en tono un poco menos serio.
Y continuo comentando un curioso estudio sobre la relación entre la velocidad a la que se habla y la cantidad de información que tiene lo que se dice.
El año pasado, en una edición de la revista Language, François Pellegrino y sus colegas de la Universidad de Lyon en Francia, publicaron su análisis del habla de 59 hablantes nativos de siete idiomas diferentes que leyeron los mismos 20 textos en voz alta y en su idioma. El japonés y español, a menudo descritos como «lenguas rápidas», registraron el mayor número de sílabas por segundo. El «más lento» que figura era mandarín, seguido de cerca por el alemán.
Pero la historia no termina ahí. Los investigadores también calcularon la densidad de información de las sílabas de cada idioma, comparándolos con un octavo lenguaje, el vietnamita, que tomaron como referencia. Descubrieron que una sílaba media española transmite sólo una pequeña cantidad de información, contribuyendo sólo un fragmento del significado global de una oración. Por el contrario, una sola sílaba del mandarín contiene una cantidad mucho mayor de información, posiblemente debido a que las sílabas del mandarín contienen significado en el tono en que son pronunciadas.
Fuente: Scientific American
Spanish Is Faster Than English, But Mandarin Is Slow
Solo llamaba para… hablar con mis nietos
El siguiente estudio analiza la cantidad de tiempo que pasamos hablando con personas que consideramos las más cercanas. En concreto qué relación hay entre quién consideramos que es la persona más cercana con el sexo de esa persona y con el de la persona que llama. Esa relación fue comparada después a diferentes edades y los resultados, presentados en reveladoras gráficas.
Entre las edades de 20 y 40 hombres y mujeres se comportan de manera similar. Ambos tienden a considerar como la persona más importante a alguien del sexo contrario. Las cosas cambian sustancialmente a medida que se llega a la mediana edad, entonces el papel de abuelos y abuelas en la familia es el que decide quiénes son las personas más importantes.
Fuente: The economist
La prolongación de la longevidad conseguida mediante la administración oral del fullereno C-60
Esta no es una molécula nueva. Fue preparada 1985 por Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O’Brien, y Harold Kroto de la Universidad de Rice, dando comienzo a la era de la nanotecnología. A pesar de su belleza, sobre todo ahora que estamos en una época futbolística tan intensa y su aspecto recuerda tanto al de esa pelota que tantos persiguen con tanta ansia con sus piernas o con la mirada, no ha tenindo, al menos hasta ahora, ninguna aplicación práctica.
Un equipo de la Universidad de Paris ha demostrado que la administración oral de C60 disuelto en aceite de oliva (0,8 mg / ml) en dosis reiteradas (1,7 mg / kg de peso corporal) a ratas no sólo no da señales de toxicidad, sino que prácticamente duplica su esperanza de vida. Los efectos de las soluciones de aceite de oliva C60-en un modelo experimental de intoxicación por CCl4 en ratas sugieren que el efecto sobre la esperanza de vida se debe principalmente a la atenuación de los asociados con el estrés oxidativo que, aumenta con la edad.
Fuente: ScienceDirect
The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60]fullerene
Hacer regalos a tu amada puede ablandar su corazón pero puede ser que los pagues mucho más caros de lo que pensabas.
Especialmente si eres una araña y más concretamente una de la especie Pisaura mirabilis. A esa conclusión llegó un equipo de investigación eslovaco que estudió los machos de esta especie que tiene como parte fundamental de su rito de cortejo regalar presas capturadas a las hembras.
En primer lugar, se analizó la frecuencia con la que los machos llevaban regalos para las hembras en el medio natural. Los datos de campo revelaron un 40% de los machos capturados llevaban un regalo este estaba compuesto de artrópodos frescos. La masa del regalo estaba directamente relacionada con el diámetro de la donación lo que significaba que los machos no intentaban «engañar» al rellenar sus regalos con artículos no comestibles, con aire o al hacer una envoltura de seda holgada. En segundo lugar, se examinó el coste ecológico te tener que transportar el regalo. El peso del regalo implicaba una reducción de la velocidad de hasta el 40%, pero no afectaba al éxito de las luchas de competición entre machos.
Fuente: ScienceDirect
Un sólo fármaco podría ser efectivo contra todo tipo de cánceres
Un grupo de investigadores ha desarrollado un fármaco es capaz de reducir o curar los tumores de mama, ovario, colon, vejiga, cerebro, hígado, y los de de próstata que fueron implantadas en ratones. El tratamiento, un anticuerpo que bloquea la señal de «no comer» que aparece normalmente en las células tumorales, engaña al sistema inmune para evitar que destruyan a las células cancerosas.
Hace una década, el biólogo Irving Weissman de la Universidad de Stanford, descubrió que las células de leucemia producen niveles más altos de una proteína llamada CD47 que las células sanas. Pudieron comprobar que el CD47, también se muestra en células sanguíneas sanas para las que es una especie de salvoconducto que informa al sistema inmunológico, mientras se mueven por el sistema circulatorio, de que no deben ser “comidos”. Los cánceres toman ventaja de este indicador para engañar al sistema inmunológico haciendo que este haga caso omiso de ellos. En los últimos años, el laboratorio de Weissman demostró que el bloqueo de CD47 con un anticuerpo podía curar algunos casos de linfomas y leucemias en ratones gracias a la estimulación del sistema inmunológico que volvía a reconocer las células cancerosas como invasoras.
Obviamente este anticuerpo tambén afecta a células sanguíneas normales, pero el cuerpo las repone rápidamente
Ahora, él y sus colegas han demostrado que el anticuerpo CD47-bloqueo puede tener un impacto mucho más amplio que en leucemias y linfomas.
Según palabras de Weissman “hemos demostrado que, incluso cuando el tumor ya tiene ganada la batalla, es posible vencerlo y prevenir las metástasis”
Fuentes: ScienceDirect y Science
The CD47–SIRPα pathway in cancer immune evasion and potential therapeutic implications
La industria farmacéutica en el cuello de la botella pero hay salida en la informática
Es evidente que es necesario controlar los productos farmacéuticos que salen al mercado. Nadie quiere que pasen cosas como lo de la famosa Talidomida de los años 60 que era una maravilla como sedante cuando se fabricaba en el laboratorio pero al hacerlo industrialmente se convirtió en un agente teratogénico (que provoca malformaciones congénitas). Entonces miles de niños nacieron con malformaciones, tras aquello se estableció la norma de que hubiera un control de los medicamentos tras su puesta en el mercado, es lo que se llama fase cuarta de los estudios clínicos.
A las otras tres hay que añadir una de estudios pre-clínicos, esa que se hace con animales y que si no existiese, mal que les pese a los ecologistas, habría que abandonar el desarrollo de nuevas medicinas. Antes de eso está el desarrollo de la idea, que suele ocurrir en las universidades, y que, cuando ya está lista para entrar en estudios pre clínicos sólo cuenta con una posibilidad entre 5 000 de llegar al mercado. Entre la fase pre-clínica y las tres clínicas se corren enormes riesgos (el producto puede no funcionar con humanos como lo hacía en ratones, pueden aparecer efectos secundarios, a lo mejor no hay manera de fabricarlo industrialmente, etc.), se gastan cientos de millones de euros y se tarda entre ocho y doce años. Luego hay que vender mucho y muy rápido porque quedan sólo ocho o doce años de validez de la patente y luego cualquiera podrá fabricar tu medicina sin tener que pasar por todo el largo y costoso proceso.
Pues bien, con todas las regulaciones, cada vez
más asfixiantes para la industria farmacéutica y la complejidad creciente de los medicamentos la industria cada vez produce menos productos nuevos. Es como si hubiese llegado a un embotellamiento, hay muchos proyectos interesantes pero nadie quiere tomar el riesgo de ponerlos en marcha.
Que el futuro de la industria farmacéutica se encuentra en la medicina personalizada no es ningún secreto. Los médicos se ven obligados muchas veces a hacer el prueba, falla, prueba otra cosa hasta encontrar el medicamento que funcione porque dependiendo de enfermedades, lo que recetan será efectivo como mucho en un 80% de casos. Un análisis genético puede dar información sobre qué medicina funcionará mejor antes de comenzar a probar suerte. El ahorro que eso supondrá en sufrimiento y dinero público tirado en tratamientos ineficaces es lo que está moviendo la industria en esa dirección. Últimamente se han publicado noticias tan sorprendentes como que para el año que viene o así se espera ya que se pueda obtener el genoma completo de una persona en un día y por 1000 dólares.
Este avance tan espectacular se debe, en parte al aumento de potencia de los ordenadores y en mucha mayor parte a las herramientas informáticas que gracias a las nuevas capacidades se han podido crear en conjunción con los nuevos sistemas altamente eficientes que no se habrían creado sin esos sistemas informáticos, de ahí que hasta el año 2005 el aumento en el poder de secuenciación siguiera la ley de Moore y después se disparara.
Una transformación radical está teniendo lugar en el mundo de la tecnología de la información, que promete ser tan significativa y estremecedora de los modelos de negocios existentes como lo fueron las aplicaciones web en la década de los 90 y la virtualización en la primera década del siglo 21. Es un cambio fundamental en las empresas de forma, sus empleados y sus clientes a gestionar, compartir y asegurar las cantidades asombrosas de datos que pasan por sus manos todos los días. Esto hará que se disponga de datos a velocidades más altas, en escalas más grandes ya menor costo que cualquiera podría haber imaginado hace unos años. Es la revolución del almacenamiento 3.0, y está sucediendo ahora mismo. De Xconomy «How Big Data Is Changing Everything»
Hace años, cuando estudiaba biología me decían que mi carrera no tiene salidas. Yo escuchaba aquellos comentarios compungido, pensando en cómo algo tan maravilloso como estudiar la vida podía no servir de nada fuera de la Universidad. Bueno, ahora estoy trabajando en el campo de la biotecnología y me planteo si me interesa más volver a la universidad o desarrollarme en el campo de la propiedad intelectual (patentes, valoración de proyectos, etc.) No me parece que sean pocas las opciones. Me pregunto si todavía seguirán torturando a los estudiantes de ciencias de la vida con aquello de que lo negro que lo tienen. Pues, si a alguno/na le interesa la informática le recomiendo que se meta de cabeza, algunas univesidades como la de Navarra lo ofrecen como estudios de postgrado, otras organizaciones como el Instituto Nacional de Bioinformática ofrecen cursos. La bioinformática está tan solo despegando y no me extrañaría que se convierta en una necesidad apremiante para las empresas, que verán en las nuevas herramientas una salida al cuello de botella
Hasta qué punto puede ser peligrosa la ciencia. La controversia del virus manipulado de la gripe aviar
La revista Nature ha publicado este mes un artículo que pretende arrojar luz sobre la controversia que provocaron dos trabajos, publicados una en esa revista y otro en Science, en los que, de la manera más inocente, se explicaba algo tan tenebroso cómo la manera en que manipulando el virus H5N1 (gripe aviar) se consiguió que fuera transmisible entre mamíferos (en concreto hurones), cuyos contenidos son tan inquietantes que el gobierno de los EE.UU preocupado por la biodefensa de su país intervino y pidió a los editores que ocultaran cierta información de la que contenían . Esto ha hecho que se escriban ríos de tinta sobre la controversia de qué tipo de ciencia debe ser censurado y, cómo censurar la información en documentos que supongan una potencial amenaza de bioterrorismo.
Los dos trabajos en el ojo del huracán fueron llevados a cabo por los grupos de Ron Fouchier del Centro Médico Erasmus en Rotterdam, Países Bajos, y el de Yoshihiro Kawaoka de la Universidad de Wisconsin, Madison, y la Universidad de Tokio Instituto de Ciencias Médicas. Poco se ha revelado acerca de los experimentos Kawaoka presentados a Nature, pero el trabajo de Fouchier es ya un secreto a voces. Fouchier ha presentado sus investigaciones en reuniones científicas y los métodos relativamente simples utilizados por su equipo son bien conocidos por los virólogos.
En la actualidad, el virus H5N1 es un fenómeno estacional en al menos 63 países. Rara vez se transmite de huéspedes animales a personas pero, cuando lo hace, resulta ser extremadamente virulenta, con tasas de mortalidad general de alrededor del 60%. Lo cual es especialmente preocupante si se considera que la población mundial no tiene inmunidad preexistente al virus H5N1, no hay reservas de medicamentos antivirales y no hay certeza de una vacuna fiable en los pocos meses que tomaría una pandemia en expandirse.
En las próximas semanas, aparecerán las versiones censuradas de los documentos sobre el H5N1 en las dos revistas. Los detalles de la secuencia del virus o la ubicación de las alteraciones genéticas serán eliminados de los artículos. Parte o la totalidad de los protocolos experimentales serán también omitidas. Se ha sugerido que científicos acreditados tengan un acceso restringido a las versiones completas de los artículos.
La revista Nature pone varias preguntas sobre la mesa.
La primera es, ¿qué sentido tiene publicar artículos científicos en los que no se habla ni de métodos ni de resultados?
La segunda se refiere a la seguridad informática. La mayoría de científicos usan sistemas de seguridad que a cualquier hacker le parecerían de risa. Si un terrorista sabe que un científico tiene en su poder información valiosa para él, no le costará nada conseguirla, entonces, ¿de qué sirve mantener esa información en secreto?
Y la última es, ¿no sería mejor pensarse antes a qué tipo de investigaciones se destinan el dinero público?
Nature pide, por último, que el debate se lleve con racionalidad para evitar consecuencias como la prohibición del presidente George W. Bush de estudiar las células madre embrionarias y la moratoria de la Unión Europea sobre los cultivos genéticamente modificados.
Fuente: Nature
El sueño de curar las parálisis por lesión medular, cada vez más cerca.
Desde que se comenzó a investigar las aplicaciones que podían tener las células madre en medicina, allá por los años 60, parecía evidente que iban a ser el fundamento de casi cualquier tratamiento médico. En los años 90 ya se sabía lo suficiente como para manipularlas, cultivarlas y, un poco, hasta multiplicarlas. Ahora se puede, no sólo eso, sino mantenerlas indiferenciadas mientras se reproducen, aunque sólo hasta cierto punto e, incluso fabricarlas con métodos de manipulación genética a partir de células diferenciadas (de la piel, nerviosas, del tejido adiposo, etc), las llamadas célula madre pluripotentes inducidas.
Hace ya tiempo que se investiga la posibilidad de usar estas células madre en personas que han perdido la movilidad por un accidente o enfermedad en el que, como consecuencia, la médula espinal les ha sido dañada.
Los primeros experimentos con ratones fueron muy prometedores, inyectarles las células madre les devolvía, parcialmente la movilidad pero una gran diferencia con las personas es que a aquellos ratones se les había cortado la médula e, inmediatamente inyectado las células madre.
En las personas que han quedado para o tetrapléjicos por daño de la médula espinal el tiempo juega en su contra. Desde el momento del accidente el cuerpo reacciona intentando curar la herida, enviando células de defensa que recojan los restos de células muertas, que destruyan cualquier bacteria que pueda haber entrado por las cercanías, inflamando la zona y cicatrizando la herida.
Un grupo de investigadores italianos ha publicado un prometedor trabajo en el que describen un tratamiento mediante el cual pretenden, revertir el proceso de cicatrización e inflamación mediante una serie de sustancias químicas, embebidas en un hidrogel, que se liberarían lentamente y en cierto orden suponiendo una ayuda inestimable a las terapias con células madre que tan bien funcionan en ratones.
Multiple drug delivery hydrogel system for spinal cord injury repair strategies.
Cibervórtice 