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4
noviembre

La ciencia de lo (e)nano

La nanotecnología es uno de los campos punteros de la ciencia en la actualidad. Dicen que va a producir una revolución con las supuestas casi infinitas aplicaciones que le atribuyen.

La nanotecnología podemos definirla como la tecnología de lo “nano”. Nano se refiere al nanómetro (10-9 m), a la mil millonésima parte del metro o a la millonésima parte del milímetro. Por otro lado, tecnología sabemos todos lo que es. Entonces nanotecnología es la capacidad para observar, producir, construir y manipular objetos pequeñísimos. Hablaríamos entonces, por poner un ejemplo, de nanochips de memoria capaces de contener la información de los volúmenes  la biblioteca nacional en un punto imperceptible.

Cartel de la elícula Viaje Alucinante y escena de Los Simpons parodiando la película (hasta en esa serie se ha tratado el tema de Nanotecnología... su importancia debe tener)

Cartel de la película Viaje alucinante y escena de Los Simpons parodiando la película. La nanotecnología en ambos casos fue usada para solucinar un problema médico introduciendo una nave nano (y tripulación) en el cuerpo del paciente

El ADN también es un objeto natural nano, su grosor es de 2 nanómetros. Una secuencia de 10 pares de bases tiene una longitud de 3,4 nanómetros.

Hasta el momento, manipulamos el ADN de forma físico-bioquímica y normalmente utilizamos ADN en grandes cantidades, aunque sean picomoles. El acceso a una sola molécula de ADN de forma directa nos está hoy técnicamente vedado si no hacemos millones de réplicas de la misma a través de la técnica de la PCR. No tenemos acceso al ADN de una o varias células entremetidas en la inmensidad de células que forman los tejidos u órganos corporales in vivo. En la actualidad tenemos que manipular el ADN de células especializadas o bien embrionarias o madre adulta siempre fuera del contexto natural (in vitro).

Con la nanotecnología se acabarían estos problemas y, en teoría, podríamos modificar el ADN celular allí donde fuese necesario (in situ e in vivo) introducir una reparación a través de algún artilugio nano.

Es algo parecido a lo que sucedía en la película de ciencia ficción Viaje alucinante (basada en la novela del mismo título de Isaac Asimov). En ella, un submarino es reducido de tamaño con un rayo reductor, con tripulantes incluidos, e introducido a través de una jeringuilla en el torrente circulatorio de un paciente para que, a través de él, acceder y reparar una lesión cerebral del mismo; un submarino nanotecnológico.

Hoy día no necesitamos un rayo reductor. Los avances nanotecnológicos nos permitirán construir el nano-submarino con piezas nano porque ya hemos empezado a manejar y manipular  átomos sueltos.  Sino, vean quién ha ganado el premio Nobel de Química del 2016, tres científicos que se ha sumergido en el mundo de lo nano y ya han hecho sus pinitos creando máquinas moleculares.

nobel_price_2016Si echamos la imaginación a volar y tiramos también de lógica, una nanomáquina (en nuestro caso, un hipotético nanosubmarino reparador de mutaciones de ADN) debe tener tres características indispensables para que sea factible:

  • Una “coraza” para que a su paso por los diferentes “tubos” por los que sería introducido en el cuerpo, no fuese dañado y hundido antes de llegar a su objetivo.
  • Un “localizador del objetivo”, es decir, una señal para reconocerlo y poder excluir lo que no es el objetivo.
  • Un “torpedo” lo suficientemente potente para introducirlo en el objetivo (el núcleo de unas células específicas de un órgano, por ejemplo).

En los enlaces indicados a continuación podemos apreciar diferentes aplicaciones de la utilización de nanopartículas en biomedicina, pero con imaginación ya veis que se puede recrear la inmensa cantidad de aplicaciones que la nanotecnología puede proporcionarnos.

http://www.agenciasinc.es/Noticias/Nanoparticulas-para-combatir-enfermedades-infecciosas

http://www.elmundo.es/ciencia/2013/11/29/52989d2961fd3d67558b4579.html

http://www.elmundo.es/salud/2013/12/11/52a8c02461fd3d7f2a8b4578.html?a=e1017c79219ff622f70c967f089b38f1&t=1386841940

http://www.solociencia.com/2014/02/03/obtienen-nanocapsulas-con-actividad-antitumoral-en-lineas-celulares-de-cancer-de-mama/

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6
octubre

Nobel de Medicina 2016: Yoshinori Oshumi

El 3 de octubre, Yoshinori Oshumi (Japón, 1945) recibió el Premio Nobel de Medicina o Fisiología otorgado por el Instituto Karolinska de Suecia, ya que ha dedicado sus investigaciones desde hace dos décadas a elucidar el mecanismo de autofagia y los genes relacionados con él.

La autofagia es un sistema de destrucción y reciclaje de componentes celulares que le permiten a la célula eucariota la supervivencia en condiciones de estrés o daño (falta de nutrientes, por ejemplo). Consiste en englobar parte del citoplasma y el componente a degradar en una membrana lipídica que luego se fusiona con los lisosomas, los cuales  poseen las enzimas para su destrucción.

ct1wdlhxgaafogb-jpg-largeOshumi entró de lleno en la investigación de la autofagia teniendo como base los hallazgos de Christian de Duve, (Nobel de Medicina, 1974) que descubrió los lisosomas cuando estaba siguiéndole la pista a una de las enzimas que contiene este orgánulo. Posteriormente, con organismos modelo como ratas y ratones se observó que en el hígado de estos animales se secuestraban porciones de citoplasma y se degradaban ciertas estructuras cuando había un aumento de la enzima glucagón (se libera cuando hay poca glucosa en sangre, la cual es necesaria para dar energía a las células), o cuando aumentaba su exposición a sustancias tóxicas. Así fue como se empezó a conocer la autofagia (término acuñado por C. de Duve), y en qué condiciones se daba este proceso celular.

Poco a poco se vio como la autofagia existía tanto en eucariotas unicelulares como en pluricelulares: es un mecanismo conservado evolutivamente… pero genética y bioquímicamente desconocido hasta que Oshumi se puso al tema.

Oshumi y su equipo entran en juego en los 90s, usando el organismo modelo  Sacharomyces cerevisae. Eligió ciertas cepas mutadas de la levadura que no producían las proteasas que contienen las vacuolas (homólogas a nuestros lisosomas), comprobando que los autofagosomas aumentaban en número dentro de las vacuolas cuando se sometía a las células a condiciones de estrés nutricional. A estas mismas cepas mutadas les indujo mutaciones al azar y de esta forma encontró al primer gen involucrado en la autofagia, APG1. Sin la proteína Apg1, la autofagia no  existía y el mutante que no producía esta proteína perdía la viabilidad rápidamente. Este gen junto con APG13 (descubierto junto con otros 13 más, un total de 15) son los que regulan el inicio de la autofagia.

Morfología de las vacuolas en una célula de levadura de una cepa deficiente en proteasas en un medio carente de nitrógeno. AB, autofagosoma; V, vacuola. Takeshige et al (1992)

Morfología de las vacuolas en una célula de levadura de una cepa deficiente en proteasas en un medio carente de nitrógeno. AB, autofagosoma; V, vacuola. Takeshige et al (1992)

Una vez descubiertos los genes, decidió averiguar la función de cada una de las proteínas que codificaban, y así construir el mecanismo de autofagia. Para ello utilizó una “librería” de Sacharomyces (una especie de “biblioteca de genes” donde están todos los genes clonados de la levadura), y caracterizó la función de cada uno de los 15 genes.

Oshumi también fue el primeo en encontrar los genes homólogos en mamíferos, utilizando esta vez ratones knockout (ratones modificados genéticamente en los que se inactiva el gen que se quiere estudiar mediante bloqueo).

Poco apoco se fueron descubriendo en otros organismos más genes relacionados con la autofagia, y cada uno le ponía a sus genes un nombre diferente. Como era un embrollo, se tomó la decisión  de unificar los nombres de los genes homólogos llamándoles ATG (AuTophaGy-related).

La investigación en autofagia se disparó tras los avances de Oshumi, pues es un mecanismo celular esencial que se mantiene siempre en un nivel basal y se incrementa en ciertas circunstancias, y no sólo en condiciones de estrés, sino también en aspectos como la diferenciación celular y el desarrollo embrionario. La autofagia también tiene un papel protector en cuanto a enfermedades relacionadas con la edad, como las neurodegenerativas y con otras enfermedades que influyen en el sistema nervioso (fallos en el sistema de autofagia o en la expresión de algún gen relacionado con ella puede provocar malformaciones cerebrales, epilepsia, retraso del desarrollo…). También se ha relacionado con el cáncer, ya que ciertas mutaciones en el gen homólogo humano a ATG6 (BECN1) están presentes en cáncer de mama y de ovario. Y no nos quedamos ahí, pues también hay un tipo de autofagia, la xenofagia, que elimina bacterias y virus patógenos del interior de la célula, activando la respuesta inmunitaria.

nobel_prize_medicine_2016Por todo esto (y por más razones) saber qué genes y qué mecanismo molecular interviene en la autofagia ha sido un gran avance en Medicina, pues está proporcionando y proporcionará nuevas vías de estudio para comprender y buscar el tratamiento de numerosas enfermedades.

Aunque Francis Mojica y su CRIPSR también estaban nominados al galardón (y no se lo ha llevado ni en la categoría de Química), Oshumi es un claro merecedor del Nobel, ¿no creéis?

Mucho trabajo detrás… y muchas aplicaciones por delante

Links de interés (páginas en inglés):

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2016/press.html

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2016/advanced-medicineprize2016.pdf

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25
julio

Rosalind Franklin y el ADN

Hace 95 años un día como hoy nació  Rosalind Franklin, la mujer que realizó la famosa «Fotografía 51», clave para que James Watson y Francis Crick establecieran en 1953 la hipótesis de la estructura helicoidal del ADN.

Rosalind Franklin nació el 25 de Julio de 1920 en Londres, Inglaterra. Desde pequeña se interesó por la investigación y se graduó en la Universidad de Cambridge en 1941. Realizo estudios de microestructuras del grafito y del carbón que posteriormente serían la base para su Doctorado en Química Física.

Después de unos años trabajando en París técnicas de difracción de rayos X, Rosalind vuelve a Inglaterra y se convierte en investigadora del laboratorio de John Randall. Aquí coincide con Maurice Wilkins que estaba realizando estudios sobre el ADN. La relación entre ambos fue muy difícil, debido a que Wilkins ya había identificado en una fotografía los ácidos nucleicos y no estaba dispuesto a tener competencia dentro del laboratorio y menos si se trataba de una mujer.

Rosalind siguió realizando sus investigaciones y realizo una serie de fotografías, encontrando en la número 51 una estructura en forma de X , que revelaba la inconfundible estructura del ADN en forma de hélice.

En 1951 un joven James Watson acude a una clase que da Rosalind, donde expone sus investigaciones y experimentos. Rápidamente se pone a trabajar con F. Crick y comienzan a plantear cómo sería la estructura del ADN. Un día invitan a Rosalind y a Wilkins para que conociesen su propuesta de posible estructura para el ADN y Rosalind echó por tierra sus argumentos.

Transcurridos dos años, un día Wilkins se reúne con Watson y Crick; y sin permiso de Rosalind, les enseña la fotografía 51. En cuanto la vieron la «bombilla se iluminó», no cabía duda, el ADN se estructuraba helicoidalmente. Los resultados de este hallazgo se publicaron de manera inmediata en la revista Nature. Por si esto no fuera poco, Wilkins decidió enseñar un informe de la propia Rosalind a su jefe John Randall, que se lo entregaría posteriormente a Watson y Crick.

En resumen ella se encargo de realizar el trabajo «sucio» y se quedó sin el mérito. Decimos esto porque en 1962 J.Watson, F.Crick y M.Wilkins recibieron el premio Nobel de Fisiología y Medicina. Es justo decir que no se lo podían entregar a Rosalind porque había fallecido 4 años antes y no se entrega a título póstumo, pero ninguno la mencionó en su discurso. Sería años después cuando otros autores empezaron a mencionarla como parte fundamental de ese descubrimiento.

El Dr. Lynn Osman Elkin escribió: » Hubo suficiente gloria en el trabajo de los cuatro como para que pudiera ser compartida».


En un día como hoy 25 de Julio, día de Galicia, desde DNA didactic queremos rendir un pequeño homenaje a esta excepcional mujer y reconocerle la importancia que se merece en el que se considera el descubrimiento médico más importante del siglo XX.

Fotografía 51

Fotografía 51

 

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