Descifrando el párkinson

Nunca un nombre fue tan conocido y desconocido a la vez… Es pronunciarlo y nos cambia la expresión. Todos esperamos que no nos toque, pero la realidad es que el párkinson afecta a entre 8 y 18 personas de cada 100.000 habitantes¹. Si este número ya es escalofriante, es probable que la cifra sea incluso mayor al tratarse de una enfermedad difícil de detectar y, por tanto, infradiagnosticada. 

¿Cómo se detecta el párkinson? Rápidamente nos viene a la cabeza el temblor característico de los pacientes, pero… ¿esto es todo lo que padecen los afectados? No. Lamentablemente, el párkinson es mucho más grave que eso. La enfermedad de Parkinson es una enfermedad neurodegenerativa en la que, como tal, se produce la muerte de neuronas. Sobre todo, desaparecen las que liberan dopamina (un neurotransmisor que permite a las neuronas comunicarse entre sí), localizadas en una zona del cerebro llamada sustancia nigra. Cuando la dopamina desaparece, la sustancia nigra no puede mandar señales al estriado, una región del cerebro fundamental para controlar la coordinación del movimiento. Como resultado, los pacientes sufren temblores en reposo, lentitud en los movimientos, rigidez muscular y no pueden controlar la postura. Si esto no fuera suficiente, el 30% de los pacientes también acaba sufriendo demencia y el 50% depresión.

   

A la izquierda se muestra la localización de la sustancia nigra en el cerebro. A la derecha aparecen imágenes de secciones de cerebro en la que se muestra la sustancia nigra en enfermos de párkinson y sanos. La flecha marca la pérdida de sustancia nigra.

¿Existe algún tratamiento? Como los pacientes no pueden sintetizar dopamina, el primer tratamiento que nos podríamos plantear sería darles esta molécula. El problema es que el cerebro es un sitio especialmente protegido por una barrera que no permite el paso de cualquier sustancia. Por eso no se administra directamente dopamina, sino una molécula que puede atravesar esta barrera llamada levodopa o L-DOPA, que se convierte en dopamina ya en el cerebro. El inconveniente es que esta terapia sólo es sintomática: al tener dopamina, vuelven a funcionar los circuitos neuronales y se alivian los síntomas, pero las células que originalmente la generan siguen muriendo y la enfermedad sigue progresando. El paciente está obligado a tomar L-DOPA siempre, y al final deja de responder a ella. A largo plazo es, por tanto, un tratamiento ineficaz. Esto ha puesto de manifiesto la necesidad de desarrollar otras terapias como la  estimulación cerebral profunda, que os mostramos en la noticia de esta semana:

 

Crédito: Canal ANTENA 3 de Televisión (A3TV).

En la estimulación cerebral profunda, al paciente se le ponen electrodos en el interior del cerebro (lo que implica hacer una incisión en la cabeza, ¡algo que no está libre de riesgos!) y se van dando descargas eléctricas para estimular las conexiones neuronales en esta región afectada. En este vídeo, podéis ver el testimonio de pacientes en los que se ha empleado esta tecnología y la clara mejoría en los síntomas que experimentan. 

Y sin embargo, de nuevo nos encontramos con los mismos problemas que con el tratamiento anterior: las células de la sustancia nigra siguen muriéndose. Como cuenta María José Catalán, neuróloga del Hospital Clínico San Carlos: “No es un tratamiento curativo, ni enlentecedor del proceso, sólo reduce los síntomas”. No estamos tratando la enfermedad, solo poniendo un “parche”. 

 El principal problema del párkinson es que la enfermedad se detecta muy tarde, ¡cuando ya se han muerto más del 80% de las neuronas! Esto hace que la terapia esté mal enfocada: vista la magnitud de neuronas ya muertas, no nos queda más que dar tratamientos paliativos. Pero, ¿y si fuera posible una detección temprana, antes de que se produzcan los síntomas? Si descubrimos el desencadenante, ¿podríamos evitar la muerte de las neuronas? En este punto es donde los investigadores están centrando los esfuerzos.

Pongámonos en situación. Para poder estudiar el desarrollo del párkinson, necesitamos saber qué se modifica en las células de la sustancia nigra de los pacientes, es decir qué es diferente en comparación con las células de esta zona en una persona no enferma. El problema es que no podemos acceder a ellas porque están en zonas muy profundas del cerebro.

¿Cómo podemos superar esta limitación? Aquí entran en escena las células madre pluripotentes inducidas (iPSC), un descubrimiento que ha revolucionado la biomedicina por completo. Son células con características de células madre ^2,3 que se pueden obtener en el laboratorio modificando simples células de la piel por ejemplo, fácilmente accesibles. Evitamos usar células madre de embriones y los problemas éticos que ello pueda suponer, pero además, como las células vienen del paciente, se conservan las alteraciones que causan la enfermedad. Al igual que ocurre con las células madre embrionarias, a partir de estas iPSC es posible generar cualquier tipo de célula que queramos: células musculares, cardiomiocitos, células de la piel, ¡y neuronas!. De esta manera, podemos obtener neuronas productoras de dopamina de la sustancia nigra con las modificaciones causantes de párkinson, y si las comparamos con neuronas normales podríamos obtener información acerca de qué causa esta enfermedad, cuáles son los primeros cambios que se producen cuando alguien empieza a desarrollar párkinson, podremos estudiar nuevos fármacos… En otras palabras, ¡solo a partir de estas células podríamos idealmente identificar la causa del párkinson, hacer un diagnóstico precoz y mejorar el tratamiento! Increíble, ¿verdad?

Elaboración propia a partir de 1,2,3. 

Pero ¡ojo!, todavía quedan cosas por solucionar. Se han generado neuronas a partir de las iPSC, sí, pero ¿las neuronas aisladas se van a comportar igual que dentro del cuerpo?, ¿hay señales que vienen de otras células distintas que afectan? ¿cómo conseguimos reproducir el posible efecto del medio ambiente (alimentación, tabaco,...) en el desarrollo de la enfermedad en estas células? Es incuestionable la gran aportación de este modelo al estudio de muchas enfermedades, pero nunca debemos olvidar las limitaciones que tiene. Queda un largo camino por recorrer para curar el párkinson, aunque poco a poco será cada vez más corto…

Fuentes

1. Página Web NueroWikia
2. Página web EuroStemCell
3. Página web Stem Cell Network
4. Vídeo de UTTV San Diego sobre proyecto con iPSC en párkinson

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Aquí hay tomate… transgénico

Tras nuestro paso por la fría Rusia la semana pasada, hoy volvemos a una televisión un poco más conocida: la estadounidense. Y es que, hace unas pocas semanas, el programa Jimmy Kimmel Live! emitió un reportaje que, cuanto menos, reflejó en clave de humor la falta de conocimiento acerca de los celebérrimos OGM (Organismos Genéticamente Modificados), GMO en sus siglas en inglés.

¿Hasta qué punto modificar un organismo genéticamente tiene consecuencias en su consumo? ¿En qué consisten exactamente esas alteraciones genéticas? ¿Pueden de verdad afectarnos a la salud?

No sabemos si la gente de este vídeo representará a la totalidad de la población de EEUU o simplemente está editado, pero parece que la posición general acerca de estos productos es en contra... aún sin tener muy claro qué es un OGM:

Crédito: el programa Jimmy Kimmel Live! es una producción de Jackhole Productions en asociación con ABC Studios.
Transcripción y traducción propias.

Un Organismo Modificado Genéticamente (OGM) es, ni más ni menos, un organismo al que se le han introducido cambios en su genoma (el ADN) mediante técnicas de ingeniería genética. Esto implica que no sólo son posibles productos de los que podemos alimentarnos, sino que puede haber muchos OGM, muchísimos: desde plantas de algodón para nuestras camisetas hasta bacterias microscópicas, pasando por peces de acuario y virus.

¿Y cuál es el objetivo de todo esto? Algo tan simple como mejorar ciertas capacidades de un organismo o introducir una nueva propiedad en estos. Actualmente, la ingeniería genética puede conseguir verdaderas virguerías. Introducir genes de unos organismos en otros, aumentar la producción de determinada proteína o directamente eliminar un gen son sólo algunos de los muchos ejemplos. Y todo ello puede repercutir en campos como la economía, la sanidad o el bienestar social.

Si bien los primeros OGM (en los años 70) se destinaron a la investigación biomédica, pronto esto pasó a otras áreas. En pocos años se consiguieron plantas resistentes a plagas y más productivas, y con el tiempo sus usos se han ido ampliando cada vez más: los OGM han dado lugar ya a la terapia génica, la creación de animales resistentes a enfermedades o la obtención de peces fluorescentes, entre otros.

Peces de colorines, a los que se les ha introducido proteínas fluorescentes como GFP (procedente de la medusa bioluminiscente Aequorea victoria). Fuente: GloFish.

Sin embargo, no fue hasta el final del siglo XX cuando el debate acerca de estos organismos se intensificó. En 1998, el científico Arpad Pusztai publicó un estudio en el que concluía que los vectores introducidos en los cultivos OGM podían afectar a la mucosa del tracto intestinal y producir efectos biológicos de gran alcance. Pero lo que más repercusión tuvo fue que Pusztai adelantó estos resultados a los medios de comunicación generales, lo que desarrolló una fuerte polémica. Esto quedó reflejado en las numerosas cartas y comentarios que muchos investigadores escribieron a revistas científicas de prestigio ofreciendo su opinión¹.

Tal ‘revolución’ llevó a que Pusztai fuera temporalmente apartado de sus investigaciones (hoy en día es consultor y da charlas sobre este tema, reflejado en artículos como éste), pero no a un aumento de la investigación sobre los posibles efectos adversos de los alimentos genéticamente modificados en la salud humana. En varias publicaciones^1,2 se concluía, un par de años después, que no hay suficientes estudios experimentales, sólo mucha gente vertiendo su opinión al respecto.

Los tomates Flavr Savr fueron el primer producto genéticamente modificado que se comercializó. La enzima poligalacturonasa es la encargada de degradar las paredes celulares, haciendo que los tomates se vean ‘pochos’. Al impedir la expresión de esta proteína, se consiguió ralentizar la maduración del tomate y darle una vida más larga para que pudieran ser comercializados incluso en lugares lejanos. Fuente: Genetics Blog Assignment.

¿Y cómo está la situación ahora? Pues parece que mucho no ha cambiado. Sigue sin existir ninguna publicación con revisión por pares acerca de estudios clínicos de los efectos de estos alimentos en la salud humana³. Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) afirma que todos los productos transgénicos que hay hoy en día en el mercado han pasado controles de seguridad y no es probable que presenten riesgos para la salud humana. No se ha observado ningún efecto en la salud humana como resultado de su consumición en los países en los que han sido aprobados.

Con todo esto, parece que la mayor inquietud (y la polémica) en torno a estos organismos es cómo podría afectar su consumo a la salud humana. Sin embargo, no hay que olvidar que los OGM ya están teniendo consecuencias, y buenas, en la actualidad. Sin ir más lejos, en el campo de la salud, la insulina que usan casi a diario miles de personas diabéticas se produce en bacterias a las que se ha introducido el gen que codifica para esta proteína. Lo mismo pasa con el factor de crecimiento para tratar algunos tipos de enanismo o los factores de coagulación para personas hemofílicas.

Pero si lo que interesa es la alimentación, el maíz Bt, del que España es el primer país europeo en plantaciones, está diseñado para ser resistente a la plaga del taladro, un insecto que acaba por matar a la planta. Otro ejemplo es el Golden Rice (arroz dorado), aún en fase de pruebas. Los granos de este tipo de arroz contienen beta-caroteno, un precursor de la vitamina A, lo que podría convertirse en una solución para aquellas regiones cuya dieta carece de esta vitamina.

En los últimos tiempos, la postura anti-transgénicos está sumando cada vez más adeptos. Sus argumentos se fundamentan en que dicen que no existen garantías de su inocuidad, tienen efectos ambientales negativos y producen contaminación genética. Sin embargo, como ya hemos mencionado, no se ha producido ningún efecto por la consumición de los alimentos transgénicos aprobados en todos estos años. ¿Qué piensas tú? ¡Déjanos un comentario para hacernos saber cuál es tu opinión al respecto!

Fuentes:

1. Domingo Roig, J. L.; y Gómez Arnáiz, M. (2000). Riesgos sobre la salud de los alimentos modificados genéticamente: una revisión bibliográfica.  Rev Esp Salud Pública. 74: 255–261. http://dx.doi.org/10.1590/S1135-57272000000300003
2. Pryme, I. F.; y Lembcke, R. (2003). In Vivo Studies on Possible Health Consequences of Genetically Modified Food and Feed—with Particular Regard to Ingredients Consisting of Genetically Modified Plant Materials. Nutr Health. 17 (1): 1–8. http://dx.doi.org/10.1177/026010600301700101
3. Maghari, B. M.; y Ardekani, A. M. (2011). Genetically Modified Foods and Social Concerns. Avicenna J Med Biotechnol. 3(3): 109–117. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3558185/pdf/AJMB-3-109.pdf
4. Biography of Rudolf Jaenisch en la página web oficial de PNAS. Consultado el 28 ocutbre de 2014 en http://www.pnas.org/content/101/39/13982.full 
5. Frequently asked questions on genetically modified foods en la página web oficial de la OMS. Consultado el 28 de octubre de 2014 en http://www.who.int/foodsafety/areas_work/food-technology/faq-genetically-modified-food/en/

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¿Quieres otro cerebro? Fabricando órganos en el laboratorio

Si hay algo de lo que sentirnos orgullosos en España, deporte aparte, probablemente sea nuestra solidaridad como donantes de órganos. Llevamos 23 años como líderes mundiales en este acto voluntario, gratuito y altruista. Echando cuentas, hay 33,3 donantes por cada millón de españoles. Este dato casi duplica a la media de la UE (19,5), pero sigue siendo francamente bajo (El País). Se puede dar una segunda vida a muchos de nuestros órganos, incluyendo los riñones, el hígado, el corazón, el páncreas y los pulmones, así como piel, médula ósea y, por supuesto, sangre. Con todo, miles de enfermos siguen muriendo sin poder escapar de las listas de espera¹. 

Crédito: Russia Today (RT). Vídeo disponible en Youtube. Subtítulos propios con Amara. 

Esta semana os traemos una noticia de la cadena rusa RT que nos lleva de viaje al futuro. La llamada “medicina regenerativa” está aprendiendo (entre otras muchas aventuras) a generar mini-órganos en el laboratorio, aunque están aún lejos de reemplazar las donaciones. Nos ayudaría a entender como nunca el funcionamiento de estos órganos, pero también sería una herramienta espectacular para diagnosticar y tratar enfermedades. Y sin embargo, ¿es ciencia ficción o realidad? ¿Podemos generar cerebros en el laboratorio? ¿Cerebros enormes? ¿Y algún otro órgano? ¿Para qué sirven? ¿Son una alternativa real a las donaciones? Lo explicaremos dando un paseo por los últimos avances en biomedicina, un área de la ciencia que probablemente será determinante en el futuro de nuestra sociedad. ¡Acompañadnos!

Tres ejemplos destacados de “organoides” o mini-órganos que se han generado en los últimos años: cerebro, hígado e intestino. Elaboración propia a partir de Ranga et al., 2014⁴.

Hoy por hoy se han conseguido generar “organoides” modelo de cerebro, probablemente lo más sonado en los medios, pero también de intestino, páncreas, corazón e hígado. La idea es sencilla: aislar unas pocas células madre y dejarlas crecer en un medio de cultivo 3D³ (no ya en una placa bidimensional como las que se usan habitualmente) en las condiciones adecuadas hasta conseguir estos organoides, "equivalentes" a pequeños órganos. Los detalles técnicos son de todo menos simples, porque cada paso es exquisita y desesperantemente delicado. Al final del proceso, el resultado es un órgano en miniatura que expresa los genes que le tocan, pero dista mucho aún de lograr el tamaño del órgano que imita, y no consigue funcionar más allá de pequeñas tareas⁴. Es decir, los organoides de cerebro obtenidos ni son gigantes ni pueden ser trasplantados. O no todavía. Pese a todo, en los próximos párrafos os demostraremos que esta tecnología tiene un tremendo potencial. 

Entender nuestro cuerpo, “en la salud y en la enfermedad” 

Se pueden utilizar estos modelos 3D para estudiar, por ejemplo, el cáncer: el crecimiento del tumor y la angiogénesis, es decir, la formación de nuevos vasos sanguíneos que el propio tumor dispara para asegurar que le llegan nutrientes para seguir creciendo desbocado⁴. 

Otro caso, volviendo al cerebro, son las enfermedades neurodegenerativas: Se pueden generar organoides de distintas regiones de este órgano tan complejo. También se están usando para entender la microcefalia, un trastorno embrionario en el que nuestro cerebro no llega a alcanzar un tamaño normal³. 

Puesta a punto de fármacos: del laboratorio a la farmacia 

En la larga carrera de obstáculos que implica la salida al mercado de un medicamento, se pasa normalmente por una primera fase en la que se prueban millones de compuestos sobre células en cultivo. De esos, sólo unos pocos pasan las sucesivas cribas hasta ser ensayados en animales de experimentación y, más tarde, en humanos, antes de poder llegar a nuestras farmacias. Los organoides podrían irrumpir en las fases intermedias, permitiendo estudiar factores como toxicidad o interacciones metabólicas de cada potencial fármaco, y agilizar así todo el proceso^2,4. 

Tratamiento de enfermedades 

Vamos a ver un ejemplo real interesante. Como os decíamos, se han conseguido generar también organoides de intestino, donde a partir de una única célula del intestino delgado de un ratón, en 14 días se obtienen criptas intestinales indistinguibles de las naturales. Las criptas son unas estructuras que permiten la absorción de los nutrientes, fenómeno que en situaciones como las colitis no funciona como debe (y por eso adelgazamos). Si estas criptas generadas en el laboratorio se trasplantan a un ratón con colitis aguda, las nuevas criptas consiguen insertarse en el intestino del receptor y este ratón vuelve a ganar peso al cabo de los días. Estos organoides se podrían utilizar, por ejemplo, para tratar la enfermedad de Crohn, una inflamación digestiva que impide la asimilación de los alimentos (con dolor abdominal, cólicos, pérdida de peso…)⁵. 

Izquierda: La cripta generada en laboratorio (que los investigadores transformaron en verde para poder distinguirla de las del ratón receptor –grises–, no es que el ratón donante sea familia de Hulk) se integró en el intestino del receptor. Derecha: ¡El ratón receptor recuperó el peso que había perdido gracias al trasplante! DSS es la sustancia que, al beberla, había provocado al ratón la colitis. Modificado a partir de Yui et al., 2012⁵ (ratón prestado de Wikipedia).

En conclusión, aunque técnicamente muy complejos de generar, los organoides van camino de constituir una tecnología sin precedentes para estudiar las enfermedades humanas y la respuesta a fármacos. Decidnos que no es impresionante.

Fuentes

1. Generalidades y datos sobre donación de órganos: El País (cifras de donantes), Institutos de Salud de EE.UU. (NIH), Organización Nacional de Trasplantes (ONT).
2. Astashkina, A., & Grainger, D. W. (2014). "Critical analysis of 3-D organoid in vitro cell culture models for high-throughput drug candidate toxicity assessments". Advanced Drug Delivery Reviews, 69-70, 1–18. doi:10.1016/j.addr.2014.02.008 
3. Hattori, N. (2014). "Cerebral organoids model human brain development and microcephaly". Movement Disorders, 29(7467), 185–185. doi: 10.1002/mds.25740 
4. Ranga, A., Gjorevski, N., & Lutolf, M. P. (2014). "Drug discovery through stem cell-based organoid models". Advanced Drug Delivery Reviews, 69-70, 19–28. doi: 10.1016/j.addr.2014.02.006 
5. Yui, S. et al. (2012). "Functional engraftment of colon epithelium expanded in vitro from a single adult Lgr5+ stem cell". Nature Medicine, 18(4), 618–623. doi: 10.1016/j.addr.2014.02.006 

Agradecimientos | Agradezco a Diogo Maia E Silva (estudiante en Faculdade de Medicina de Lisboa) por haberme pasado el artículo de Ranga et al., que fue el señuelo desde el que empecé a aprender sobre estos temas.

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ADN: la molécula que deja huella

Crédito: LaSexta Noticias. 

¿Quién no ha visto una serie policíaca sin que aparezcan las famosas pruebas genéticas? ¿Cuándo se desaprovecha en la tele la oportunidad de decir que se tienen evidencias de ADN contra un sospechoso? Conozcamos o no la base científica de las técnicas implicadas, todos parecemos tener claro que cuando el ADN sale a escena ya no hay nada que esconder, y que constituye una prueba fiel e irrefutable.

En numerosas ocasiones hemos oído que las diferencias genéticas entre individuos son solo del 0,1%. Teniendo en cuenta que nuestro ADN contiene 3.000 millones de pares de nucleótidos (¡unos 2 metros de ADN empaquetados en una sola célula!)... ¿No es esto buscar una aguja en un pajar? En efecto, parece increíble y complejo que acudamos a la genética para buscar aquello que nos distingue y nos hace únicos. El secreto es qué buscamos y cómo lo hacemos. 

El pasado septiembre de 2014 se cumplieron 30 años desde que el genetista británico Alec Jeffreys desarrollase la denominada “huella genética” (DNA fingerprint o perfil genético) en la Universidad de Leicester (Reino Unido)¹.

A la izquierda Alec Jeffreys, que ideó la huella genética en 1984. A la derecha el logotipo de la base de datos CODIS del FBI, que almacena actualmente más de 10 millones de perfiles genéticos criminales. Extraído de 6 y 7. 

Esta técnica se basa en la ordenación por tamaño de una serie de secuencias que son regiones cortas del ADN de 2 a 6 pares de nucleótidos repetidas una detrás de otra un determinado número de veces (normalmente menos de 50). Por esta razón, se conocen como STRs (del inglés short tandem repeats, pequeñas repeticiones en tándem)², aunque también se denominan microsatélites. Los STRs se caracterizan por su gran polimorfismo en comparación con otras regiones del genoma, es decir su tamaño es muy variable entre individuos: cada uno de nosotros tiene un número concreto de repeticiones de estas unidades que le caracteriza y distingue del resto.

La clave reside en que cada progenitor aporta un 50% de esta huella genética³. ¿Esto qué significa? Veamos un ejemplo: si mirásemos una secuencia STR determinada y una persona tuviera esa unidad repetida 8 veces en un cromosoma y 15 veces en el cromosoma homólogo, uno de sus padres tendría entonces 8 repeticiones, y 15 el otro progenitor. Esto es la base de las pruebas de paternidad.
En investigación criminal se analizan varios STRs a la vez en una muestra de ADN obtenida del lugar de los hechos (pelo, huesos, saliva, semen, etc.) y se busca coincidencia en cuanto al número de repeticiones con los STRs de los sospechosos. Allá va cómo se hace...

Una pregunta muy razonable es cómo se ve, macroscópicamente hablando, el número de veces que se repite una secuencia STR si tiene un tamaño tan pequeño (de nanómetros para ser exactos, es decir, un millón de veces menos que un milímetro).
Tras purificarse el ADN de la muestra⁴ hay una etapa fundamental: la reacción de PCR. La PCR o reacción en cadena de la polimerasa⁵ es una técnica de biología molecular que permite, partiendo de una cantidad muy pequeña de ADN, obtener muchas copias de la misma (más de mil millones) en unas pocas horas. Para la generación de huellas genéticas se emplea una variante denominada PCR múltiple, que permite aumentar la cantidad de distintos fragmentos de ese ADN (que contienen los STRs) de forma simultánea.
Una vez se tiene cantidad suficiente de los fragmentos de ADN que se desea analizar, se separan en un gel, en el que quedan situados por orden decreciente de tamaño (los que tengan más repeticiones estarán por encima de los que tengan menos).
Estos STRs se visualizan como bandas en el gel mediante fluorescencia (se irradia con un láser y el fragmento emite luz, de un color distinto para cada STR). Esta es una de las razones por las que es necesario generar muchas copias del material genético de partida mediante PCR, ya que de lo contrario no tendríamos intensidad suficiente para observar las bandas de los fragmentos en el gel.

Dibujo esquemático de un gel en el que se analizan 3 STRs distintos (los llamaremos rojo, azul y verde) en 3 sospechosos (individuos A, B y C). Como se ha explicado, se obtiene un patrón de bandas fluorescentes (2 para cada STR o color, pues recordemos que una se hereda de la madre y otra del padre), donde las bandas superiores corresponden a STRs con más repeticiones que las inferiores. Si se comparan los patrones de los 3 sospechosos con el de la muestra de ADN F obtenida en la escena del crimen (en la que también se analizan los mismos STRs), existe una clara coincidencia con el perfil de B. Elaboración propia a partir de Alberts et al. (2010)⁵. 

Además de los STRs de los cromosomas no sexuales (iguales en el hombre y la mujer), también es muy común el análisis de STRs presentes en el cromosoma Y (masculino), por ejemplo en casos de agresiones sexuales, a partir de muestras de semen.
Otros marcadores de gran interés son los presentes en el ADN de las mitocondrias, los orgánulos encargados de la generación de energía en las células. Y es que no solo hay ADN en el núcleo celular. De hecho, mientras que poseemos una única copia de ADN nuclear en cada célula, existen en torno a unas 1000 de ADN mitocondrial, que además es más resistente a la degradación y lo encontraremos también en células sin núcleo. Además, el ADN mitocondrial tiene una característica especial: se hereda solo de la madre³.

La imagen anterior era un esquema sencillo que mostraba el análisis de 3 marcadores STRs (verde, rojo y azul) pero en realidad, los perfiles genéticos se hacen con kits que permiten estudiar un conjunto de 10 a 17 STRs³. ¿Por qué tantos? ¿No bastaría con analizar un solo marcador?

Ejemplos de huellas genéticas. El ADN de la víctima (imagen de la derecha) se suele mostrar también para descartar repeticiones que pertenezcan a la víctima que pudieran estar contaminando las muestras de ADN tomadas (en el lugar de los hechos no solo está la huella del culpable). Elaboración propia a partir de 8 y 9. 

Que cualquier prueba es infalible cuando contiene la palabra ADN de por medio lo hemos interiorizado inconscientemente de la imagen que a veces dan medios como la televisión. Sin embargo, aunque la probabilidad de que coincidan las huellas genéticas³ de dos individuos no relacionados es muy baja (aproximadamente un caso entre 100000 millones), existe, y además varía en función del tipo de ADN empleado (es mayor si se usa el ADN mitocondrial o STRs del cromosoma Y). Dos situaciones bastante comunes que disminuyen la fiabilidad de las pruebas son que parte de la muestra esté degradada (menos STRs disponibles), o que el agresor y la víctima estén emparentados (menor variabilidad genética).
En definitiva, se analizan muchos STRs a la vez para disminuir el riesgo de que las pruebas den un resultado equivocado.

Con todo, el perfil o huella genética es prácticamente única para cada individuo (excepto en gemelos monocigóticos²) y ha supuesto una verdadera revolución para la resolución de crímenes, la medicina forense, los tests de paternidad, la identificación de víctimas en desastres y una interminable lista de aplicaciones, y sin duda constituye un gran avance frente a la huella digital a la hora de almacenar y cotejar los datos.

Fuentes:

1. DNA Forensics.
2. Mark A. Jobling and Peter Gill. Encoded evidence: DNA in forensic anaysis. Nature Reviews Genetics 5, 739–751 (2004); doi:10.1038/nrg1455.
3. Antonio Alonso Alonso. ADN forense, investigación criminal y búsqueda de desaparecidos. SEBBM Divulgación: la ciencia al alcance de la mano (diciembre 2011).
4. Identificación genética / Análisis de ADN. Portal AJ (Administración Justicia), Ministerio de Justicia, Gobierno de España.
5. Alberts et al., Molecular Biology of the cell, 5th edition (2010). Garland Science, New York.

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El láser: una alternativa en biomedicina

Hace dos años nos topamos con esta noticia en la televisión sobre un interesantísimo descubrimiento español en el que se afirmaba que se había mejorado la tecnología láser que podría ayudar en biomedicina. El propio Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) emitía una nota de prensa en la que se explicaban las ventajas de la nueva técnica descrita y sus aplicaciones. 

 

 Crédito: Agencia EFE. 

Es posible que a todos nos surgieran muchas preguntas al ver la noticia. ¿Cómo es posible que un simple láser sea de tanta utilidad? ¿Un láser se emplea para curar a personas? ¡Vamos a ver si podemos resolverlas! 

Pero, lo primero de todo, ¿qué es el láser? A diferencia de la luz visible, que tiene muchas longitudes de onda, el láser tiene una sola longitud de onda. Además, es un rayo muy concentrado y potente que se puede usar incluso para dar forma a los diamantes o cortar metales.

Y efectivamente… el láser es muy útil. Tiene usos en una gran variedad de campos, especialmente en el de la medicina estética. Todos nos hemos hartado de ver anuncios de depilación láser, tratamiento de varices, eliminación de tatuajes… ¡Incluso parece que es posible cambiarse el color de los ojos con el láser! Sin embargo, no solo se emplea para finalidades puramente estéticas, sino que también es importante en cirugía, por ejemplo para corregir la miopía e hipermetropía y otras alteraciones oculares. Otra de las grandes aplicaciones del láser en medicina es la eliminación de tumores, y de hecho se usa en cáncer de próstata, de cuello de útero... Todos estos procesos se basan en lo siguiente: al irradiar una zona con el láser, ésta se calienta o se vaporiza, lo que nos permite eliminar las células en el caso de un tumor, hacer una incisión con mucha precisión en cirugía, eliminar el folículo piloso en la depilación… 

Para conseguir todo esto lo mejor es emplear láseres que emiten luz con una longitud de onda superior a los 650 nanómetros, es decir láseres de luz roja, porque pueden atravesar las células y profundizar más.  Sin embargo, uno de los principales problemas de los láseres que se emplean normalmente es que no es posible conseguir una emisión duradera de luz roja porque absorben muy poca luz de excitación. Pero, ¿esto qué significa? Uno de los elementos clave de los láseres son los colorantes del medio activo¹, moléculas que cuando absorben radiación (por ejemplo, la luz) emiten otra distinta (láser). Esto significa que si absorben poca luz de excitación se emite menos radiación. En otras palabras, la luz láser que se genera es más débil. Otro problema es la degradación de colorantes o fotodegradación, que dispara el coste.

Esquema simplificado de los componentes básicos de un láser y su funcionamiento. Al irradiar con luz, los colorantes del medio activo se excitan y cuando vuelven al estado de baja energía se genera la luz láser. Por un sistema de espejos, una parte de la luz sale, pero otra se emplea para seguir excitando los colorantes (amplificación). Imagen tomada del blog La Mecánica Cuántica. 

El proyecto mencionado en el vídeo ofrece una solución a estos problemas. Liderado por un equipo de investigadores del CSIC, la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), permitió desarrollar un nuevo material láser que mejora la eficiencia y la estabilidad de los colorantes. Para ello se emplean los llamados “sistemas de láseres de colorante en estado sólido”²: usan partículas con un tamaño del orden de nanómetros (¡un millón de veces menor que un milímetro!) a las que han unido dos colorantes, la Rhodamina 6G (Rh6G) y el Azul de Nilo (NB). Rh6G es un colorante muy resistente a la fotodegradación que es capaz de absorber la radiación de excitación, verde en este caso. Cuando vuelve al estado inicial emite radiación que excita a NB, que finalmente emite luz roja. Es una reacción en cadena conocida como FRET del inglés Förster Resonance Energy Transfer³ y que significa Transferencia de Energía de Resonancia Förster. Así, tal y como vemos en el vídeo cuando se irradia con luz verde la mezcla de nanopartículas se genera un haz láser de color rojo estable.

Ejemplo del fenómeno FRET. Cuando las dos moléculas están próximas, la luz azul emitida por el aceptor excita al donador y se genera luz verde. En el experimento, esto se consigue poniendo las dos moléculas en la misma nanopartícula.  Imagen modificada de Alberts et al. (2010).  

Utilizando este tipo de láseres, los colorantes no son tan sensibles a la fotodegradación. Según comenta Iñigo López, investigador en la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU y participante en el proyecto: "Antes, con 2.000 pulsos de luz se degradaban y estropeaban; con el nuevo láser y después de 50.000 golpes de luz, hemos comprobado que los colorantes solamente se han degradado en un 8%" ⁴. Por otro lado, una de las principales ventajas de este nuevo sistema es que las nanopartículas se encuentran disueltas en agua, a diferencia de los láseres convencionales en los que los colorantes están disueltos en solventes que son tóxicos e incluso cancerígenos. 

Hemos mencionado las innumerables aplicaciones del láser, pero nos gustaría explicar una de las técnicas que se comentan en el vídeo: la activación localizada de medicamentos, una técnica de futuro. Con esta ingeniosa idea, tomamos un medicamento que se distribuye por todo el cuerpo pero que solo se activará en el lugar donde irradiemos con el láser. ¿Para qué puede ser esto útil? En quimioterapia, por ejemplo. Los fármacos que se emplean para tratar el cáncer tienen como objetivo destruir células que se dividen rápidamente, una de las principales características de las células tumorales. Sin embargo, ¿qué pasa con las células que en condiciones normales también se dividen mucho? También son atacadas. Aquí se incluyen células como las del intestino, del folículo piloso que genera el pelo o de la médula ósea que genera las células de la sangre, como los linfocitos del sistema inmune. Por eso, mientras se combate el cáncer, el paciente está sufriendo diarreas, pérdida del pelo, infecciones,... En cambio, con el empleo del láser sería posible activar fármacos solo donde haya un tumor sin afectar a los tejidos sanos y, por tanto, evitaremos muchos de estos efectos secundarios. 

En conclusión, podemos ver que el láser abre una gran abanico de posibilidades tanto en ciencia como en tecnología. ¡Esperemos que siga avanzando este campo!

 Fuentes :

1. Rami Arieli. "The Laser Adventure", Capítulo 3.1. Versión en español por A. Requena, C.Cruz, A. Bastida y J. Zúñiga. Universidad de Murcia.
2. Cerdán Pedraza, Luis. "Solid state dye lasers: scattering feedback and integrated devices". Tesis doctoral. Dirigida por Ángel Costela, Inmaculada García-Moreno . Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Físicas, Departamento de Óptica (2013). 
3. Alberts et al. "Biología Molecular de la Célula", traducción al español de la 5ª edición en inglés.  Ediciones Omega (2010). 
4. Entrevista a Íñigo López en el diario Naiz.

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Lo que dice la sangre

En 2011, la cadena estadounidense ABC Family decidió estrenar la serie que se convertiría en la primera producción de la historia de la televisión en tener varios personajes sordos o con discapacidad auditiva y escenas rodadas por completo en lenguaje de signos: Cambiadas al nacer.

El argumento inicial, ya usado en varios capítulos de otras series de televisión, fue tan poco original como su título. Bay Kennish, una adolescente nacida en una familia adinerada, descubre un buen día en el instituto que no es hija biológica de sus padres y que la chica con la que la cambiaron se crió en un barrio de inmigrantes, donde perdió la audición por causa de una meningitis que sufrió de pequeña. ¿Y qué tiene todo esto de científico?, os preguntaréis. Pues que todo este embrollo se descubrió con una simple prueba de grupo sanguíneo:

Crédito: Switched at birth es una producción de ABC Family que en España se retransmite por Disney Channel

Casi todo el mundo conoce su grupo sanguíneo (si eres A, B, AB o O) y es posible que bastante gente esté familiarizada también con muchas de las afirmaciones que rodean a la donación de sangre como que ‘si eres AB puedes recibir sangre que cualquier persona’ o ‘O es el donante universal’. Pero, ¿qué son exactamente los grupos sanguíneos? ¿Qué los definen? ¿Es verdad eso de que si soy A sólo puedo donar a personas que sean A o O?

Los que determinan nuestro grupo sanguíneo son los glóbulos rojos, las células más abundantes de la sangre. Los glóbulos rojos, también llamados eritrocitos, tienen en su superficie una serie de proteínas cuya modificación con glúcidos va a ser lo que, siendo de un tipo o de otro, decida qué grupo sanguíneo tenemos. Sin embargo, no es todo tan fácil como sólo tener dos modificaciones (grupos A y B) y que sus combinaciones formen los cuatro grupos distintos.

Todo empieza con el grupo H: la mayoría de las personas en el mundo tienen un gen que codifica para añadir este grupo a una proteína en la superficie de los glóbulos rojos. Es este grupo H el que posteriormente se modificará para dar lugar al grupo A o el B.

Modificaciones que sufre el grupo H para dar lugar a los grupos A y B en la superficie de los glóbulos rojos. Fuente: elaboración propia.

Pero hay que tener en cuenta que recibimos la información genética por duplicado: por parte de nuestro padre y de nuestra madre. ¿Qué pasa si mi madre me pasa el alelo que hace que mis glóbulos rojos expresen el grupo A (por transformación del H) en la superficie pero mi padre me transmite los que sólo expresan el grupo H? Pues nada de nada: una persona del grupo sanguíneo A lo es tanto si es AA (ambos parentales le han transmitido la información para tener el grupo A en los eritrocitos) como si es AO (sólo uno lo ha hecho). De la misma forma, el grupo sanguíneo B está compuesto por personas BB como BO. Por el contrario, el grupo sanguíneo AB está compuesto en exclusiva por personas AB y el O por gente que sólo expresa el grupo H sin ninguna modificación (HH):

Tabla que muestra los posibles fenotipos sanguíneos (A, B o O) según los posibles genotipos. Fuente: Arbeláez-García, 2009.

¿Y cómo va eso de las donaciones? Estos grupos de los que estamos hablando pueden comportarse como antígenos. Es decir, el sistema inmunitario (aquel que nos protege contra todo lo ajeno a nosotros) puede producir anticuerpos contra esas estructuras para localizarlas y eliminarlas. Por tanto, las personas que tengan el grupo sanguíneo A desarrollarán anticuerpos contra el grupo B, porque al no tenerlo en el cuerpo lo reconocen como algo raro. De la misma manera, los del grupo sanguíneo B desarrollarán anticuerpos contra el grupo A, los del grupo sanguíneo AB contra ninguno y los del grupo sanguíneo O contra ambos.

Con esta base científica es con la que se hacen las pruebas de grupo sanguíneo que aparecen en el vídeo. A pequeñas muestras de sangre (generalmente un pinchazo en el dedo) se les añaden anticuerpos contra el grupo A y contra el grupo B. Si en los glóbulos rojos hay grupo B, cuando la sangre entre en contacto con los anticuerpos anti-B, se dará una reacción que hará que los eritrocitos aglutinen (formen “pegotes”). Y lo mismo pasa si hay grupo A en presencia del anticuerpo anti-A.

Imaginad si trasladamos esta reacción al cuerpo humano. ¿Peligroso, no? La aglutinación de los glóbulos rojos puede bloquear pequeños vasos sanguíneos y romper a los propios eritrocitos, lo que crea lesiones en riñones y otros órganos. Por este motivo, al realizar las transfusiones sanguíneas se ha de tener muy en cuenta la compatibilidad de grupos sanguíneos. Sí es cierto que O es el donante universal, o que el grupo AB es el receptor universal, pero sólo en términos de donación de glóbulos rojos. Por ejemplo, el plasma de una persona O estará lleno de anticuerpos anti-A y anti-B que pueden causar una grave reacción si encuentran algún eritrocito con el grupo A o el B. O los anticuerpos anti-B que hay en tu plasma si eres A pueden reconocer a los eritrocitos con el grupo B de una persona AB y producirle consecuencias serias.

Y después de todo... ¿A quién puedes donar tú?

Fuentes

• Silverthorn, Dee Unglaub: Fisiología Humana – Un enfoque integrado. Editorial Médica Panamericana.
• Arbeláez-García, C. A.: "Sistema de grupo sanguíneo ABO". Medicina & Laboratorio, 2009. 15: 329-346.

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El colesterol malo, las enfermedades cardiovasculares y el deporte

Crédito: Fundación Española del Corazón, 2008

Este anuncio de la Fundación Española del Corazón estuvo en nuestras pantallas en 2008. De eso hace seis años, pero sigue siendo efectivo. Y sin embargo, ¿qué es el colesterol, y por qué eso de “malo”? ¿Realmente puede matar de un infarto? ¿Cómo? ¿Es tan determinante la alimentación? 

El colesterol es un esteroide, un lípido esencial para las membranas de nuestras células, como precursor de la vitamina D, de ácidos biliares y de hormonas como la testosterona¹… pero claro que en exceso puede matar. Veamos cómo. 

En la sangre, una sopa de proteínas por la que circulan nuestros glóbulos rojos y blancos y plaquetas, también aparece. Y lo hace formando complejos con otros lípidos y proteínas. Hay varios de estos complejos, pero los más conocidos son el de alta densidad (HDL o “colesterol bueno”) y el de baja densidad (LDL o “colesterol malo”). El LDL es más rico en colesterol y cuando nuestros niveles de colesterol y LDL son altos, este último tiende a adherirse a las paredes de nuestras arterias formando placas de ateroma. Así, pueden llegar a obstruirse, y si esto ocurre en las coronarias (las grandes cañerías del corazón) puede desembocar en paro cardíaco². Ese trágico final no es tan raro como pueda parecer, porque el asesino ni se ve ni provoca dolor que pueda darnos la pista de que algo va mal: de ahí la importancia de vigilar los niveles de colesterol con análisis periódicos y mantenerlos a raya. 

Esquema que refleja cómo las moléculas de LDL, que a su vez contienen colesterol, pueden acumularse en las paredes de una arteria llegando a desencadenar fibrosis y obstrucción de la misma. Elaboración propia a partir de 1, 2 y 3.

Un adulto sano tiene alrededor de 150 gramos de colesterol. Llama la atención que muy poco de ese colesterol viene de nuestra dieta, sino que la mayoría lo sintetizamos nosotros mismos (sobre todo nuestro hígado, que trabaja a destajo)¹. A pesar de todo, cuanto podemos hacer si tenemos el colesterol alto es intentar reducir el que incorporamos a través de nuestra alimentación, y en último término bloquear su síntesis por nuestro propio organismo, que es lo que hacen las estatinas, medicamentos que interfieren con la producción de colesterol en el hígado.

Escribiendo este artículo nos ha surgido una duda más que sumar a las que evoca el anuncio: Hemos comentado la alimentación, pero ¿y el ejercicio físico?

La revista Journal of the American College of Cardiology acaba de publicar un estudio que demuestra que correr a velocidad moderada, incluso durante sólo 5 o 10 minutos diarios, reduce el riesgo de muerte por enfermedades cardiovasculares y los niveles de colesterol³. En los corredores también se han visto menos diabetes y obesidad.

Los investigadores dividieron a 55.137 voluntarios en 5 grupos según el tiempo que dedicaban a correr. En los más atléticos (grupo 5) se ve un 80% menos obesos, 33% menos con el colesterol alto y 53% menos diabéticos frente a los que no corren ni a por el autobús (grupo 0). Elaboración propia a partir de Lee et al., 2014³.

Pero amigos, este estudio tiene trampa, o al menos algo con lo que hemos de llevar ojo: correlación no es lo mismo que causalidad. Es decir, vieron que en los que más corren los niveles de colesterol son más bajos, pero no necesariamente son más bajos porque corran más. De hecho, podría haber causalidad inversa, es decir, que los más sanos corren más porque son más sanos, y no son más sanos porque corran más. Trabalenguas aparte, la conclusión es simple: estos datos simplemente van de la mano. Además, los propios investigadores reconocen ciertas limitaciones. Por ejemplo, que algunos voluntarios podrían haber inflado el tiempo que dicen correr porque es una actividad socialmente bien vista. Por otro lado, sin embargo, es un estudio bastante exhaustivo y que ha sido realizado sobre un grupo enorme de personas (¡más de 55.000 adultos!).

Sea como sea, con la ciencia de nuestro lado y siempre desde el sano escepticismo, te animamos a calzarte las deportivas y echar a correr… ¡se ponga el colesterol como se ponga!

Fuentes

1. Vollhardt P., Schore N. (2011). Organic Chemistry, Structure and Function 6th Edition. W. H. Freeman and Company New York. 
2. Nelson D. L., Cox M. M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry 5th Edition. W. H. Freemand and Company New York. 
3. Lee, D. C., Pate, R. R., Lavie, C. J., Sui, X., Church, T. S., & Blair, S. N. (2014). Leisure-time running reduces all-cause and cardiovascular mortality risk. Journal of the American College of Cardiology, 64(5), 472–481. doi:10.1016/j.jacc.2014.04.058

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¿Dónde está la ciencia?

La ciencia está en los laboratorios y en las aulas, por supuesto, pero también en la calle. Este pasado fin de semana, por ejemplo, ha sido bastante prolífico en cuanto a actividades científico-culturales. A algunas de ellas se les dio difusión en los medios y las redes sociales, pero hubo otras menos populares que merece la pena conocer:

La Marcha por la Ciencia convocó a cientos de personas en el centro de Madrid para protestar por los recortes en Ciencia, Investigación y Desarrollo en los nuevos Presupuestos Generales del Estado. Fuente: Manu Pérez Berlanga.

TED (Tecnología, Entretenimiento, Diseño) es una organización que organiza conferencias periódicas sobre áreas muy variadas. La física computacional contra los aneurismas, la sexualidad femenina en mamíferos o la lucha contra la malaria en Mozambique (incluyendo la aplicación "MalariaSpot" para Android) fueron algunos de los temas que TEDxMadrid pensó que merecía la pena discutir este año. Fuente: Pablo Izquierdo Garrudo.

Con motivo de la Noche Europea de los Investigadores, en la Universidad de Alcalá se reunieron decenas de personas para aprender cómo la policía científica descubre pruebas en el escenario de un crimen, empleando entre otras cosas la luz ultravioleta.

Fuente: Sofía Chayeb Khouili.

Otra de las actividades de esta noche para la divulgación de la labor investigadora nos llevó a la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de la Universidad Politécnica de Madrid, centrada en el papel de la ciencia y la tecnología en nuestra alimentación. Desde técnicas de germinación y crioconservación de semillas, cultivos in vitro y selección de conejos para el consumo, hasta talleres sobre la aplicación de la Física a la cocina. Sin duda, una forma deliciosa de aprovechar la tarde y comprender lo que hay detrás del plato. Fuente: Irene Sánchez Pascual. 

Pero no todo ocurre en la calle. Amigos, la ciencia está en los medios. Concretamente, seamos o no conscientes, la tele habla de ciencia a diario. Y de mucha ciencia, además. Demasiadas veces cayendo en el sensacionalismo; algunas otras, como reclamo publicitario; y, en ocasiones, incluso para informarnos con rigor. Y sin embargo, siempre se pueden extraer conceptos que se pueden explicar con claridad. Eso es lo que nosotros pensamos, y la razón por la que hoy nace este blog. Aquí analizaremos series, anuncios, noticias y programas de televisión… ¡Y esperamos que lo disfrutéis tanto o más que nosotros!

Si quieres estar al día de lo que pasa en la tele científicamente hablando, en nuestras redes sociales podrás ver los nuevos artículos que saquemos, además de otras noticias relacionadas con este medio y la ciencia:

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