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Archive for September, 2011

Si los científicos no pueden resolverlo, que lo haga un videojuego

Enzima

Durante más de una década, la estructura de unas enzimas llamadas proteasas retrovirales, han puesto en jaque a la comunidad científica. Esta clase de enzimas juegan un papel fundamental en la forma en que el virus del SIDA madura y prolifera. Se han realizad intensas investigaciones para tratar de encontrar medicamentos que puedan bloquear estas enzimas, pero todo esfuerzo ha sido bloqueado al conocer con exactitud la estructura exacta de la molécula.

Llegados a este puento, la comunidad científica optó por proponer a este problema a los videojugadpres, y les desafió a resolver este problema a partir de Foldit: un juego online que permite a los jugadores colaborar y competir en la construcción de la estructura molecular de las proteínas.

“Queríamos ver si la intuición humana podría tener éxito ahí donde los métodos automatizados habían fracadaso”, comenta el Dr. Firas Khatib, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Washington.

Sorprendentemente, los modelos generados por los jugadores eran lo suficientemente buenos para que los investigadores puediesen determinar en pocos días la estructura de la enzima. Además, la superficie de la molécula destacó como un bueno objetivo para los medicamentos destinados a desactivar la enzima.

“Estas características proporcionan unas oportunidades excelentes para el diseño de fármacos antirretrovirales, incluyendo medicamentos para el SIDA”, escribieron los autores del artículo publicado en la revista Nature Structural & Molecular Biology. Los científicos y jugadores aparecen como co-autores.

Esta es la primera vez que los investigadores son conscientes de que los jugadores pueden resolver un problema científico complejo.

El videojuego Foldit fue creado por un grupo de investigadores de la University of Washington en colaboración con Baker Lab. Tal y como afirma el Dr. Zoran Popovic, profesor asociado de ciencias de la computación e ingeniería:

El objetivo de nuestro centro es resolver complejos problemas científicos que en la actualidad no pueden ser resueltos por equipos o computadores por sí mismos.

Este videojuego online, explota las habilidades espaciales de los jugadores para rotar cadenas de aminoácidos. Actualmente ya ha cautivado a miles de jugadores en todo el mundo, consiguiendo involucrar al público general en los descubrimientos científicos. Los jugadores empiezan en el nivel básico, “One Small Clash”, continúan con “Swing it Around” y alcanzan el nivel “Rubber Band Reversal”.

Vía | University of Washington
Videojuego Foldit | http://fold.it

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Una nueva herramienta neurocientífica para el control y estudio del comportamiento.

Imagina que hubiese una forma de desactivar determinadas neuronas en el cerebro a voluntad y que, gracias a eso, pudieses estudiar los efectos de esas neuronas en el comportamiento. Pues bien, esto es lo que ha conseguido un equipo de investigadores encabezado por Scott Sternson, del Centro Médico Howard Hughes (Estados Unidos). Los resultados tienen la suficiente relevancia como para aparecer en Science. La herramienta desarrollada, canales iónicos modificados, permite precisamente medir la relación causal entre grupos de neuronas concretos y comportamiento. Las implicaciones orwellianas preferimos que no consten por escrito para no dar ideas.
En contra de lo que pudiese parecer, este trabajo más que un avance neurocientífico, que lo es, es una magnífica ilustración de los avances de la química de proteínas. Pero vayamos por partes.
La actividad eléctrica de las neuronas y, por tanto, su capacidad para emitir señales, se basa en el mantenimiento de una diferencia de cargas eléctricas a un lado y otro de la membrana celular. El potencial eléctrico resultante es consecuencia del movimiento a través de la membrana de iones como Na+ y Ca2+. El paso a través de la membrana se realiza por los denominados canales iónicos, que no son más que proteínas insertadas en la membrana que, cuando se combinan con una determinada molécula, se abren dejando el hueco exacto para que pasen los iones, lo que cambia el potencial y, si se abren suficientes, se produce la activación de la neurona, enviando una señal. Este tipo de canales iónicos se denominan activados por ligando (CIAL). La lógica del trabajo que nos ocupa es pues “quien controle los CIAL, controlará las neuronas”.
Se han hecho intentos de controlar los CIAL con anterioridad, básicamente exponiéndolos a agonistas, es decir, moléculas que se “confunden” con el ligando exacto. Pero esto es muy dificultoso. Primero tienes que conseguir que las moléculas, que son grandes, atraviesen la barrera hematoencefálica y, si lo consigues, los tiempos de respuesta son tan lentos que un estudio que pueda ser considerado riguroso del comportamiento se hace imposible. Por si esto fuera poco los ligandos, como la acetilcolina, son moléculas multitarea, por lo que el agonista termina afectando a partes del encéfalo distintas de las diana.
Sternson y sus colegas han resuelto este nudo gordiano al mejor estilo alejandrino. Si los CIAL naturales no nos combienen, hagamos unos artificiales que sí. Han modificado la parte de las proteínas de los CIAL que se unen a los ligandos de tal manera que ahora sólo aceptan un tipo de moléculas que no se encuentran en el encéfalo de forma natural, por lo que sólo activan las neuronas que tienen los CIAL modificados. Ya no hay efectos secundarios.
El equipo de investigadores se centró en los CIAL de acetilcolina (CIAL-a) y tomaron como punto de partida un agonista de ésta, la quinuclidinil benzamida, que es lo bastante lipofílica (hidrofóbica) para entrar en el cerebro y poder unirse a los CIAL-a. Los científicos construyeron entonces un catálogo de moléculas análogas (en jerga, una biblioteca) y crearon tres nuevos CIAL modificados que respondían a éstas moléculas (CIALM).
Este equipo de investigadores tiene como tema central de investigación el hambre y su conexión con el cerebro, por lo que los experimentos para demostrar que el sistema funciona se realizaron con las poblaciones neuronales que activan esta función. Los científicos consiguieron que sus CIALM llegasen a sitios específicos de los encéfalos de los ratones por dos métodos distintos: ingeniería genética o vectores víricos. La cuestión es que cuando el hambre aparecía, los ratones experimentaban una respuesta de hambre extrema y comían vorazmente. En el momento en el que suministraban una de las moléculas de la biblioteca, éstas se unían a los CIALM que activaban las neuronas que hacían que los ratones dejasen de comer. El mantenimiento de los CIALM abiertos impide que se produzca la señal de comer más.
Alguno ya estará pensando que esto es la pastilla milagrosa contra la obesidad. Y podría serlo, como también es una puerta para el control de otros muchos comportamientos [al estilo orwelliano]. La dificultad realmente está en hacer llegar los CIALM a las neuronas diana. Pero es una dificultad relativa.
Este conjunto de herramientas puede ser muy útil para la investigación en animales transgénicos y el trabajo de estos investigadores desde el punto de vista químico/neurocientífico es espectacular. El título del trabajo hace honor a su contenido. Pero hay una frase en el abstract que resume mis paranoias orwellianas cuando veo avances como este: LGICs constructed for neuronal perturbation could be used to selectively manipulate neuron activity in mammalian brains in vivo. [Los CIAL construidos para la perturbación neuronal podrían ser usados para manipular selectivamente la actividad de las neuronas en cerebros de mamíferos in vivo.]
Referencia:

Magnus, C., Lee, P., Atasoy, D., Su, H., Looger, L., & Sternson, S. (2011). Chemical and Genetic Engineering of Selective Ion Channel-Ligand Interactions Science, 333 (6047), 1292-1296 DOI: 10.1126/science.1206606


El equilibro de la naturaleza… no existe!!!!

naturaleza-viva1-1.jpg

Suena tan bonito pensar que la naturaleza es sabia, es buena y, sobre todo, que permanece en equilibro (un equilibrio que el vil ser humano se empecina en desestabilizar). Pero esta idea no es tan exacta como parece.

A pesar de lo que dicen algunas organizaciones ecológicas, en el mundo natural no existe algún perfecto estado de equilibro al que un ecosistema regresará después de ser perturbado por el ser humano. No hay armonía. Tampoco la vegetación natural cubriría cualquier superficie si se abandonara a su suerte (típica imagen que podría servir para un publirreportaje).

Por ejemplo, el lago Victoria estaba completamente seco hace 15.000 años. Inglaterra estaba cubierta de hielo hace sólo 18.000 años (hace 120.000 años era un pantano). La Gran Barrera de Coral era parte de una cordillera de montañas costeras hace 20.000 años. La selva amazónica no deja de autoperturbarse: caídas de árboles, incendios, inundaciones…

Tal y como lo explica Matt Ridley, de la Universidad de Oxford, en la naturaleza no hay equilibrio sino constante dinamismo, cambio, destrucción y feroz y egoísta competencia:

Tomen el lugar en el que estoy sentado. Supuestamente, su vegetación clímax es el robledal, pero los robles llegaron aquí hace tan sólo unos cuantos miles de años, reemplazando a los pinos, que habían reemplazado a los abedules, que habían reemplazado a la tundra.

Vía | El optimista racional de Matt Ridley


Hummer 2

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