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¿Qué tienen en común una epidemia y una invasión biológica?

Por Montserrat Vilà (CSIC)* y Mar Gulis 

La pandemia ocasionada por un virus como el SARS-CoV-2 nos hace pensar en situaciones como el confinamiento, la saturación en los hospitales o el proceso de vacunación. Pero, ¿qué ha ocurrido en el entorno natural? Los ecosistemas y la biodiversidad han experimentado un cambio desde que se originó la pandemia. Ese parón (o stand by) ha permitido que multitud de especies transiten más por zonas naturales y urbanas en las que habitualmente no pueden hacerlo debido a nuestra presencia. Y no solo eso, la pandemia guarda una relación muy estrecha con los ecosistemas por un proceso que tiene lugar en algunos de ellos: las invasiones biológicas.

Los seres humanos contribuimos cada vez más a la dispersión de determinados animales, plantas o microorganismos desde sus regiones naturales de origen a otros lugares del mundo. Es lo que se conoce como invasión biológica. Este es un fenómeno que provoca diferentes impactos medioambientales y socioeconómicos, y comparte con las epidemias muchas de sus causas, así como otras características similares.

Algunas especies invasoras contribuyen a la aparición y transmisión de patógenos. / Freepik

Entre ambos fenómenos hay múltiples paralelismos porque los dos están impulsados por la globalización y porque las especies que intervienen en ellos –un virus infeccioso o una planta invasora, por ejemplo– se caracterizan por su alta capacidad de reproducción y dispersión, proliferan en condiciones de degradación ambiental y tienen mayor impacto en comunidades con las que nunca antes estuvieron en contacto y que, por tanto, carecen de mecanismos de defensa.

En un mundo globalizado, la aparición y propagación de muchos patógenos infecciosos humanos responden a eventos de invasión biológica. Es el caso de virus como el del Ébola, la gripe, el VIH o el SARS-CoV-2. Por su parte, algunas especies invasoras contribuyen a la aparición y transmisión de patógenos. Ejemplo de ello son los mosquitos invasores, como el mosquito tigre, que transmiten enfermedades como el dengue o la provocada por el virus del Zika; e, incluso, vertebrados que introducimos como mascotas (por ejemplo, el galápago de Florida o la mangosta pequeña asiática), que pueden transmitir salmonelosis, herpes, la rabia o dermatitis. Otras especies, como las plantas acuáticas invasoras, proporcionan hábitat y recursos al vector o reservorio de patógenos.

Estos patógenos pueden transmitirse entre especies invasoras y entre especies nativas, y a su vez entre ambos grupos de especies, en un proceso que se ha visto impulsado por la urbanización de zonas naturales. La proliferación acelerada de infraestructuras y el aumento de población humana en hábitats naturales ha ocasionado que las especies estén en contacto estrecho con las personas, y esto supone una oportunidad para que los patógenos cambien su hospedador original por el ser humano, un fenómeno que se conoce como zoonosis. A la vez, ofrece a las especies invasoras que se han introducido en áreas antropizadas, es decir, aquellas que han sido transformadas por el ser humano, la posibilidad de colonizar los hábitats naturales próximos a las áreas urbanas.

Invasiones y epidemias: un mismo proceso en disciplinas diferentes

El proceso de transporte, entrada y establecimiento de una invasión es el mismo que el de una epidemia. En ambas, se produce un transporte y una infección que se transmite y genera una epidemia. Aunque todos estos procesos comparten la biología de telón de fondo, la diferencia reside en el uso de la tecnología y la terminología, propia de cada disciplina: la biomedicina y la ecología. Tienen en común conceptos fundamentales que guían la investigación y, en concreto, las etapas y dinámicas que se desarrollan, aunque siempre serán más rápidas en una epidemia que en una invasión.

Infografía de la publicación ‘Viewing Emerging Human Infectious Epidemics through the Lens of Invasion Biology’, M. Vilà et al.

Las invasiones biológicas comienzan con el transporte de una especie de un lugar a otro, después se introduce en el ecosistema y se produce la dispersión por el territorio. Por su parte, las epidemias sanitarias se inician con la ‘exposición’ o entrada en contacto entre un patógeno y un ser humano. A continuación, se produce la infección en el cuerpo y, posteriormente, la transmisión o contagio a más personas hasta llegar a la fase de expansión epidémica que, si es global, se denomina pandemia.

La colaboración entre biomedicina y ecología es vital para la solución de los impactos causados por estos micro y macroorganismos que afectan tanto a la salud y la economía como al medio ambiente. Comprender los factores que les permiten saltar cada una de las etapas supondría una mejora de las posibles estrategias de predicción, prevención, tratamiento y mitigación de las especies invasoras y los brotes de enfermedades infecciosas, incluidas las pandemias.

Para ello, es esencial un acercamiento entre disciplinas, que tenga en cuenta la interrelación existente entre la salud de los seres humanos, los animales, las plantas y la del medio ambiente en su conjunto. También requiere apostar por la bioseguridad, tanto a nivel académico como de gobernanza, y por políticas que velen por el bienestar de nuestro planeta.

*Montserrat Vilà es investigadora y coordinadora del Grupo de Invasiones Biológicas en la Estación Biológica de Doñana (EBD) del CSIC.

¿Cómo ha cambiado nuestra movilidad con la pandemia? Ayúdanos a estudiarlo

Por Frederic Bartumeus y John Palmer (CSIC)*

La eliminación de las restricciones impuestas para doblegar la primera ola de la epidemia de COVID-19 trajo consigo un aumento de la movilidad y de las interacciones sociales, pero no de una forma homogénea en el conjunto de la población. Esta es una de las primeras conclusiones de las dos encuestas sobre movilidad y distanciamiento social realizadas a la población en el marco del proyecto Distancia-COVID, en el que participamos investigadores e investigadoras de varios centros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF).

Nuestro objetivo es comprender mejor las dinámicas de contagio observadas durante las distintas fases de la pandemia y contribuir a plantear escenarios de mayor utilidad para gestionar la crisis generada por el SARS-CoV-2. Por eso acabamos de lanzar una tercera encuesta completamente anónima en la que te animamos a participar.

Movilidad COVID

Imagen de César Hernández (CSIC)

Cambios tras el estado de alarma

Gracias a las respuestas de 6.952 personas, hemos podido aproximarnos a la diversidad de los patrones de movilidad e interacción social de la población española entre el 14 de mayo y el 31 de agosto de 2020. Los resultados obtenidos nos indican que, si bien en este periodo la estructura de los hogares –el número de personas y las edades con los que se convive– no cambió, lo que sí lo hizo fue el número de contactos diarios fuera de casa.

Con la supresión del estado de alarma la población de más de 20 años pasó de una media de 3 contactos diarios durante el confinamiento a una media de 5. Sin embargo, este cambio no fue homogéneo ya que los contactos aumentaron principalmente en franjas de edad concretas: por un lado, crecieron los encuentros entre jóvenes de 20 a 29 años y, por otro, los contactos de mayores de 65 con personas de 30 a 49 años.

Las estimaciones denotan un cambio notable en el número medio de contactos en la franja de 20 a 29 años, pero la encuesta no nos informa de su contexto y puede haber múltiples causas que expliquen este aumento. En el caso del grupo de edad igual o mayor de 65 años el incremento podría corresponderse con personas mayores que se relacionan con los que generacionalmente podrían ser sus hijos adultos.

En relación a la movilidad, nuestro estudio muestra que durante el estado de alarma la mayoría de los movimientos de las personas encuestadas fuera de casa no superaban los 10 kilómetros de distancia. De hecho, el 40% informó de que sus desplazamientos diarios no iban más allá de un radio de acción de 1 km alrededor de su casa. Sin restricciones, los desplazamientos por encima de los 10 km se dispararon, al igual que lo hicieron el número de salidas semanales.

El destino de los viajes de los encuestados durante y tras el estado de alarma siguió dominado por los comercios, así como por escapadas a espacios públicos y viajes diarios a los lugares de trabajo. No obstante, será necesario realizar un modelo estadístico de los datos disponibles para poder hacer estimaciones más detalladas y fiables sobre la distancia y destino de los desplazamientos.

Iniciamos la tercera fase de encuestas

La primera encuesta se llevó a cabo dentro del período de estado de alarma, entre el 14 mayo y el 10 de junio de 2020. La segunda se completó ya fuera de este período, entre el 24 de julio y el 31 de agosto, cuando ya no existían la mayoría de las restricciones. Los datos obtenidos se han recogido en un informe, que también incluye unas primeras estimaciones de los parámetros de movilidad y distanciamiento social para el conjunto de la población española.

Para poder completar esta información necesitamos más datos y por ello vamos a realizar una tercera encuesta, en la que se puede participar de manera anónima a través de la página web del proyecto: https://distancia-covid.csic.es/encuesta/

Las preguntas del cuestionario se centran en las dinámicas de movilidad, el número de contactos mantenidos en los últimos días y las personas con las que se convive en un mismo hogar. Participar en la encuesta es contribuir de una forma importante a la lucha científica contra la COVID-19 en España.

 

* Frederic Bartumeus es investigador del CSIC en el Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB) y el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF). John Palmer es profesor de la Universidad Pompeu Fabra (UPF). En el proyecto  Distancia-COVID participan también el Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC), un centro mixto del CSIC y de la Universitat de les Illes Baleares, el Instituto de Física de Cantabria (IFCA-CSIC) y el Instituto de Economía, Geografía y Demografía (IEGD-CSIC).

Apúntate a la Semana de la Ciencia del CSIC: hay más de 140 actividades para elegir… y muchas son online

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Te interesa saber cómo ventilar una habitación para reducir el riesgo de contagiarse de coronavirus? ¿Quieres descubrir cómo las matemáticas están cambiando a los robots? ¿Te animas a participar en un escape room ambientado en un agujero negro, de donde ni siquiera la luz puede salir? Propuestas como estas forman parte de la programación del CSIC para la Semana de la Ciencia y la Tecnología: más de 140 actividades gratuitas, algunas presenciales y otras virtuales, que se desarrollarán a lo largo de noviembre en 12 comunidades autónomas (Andalucía, Aragón, Asturias, Canarias, Cantabria, Castilla y León, Cataluña, Comunidad Valenciana, Galicia, Islas Baleares, Madrid y País Vasco).

SCT en el IEM-CSIC

Taller escolar en el Instituto de Estructura de la Materia durante la Semana de la Ciencia de 2019. / Sandra Diez (CSIC)

En la web www.semanadelaciencia.csic.es encontrarás todas las iniciativas del CSIC para este gran evento de divulgación y podrás informarte de cómo inscribirte en las que más te interesen; pero, atención:  todavía estamos ultimando los preparativos, así que en los próximos días iremos añadiendo nuevas propuestas. ¿Quieres conocer algunas de ellas? Te las contamos a continuación.

Lo que sabemos (hasta ahora) sobre la pandemia

Como es lógico, la pandemia provocada por el SARS-CoV-2 se dejará notar en el contenido de esta Semana de la Ciencia. El estado de desarrollo de las vacunas españolas, las pruebas PCR, o los mecanismos moleculares, celulares y epidemiológicos que contribuyen a la propagación del patógeno serán el eje de varias conferencias que, de forma presencial o virtual, impartirán especialistas del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa o el Centro Nacional de Biotecnología.

Otras propuestas abordarán la epidemia desde un enfoque multidisciplinar. Es el caso de dos actividades virtuales del Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua: la charla Daños colaterales de la COVID-19: la pandemia del plástico, sobre el aumento en el consumo de este material que ha supuesto la crisis del coronavirus, y el taller Aprende a medir la ventilación de un espacio cerrado, que aportará pautas para reducir el riesgo de contagio. Por su parte el debate presencial Biodiversidad y zoonosis, que tendrá lugar en el Real Jardín Botánico, se centrará en cómo una naturaleza sana puede evitar que nuevos virus salten de los animales a los seres humanos.

Eventos online para todos los públicos

Además, el coronavirus ha traído consigo algunos cambios en el formato de las actividades y muchas se llevarán a cabo de manera virtual, para que cualquiera pueda participar desde casa. Entre ellas figuran un escape room del Instituto de Física de Cantabria, en el que el objetivo será evadirse de donde ninguna partícula logra hacerlo: un agujero negro, o la gymkhana sobre la luz que todos los años organiza el Instituto de Óptica, y que en esta edición se traslada a Youtube. Así mismo, el taller (R)Evoluciona la vida de los océanos del Instituto de Biología Evolutiva desafiará al público a diseñar una nueva especie marina adaptada al calentamiento de los océanos y al aumento de microplásticos en sus aguas.

SCT 2019 en el Instituto de Biologia Funcional y Genomica de Salamanca

Visita al Instituto de Biología Funcional y Genómica de Salamanca durante la pasada edición de la Semana de la Ciencia. / CSIC

Entre las propuestas virtuales no faltan tampoco las dirigidas a niños y niñas. La Delegación del CSIC en las Islas Baleares invita al alumnado de primaria a divertirse y aprender con el juego ¿Qué hacen los científicos y científicas?, unKahoot’ sobre plantas, animales, océanos y el mismo planeta Tierra. Mientras, el Centro de Investigación y Desarrollo Pascual Vila ofrece dos talleres especialmente dirigidos a niñas de 6 a 12 años en el marco de la actividad Las chicas son de ciencias (CSIC4Girls): uno sobre contaminación atmosférica y otro en el que las participantes tendrán que valerse de la química para fabricar camisetas. Otra actividad online para escolares será el concurso de dibujo de la Misión Biológica de Galicia ¿Pueden enfermar las plantas?, abierto a alumnado de primaria de toda España.

Para ESO y Bachillerato también hay planeadas actividades en la red, como una charla sobre el papel de los pingüinos en el funcionamiento ecológico de la Antártida, que podrá verse en el canal de Youtube del Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía, o la jornada Acercando los Objetivos de Desarrollo Sostenible a las aulas, en la que científicos y científicas del Instituto de Productos Naturales y Agrobiología presentarán sus investigaciones. Lo harán desde la perspectiva de los retos planteados en la Agenda 2030 de la ONU y tratarán temas como las especies invasoras en Canarias, las vacunas, el cambio climático o la seguridad alimentaria.

Las propuestas virtuales no acaban aquí. El canal de Youtube del Instituto de Física Teórica, que cuenta con más de medio millón de suscripciones, emitirá dos directos: uno sobre lo ‘infinitamente’ pequeño, como la física cuántica o el bosón de Higgs, y otro sobre lo ‘infinitamente’ grande, como el origen y el futuro del universo, la energía oscura o las ondas gravitacionales. También habrá charlas para todos los públicos, como las organizadas por el Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono sobre nanotecnología y energías renovables, o las tituladas Matemáticas y robótica, del Instituto de Ciencias Matemáticas, ¿Qué hay de cierto en que se puedan cultivar patatas en Marte?, del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, o Verdades y mentiras de la física cuántica, del Instituto de Física Fundamental. Además, será posible visitar virtualmente varios centros de investigación, como el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca. En este caso las ideas que la célebre bióloga Rachel Carson transmitió a través de su libro Primavera silenciosa servirán de hilo conductor para hablar de los proyectos que se llevan a cabo en el centro.

Eventos presenciales en tu comunidad autónoma

Visitas a laboratorios, rutas científicas, conferencias danzadas: la Semana de la Ciencia del CSIC sigue contando con un gran número de actividades presenciales. Todas ellas se llevarán a cabo de forma segura, para lo cual se han reducido los aforos habituales y se han establecido medidas de higiene y desinfección especiales. Además, será imprescindible la inscripción previa, lo que permitirá comunicar al público asistente cualquier cambio en la programación motivado por la situación sanitaria. Si esta Semana de la Ciencia te apetece salir de casa, aquí tienes algunos de los eventos que se desarrollarán en tu comunidad autónoma.

SCT 2019 en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición

Taller del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición en la anterior edición de la Semana de la Ciencia. / CSIC

En Andalucía, el Museo Casa de la Ciencia de Sevilla te invita a asistir a varias de sus actividades. Una de ellas es el taller Buscando vida en el universo, en el que personal del Centro de Astrobiología explicará, a través de vistosas demostraciones, cómo se extrae el ADN, cómo se han formado los cráteres lunares y por qué no hay agua líquida en Marte. Y si vives en Aragón, la Estación Experimental Aula Dei, el Instituto Pirenaico de Ecología y el Instituto de Carboquímica te animan a acudir a sus jornadas de puertas abiertas.

Los eventos virtuales predominan en Cataluña. Sin embargo, en esta comunidad no faltarán los cursos de formación para el profesorado, como el que ofrece el Instituto de Biología Evolutiva, ni los talleres presenciales para escolares. Es el caso de LabEnClass: La energía del futuro, en el que el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona presentará sus investigaciones relacionadas con la energía a través de varios experimentos.

En la Comunidad Valenciana la Casa de la Ciencia de Valencia organizará charlas y debates con personal investigador, y en Galicia la Delegación del CSIC presentará Ciencia que alimenta, una obra de teatro sin comunicación verbal que busca despertar el interés por la ciencia en el público de todas las edades. Además, las niñas y los niños de esta comunidad podrán diseñar su propio escudo familiar en un taller del Instituto de Estudios Gallegos Padre Sarmiento para acercarse de forma divertida y amena al mundo de la heráldica.

Ya en Madrid, será posible asistir a una conferencia bailada sobre danza contemporánea en el Instituto de Historia y a un gran número de talleres presenciales, en los que el público de todas las edades tendrá la oportunidad de descubrir si las moscas tienen olfato (Instituto Cajal), si se puede congelar agua a temperatura ambiente (Instituto Cajal) o cuánta vida hay en un ecosistema urbano (Real Jardín Botánico). Además, quien quiera estar al aire libre podrá sumarse a alguna de nuestras rutas científicas, como la que propone el Centro de Ciencias Humanas y Sociales por la historia de la Plaza Mayor, la Puerta del Sol o el Madrid de la Guerra Civil.

Por último, en el País Vasco podrás explorar las escalas macro, micro y nanoscópica por medio de lupas y de un microscopio fabricado con tus propias manos en el taller familiar Escala tu mundo, organizado por el Centro de Física de Materiales (San Sebastián).

Como ves, no faltan opciones, pero no te preocupes si ahora mismo no sabes cuál elegir. En la web de la Semana de la Ciencia del CSIC  puedes encontrar la actividad que más te interese buscando por diferentes criterios, como la comunidad autónoma en la que vives, el formato del evento o el tipo de público al que va dirigido (general o alumnado educación, infantil, primaria, secundaria o universidad). Eso sí, cuando lo tengas claro date prisa para inscribirte, porque otros años el aforo se ha cubierto rápido y en esta edición la pandemia ha hecho necesario reducirlo más. ¡Te esperamos!

La importancia de la ciencia básica: ¿cómo se inventó la PCR?

Por Carlos Pedrós-Alió y Mar Gulis (CSIC)*

En las últimas semanas la prueba PCR (siglas en inglés de ‘Reacción en Cadena de la Polimerasa’) se ha hecho muy popular como herramienta para el diagnóstico del coronavirus SARS-CoV-2. Sin embargo, esta técnica se lleva utilizando desde finales del siglo pasado en laboratorios de todo el mundo para localizar y amplificar fragmentos de material genético con un enorme éxito. Sin ella, por ejemplo, no habrían sido posibles la secuenciación del genoma humano, las pruebas de paternidad, muchos desarrollos de la medicina forense o la identificación de víctimas de la guerra civil española enterradas en fosas comunes.

Lo que aún menos personas saben es que la PCR tiene una historia impredecible, como tantas en ciencia, que comienza hace más de 50 años con un organismo tan exótico como poco prometedor.

Thomas D. Brock tomando muestras de tapetes microbianos en Yellowstone. / T. D. Brock.

En septiembre de 1966 Thomas D. Brock estaba en el Parque Nacional de Yellowstone estudiando los microorganismos que vivían en fuentes termales. Poco antes de finalizar el trabajo de campo, Brock y su estudiante Hudson Freeze recogieron muestras de Mushroom Spring (el manantial del hongo) para intentar aislar unos microorganismos que for­maban tapetes de color anaranjado. De regreso en el labo­ratorio en la Universidad de Indiana, sembraron placas de cultivo y las incubaron en diferentes medios a 70 grados. El microorganismo anaranjado no creció, pero en algunas placas apareció una nueva bacteria que podía crecer hasta los 78 grados y que no podía hacerlo por debajo de los 45. Claramente se trataba de un nuevo organismo termófilo, es decir, adaptado a las altas temperaturas. Brock y Freeze realizaron entonces las pruebas necesarias para describir el organismo y le pusieron el nombre de Thermus aquaticus.

El relato concluiría aquí si no fuera porque en 1989 David H. Gelfand tuvo la idea de utilizar un microorganismo termófilo para mejorar una técnica creada poco antes en su misma empresa, Cetus, por Kary Mullis: la PCR.

La PCR es una especie de fotocopiadora molecular que permi­te realizar tantas copias como se quiera de un fragmento de ADN seleccionado. La forma de seleccionar este fragmento y no otro consis­te en mezclar el ADN de la muestra que se va a analizar con dos pequeños fragmentos de ADN que se denominan ceba­dores. Al calentar la muestra con estos cebadores, la doble cadena se separa. Al enfriarla a continuación, los cebadores se hibridan con el fragmento de ADN complementario de su se­cuencia. Si los hemos elegido correctamente, nuestros ceba­dores se unirán al principio y al final del gen que buscamos. En este momento, añadimos la enzima que duplica el ADN, la ADN polimerasa, para que se una al cebador y comience a replicar el ADN. La enzima no puede replicar una cadena de ADN a menos que parta desde un cebador, de ahí el nom­bre.

Al cabo de un rato, volvemos a calentar la mezcla, con lo que las cadenas se vuelven a separar. Volvemos a enfriar y ahora tendremos el doble de copias del ADN de interés. Si añadimos más polimerasa, volveremos a repetir el ciclo, pero esta vez tendremos ocho copias. El proceso va aumentando el número de copias del fragmento de interés de forma expo­nencial, de manera que, al cabo de 20 o 30 ciclos, la mayor parte del ADN consiste en copias idénticas de nuestro gen de interés. Una vez conseguido esto, lo podemos secuenciar con facilidad.

Pasos de la PCR. En 1 tenemos una molécula de ADN (en blanco), dentro de la cual está el fragmento A que nos interesa (en negro). En 2 las dos cadenas del ADN se separan al calentarlas. En 3 añadimos los cebadores. Bajamos la temperatura y los cebadores y se unen a las zonas del ADN complementarias. En 4 añadimos la ADN polimerasa que anclándose en el cebador, “lee” la secuencia de bases de la cadena madre y sintetiza la cadena hija complementaria. En 5, después de un tiempo adecuado, tenemos cuatro copias del fragmento A y solamente 2 del resto del ADN. 

Como hemos dicho, la técnica era el resultado de una idea brillante de Kary Mullis, que recibió el Premio Nobel por este descubrimiento en 1993. Sin embargo, la idea original tenía un problema: en cada ciclo, al calentar la muestra, la polimerasa se desnaturalizaba y había que volver a añadir más enzima. Esto hacía que la técnica resultara muy laboriosa y poco eficiente.

Fue entonces cuando a David H. Gelfand se le ocurrió utilizar la enzima de un microorganismo termófilo. De esta manera la enzima no se desnaturalizaría y se podría volver a utilizar en el siguiente ciclo. Gelfand probó las enzimas de un gran número de bacterias termófilas y la mejor resultó ser la de la bacteria que Thomas D. Brock había aislado dos décadas antes. En 1989 David H. Gelfand y otros científicos de la em­presa Cetus registraron una patente para realizar la técnica de la PCR con una enzima extraída de Thermus aquaticus: la Taq polimerasa.

Del hallazgo a la aplicación práctica

La historia anterior tiene muchas moralejas que conciernen a la ciencia. La primera es que entre un descubrimiento y su aplicación práctica pasan muchos años. Trascurrieron 20 años hasta que la bacteria aislada en Yellowstone por un ecólogo microbiano fue utilizada en una patente por un biólogo molecular que trabajaba para una de las primeras empresas de biotecnolo­gía. La aplicación de esa técnica a la ciencia forense toda­vía se demoró unos cuantos años más. Pero en 1996 la PCR permitió por primera vez liberar a un falso culpable de la cárcel: el uso de esta técnica hizo posible declarar inocente a Kevin Green, un hombre que había sido encarcelado 16 años antes en California de forma errónea por un crimen de violación.

Mushroom Spring (el manantial del hongo) en el Parque Nacional de Yellowstone. / NPS Photo.

Nadie hubiera podido prever en 1965 que el proyecto de investiga­ción que Brock presentó a la National Science Foundation (NSF) iba a tener consecuencias prácticas 30 años después. Afortunadamente, los evaluadores de la NSF se basaron en la calidad científica del proyecto y de su investigador principal para aprobarlo y, en consecuencia, financiarlo. Y esta es la segunda conclusión. Las aplicaciones de la investigación básica no se pueden predecir.

Tanto en la Unión Europea como en nuestro país, las instituciones tienen una gran preocupación por financiar la investigación que resulte beneficiosa para la sociedad. Las frases que se han puesto de moda son “mejorar la calidad de vida de los europeos” y “realizar la investigación que pide la sociedad”. Si estos hubieran sido los criterios para evaluar el proyecto de Brock, este no se habría financia­do y Kevin Green tal vez seguiría en prisión.

Pero es que la PCR no solamente se utiliza en esos casos. Por ejemplo, el caso Maeso, el anestesista que contagió la hepatitis a muchos pacientes en un hospital de Valencia, se resolvió gracias a la PCR. Actualmente, la técnica se emplea en miles de laboratorios de medicina, de antropología y de biología en todo el mundo y genera anualmente un negocio de 20.000 millones de euros, además de mantener muchos puestos de trabajo.

Cuando Brock decidió estudiar las fuentes termales de Yellowstone no estaba pensando en mejorar la calidad de vida de los americanos, hacer la investigación que pedía la sociedad o desarrollar pruebas médicas para controlar una pandemia. ¿Alguien puede imaginar a la sociedad pidiendo que se investigaran los exóticos microbios que vivían en las fuentes termales de Yellowstone?

En lo que estaba pensando Brock era en buscar los límites de la vida, estaba embarcado en una empresa intelectual formidable que le empujaba a de­dicar todos sus esfuerzos a entender mejor el funcionamiento de la naturaleza. Al igual que los artistas de vanguardia, sentía pasión por ir más allá de la superficie de las cosas, superarse, buscar algo nuevo que nadie había imaginado hasta ese mo­mento. En cualquier caso, el hecho de que las aplicaciones de un descubrimiento científico sean totalmente imprevisibles demuestra que la investigación básica no solamente es im­prescindible (sin ella no puede haber aplicaciones), sino que no puede ser dirigida.

 

* Carlos Pedrós-Alió es investigador del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC y autor del libro La vida al límite (CSIC-Catarata).

Únete a la ciencia ciudadana: pon a tu ordenador a cribar fármacos contra el coronavirus

Por Mar Gulis (CSIC)

Colaborar desde casa en la búsqueda de medicamentos que frenen el coronavirus ya es posible gracias a un nuevo proyecto de ciencia ciudadana impulsado por el CSIC y la Fundación Ibercivis. Basta con tener un ordenador, conexión a internet y unirse, instalando un programa, a la red de computación distribuida de Ibercivis. A partir de ese momento, cada vez que se active el salvapantallas, tu ordenador se pondrá a hacer cálculos que servirán para conocer si fármacos que se están utilizando para tratar otras enfermedades víricas, como el ébola, la infección por VIH (causante del sida), la hepatitis B o la gripe, logran inhibir una proteína clave en la reproducción del virus SARS-CoV-2. Si quieres saber más, aquí te damos algunas claves del proyecto, que responde a las siglas ‘COVID-PHYM’.

Ciencia ciudadana

¿Por qué probar compuestos que ya existen?

Pues para ganar tiempo en el control de la pandemia. Como los medicamentos aprobados ya han demostrado ser suficientemente seguros para nuestra salud, podrían estar disponibles para tratar a pacientes con COVID-19 mucho antes que un fármaco de nueva creación.

En cualquier caso, aunque un medicamento esté aprobado, hay que demostrar que es eficaz contra este coronavirus. Los ensayos clínicos con personas son muy costosos en términos económicos, de tiempo y de esfuerzo para los pacientes y el sistema sanitario. Así que, antes de hacer pruebas de este tipo, conviene utilizar técnicas informáticas para seleccionar buenos candidatos, es decir, fármacos que tengan realmente oportunidades de funcionar.

¿Cuál es la diana terapéutica?

La proteína que se quiere inhibir se conoce como ARN polimerasa dependiente de ARN’ y ha sido escogida porque juega un papel central en la replicación y transcripción del material genético del virus. Si se neutraliza, se puede frenar la propagación del virus en el organismo y ayudar en la curación.

¿Qué pintan los ordenadores personales en todo esto?

Como explica Javier Martínez de Salazar, investigador del CSIC en el Instituto de Estructura de la Materia y líder del grupo que está detrás de esta iniciativa (Biophym), buscar con técnicas informáticas un compuesto capaz de neutralizar una proteína concreta es como probar un enorme número de llaves para abrir una cerradura. “Como en el caso de una llave y una cerradura, hay que encontrar el fármaco que mejor se adapte a la estructura de la zona de la proteína en la que esta realiza su función; el problema es que los modelos basados en la química-física que nos permiten hacerlo implican realizar cientos de miles de cálculos para medir la fuerza de la interacción de cada una de las posibles asociaciones entre el fármaco y la proteína”, advierte Javier Ramos Díaz, uno de los investigadores del grupo.

Un ordenador convencional tardaría varios años en ejecutar los cálculos necesarios para llevar a cabo la investigación. Por eso, el proyecto necesita la colaboración ciudadana: es decir, muchos ordenadores de personas voluntarias que reciban y procesen pequeños paquetes de trabajo. De este modo será posible conseguir una potencia de cálculo similar a la de un supercomputador y realizar todas las tareas previstas.

Coronavirus y proteina diana

Principal: imagen al microscopio electrónico del virus SARS-CoV-2 . Arriba a la derecha: estructura de la ARN-Polimerasa del SARS-CoV-2. / Center for Disease Control/epa/dpa y PDB Id: 6M71.

Realmente, ¿es eficaz distribuir el trabajo en muchos ordenadores?

Sí. Esta forma de trabajar se conoce como computación distribuida, y lleva cerca de 20 años ayudando con éxito a llevar a cabo proyectos científicos que demandan una gran capacidad de procesamiento. Uno de los ejemplos más vistosos es el proyecto SETI, que ha conseguido que millones de voluntarios y voluntarias contribuyan con sus ordenadores a analizar señales de radio procedentes del espacio en busca de indicios de vida extraterrestre. Para facilitar su puesta en marcha, la Universidad de Berkeley desarrolló la plataforma de computación distribuida BOINC, un programa de código abierto que actualmente utilizan numerosos centros de investigación de todo el mundo en áreas tan diversas como la física, las matemáticas, la climatología o la astrofísica.

En España, uno de los principales impulsores de este paradigma de computación ha sido Ibercivis. Aunque actualmente esta fundación se dedica a promover todo tipo de iniciativas de ciencia ciudadana, cuenta con una infraestructura de computación distribuida basada en BOINC con más de 20.000 voluntarios y voluntarias que ceden la potencia de cálculo de sus ordenadores y que ha dado soporte a más de 15 proyectos de investigación.

¿Qué hay que hacer para colaborar?

Solo necesitas descargar el programa BOINC y unirte a ‘Ibercivis BOINC’ en el momento de la instalación. Al hacerlo podrás elegir fácilmente cuándo y cómo participar. Si no quieres que el rendimiento del ordenador se vea afectado mientras lo usas, deja activada la configuración por defecto para que el programa solo se ejecute en los tiempos de pausa, cuando salta el salvapantallas.