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El secreto de la Vetusta Morla: ¿por qué unos animales viven más que otros?

Por Marta Fernández Lara*

“Hay un ser en Fantasía que es más viejo que todos los otros. Lejos, muy lejos, al norte, está el Pantano de la Tristeza. En medio de ese pantano se alza la Montaña de Cuerno y allí vive la Vetusta Morla. ¡Busca a la Vetusta Morla!”

Con esta cita, un búfalo purpúreo animaba en sueños a Atreyu a buscar a la Vieja Morla en la Historia Interminable de Michael Ende. Este singular animal no solo es el más viejo de Fantasía. En nuestro mundo, las tortugas de las Galápagos están entre los vertebrados más longevos que existen, llegando a vivir cientos de años. Pero, ¿cuál es la razón por la que estos animales son tan longevos?, ¿por qué hay tanta disparidad entre los años que viven unos organismos y otros?

La ciencia se ha planteado muchas veces este tipo de preguntas pues, de conocer sus respuestas, estaríamos más cerca de alcanzar el ansiado ‘elixir de la juventud’ que permitiera alargar la vida a los seres humanos.

Las bases del envejecimiento

Para tratar de encontrar respuestas a estas preguntas, primero hay que entender qué es lo que determina la esperanza de vida o el envejecimiento.

El envejecimiento es un proceso biológico que evita que un organismo viva eternamente, incluso en condiciones ideales en las que no hay depredación, ni fenómenos ambientales que puedan producir la muerte de los individuos.

En los últimos años, la comunidad investigadora se han sumergido en las profundidades celulares para comprender qué mecanismos biológicos contribuyen al proceso de envejecimiento. Dentro de la maquinaria celular, la acumulación de mutaciones y de daños en el ADN, la molécula que contiene nuestra información genética, está asociada con el envejecimiento. Tanto es así, que científicos como Luis Blanco y su equipo, del Centro de Biología Molecular (UAM-CSIC), se dedican a estudiar los mecanismos de reparación de estos daños. Del mismo modo, la alteración de algunos orgánulos componentes clave de la célula también contribuye a este proceso. Por ejemplo, la modificación de los componentes de la pared que envuelve el núcleo, el orgánulo que contiene el ADN, está relacionada con un envejecimiento prematuro.

Por otra parte, la actividad celular también tiene una gran influencia en el envejecimiento, ya que algunos mecanismos biológicos generan unas moléculas denominadas especies reactivas del oxígeno (ROS), que pueden producir daños a proteínas, membranas celulares, etc. Esto se denomina estrés oxidativo, y en algunos experimentos se ha observado que su reducción puede alargar la vida de ciertos animales de laboratorio.

Estos son solo algunos ejemplos de procesos que se han visto implicados en el envejecimiento, pero todavía queda mucho por comprender de este complejo fenómeno biológico. Resolver estas incógnitas nos acercaría a conocer la clave de las diferencias entre la velocidad a la que envejecen las distintas especies o por qué algunas, como las bacterias, parecen no hacerlo nunca.

Coral cerebro (‘Diploria labyrinthiformis’).

La longevidad bajo una perspectiva evolutiva

Sin embargo, otros investigadores tratan de desvelar ‘el secreto de la Vieja Morla’ observando las características de los ciclos de vida de los organismos desde un punto de vista evolutivo.

En la naturaleza observamos que los organismos tienen diferentes estrategias vitales: algunos crecen más rápido, otros más lento; unos se reproducen antes, otros después y algunos viven más tiempo que otros. Estas diferencias han surgido como consecuencia de la actuación de procesos evolutivos a lo largo del tiempo.

En lo que se refiere al envejecimiento, los científicos han propuesto distintas hipótesis para tratar de explicar cómo ha evolucionado este proceso y por qué se mantiene.

Una de estas hipótesis explica que el envejecimiento se produce principalmente por la acumulación de mutaciones en el ADN cuyos efectos negativos se manifiestan con la edad. Una segunda teoría plantea que habría genes que, en etapas tempranas de la vida, tendrían efectos positivos en los organismos, por lo que se favorecería su transmisión a la siguiente generación por selección natural. Sin embargo, con el tiempo estos genes desencadenarían procesos negativos relacionados con el envejecimiento. Por último, otra de las principales hipótesis explica que las especies tienen una cantidad limitada de energía que deben repartir entre mantenerse vivos y reproducirse; y en reparar los daños del ADN que contribuyen a este proceso.

Todas estas hipótesis estarían relacionadas con un factor esencial que explicaría las diferencias de longevidad entre los animales: la mortalidad por causas ambientales. Por un lado, los animales que viven en ambientes en los que corren menos riesgo de morir por factores externos como la depredación, enfermedades, etc., la selección natural favorecerá un desarrollo más lento de los individuos, la expresión tardía de las mutaciones con efectos negativos y, en definitiva, retrasará el envejecimiento. Por otro lado, si las especies experimentan un riesgo alto de mortalidad por factores externos, su vida será más corta, la selección natural no tendrá tiempo de actuar para eliminar estas mutaciones perjudiciales que se acumularán antes, favoreciendo un envejecimiento temprano.

Un ejemplo de cómo influye el ambiente en la velocidad de envejecimiento de los animales es la investigación en la que ha participado recientemente Jordi Figuerola, investigador de la Estación Biológica de Doñana (EBD-CSIC). El estudio, realizado en mirlos, muestra que las poblaciones de zonas urbanas, que experimentan más estrés, presentan un mayor acortamiento de telómeros frente a las de zonas naturales. Los telómeros son regiones de los cromosomas que protegen el ADN de la degradación, y su acortamiento es un signo de envejecimiento.

Ejemplar de mirlo / Eloy Revilla (EBD-CSIC).

Así, se ha observado que los animales que poseen rasgos que les protegen de morir por causas ambientales presentan una longevidad mayor. Este es el caso de las aves y mamíferos voladores como los murciélagos, que en muchos estudios se ha visto que viven más que los que no poseen esta capacidad. Del mismo modo, parece que los mamíferos que habitan en los árboles viven más años que otros mamíferos terrestres, lo que explicaría que, por ejemplo, los primates tengan una vida tan larga en comparación con otras especies. La explicación que han propuesto las diversas investigaciones a estas observaciones es que la vida en las alturas proporciona una mayor protección frente a los depredadores, reduciendo así la mortalidad por factores externos y favoreciendo un envejecimiento tardío. Un último ejemplo, que nos acerca al enigma que nos proponíamos al principio, es el de los animales con caparazón o conchas protectoras que, como en el caso de las tortugas, presentan también una mayor longevidad.

¿Está resuelto, entonces, el misterio? Sin duda, estas teorías evolutivas dan un paso más en la comprensión de este proceso y de las diferencias de longevidad entre los organismos pero, una vez más, todavía quedan muchas incógnitas por resolver. Parece que aún nos queda un largo camino hasta llegar a la Montaña del Cuerno donde la Vetusta Morla guarda celosamente su secreto.

 

Marta Fernández Lara es colaboradora del Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC).

¿Te apuntas a un ‘biomaratón’? Fotografía la naturaleza de tu ciudad en el City Nature Challenge 2018

Por Mar Gulis (CSIC)

Si te gusta la naturaleza urbana, entre el viernes 27 y el lunes 30 de abril tienes una cita clave. Durante estos cuatro días, cerca de 70 ciudades de todo el mundo competirán de forma amistosa en el City Nature Challenge 2018, un ‘biomaratón’ que invita a la ciudadanía a hacer la mayor cantidad posible de observaciones de seres vivos y publicarlas en internet. Cualquier persona con acceso a la red y un teléfono o cámara de fotos puede ayudar a que su ciudad sea la ganadora.

Impulsada desde 2016 por la Academia de las Ciencias de California y el Museo de Historia Natural del Condado de Los Ángeles, la competición se celebra este año por primera vez a escala internacional. En nuestro país, varios centros y proyectos vinculados al CSIC promueven la iniciativa, a la que se han sumado tres ciudades españolas y sus respectivas áreas metropolitanas: Madrid (con 28 municipios), Barcelona (con 36) y Cádiz (con 6).

CNC

¿Quieres participar? Es muy sencillo: durante los días que dure la competición haz fotografías o grabaciones sonoras de todo tipo de organismos (desde bacterias hasta árboles monumentales) que encuentres en alguna de estas zonas y luego súbelas a la plataforma de ciencia ciudadana NatuSfera. Ten presente que puedes hacer las observaciones por tu cuenta o acudir a alguno de los maratones convocados, como los organizados en Madrid por el Real Jardín Botánico y el Museo Nacional de Ciencias Naturales, o los que en Barcelona coordinan el Instituto de Ciencias del Mar y el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales.

Tus observaciones podrán identificarse y validarse hasta el 3 de mayo gracias a un sistema de identificación colaborativa y quedarán disponibles para todo el mundo en NatuSfera, una herramienta creada por varios centros y proyectos vinculados al CSIC que funciona como un cuaderno de campo para el móvil, una red social naturalista y una plataforma de seguimiento de la biodiversidad.

Gráfica

Sistema de identificación colaborativa incorporado en NatuSfera, que permite identificar y/o validar un gran número de observaciones en un período de tiempo muy corto (como el requerido en la biomaratón).

Además, las observaciones validadas pasarán posteriormente a formar parte de la base de datos de GBIF, la Infraestructura Mundial de Información en Biodiversidad (por sus siglas en inglés), que con casi 1.000 millones de registros constituye la mayor red mundial de datos de biodiversidad.

Las ciudades ganadoras serán las que obtengan el mayor número de observaciones, especies observadas y participantes, pero el verdadero premio será aumentar el conocimiento de la biodiversidad urbana. Así, la información aportada por la ciudadanía proporcionará una ‘instantánea’ en tiempo real que permitirá hacer un seguimiento de cómo cambia la distribución o la presencia de las especies en las ciudades.

Por eso, todas las especies cuentan, sean o no nativas y con independencia de su abundancia o rareza. Y todas las observaciones sirven, aunque no puedas identificar la especie retratada o hayas fotografiado la misma especie en lugares distintos. Con esta metodología, el primer City Nature Challenge, que se celebró solo en San Francisco y Los Ángeles, alcanzó más de 20.000 observaciones, 1.000 participantes y 1.600 especies clasificadas, entre las que se incluían nuevas citas de especies que no se habían visto nunca en estas dos ciudades.

Observación

Jaume Piera, investigador del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC, explica que “el objetivo principal de las biomaratones es crear y fortalecer una red de observadores a nivel local que aporten el conocimiento de la biodiversidad de sus respectivas áreas. Esta información, una vez integrada en bases de datos, servirá para obtener un conocimiento actualizado del estado de la biodiversidad a gran escala”. Y añade: “para lograrlo necesitamos datos de todos los lugares y en todo momento, y esto tan sólo lo podemos conseguir con la participación y el conocimiento local de la gente”.

¿Cómo participar?

  1. Inscríbete en el siguiente formulario.
  2. Visita natusfera.gbif.es o bájate la aplicación desde Google Play o AppStore.
  3. Regístrate y/o inicia la sesión.
  4. Haz y sube tus observaciones entre el 27 y el 30 de abril para que sumen al contador de tu ciudad.

¡Anímate y participa en el City Nature Callenge 2018! Tus observaciones serán útiles para la ciencia y para favorecer la conservación de la naturaleza de nuestras ciudades.

¿Qué tiene que ver la gravedad con la vida en el universo?

Por Carlos Barceló Serón (CSIC)*

La gravitación, el fenómeno por el cual los objetos con masa se atraen entre sí, parece estar detrás de la vitalidad que muestra el universo, es decir, de su capacidad para generar vida.

Remolinos de polvo interestelar en la nebulosa del Águila captados por el telescopio Hubble. Son conocidos como los “pilares de la creación” de la nebulosa, por ser un lugar donde nacen estrellas. / NASA-ESA.

Así ocurre porque la vida tal como la conocemos requiere para su existencia de una gran variedad de elementos químicos. Para que esta complejidad química se haya producido, fue necesario formar primero un ecosistema de estrellas. Es en estos inmensos y potentes hornos donde se generaron los elementos químicos complejos (todos salvo los elementos primordiales generados en fases del universo temprano); incluido el carbono, que es fundamental en los compuestos orgánicos. Es más, algunos elementos pesados solo pudieron formarse en explosiones de tipo nova, supernova o en las colisiones de estrellas de neutrones.

Esto quiere decir que únicamente un medio suficientemente procesado por el nacimiento y muerte de generaciones de estrellas es un terreno abonado para la vida. Y la fuerza suprema responsable de la formación de estrellas es la gravedad. Es ella la que tiende a compactar la materia, aumentando su densidad hasta permitir las reacciones termonucleares responsables del enriquecimiento químico.

Sin embargo, existe otro aspecto todavía más importante que relaciona biología y gravedad, considerada una de las cuatro interacciones físicas fundamentales. Es el hecho de que la gravedad, a través de la generación de estrellas, abre una puerta entrópica en el universo.

¿Qué quiere decir esto? Para entenderlo, hay que saber que la entropía es un concepto fundamental en física de sistemas complejos (gases, fluidos, etc., en general, sistemas con muchos componentes). En la descripción propuesta por Ludwig Boltzmann, la entropía de un sistema es una medida de cómo de ordinaria es la configuración en la que se encuentra entre todas las configuraciones que el sistema podría adoptar. Todos los sistemas físicos conocidos satisfacen la segunda ley de la termodinámica, la cual nos dice que todo sistema evoluciona de lo singular a lo ordinario, es decir, que su entropía y su desorden siempre aumentan.

Restos de una explosión estelar en la nebulosa de Orión. /ALMA (ESO-NAOJ-NRAO), J. Bally-H. Drass et al., via Wikimedia Commons.

Sin embargo, la evolución biológica parece ir a primera vista en contra de esta ley, ya que aparentemente produce de forma progresiva estructuras más organizadas, más singulares. No obstante, esta violación es solo una apariencia y, de hecho, la segunda ley de la termodinámica no se vulnera aquí tampoco. Lo que sucede es que cada disminución de entropía de un sistema vivo se ve compensada con aumentos de entropía en otras partes del sistema total. Nosotros y todos los seres vivos consumimos energía empaquetada de forma singular para devolverla al sistema en forma ordinaria. Al contrario de la visión popular, no funcionamos a base de consumir energía como si de hacerla desaparecer se tratara; nuestros procesos vitales conservan la cantidad de energía. Funcionamos a base de desorganizar la energía. Para poder hacer esto necesitamos que haya fuentes de energía susceptibles de ser desorganizadas. Y un foco caliente –una estrella– en un universo frío proporciona precisamente esta situación.

Todo apunta a que el universo comenzó su andadura a partir de un estado extremadamente singular y que este hecho ha permitido que en la actualidad contenga tal riqueza estructural. Aunque la conexión exacta todavía se nos escape, deberíamos retener la idea de que la gravedad guarda la clave de lo que podría ser el más singular de todos los hechos: el nacimiento entrópico del universo.

 

* Carlos Barceló Serón es investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía, autor del libro de divulgación La gravedad (CSIC-Catarata) e impulsor del proyecto audiovisual ‘Territorio gravedad’.

¿Puede un robot diagnosticar una enfermedad mejor que un médico?

Por Ramón López de Mántaras y Pedro Meseguer (CSIC)*

La respuesta es ‘sí’. Pero, como casi todas las respuestas, hay que matizarla.

Históricamente, uno de los ámbitos de aplicación de la inteligencia artificial (IA) ha sido la medicina. En la actualidad la técnica de IA que está dando los resultados más espectaculares en el ámbito del diagnóstico basado en la imagen es el llamado aprendizaje profundo, que consiste en aprender a reconocer patrones de manera muy eficiente. Con esta técnica, recientemente científicos de la Universidad de Carnegie Mellón (EE UU), en colaboración con cuatro hospitales de Chicago, han desarrollado un sistema capaz de predecir infartos con cuatro horas de antelación en enfermos ingresados en UCIs, lo que mejora en más de tres horas los tiempos de predicción de los cardiólogos. Otro ejemplo exitoso de aplicación del aprendizaje profundo es el análisis combinado de imágenes médicas de rayos rayos X, MRI y ultrasonidos desarrollado por un grupo de la Universidad de Queensland (Australia), el cual puede diagnosticar el cáncer de mama mejor que los médicos.

diagnostico por ordenadorEste tipo de sistemas se entrenan a partir de enormes cantidades de datos. Así, el software capaz de predecir infartos fue entrenado con datos de 133.000 pacientes, que incluían 72 parámetros presentes en la historia clínica de estas personas (signos vitales, edad, glucemia, recuentos de plaquetas, etc.).

Cuando no se dispone de suficientes datos o el problema médico que se quiere resolver no se basa en el reconocimiento de patrones, sino más bien en razonamiento lógico basado en el procesamiento de conocimientos médicos, entonces es posible recurrir a otra técnica de IA menos novedosa pero también muy útil. Se trata de los denominados sistemas expertos, que utilizan el conocimiento acumulado sobre los síntomas de una enfermedad, el historial médico y los resultados de análisis médicos para llegar a conclusiones sobre el estado de un paciente, es decir, para diagnosticar. Cuanto mayor sea su capacidad para combinar sus conocimientos con las observaciones reales, más exacto será su diagnóstico.

El primer sistema experto médico fue HEURISTIC DENDRAL, desarrollado a partir de los años 70 en la Universidad de Stanford, en el ámbito de la química orgánica. Poco después, en la misma universidad se desarrolló MYCIN, orientado a las enfermedades infecciosas. Una parte del sistema describía posibles síntomas y otra expresaba una posible causa de los mismos. Además de incorporar conocimientos que permitían diagnosticar el agente causante de la infección, MYCIN también contenía información acerca del tratamiento adecuado, por lo que resultaba útil para la toma de decisiones por parte de los médicos.

Hoy ya hay multitud de sistemas en este campo que se usan regularmente en hospitales y centros médicos de todo el mundo. Por ejemplo, ATHENA, que ayuda a los médicos a tratar a pacientes con problemas de hipertensión. Este sistema procesa los datos clínicos de cada paciente y, a partir de su base de conocimientos sobre hipertensión, genera recomendaciones para mejorar la atención clínica personalizada.

Una de las aplicaciones más potentes a nivel mundial es el sistema GIDEON, que ayuda a diagnosticar 337 enfermedades infecciosas específicas en 224 países. Su base de datos cubre 1.147 taxones microbianos y 306 agentes antibacterianos y vacunas. La información que maneja es actualizada semanalmente e incluye más de 20.000 imágenes, gráficos, mapas infografías, etc. Todo ello le permite llegar a un 94% de diagnósticos correctos, y de ahí que sea uno de los sistemas más usados en el ámbito de la medicina. GIDEON es útil tanto para el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades infecciosas, como para mejorar su conocimiento, identificar microorganismos patógenos y detectar brotes epidémicos. Básicamente lo que hace GIDEON es mejorar la exactitud del diagnóstico y ampliar la base de conocimientos de la persona experta. Ahora bien, como todo sistema, presenta algunas limitaciones. Por ejemplo, no es capaz de diagnosticar simultáneamente enfermedades concurrentes. Además, los signos y síntomas que se introducen para realizar una consulta se relacionan únicamente con las enfermedades transmisibles registradas en el sistema, por lo que quedan excluidas muchas otras.

En cualquier caso, es importante recalcar que los sistemas basados en IA, a pesar de ser capaces de proporcionar diagnósticos rápidos y certeros, nunca superarán el sentido común y el buen juicio de una persona, ni tampoco el efecto placebo resultante del trato humano y la empatía que caracteriza a un buen profesional de la medicina en la relación con sus pacientes. Otro punto fuerte de los expertos humanos respecto a la inteligencia artificial es la capacidad de aplicar el conocimiento existente cuando, por ejemplo, los datos son incompletos o la información sobre el estado de un paciente no se corresponde bien con los casos usuales.

Sin embargo, para un médico la capacidad de recordar datos organizados puede ser un factor limitante, igual que la de correlacionar los casos observados con el patrón de datos existente. Por ello el uso de sistemas de IA es una excelente ayuda. De hecho, los sistemas de IA en medicina no deberían diseñarse con el objetivo de sustituir al médico u otro personal sanitario, sino como sistemas de ayuda y complemento de su labor.

 

* Ramón López de Mántaras y Pedro Meseguer son investigadores del CSIC en el Instituto de Investigación en Inteligencia Artificial del CSIC y autores del libro de divulgación Inteligencia Artificial (CSIC-Catarata).

¿Es posible un ‘apocalipsis zombi’? Aquí, una perspectiva científica

Por Omar Flores (CSIC)*

Uno de los recursos más habituales de la ficción posapocalíptica son los zombis. Buena parte del público se ha preguntado alguna vez cómo actuaría en tal escenario; lo que, a su vez, lleva inevitablemente a la cuestión de si es realmente posible que existan los zombis y, de ser así, cómo serían. La ciencia, como siempre, acude para resolver nuestras dudas, incluso sobre no-muertos.

En primer lugar, vamos a desmentir una de las características más imposibles: los zombis como ‘máquinas de movimiento perpetuo’, que pase lo que pase nunca se detienen; cadáveres andantes que, encuentren o no comida, siguen caminando meses, años o toda la no-vida. Esto es totalmente imposible, pues, sin importar qué haya causado la zombificación, estas criaturas deben estar sujetas a los límites de la física. Ningún organismo, vivo o no-muerto, puede mantener su actividad sin recibir un aporte de energía que la sustente. Por tanto, los zombis desaparecerían por simple inanición.

Diferentes representaciones de zombies en las películas.  / AMC, Fox Searchlight y Screengems.

La siguiente cuestión es cómo se verían afectadas las capacidades físicas de los zombis al pasar a ese estado. En la ficción encontramos tres opciones básicas: zombis con fuerza o agilidad similares a las de los vivos (28 días después), con habilidades reducidas (The Walking Dead) o zombis con habilidades potenciadas, más fuertes y letales que en vida (Resident Evil). Desde el punto de vista científico, lo más probable es que los zombis tuvieran unas habilidades inferiores a las que tenían en vida, debido al deterioro físico de su organismo. Sería posible, aunque menos probable, que mantuvieran las mismas capacidades si, en vez de morir, solo perdieran su mente consciente, caso en el que podrían conservar su fuerza o agilidad siempre que consiguieran mantenerse bien alimentados. Lo que definitivamente no parece posible es que su fuerza se incrementase. Por tanto, parece evidente que podríamos enfrentarnos a los zombis y derrotarlos.

Otra idea tradicional del género es que los zombis se alimentan de cerebros. Sin embargo, no cabe esperar que los zombis sean selectivos con la comida. De hecho, las sagas más modernas ya presentan zombis que se alimentan de cualquier cosa para subsistir.

Tampoco parece muy razonable el comportamiento gregario por el cual los zombis tenderían a reconocerse y formar grupos. Sería más probable que se atacasen entre ellos, salvo que su carne no fuera útil para los propios zombis y que conservasen la capacidad de detectarse y descartarse mutuamente; algo complicado pero que podríamos aceptar. En cualquier caso, si así fuera, como mucho se ignorarían entre ellos.

Analizadas esas características secundarias (sobre las que podéis encontrar más detalles aquí), vamos por fin con la más importante de todas: ¿podrían existir realmente los zombis? Parece imposible que después de muertos algo nos vaya a hacer salir de las tumbas. En cambio, si aceptamos como zombis a aquellos cuerpos cuyo cerebro ha sido parcialmente destruido o anulado, dejando un organismo funcional pero reducido a un ente sin consciencia que solo busca satisfacer su impulso más básico de alimentarse, entonces sí podríamos llegar a enfrentarnos a una epidemia zombi. Para ello bastaría con que apareciese algún patógeno (virus, hongo o bacteria) que pudiese infectarnos, llegar a nuestro cerebro y dañarlo de esa manera. Otra posibilidad sería que un patógeno nos infectase en otra parte del cuerpo y que su actividad produjera una sustancia que llegase a nuestro cerebro y provocase esos síntomas, como si fuese una potente droga.

Pero si todo lo anterior es pura especulación, hay algo que es muy real, y es que, de hecho, ya existen zombis entre nosotros. Aunque solo en el caso de animales infectados por patógenos que los convierten en cierta clase de zombis.

El caso más simple sería el de la rabia, causada por un virus y cuyos síntomas se asemejan mucho a los de la ficción zombi (pérdida del control, agresividad, mordeduras y contagio a través de ellas), aunque los organismos infectados no son ‘muertos vivientes’.

Para encontrar animales cuyo comportamiento se aproxima más al de ‘muertos vivientes’ podríamos considerar el de los insectos que son hospedadores de parásitos como los gusanos nematomorfos (Nematomorpha o Gordiacea). Estos gusanos en su fase adulta viven en el agua (podemos encontrarlos incluso en charcos de lluvia), donde ponen sus huevos, que son ingeridos por los insectos. Los gusanos nacen en el cuerpo de su hospedador y se alimentan de él hasta que crecen lo suficiente para poder vivir libres. Cuando llega el momento de salir, el gusano toma cierto control del cuerpo del insecto y le provoca la necesidad autodestructiva de buscar agua y lanzarse dentro (Video de arriba).

A partir de ese momento, aunque el insecto se siga moviendo, ya es prácticamente un muerto viviente, pues no es dueño de sus acciones, y literalmente se suicida para que su parásito viva y continúe el ciclo.

El caso más extremo lo encontramos sin duda en el hongo Cordyceps unilateralis, que infecta a hormigas como las de la especie Camponotus leonardi. Las esporas de este hongo que alcanzan a las hormigas crecen dentro de ellas, comiéndoselas por dentro. En poco tiempo consiguen alterar el comportamiento de la hormiga, provocando que haga cosas extrañas como separarse del resto de hormigas, morder hojas y quedarse colgando de ellas, o lanzarse desde la vegetación al suelo. En este caso sí que podemos hablar de verdaderos ‘muertos vivientes’, ya que el hongo infecta completamente su cuerpo y su mente. Incluso llega a mover la mandíbula de la hormiga después de que esta haya muerto, lo que la convierte en una auténtica hormiga zombi. Al final el hongo desarrolla una seta que sale de la cabeza de la hormiga, para dispersar sus esporas e infectar a más hormigas. Esto sucede también con otros Cordyceps que infectan a otros insectos (como se puede ver también en este vídeo).

Hongo Cordyceps unilateralis en hormiga y representación humana (The Last of US). / Penn State y  Naughty Dog.

¿Podría pasar algo como eso en seres humanos? Ese es justo el argumento del videojuego The Last of Us, en el que una mutación de Cordyceps infecta a personas. Sin embargo, esta no parece una amenaza real, pues estos hongos han coevolucionado con los insectos, y no están adaptados para infectarnos (no bastaría una simple mutación para lograr que nos controlen como a las hormigas). En todo caso, podríamos especular sobre que en algún futuro llegase a aparecer (por evolución natural o de forma intencionada por nuestra intervención) una forma de patógeno que logre provocarnos una zombificación. Así que podemos concluir que, aun siendo poco probable, científicamente cabe la posibilidad de que lleguemos a convertirnos en zombis.

 

* Omar Flores es biólogo del CSIC en el Museo Nacional de Ciencias Naturales.

El universo y lo que el ojo humano no ve… o sea, casi todo

Por Enrique Pérez Montero (CSIC)*

¿Qué hace una persona ciega estudiando el universo? Además de investigador en el Instituto de Astrofísica de Andalucía del CSIC, soy invidente. Tengo una enfermedad degenerativa de la retina llamada retinosis pigmentaria por la que he ido perdiendo visión, lo que hizo que me afiliara a la ONCE hace ya seis años. Quizá algunos piensen que esta limitación física me impide llevar a cabo mi profesión, pues podría parecer que el sentido de la vista es importante para percibir el universo, pero la realidad es que todos estamos casi igual de ciegos a lo que éste contiene. Eso es algo que hemos descubierto en el último siglo, en el que han aparecido telescopios cada vez mayores, cámaras fotográficas capaces de capturar imágenes imperceptibles a simple vista, detectores sensibles a la luz que el ojo humano no puede ver porque se encuentra en otras frecuencias distintas de la luz visible, como las ondas de radio o los rayos X. Todo ello ha hecho que hayamos descubierto cosas increíbles que hasta hace no tanto ni siquiera éramos capaces de imaginar.

Incluso el ser humano ha puesto en órbita sondas espaciales que pueden visitar otros planetas y satélites de nuestro sistema solar. También hemos lanzado al espacio observatorios que recopilan la luz que no puede atravesar la atmósfera terrestre.

Muchas de las cosas que sabemos del universo las conocemos porque hemos diseñado ojos artificiales que miran más allá de lo que nuestros ojos pueden llegar a ver. No obstante, el universo tiene muchas otras cosas que, ni siquiera con los últimos adelantos técnicos ni los más sensibles telescopios o detectores, podemos observar aún. Os voy a poner cinco ejemplos.

Asteroides. Nuestro sistema solar está plagado de innumerables cuerpos rocosos que son vestigio de la época en que una parte de la nube gaseosa que formó todo el sistema se condensó en pequeños fragmentos orbitando alrededor del Sol. Muchos de ellos se agruparon en objetos cada vez mayores que dieron lugar a los planetas y sus satélites, pero otros muchos siguen sueltos y, de vez en cuando, acaban colisionando contra los otros cuerpos mayores. Desde la Tierra los buscamos y los seguimos, pero la mayoría de los cuerpos más pequeños, de hasta 100 metros de diámetro, son aún una amenaza invisible para nosotros. El mayor riesgo lo constituyen aquellos que no reflejan la luz del sol hasta que no están muy cerca de nosotros para ser detectados, bien por su debilidad o bien por su posición. El uso de un telescopio infrarrojo situado en una órbita interior podría resolver en parte la escasez de recursos para hacer un censo más completo de estos cuerpos pero, mientras esto sucede, seguimos viajando alrededor del Sol entre un auténtico enjambre de estos bólidos.

Exoplanetas. Vivimos una etapa revolucionaria de la historia de la astronomía, ya que se ha roto una de las barreras observacionales más complicadas: la detección de planetas fuera de nuestro sistema solar. El telescopio espacial Kepler ya ha catalogado más de 2.000 y algunos de ellos tienen un tamaño similar al de nuestra Tierra, y podrían albergar vida. De todas maneras, no busquéis muchas imágenes de ellos porque nos las vais a encontrar. Los planetas extrasolares se detectan por la variación en el brillo de las estrellas o en el movimiento de éstas cuando los planetas pasan por delante de ellas. Habrá que esperar a las nuevas generaciones de telescopios gigantes que se construirán en la próxima década para poder verlos directamente.

Agujeros negros. Son uno de los misterios más grandes de la naturaleza. Según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, acumulan tanta masa en un volumen tan reducido que curvan el espacio y el tiempo de tal modo que ni siquiera la luz puede escapar de ellos porque el tiempo está congelado en su superficie. Se han podido detectar por la radiación que emite el gas antes de caer en ellos o por el movimiento peculiar de las estrellas que pasan cerca, pero no se sabe qué leyes físicas gobiernan lo que ocurre en su interior. Una manera prometedora de estudiarlos son las ondas gravitacionales, detectadas el año pasado en un observatorio especial llamado LIGO que mide las oscilaciones del espacio-tiempo que se propagan cuando una gran masa es acelerada. La sensibilidad de estos observatorios tiene que mejorar mucho aún, pero han abierto la puerta para poder mirar dentro de estos ‘monstruos’.

Recreación de las órbitas estelares alrededor de SgrA*, un candidato a agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia (Crédito: ESO).

Recreación de las órbitas estelares alrededor de SgrA*, un candidato a agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia./ ESO

Materia oscura. Su existencia solo es conocida porque es necesaria su presencia para explicar los movimientos de las estrellas en las galaxias y de las galaxias en los cúmulos de galaxias. También es imprescindible para entender cómo se curva la luz cuando viene propagándose desde las primeras etapas del universo y tiene que atravesar grandes distribuciones de masa. Al no interaccionar con la luz de ninguna otra manera no puede ser observada directamente, pero se calcula que es cuatro veces más abundante que todos los otros tipos de materia que conocemos y compone todo lo que podemos percibir. Todos los intentos realizados hasta ahora para descubrir de qué se trata han sido infructuosos y aún se desconoce por completo su naturaleza.

Mapa 3D de la Materia Oscura a través del análisis de datos del Hubble Space Telescope (Crédito: ESA; Richard Massey)

Mapa 3D de la materia oscura a través del análisis de datos del Hubble Space Telescope./ ESA; Richard Massey

Energía oscura. Para finalizar hablaré de la energía más misteriosa y, al mismo tiempo, la más abundante. Se estima que la energía oscura compone más del 70% del total de masa y energía del universo. Teniendo en cuenta que la mayoría del resto de masa es materia oscura, esto deja en apenas un 5% la cantidad relativa de la materia que conocemos. La energía oscura es de nuevo un requerimiento teórico para explicar por qué el universo está acelerando su movimiento de expansión después del Big Bang. Si no existiera, las galaxias irían frenando su movimiento de expansión y acabarían atrayéndose unas a otras hasta volver a unirse en una única singularidad. Sin embargo esto no ocurre así, lo que ha hecho postular a los teóricos la existencia de una fuerza repulsiva a gran distancia que haría que el universo siga expandiéndose sin fin.

La mayoría de todo lo que hay en el espacio, desde las más pequeñas escalas cerca de nuestro planeta hasta las más grandes, que dominan el movimiento de todo el espacio, está repleto de objetos desconocidos y aún por descubrir. Posiblemente acabemos conociendo lo que son con ayuda de nuestros ojos mejorados y nuestras mentes despiertas.

* Enrique Pérez Montero es investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía y fundador del proyecto Astronomía accesible.

 

11 de febrero: un día para rescatar a nuestras inventoras del olvido

Por Eulalia Pérez Sedeño (CSIC) *

El próximo domingo 11 de febrero de 2018 se celebra el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia con el objetivo de romper las barreras de género en el ámbito científico. Una de esas barreras es la poca visibilidad de las científicas y la existencia de estereotipos que hacen que las niñas se interesen menos que los niños por algunas disciplinas como la física y las ingenierías, y que producen sesgos involuntarios en la evaluación de los méritos de las investigadoras.

Entre las muchas mujeres invisibilizadas en la historia de la ciencia y la tecnología, también se encuentran las inventoras y, entre ellas, cómo no, las inventoras españolas.

Ángela Ruiz Robles, con su enciclopedia mecánica.

En una ocasión dijo Voltaire que había conocido muchas mujeres ‘científicas’ muy inteligentes, pero ninguna inventora. Parecía así negarles capacidad inventiva, algo que se ha perpetuado en la falsa creencia de la incapacidad de las mujeres para la ingeniería. Los hechos históricos nos demuestran lo erróneo de esa idea: Josephine Cochran (lavavajillas), Mary Anderson (limpiaparabrisas), Rachel Fuller Brown y Elizabeth Lee Hazen (el antibiótico nistatina), Gertrude Ellion (los fármacos Inmuran y Zovirax, entre otros), Hedy Lamarr (cifrado de comunicaciones y más) o Stephanie Kwolek (fibra Kevlar) son algunos ejemplos significativos.

También aquí hemos tenido y tenemos inventoras desde hace mucho tiempo. La primera mujer en registrar un invento fue Fermina Orduña, quien en 1865 patentó un carro especial para vender en la calle leche de burra, vaca o cabra. Pero quiero traer aquí el caso de dos inventos que, al igual que sus inventoras, siguieron suertes muy distintas: la fregona y el libro mecánico.

Se suele señalar a Manuel Jalón, en 1964, como el inventor español de la fregona (había habido una patente semejante en EEUU en 1901). Pero Julia Montoussé Frages (de origen francés, aunque avilesina de adopción) y su hija Julia (Julita) Rodríguez-Montussé obtuvieron, en 1953, una patente muchos años antes que el mecánico de aviones. La patente de modelo de utilidad nº 34.262 se denominaba “dispositivo acoplable a toda clase de recipientes tal como baldes, cubos, calderos y similares, para facilitar el fregado, lavado y secado de pisos, suelos, pasillos, zócalos y locales en general”. ¡Un nombre mucho más difícil de recordar que el sencillo ‘fregona’! Desde luego, si examinamos los planos que figuran en la solicitud, no cabe duda de que se trata de una auténtica fregona.

Poco se sabe de estas mujeres, más allá de su parentesco y de la fecha de sus muertes: la madre en 1971 y la hija en 2005; o que eran de familia acomodada y sin estudios superiores, lo que muestra que la creatividad, inventiva y preocupación por situaciones humanas (el hecho de que las mujeres tuvieran que fregar los suelos de rodillas, día tras día) puede ser un buen acicate para encontrar soluciones.

La otra mujer que quiero sacar a la luz es Ángela Ruiz Robles (1895-1975), una leonesa de familia acomodada, con estudios superiores de magisterio, de gran capacidad innovadora y creativa, y siempre preocupada por mejorar la educación de sus compatriotas. Autora prolífica (dieciséis libros de texto), sus inventos fueron muchos y variados, pero quizás el más interesante fuera el del libro mecánico.

Extracto de la patente presentada por Julia Montoussé Frages y Julia Rodríguez-Montoussé.

En 1949 registró la patente nº 190.968, titulada “Procedimiento mecánico, eléctrico y a presión de aire para lectura de libros”. Las lecciones de cada asignatura estaban separadas en diversas hojas. Cuando se apretaban unos pulsadores, subían mecánicamente o por aire comprimido y el o la alumna podía ver la lección. Además, se podía aumentar el tamaño e incluso iluminar.

Posteriormente, Ángela Ruiz Robles perfeccionó el libro mecánico creando la Enciclopedia Mecánica, un dispositivo para mejorar las enciclopedias que usaban los escolares. La patentó en 1962 (nº 276.346), pero aunque se construyó un prototipo en bronce, madera y zinc, nunca llegó a comercializarse. En 1970 recibió una oferta de EEUU para explotarla en ese país, pero ella quería que los beneficios fueran especialmente para los españoles. Aunque hubo alguna empresa española que se interesó por la comercialización, la cantidad de dinero que tenía que aportar la inventora lo hizo inviable. No obstante, Ángela fue muy reconocida en su época y recibió un montón de distinciones y premios en diversos certámenes de inventores y exposiciones nacionales e internacionales.

Son dos casos muy distintos los de estas mujeres. Las primeras, Julia Montoussé y Julia Rodríguez-Montussé, han quedado ocultas como muchas otras mujeres en la historia, siendo reemplazadas, como tantas veces, por un varón. La última fue reconocida en su época, pero sus logros también han quedado oscurecidos, aunque ahora se la reconoce, al menos en nuestro país, como la precursora del libro electrónico. Así, una de las salas de trabajo del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología lleva su nombre.

 

* Eulalia Pérez Sedeño es investigadora del CSIC en el Instituto de Filosofía y co-autora del libro Las ‘mentiras’ científicas sobre las mujeres (Catarata).

William R. Hamilton: el niño prodigio que emuló a Arquímedes

Por Sergio Barbero (CSIC) *

No es usual que un adolescente de 17 años se sienta interpelado a ocupar un lugar destacado en la historia de la ciencia. Y menos aún que semejante sentimiento acabe convirtiéndose en realidad, haciendo veraz el viejo aforismo de que sólo quien persigue con ahínco sus sueños es capaz de alcanzarlos. Esta es la historia de William Rowan Hamilton (1805-1865).

Retrato de Hamilton. Imagen de dominio público.

Hamilton fue educado por su tío James, un erudito en lenguas clásicas graduado en el Trinity College de Dublín. No es de extrañar, pues, que la educación del joven William tuviese un especial énfasis en el aprendizaje de idiomas. A muy temprana edad quedó patente la increíble capacidad de William: a los diez años –según su padre Archibald– conocía y hablaba, en mayor o menor grado, hebreo, persa, árabe, sánscrito, caldeo, siriaco, indostano, malayo, bengalí, griego, latín y varias lenguas europeas modernas. Dado el don de su hijo, Archibald aspiraba a que en el futuro William hiciese carrera con la prestigiosa Compañía Británica de las Indias Orientales. Sin embargo, la aritmética se interpuso a los deseos del padre. William descubrió que estaba dotado no sólo para aprender lenguas sino también para los cálculos aritméticos.

Su tío empezó a preparar a William para su entrada en el Trinity College. Allí, a pesar de las reticencias de James, Hamilton comenzó a estudiar distintas ramas de las matemáticas y mostró un interés especial por la aplicación de la geometría al estudio de la propagación de la luz. Desde tiempos de Euclides se había utilizado un modelo geométrico de la luz que postulaba que ésta se propagaba como una familia de líneas rectas, denominadas rayos de luz.

Hamilton no se limitaba a estudiar lo que se conocía sobre la geometría de la luz sino que, a pesar de su juventud (17 años), aspiraba a crear algo nuevo. Era plenamente consciente de su valía intelectual y prefería las ciencias naturales a los estudios humanísticos, porque, según escribió: “¿Quién no preferiría tener más la fama de Arquímedes que la de su conquistador Marcelo, o la de cualquier erudito de los clásicos, cuya máxima ambición fuese estar familiarizados con los pensamientos de otros hombres? […] Las mentes poderosas de todos los tiempos se han unido para encumbrar el vasto y hermoso templo de la Ciencia, inscribiendo sus nombres en caracteres imperecederos; pero el edificio no está finalizado: no es aún demasiado tarde para añadir un nuevo pilar u ornamento. No he llegado apenas a los pies de este templo, pero aspiro, un día, a alcanzar su cima.” Tal postura no implicaba que Hamilton despreciase las humanidades. De hecho siempre amó la poesía, a la que veía como fruto del mismo espíritu creativo del que emana la ciencia.

Sus estudios sobre óptica fructificaron. En 1823 escribía a su primo: “En óptica he hecho un descubrimiento muy curioso”. Tan sólo un año después, Hamilton mandaba su primer artículo científico –titulado ‘Sobre las cáusticas’– a la Royal Irish Academy.  Durante los siguientes años Hamilton establecería una teoría completamente original sobre la óptica geométrica basada en un nuevo principio determinante que  descubrió y denominó “Principio de acción constante”. Se sabía que una familia de rayos de luz siempre tiene asociada una superficie ortogonal a todos ellos que se denomina frente de onda. Étienne-Louis Malus (1775-1812) demostró que una familia de rayos con un frente de onda asociado seguía manteniéndolo a pesar de que esos rayos sufriesen una reflexión en un espejo o un cambio de medio (lo que se llama refracción). Pues bien, el principio de acción constante de Hamilton establecía que esa misma familia de rayos, al propagarse por un sistema de lentes o espejos, cumple la propiedad de que todos los rayos llegan a la superficie del frente de onda al mismo tiempo. La figura 2 muestra un esquema ilustrativo de este principio. La familia de rayos asociada al frente de onda W al refractarse en la superficie R se transforma en una nueva familia de rayos con el frente de onda W’. El principio que descubrió Hamilton establece que los rayos A, B, C de W llegan a los puntos A’, B’, C’ pertenecientes a W’ invirtiendo para ello el mismo tiempo. Esto tiene unas implicaciones muy profundas y prácticas en el ámbito de la óptica geométrica y por ende en el diseño de sistemas ópticos, como cámaras, telescopios, etc.

Esquema explicativo del Principio de acción constante.

Además, Hamilton se dio cuenta de que el formalismo que había creado para la óptica geométrica era válido para reformular la mecánica newtoniana. Así lo expuso en el que se convertiría en su más importante artículo científico: ‘Sobre un método general de la dinámica’ (1834). Allí definía una función, el denominado concepto Hamiltoniano, que describía por completo la evolución de un sistema mecánico. Paradójicamente, a pesar de que Hamilton ideó su teoría matemática para describir la mecánica clásica, su formulación alcanzaría su clímax precisamente con la crisis de esta misma mecánica clásica y la aparición de la mecánica cuántica, para la cual estaba especialmente adaptada. Tal fue así que Erwin Schrödinger (1887-1961), creador de la mecánica cuántica ondulatoria, diría de él: “El Principio Hamiltoniano se ha convertido en la piedra angular de la física moderna […] Su famosa analogía entre la mecánica y la óptica prácticamente anticipó la mecánica ondulatoria, que no tuvo que añadir mucho a sus ideas sino simplemente tomarlas en serio. Por lo tanto Hamilton es uno de los más grandes hombres de ciencia que el mundo ha creado”.

Hamilton consiguió su sueño: labrar para siempre su nombre en el templo sagrado de la ciencia. El Hamiltoniano es hoy en día, como afirmó Schrödinger, uno de los conceptos cruciales de la física moderna.

 

*Sergio Barbero Briones es investigador del CSIC en el Instituto de Óptica (CSIC).

 

¿Quieres ver las mejores imágenes científicas de 2017? Estas son las seleccionadas en FOTCIENCIA 15

Por Mar Gulis (CSIC)

‘Morir para seguir viviendo’ es el título de una de las fotos seleccionadas en la 15ª edición de FOTCIENCIA. La imagen muestra una hoja de tabaco que, al recibir luz ultravioleta, nos permite ver cómo un gen provoca la senescencia de algunas de sus células. Un azul intenso refleja la degradación de la clorofila en las zonas más dañadas, y contrasta con el rojo que predomina en el resto de la hoja.

Al observar ‘Con flotador de serie’, otra de las fotografías escogidas, ¿qué atrae nuestra mirada? Vemos una copa de agua con una naranja en su interior. La imagen pretende demostrar el principio de flotabilidad: gracias a la cáscara de la naranja, cuya estructura porosa alberga burbujas de aire, la fruta no  se hunde. Pero si le retiramos la piel… La naranja se sumerge hasta el fondo del recipiente. Ambas fotografías, y otras cinco más, forman parte de la selección realizada por el jurado.

Mira el vídeo y descubrirás un ‘paisaje nano’ que se asemeja a las pirámides de Egipto, la ingeniería natural que encierran las alas de una libélula, la interacción entre dos microorganismos, los conidios que genera un hongo para resistir al ataque de bacterias, o una original representación de las neuronas realizada por estudiantes de Educación Infantil.

Estas imágenes, junto a otras que se escogerán entre las 729 presentadas, serán incluidas en el catálogo de FOTCIENCIA 15. Como en años anteriores, las fotografías formarán parte de una exposición que recorrerá diferentes museos y centros de España a lo largo de 2018. Además, dos copias de esta muestra itinerante estarán disponibles para su préstamo gratuito.

FOTCIENCIA es una iniciativa de ámbito nacional organizada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT), con la colaboración de la Fundación Jesús Serra. Su objetivo es acercar la ciencia a la ciudadanía a través de fotografías que abordan cuestiones científicas desde una perspectiva artística y estética. Cada imagen va acompañada de un comentario escrito por su autor/a en el que se ofrece una explicación científica de lo que ilustra la fotografía.

Toda la información relativa a FOTCIENCIA está disponible en la web www.fotciencia.es

CRISPR: cómo las bacterias nos enseñan a editar los genes

Por Lluís Montoliu (CSIC)*

Frecuentemente pensamos en las bacterias como fuente de problemas. Efectivamente, son las causantes de enfermedades infecciosas tan graves como la tuberculosis, el cólera o la peste, pero también son las que nos proporcionan yogures y otros derivados lácteos. Además, las bacterias llevan miles de millones de años sobre la Tierra, muchísimos más que nosotros. Durante todo este tiempo han desarrollado un sistema de defensa muy eficaz que les permite zafarse de la infección por virus.

El sistema inmune de las bacterias fue descubierto por Francisco Juan Martínez Mojica, microbiólogo de la Universidad de Alicante, que lleva más de 25 años investigando sobre este tema. ¿Qué hace que este mecanismo de defensa sea tan especial? Pues, entre otras cosas, que se transmite genéticamente, de unas bacterias a sus hijas o descendientes. Por ejemplo, cuando nosotros nos vacunamos contra el virus del sarampión adquirimos unas defensas que evitan que desarrollemos esta enfermedad. Ahora bien, nuestros hijos no heredan esta defensa. Si queremos que ellos estén protegidos contra el sarampión, también tenemos que vacunarlos (algo sobre lo que nadie debería albergar hoy en día ninguna duda, por cierto). Las bacterias son más inteligentes que nosotros. Una vez aprenden a defenderse de un virus son capaces de transmitir esta defensa a sus hijas, y éstas a sus nietas, etc., perpetuando esta defensa. Este descubrimiento básico de Mojica, realizado en 2003, sirvió para que otros investigadores se dieran cuenta de que el mecanismo por el cual las bacterias se defienden de los virus también puede usarse, sorprendentemente, para editar los genes con una precisión nunca antes vista.

En 2012 varios científicos, entre ellos las investigadoras Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, describieron este sistema de edición basándose en los trabajos de Mojica. El sistema está formado por una proteína, denominada Cas, que actúa como una tijera molecular capaz de cortar el ADN de forma muy precisa dirigida por una guía, una pequeña molécula de ARN que le dice a la tijera Cas dónde tiene que cortar. Este sistema se denomina CRISPR (pronúnciese “crisper”), acrónimo en inglés que describe las características de estas secuencias genéticas que dirigen el corte de la tijera molecular. Éste fue el nombre, hoy en boca de investigadores de todo el mundo, acuñado también por Mojica en 2001.

El mecanismo por el cual las bacterias se defienden de los virus también puede usarse para editar los genes. / geneticliteracyproject.org

¿Qué podemos hacer con las herramientas CRISPR? Igual que cuando nos equivocamos al escribir un texto en el ordenador y podemos volver atrás y corregir, eliminar o sustituir la palabra o letras erróneas, con las herramientas CRISPR podemos editar los genes. Podemos añadir letras si faltan, eliminar letras si sobran, sustituirlas o corregirlas por otras. En definitiva, podemos modificar los genes a voluntad. Esto ha provocado una verdadera revolución en biología, biomedicina y biotecnología.

Ahora podemos desarrollar modelos celulares y animales más adecuados para el estudio de las enfermedades. Por ejemplo, tras diagnosticar a un paciente afectado por alguna de las miles de enfermedades raras de base genética que existen, y detectar el gen y la mutación causantes de esa enfermedad, podemos replicar exactamente esa misma mutación en ratones. A estos ratones que reproducen la misma alteración genética de un paciente los llamamos ‘ratones avatar’ para ilustrar la conexión existente entre ellos. Gracias a ellos podremos validar la seguridad y eficacia de nuevos tratamientos de una forma más efectiva, ya que son portadores del mismo error genético. Si somos capaces de introducir una mutación en ratones, también deberíamos poder usar las mismas herramientas CRISPR para revertir errores genéticos que afectan a los millones de personas con alguna enfermedad rara. No estamos todavía ahí, pero sí en el buen camino.

Ratones avatar modificados genéticamente con CRISPR. / Davide Seruggia

Los resultados preliminares de tratamientos genéticos basados en CRISPR probados en animales son muy esperanzadores, pero todavía no están listos para su aplicación efectiva en pacientes. ¿Por qué no podemos usar las herramientas CRISPR en el hospital? En primer lugar, la precisión que tienen las herramientas de edición genética CRISPR no es absoluta. En determinadas ocasiones pueden cortar en secuencias genéticas muy parecidas, causando alteraciones no deseadas en genes similares que no deberíamos modificar, y cuyos cambios pueden causar problemas mayores de los que queremos solucionar. Esta es una limitación que puede reducirse al mínimo si se diseñan cada vez mejores guías y se seleccionan tijeras moleculares con mayor precisión.

Pero lo más preocupante es la segunda de las limitaciones de las herramientas CRISPR. Toda la precisión que tienen para cortar el genoma en el gen y la secuencia correctas, no la tienen los mecanismos de reparación que entran en juego inmediatamente tras el corte, restaurando la continuidad del cromosoma. Estos sistemas de reparación, que tenemos en nuestras células, progresan de forma un tanto azarosa, añadiendo y quitando letras hasta conseguir enganchar los dos fragmentos del cromosoma cortado. Si bien es cierto que podemos inducir la reparación con secuencias genéticas molde que sirvan como patrón para la reparación, también sucede que no siempre las células usarán el molde y, por ello, al reparar el corte, generarán una nueva modificación genética no deseada. Tenemos que seguir investigando estos mecanismos de reparación, para poder controlarlos y hacerlos más precisos y seguros. Solamente entonces podremos recomendar, siempre con prudencia, el uso de las herramientas CRISPR en el tratamiento de enfermedades de base genética en personas.

Tras proponerlas como sistemas de edición genética en 2012, las herramientas CRISPR fueron usadas por vez primera en 2013. Hoy, apenas cuatro años más tarde, ya estamos pensando en maneras de optimizar su uso en terapias para enfermedades, para hacerlas más seguras y efectivas. Cuando estudiaba los microorganismos que habitan las salinas de Santa Pola, Mojica no podía imaginar el camino futuro que iban a tomar sus investigaciones de biología básica. Tratando de entender como esas bacterias se defendían de los virus que las acechaban, llegó hasta un hallazgo revolucionario. Ahí está la belleza y el poder de la ciencia. Un descubrimiento microbiológico, en apariencia menor, que pasa a ser la mayor revolución tecnológica en biología. Así pues, debemos de estar agradecidos a las bacterias, por mostrarnos nuevas formas de luchar contra las enfermedades. Y a Francisco Mojica, por haber descubierto este proceso de la naturaleza y habérnoslo contado, por haber descrito el sistema CRISPR que tantas aplicaciones biomédicas está produciendo.

Vídeo en el que la proteína Cas9 corta una molécula de ADN en tiempo real por microscopía de fuerza atómica. Imágenes de la Universidad de Tokio publicadas en este artículo.

 

* Lluís Montoliu es investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB) del CSIC.