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¿En qué se diferencian los probióticos de los prebióticos?

Por Carmen Peláez, Teresa Requena y Mar Gulis (CSIC)*

Con frecuencia nos encontramos en el mercado productos que contienen probióticos o prebióticos, o bien una combinación de ambos. Su creciente comercialización en alimentos y en productos farmacéuticos y de parafarma­cia hace que estos compuestos nos parezcan muy saludables, pero lo cierto es que muchas veces no sabemos distinguirlos ni cuáles son sus propiedades. En este texto vamos a explicar en qué consisten, en qué se diferencian y qué beneficios pueden tener los probióticos y los prebióticos para nuestra microbiota intestinal y, por tanto, para nuestro organismo.

El colon: uno de los ecosistemas más densamente poblados de la Tierra

Si bien la microbiota se aloja en diferentes partes del cuerpo (en la piel, la boca, la cavidad genitourinaria…), el tracto intestinal es la región que contiene la comunidad microbiana más numerosa, densa y diversa del cuerpo humano. En concreto, la microbiota intestinal está compuesta por billones de microorganismos, de los que una gran mayoría son bacterias.

El colon posee características fisiológicas y un constante aporte de nutrientes que lo convierten en un eficiente reactor biológico. Gracias a ello, este órgano forma uno de los ecosistemas más densamente poblados de la Tierra, en el que se desarrolla una microbiota que interviene en numerosas funciones fisiológicas del organismo.

Algunas enfermedades están asociadas con desequilibrios en la microbiota intestinal, que interviene en numerosas funciones de organismo.

Es fácil deducir que semejante cantidad y diversidad microbiana ejerce importantes funciones en nuestro cuerpo y que, por tanto, sus desequilibrios podrían causar diversos desajustes en nuestra salud. Algunas alteraciones de la microbiota intestinal, como la reducción de diversidad, la excesiva proliferación de patobiontes (patógenos oportunistas) o la reducción de la producción de ácidos grasos de cadena corta o de bac­terias con propiedades antiinflamatorias, están asociadas con algunas enfermedades, tanto infecciosas como no transmisibles. Aunque no se ha demos­trado que las alteraciones de la microbiota, conocidas como disbiosis, sean la causa de patologías, cada vez resulta más evidente la importancia de emplear estrategias que modulen la composición y/o la funcionalidad de la microbiota intestinal. Entre ellas, las estrategias más estudiadas son tres: la utilización de microorganismos probióticos, el consumo de compuestos prebióticos y los trasplantes fecales. En esta entrada del blog nos centraremos en las dos primeras.

Probióticos

Según una definición ampliamente aceptada por la co­munidad científica, los probióticos son microor­ganismos vivos que, cuando se administran en cantidades adecuadas, proporcionan un beneficio para la salud del or­ganismo. La diferencia con las bacterias mutualistas del tracto gastrointestinal (aquellas que en su relación con un organismo proporcionan un beneficio mutuo) es que son microorganismos que se han aislado y cultivado, y que existen evidencias científicas y clínicas sobre su capacidad para aportar un beneficio para la salud.

Se considera que este beneficio es gene­ral en algunas especies de bacterias que pertenecen a los géneros Bifidobacterium y Lactobacillus. Son especies con las que se han realizado numerosos ensayos clínicos que demuestran su potencial para mejorar ciertas condiciones intestinales y ejercer una modulación inmunológica. Los efectos saludables se han demostrado frente a la diarrea infecciosa, la asociada al tratamiento con antibióticos o el síndrome de intestino irritable, así como con la mejora del tránsito intestinal. Los mecanismos por los que los probióticos mejo­ran la salud gastrointestinal se relacionan con la produc­ción de compuestos antimicrobianos, vitaminas, nutrientes esenciales o mecanismos de defensa y competición frente a patógenos y la interacción con el sistema inmune.

Alimentos como el yogur o el queso cuentan con bacterias que favorecen una adecuada microbiota intestinal.

Alimentos como el yogur o el queso cuentan con bacterias que favorecen una adecuada microbiota intestinal.

Aunque la mayoría de los probióticos no se ins­talan permanentemente en el intestino, parece que ejercen un efecto saludable durante su tránsito. El beneficio está asociado a su funcionali­dad, que podría contribuir a restablecer un equilibrio micro­biológico intestinal saludable. Por otra parte, no exis­ten datos de efectos adversos por su consumo, aunque siempre es recomendable consultar antes con los profesionales sanitarios.

Hay especies de lactobacilos y bifidobacterias, en las que se incluyen muchos probióticos, que están presentes en alimentos como el yogur, el kéfir o el queso, así como en otro tipo de alimentos fermentados, como el chucrut, las aceitunas o el kimchi. Sin embargo, el creciente interés científico, clínico y comercial sobre los probióticos ha generado un esce­nario en el que proliferan multitud de productos que se denominan probióticos, pero todavía resulta difícil para consumidores y profesionales sa­nitarios separar la paja del grano.

No todos los productos etiquetados como probióticos responden a la definición y en algunos no existe ningún dato que identifique a las bacterias que contiene, la cantidad en que se encuentran y la evidencia que respalda el beneficio para la salud. Es fundamental conocer la composición de cada producto y contar con información fiable y contrastada de la acción de estos microorganismos sobre nuestra salud. También es importante conocer los mecanismos y las características que explican los beneficios de cada probiótico.

Prebióticos

A diferencia de los probióticos (microorganismos vivos), los prebióticos son componentes de los alimentos, no digestibles, que están presen­tes de forma natural o añadidos. Por decirlo de un modo muy sencillo, los prebióticos serían el “alimento” de las bacterias beneficiosas (probióticos). Por ello, también pueden contribuir a restablecer la diversidad bacte­riana y riqueza genética que se ve empobrecida en ciertas condiciones patológicas, como obesidad, enfermedades inflamatorias intestinales, etc.

Los prebióticos son sustratos utilizados selectivamente por microorganismos del hospedador que le confieren un efecto beneficioso para la salud. En el tracto intestinal, sirven como sustrato de crecimiento para la microbiota resi­dente en el intestino y, de este modo, promueven cambios de composición o metabólicos que se consideran beneficiosos. Se trata fun­damentalmente de carbohidratos que favorecen una po­blación microbiana intestinal sacarolítica, que a su vez aumenta la formación de ácidos grasos de cadena corta que proporcionan múltiples beneficios metabólicos. En algunos casos son suministrados con probióticos, denominándose simbiótico al conjunto.

Los alimentos ricos en fibra son los que nos aportan más componentes prebióticos.

Los alimentos ricos en fibra son los que nos aportan más componentes prebióticos.

Los alimentos que nos aportan más componentes prebióticos son los ricos en fibra, como las frutas, las verduras, las legumbres o los cereales integrales. Curiosamente, el primer prebiótico natural de consumo humano está constituido por los oligosacáridos que se ingieren con la leche materna. Estos compuestos favorecen el desarrollo de bacterias beneficiosas como las bifidobacterias, y a la vez aumentan la resistencia a la invasión por patógenos. Por ello, una línea de investigación y desarrollo comercial actual consiste en incluir, en la fórmula de leches maternizadas, oligosacáridos equivalentes a los presentes en leche humana (que prácticamente no existen en la leche de vaca).

¿Te ha quedado algo más claro qué son los probióticos y los prebióticos y en qué se diferencian? Conocer estos componentes beneficiosos para nuestra microbiota intestinal nos ayudará a valorar lo que ingerimos.

 

* Carmen Peláez y Teresa Requena son investigadoras del CSIC en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL) y autoras de La microbiota intestinal, de la colección de divulgación ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

Bacterias en nuestro cuerpo: ¿dónde se aloja la microbiota humana?

Por Carmen Peláez y Teresa Requena (CSIC)*

La inscripción “Conócete a ti mismo”, grabada en el frontispicio del templo griego de Apolo en Delfos, ya indicaba que el conocimiento de lo absoluto comienza por el conocimiento de uno o una misma. Si nos preguntamos ¿qué somos realmente?, y nos ceñimos exclusivamente al pragmático método científico de describir lo que podemos experimentar, podríamos empezar tratando de contestar a la siguiente cuestión: ¿de qué se compone nuestro cuerpo?

Teniendo en cuenta que nuestro organismo está formado tanto de células humanas (organizadas en tejidos, órganos y sistemas) como de células microbianas, podría decirse que ‘somos’ toda esa amalgama de células humanas más la microbiota. En ese ‘somos’ las células microbianas serían ‘los otros’, haciendo un paralelismo con la película de Alejandro Amenábar. Solo que en este caso esos otros, aunque no los vemos, también están vivos y forman parte de ‘nosotros’, pues convivimos en un mismo escenario que es nuestro cuerpo. Si queremos conocernos debemos considerar la presencia de esos otros y la influencia que ejercen en el contexto de nuestra inevitable convivencia. A la unidad que forman la microbiota y las células humanas, y que interactúa como una entidad ecológica y evolutiva, se la denomina holobionte humano.

Considerado como holobionte, el ser humano es un ecosistema formado por millones de microorganismos, entre los cuales se da una relación simbiótica. / Gerd Altmann - Pixabay

Considerado como holobionte, el ser humano es un ecosistema formado por billones de células humanas y de microorganismos, entre los cuales se da una relación simbiótica. / Gerd Altmann – Pixabay

Se ha llegado a afirmar que la microbiota humana puede alcanzar alrededor de 100 billones de bacterias, un número que podría superar en 10 veces al de nuestras propias células. No obstante, estas cantidades se están reconsiderando y las estimaciones más recientes indican que nuestro organismo está compuesto por 30 billones de células y que el número de células bacterianas, sin ser constante –ya que se evacúa cierta cantidad del intestino de manera regular–, sería similar. Es decir, los cálculos recientes estiman que tendríamos, más o menos, el mismo número de células humanas que de bacterias. En cualquier caso, lo que está claro es que la población de bacterias del holobionte humano es extraordinariamente numerosa.

Las bacterias de la microbiota que se reparten por nuestro cuerpo presentan una estructura filogenética muy particular que se asemeja a un gran árbol con pocas ramas principales que, a su vez, se dividen en numerosos brazos. Las ramas principales serían los órdenes o filos, que en el cuerpo humano están representados principalmente por 5 de los más de 100 que existen en la naturaleza: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria y Verrucomicrobia. Veamos en qué partes del cuerpo se alojan estos diferentes tipos de bacterias.

Un recorrido por las partes del cuerpo donde se aloja la microbiota humana

La piel está recubierta de microorganismos, aunque de diferente modo según las zonas: en las partes más secas, como brazos y piernas, el número es bajo. Pero en los poros, los folículos pilosos, las axilas o los pliegues de la nariz y las orejas, donde hay más humedad y nutrientes, su número es mayor y su composición, diferente. Las manos se caracterizan por tener la microbiota más diversa y más variable. El filo que predomina en las diferentes regiones de la piel es Actinobacteria, como corinebacterias y cutibacterias, y también los filos Firmicutes y Bacteroidetes, representados por Staphylococcus epidermidis. Esta especie es la más abundante en la piel, participa en la regulación del pH y, entre otras cosas, compite con el patógeno Staphylococcus aureus e impide su asentamiento.

La cavidad oral, puerta de entrada al aparato digestivo, es una de las regiones del cuerpo con mayor abundancia y diversidad de microorganismos. La microbiota se reparte de manera diferente entre la saliva, la lengua, los dientes, las mejillas y las encías, y contribuye a mantener el equilibrio necesario para la salud oral. Si este equilibrio se rompe, la microbiota oral puede ser responsable de la caries dental y de infecciones como la periodontitis.

La cavidad genitourinaria femenina, particularmente la vagina, también está habitada por una microbiota abundante, que durante la etapa reproductiva está dominada por lactobacilos. Estas bacterias constituyen una barrera eficaz frente a la invasión por patógenos bacterianos y fúngicos. En la infancia y tras la menopausia, la microbiota de esta zona se asemeja más a la de la piel y la región anal.

La Escherichia coli es una de las muchas especies de bacterias que pueblan el tracto intestinal humano. / Gerd Altmann -Pixabay

La ‘Escherichia coli’ es una de las muchas especies de bacterias que pueblan el tracto intestinal humano. / Gerd Altmann – Pixabay

Pero es el tracto intestinal la región que contiene la comunidad microbiana más numerosa, densa y diversa del cuerpo humano. El colon posee características fisiológicas y un constante aporte de nutrientes que lo convierten en un eficiente reactor biológico donde puede desarrollarse una microbiota que interviene en numerosas funciones fisiológicas del organismo. Solo los Firmicutes y Bacteroidetes, dos de los cinco filos que comentábamos anteriormente, representan el 90% del ecosistema intestinal y son los mayoritarios en los seres humanos, aunque los géneros que los componen aparecen representados de forma diferente entre los individuos.

Se han identificado más de 1.000 especies distintas en la microbiota intestinal humana, aunque no todas están presentes en todos los individuos. Según Rob Knight, de la Universidad de Colorado, la probabilidad de que una bacteria intestinal procedente de un individuo sea de diferente especie que la obtenida de otro es superior al 90%, lo que indica una alta variabilidad interindividual. Por tanto, la diversidad bacteriana intestinal podría representar un carácter distintivo: una huella microbiana identificativa de cada individuo. Esta diversidad de especies dificulta que se pueda establecer un núcleo taxonómico universal compuesto por un conjunto consistente de especies presentes en la microbiota intestinal humana. También dificulta la descripción de lo que llamaríamos una microbiota normal o saludable. Aún más, la microbiota es muy diferente según la etapa de la vida en que nos encontremos. Sin embargo, sí hay evidencias de los beneficios para la salud que conlleva mantener una microbiota abundante y diversa. Nos adentraremos en ello en un próximo texto del blog.

 

* Carmen Peláez y Teresa Requena son investigadoras del CSIC en el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL) y autoras de La microbiota intestinal, de la colección de divulgación ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

Puentes que se derrumban y copas que estallan: el fenómeno de la resonancia mecánica

Por Daniel Ramos Vega y Mar Gulis (CSIC) *

El 12 de abril de 1831, una compañía del cuerpo de fusileros del ejército británico regresaba al cuartel después de unas maniobras militares. Al cruzar el puente de Broughton (Manchester), los 74 hombres que componían la compañía notaron un ligero balanceo. Comenzaron entonces a marcar el paso más firmemente e incluso llegaron a cantar canciones de marcha militar, cuando se escuchó un ruido atronador, como si de una descarga de armas se tratase. Uno de los cuatro pilares que sostenían la cadena que soportaba el peso del puente se desplomó y provocó su colapso: el puente acabó derrumbándose por completo sobre el río arrastrando consigo a 40 soldados. Por fortuna, en esa época del año aún no había crecido el nivel del agua y no hubo que lamentar víctimas mortales. Eso sí, 20 soldados resultaron heridos.

Puente de Tacoma Narrows oscilando

¿Por qué se derrumbó el puente? La causa más probable del colapso la encontramos en el fenómeno de la resonancia mecánica.

Para entenderlo, antes tenemos que hablar de ondas y frecuencias. Una onda es una perturbación que se trasmite por el espacio, lleva implícito un cambio de energía y puede viajar a través de diferentes materiales. Imaginemos por ejemplo las ondas que se generan cuando lanzamos una piedra a un estanque o cuando sacudimos una cuerda de arriba a abajo. Para definir una onda utilizamos conceptos como la amplitud, que es la distancia vertical entre el punto de máximo desplazamiento y el punto medio; el periodo, que se define como el tiempo completo en que la onda tarda en describir una oscilación completa; o la frecuencia, que es el número de veces que se repite la oscilación en un tiempo dado.

Onda, magnitud y frecuencia. / Daniel Ramos Vega.

Todo cuerpo presenta una o varias frecuencias especiales que se denominan frecuencias características o propias. Dependen de la elasticidad del objeto, sus dimensiones o su masa. Como los objetos transmiten mejor unas frecuencias que otras, cuando aplicamos una fuerza que oscila a la frecuencia propia del objeto, logramos hacer que el efecto se magnifique. Entonces decimos que entra en resonancia.

Una resonancia, por tanto, se produce cuando sometemos un cuerpo a una fuerza periódica igual a su frecuencia característica. En el caso del puente, la amplitud de las vibraciones es cada vez más grande, hasta el punto que se produce un colapso de la estructura. De esta forma, una fuerza relativamente pequeña, como pueden ser los pasos de unos soldados al marchar sobre él, puede causar una amplitud de oscilación muy grande.

Este curioso episodio tuvo una consecuencia inesperada que aún perdura hasta nuestros días: desde ese accidente, las tropas británicas tienen orden de romper la formación y el paso cuando cruzan un puente.

A lo largo de la historia ha habido episodios similares y han sido varios los puentes que han terminado derrumbándose por el efecto de la resonancia mecánica. Tal vez el más significativo sea el Puente de Tacoma Narrows (Washington), construido en 1940 y que acabó desplomándose violentamente cuatro meses después de su construcción. En este caso fue el viento el que provocó que el puente entrara en resonancia y hay varias filmaciones que muestran el momento del derrumbe.

Vibraciones que hacen estallar copas de cristal

Otro ejemplo de cómo la resonancia mecánica puede tener unos efectos cuanto menos sorprendentes es el siguiente. A principios del siglo XX la cantante de ópera australiana Nellie Melba era conocida por hacer estallar las copas de cristal al cantar. También el famoso tenor italiano Enrico Caruso conseguía este fenómeno cuando cantaba ópera. Y el marido de María Callas, considerada la cantante más eminente del siglo XX, afirmaba que se cortó el brazo al estallar una copa cuando su mujer ensayaba en casa.

¿Puede realmente una cantante de ópera hacer estallar una copa al cantar? La respuesta es sí y la razón es que se ha excitado la resonancia del cristal. Como hemos explicado, este fenómeno físico tiene lugar cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo con una frecuencia que coincide con la frecuencia propia del sistema. Es lo que pasa cuando empujamos un columpio en el parque: no lo hacemos de cualquier forma, sino que damos un pequeño empujón en el momento adecuado, justo cuando el columpio alcanza su máxima amplitud. Si conseguimos aplicar la fuerza con la misma frecuencia que la frecuencia del balanceo del columpio, somos más efectivos. En el caso de la cantante y la copa de cristal, bastará con que se emita una nota musical cuya frecuencia coincida con la vibración propia de la copa. Manteniendo la nota con la potencia necesaria, como pasaba con el columpio, la energía que se acumula en ella gracias al fenómeno de la resonancia hará que se produzcan vibraciones tan grandes dentro del cristal que la copa estalle.

Eso sí, si algún cantante de ópera quisiera emular a Melba, Caruso o Callas, no le valdría cualquier copa. Debería ser de cristal muy fino y de gran calidad, cuya composición química sea homogénea para que la copa tenga una única frecuencia propia y se comporte como un sistema limpio, de forma que toda su estructura pueda entrar en resonancia. Afinen esas cuerdas vocales mientras alejan su cristalería más preciada.

 

*Daniel Ramos Vega es investigador del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN) del CSIC y autor del libro Nanomecánica (CSIC-Catarata) de la colección ¿Qué sabemos de?

La asimetría, una propiedad esencial para la vida

Por Luis Gómez-Hortigüela y Mar Gulis (CSIC)*

Los documentos del caso es una novela epistolar de misterio escrita por Dorothy Sayers en 1930. En la trama —atención, spoiler—, Harrison, un marido engañado aficionado a buscar setas, aparece muerto, aparentemente tras haber consumido una seta venenosa por error. Sospechando que podría haber sido asesinado por el amante de su madre, el hijo del fallecido, Paul, decide investigar su muerte. Descubre que la muscarina, el veneno que acabó con la vida de Harrison, es un producto natural procedente del hongo Amanita muscaria, pero también puede ser preparado artificialmente en el laboratorio. Entonces, ¿falleció el padre de Paul por comerse la seta equivocada o alguien acabó con su vida deliberadamente?

La respuesta a esta cuestión está en la quiralidad, una propiedad que compartimos seres vivos, objetos cotidianos como un tornillo o un sacacorchos y compuestos químicos como la muscarina. Un objeto es quiral cuando no es superponible con su imagen especular. El ejemplo clásico son nuestras manos. Si ponemos la mano izquierda frente a un espejo, se convierte en la derecha. Y si hacemos lo mismo con un tornillo, veremos que la rosca parece girar en sentido contrario. A escala humana, se manifiesta entre otros rasgos en que tenemos el corazón desviado a la izquierda y un cerebro que compartimenta las funciones de forma asimétrica en sus dos hemisferios, así como en la mayor habilidad en nuestra mano diestra (o zurda). La quiralidad está pues estrechamente asociada a la asimetría, es decir, a la falta de simetría. Las dos formas especulares no superponibles entre sí de un objeto o de una molécula quiral se denominan enantiómeros. Si retomamos el ejemplo de nuestras manos, la derecha y la izquierda serían los dos enantiómeros. Lo mismo sucede a nivel molecular, donde muchos compuestos son quirales y poseen dos enantiómeros, ambos imágenes especulares que no son superponibles entre sí, constituyendo por tanto diferentes entidades.

Ejemplar de cangrejo violinista (Uca tangeri) con una de sus pinzas claramente mayor que la otra. / Esmeralda Ramos-García Neto. Fundación Aquae

Pero lo que en el mundo macroscópico es fácil de comprobar —podemos observar a simple vista las diferencias entre nuestras manos o pies derechos e izquierdos— ¿cómo se manifiesta en el microscópico? Uno de los principales rasgos de los compuestos quirales es que poseen actividad óptica, es decir, cuando son expuestos a la luz polarizada tienen la propiedad de rotar el plano de luz un cierto ángulo en uno u otro sentido, según el enantiómero de que se trate.

Volvamos a nuestro protagonista fallecido y su hijo con sed de verdad. A estas alturas ya intuirán que la asimetría algo tiene que ver con la resolución del misterio de la muerte de Harrison. Pues sí. La muscarina es un compuesto quiral. Tanto la muscarina natural como la sintética comparten la misma composición y propiedades, salvo una sutil diferencia: la de procedencia natural tiene actividad óptica, mientras que la sintética es ópticamente inactiva, no produce ningún cambio en el plano de la luz. Al analizar la muscarina ingerida por su difunto progenitor con un polarímetro, Paul observa que esta no posee actividad óptica, lo que no deja lugar a dudas sobre su origen artificial. Descartada la procedencia natural de la muscarina que tomó su padre, Paul consigue demostrar que, efectivamente, Harrison había sido deliberadamente envenenado. Fue Louis Pasteur quien descubrió la quiralidad molecular a mediados del siglo XIX en un experimento que ha sido calificado como el más hermoso de la historia de la química, y constituye la clave para explicar qué le ocurrió a Harrison.

‘Homoquiralidad’: la naturaleza es asimétrica

La investigación del asesinato que plantea Sayers pone de manifiesto una diferencia crucial entre los compuestos quirales de origen sintético, preparados en el laboratorio, y los de origen natural, extraídos a partir de algún componente de un ser vivo. Los primeros, al ser preparados a partir de reacciones químicas que implican movimientos de electrones —sometidos a fuerzas electromagnéticas que no distinguen entre derecha e izquierda— se obtienen como mezclas al 50% de ambos enantiómeros, siendo ópticamente inactivos –la rotación de la luz polarizada en un sentido propiciada por un enantiómero se cancela por la rotación en sentido inverso del otro enantiómero. Por el contrario, los de origen natural, que se obtienen a partir de rutas metabólicas reguladas por diversas entidades bioquímicas presentes en todos los seres vivos, constan de un solo enantiómero, siendo por tanto ópticamente activos. Así, en palabras de Pasteur, la actividad óptica es una firma de la vida.

Moléculas quirales que conforman las macromoléculas funcionales de los seres vivos. En la imagen aparece a la izquierda un L-aminoácido y a la derecha un D-aminoácido. Solo los primeros se encuentran en las proteínas de la materia viva. / Wikipedia

La materia inanimada o inerte está asociada a la existencia de simetría, bien por estar constituida por elementos no quirales o por la existencia de ambas formas especulares en igual proporción de elementos quirales, mientras que la materia animada está invariablemente asociada a la quiralidad en su forma enantioméricamente pura. Podríamos decir que la naturaleza en su conjunto es un sistema quiral.

La mayoría de las moléculas que constituyen los organismos vivos son quirales y, en todos los casos, existe una clara preferencia por uno de los dos enantiómeros, lo que se conoce como ‘homoquiralidad’. Esto es lo que ocurre con los ‘ladrillos’ de los que estamos formados todos los seres vivos: los aminoácidos que componen las proteínas y los azúcares que conforman los ácidos nucleicos, el ADN, con sus hélices retorciéndose invariablemente hacia la derecha, y el ARN.

Así, a través de mecanismos aún desconocidos quiso la vida comenzar su andadura usando exclusivamente la forma L de los aminoácidos y exclusivamente la forma D de los azúcares. A su vez, quiso la evolución imprimir esta caprichosa selección quiral en todos y cada uno de los seres vivos existentes, al menos en lo que a nuestro planeta concierne, haciendo de la asimetría una propiedad esencial asociada intrínsecamente a la vida.

Luis Gómez-Hortigüela es investigador del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y autor del libro ‘La quiralidad’ (CSIC-Catarata) de la colección ¿Qué sabemos de?

Lecturas fresquitas para un verano de ciencia

Por Mar Gulis (CSIC)

Llegan las vacaciones de verano y en ‘Ciencia para llevar’ queremos invitarte a que hagas un hueco en tu maleta para la divulgación. La colección ¿Qué sabemos de? (CSIC-Catarata) te ofrece más de cien libros con los que podrás disfrutar de la ciencia durante estos días de descanso. Aquí te presentamos algunos de los más recientes.

Lecturas veraniegas

 

Mentiras de la física cuántica

El primero va de los falsos mitos que rodean a la física que estudia las partículas más diminutas, como los átomos o los electrones. En Verdades y mentiras de la física cuántica, Carlos Sabín, investigador del CSIC en el Instituto de Física Fundamental, desmonta creencias erróneas acerca de esta rama de la física y aclara que los gatos no están vivos y muertos a la vez, que no modificamos la realidad solo con observarla o que la información no puede viajar más rápido que la luz. En palabras del autor, el libro trae “malas noticias” para quienes creen que la física cuántica es “una manera de escapar a las leyes de la física y entrar en un mundo nuevo donde todo está permitido, todo es impredecible y la realidad puede modificarse a voluntad”. La buena noticia es que Sabín ofrece la explicación correcta a los fenómenos cuánticos más desconcertantes, y lo hace de forma clara y sencilla, sin renunciar al humor o la ironía.

Asimetrías en la materia, la vida y el universo

Aunque a priori parezca improbable, nuestras manos, un tornillo y la concha de un caracol tienen algo importante en común: todos ellos son objetos quirales. Esto quiere decir que su imagen especular no puede superponerse con la original, por mucho que la giremos. Por eso, en el espejo la mano derecha se convierte en la izquierda, un tornillo cambia la dirección de su rosca y la concha ‘da vueltas’ en sentido contrario. En el libro La quiralidad. El mundo al otro lado del espejo, el químico del CSIC en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica Luis Gómez-Hortigüela nos invita a emular a Alicia, el personaje de Lewis Carroll, y a embarcarnos en un viaje alucinante para descubrir las sorprendentes y variadas expresiones de esta propiedad, que está estrechamente relacionada con la asimetría. La quiralidad, por ejemplo, se manifiesta en el cuerpo humano, con un corazón que se encuentra desviado a la izquierda y un cerebro que compartimenta las funciones de forma asimétrica en sus dos hemisferios. Sin embargo, la relevancia fundamental de este fenómeno se expresa en objetos mucho más pequeños, como el ADN, con sus hélices retorciéndose invariablemente hacia la derecha, o las partículas elementales, entre las que ha prevalecido la materia sobre la antimateria, una asimetría que ha dado forma a nuestro universo.

Algas diatomeas, el otro pulmón de la Tierra

Las diatomeas, algas unicelulares capaces de producir más oxígeno que todos los bosques amazónicos, centroafricanos e indonesios juntos, son ‘el otro pulmón’ de la Tierra. El investigador del Instituto de Ciencias del Mar (CSIC) Pedro Cermeño explica, en Las diatomeas y los bosques invisibles del océano, la importancia de estos microorganismos para los ecosistemas marinos y el conjunto del planeta, y presenta algunas de sus posibles aplicaciones tecnológicas.

Con este libro podrás descubrir que en los océanos también hay bosques y desiertos, y que las diatomeas forman una parte esencial de los primeros, donde sirven de alimento para larvas, moluscos, crustáceos y peces. “Si pudiésemos acumular toda la biomasa que producen las diatomeas, en tan solo dos décadas tendríamos suficiente como para reemplazar todos los bosques tropicales del mundo”, ilustra el autor. Otra de sus cualidades es que incrementan la eficiencia de la bomba biológica, un proceso mediante el cual los ecosistemas marinos absorben dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y lo transfieren hacia las capas más profundas del océano, lo cual contribuye a paliar el efecto invernadero y a enfriar el clima del planeta. Si quieres saber más sobre las denominadas ‘joyas del mar’, no dejes de abrir las páginas de este libro.

Virus ‘buenos’ que combaten bacterias infecciosas

¿Existen los virus ‘buenos’? La respuesta es sí: algunos de ellos pueden usarse para luchar contra bacterias resistentes a los antibióticos, uno de los grandes retos de la biología y la medicina en la actualidad. En Los bacteriófagos. Los virus que combaten infecciones, cuatro investigadoras del CSIC en el Instituto de Productos Lácteos de Asturias (Lucía Fernández, Diana Gutiérrez, Ana Rodríguez y Pilar García) nos presentan a los virus que atacan a las bacterias. Como cualquier otro agente vírico, los bacteriófagos son parásitos que necesitan infectar una célula, en este caso una bacteria, para multiplicarse en su interior; pero, a diferencia de otros virus, resultan totalmente inocuos para los humanos, los animales, las plantas y el medioambiente. El libro presenta las bacterias patógenas que se esconden en el nanomundo y traza la historia de los antibióticos, que hasta ahora en Occidente han relegado a los bacteriófagos. También explica cómo la progresiva pérdida de eficacia de la penicilina y otros compuestos con el mismo efecto están abriendo la puerta al empleo de los bacteriófagos en múltiples campos: desde la terapia fágica para la salud humana y animal, hasta biocidas para la agricultura o productos desinfectantes.

Escritos por personal investigador del CSIC, los libros de la colección ¿Qué sabemos de? son ediciones de bolsillo, por lo que resultarán un práctico compañero de viaje. Pero, si lo prefieres, también podrás leerlos en formato electrónico. ¡Buenas vacaciones y buena lectura!

Canibalismo… y otras formas de interacción galáctica

Por Mariano Moles y Mar Gulis (CSIC)*

Las galaxias son sistemas de estrellas, gas y polvo encerrados en un enorme halo de materia oscura. La mayoría de ellas forman sistemas múltiples en los que viven y evolucionan. De hecho, es complicado encontrar galaxias verdaderamente aisladas, es decir, que hayan evolucionado fuera de la influencia de otras, al menos durante los últimos dos mil millones de años. La interacción de las galaxias con otras del entorno, aun si esta no es violenta ni destructiva, juega un papel esencial en sus propiedades.

Vamos a considerar tres situaciones que nos permiten visualizar, brevemente, lo que puede significar esta interacción gravitatoria para la evolución de las galaxias.

Interacción secular

En las regiones externas de los cúmulos de galaxias o de grupos dispersos, la interacción entre galaxias no es en general violenta sino que va actuando a lo largo del tiempo, produciendo transformaciones paulatinas. Incluso las galaxias que están en situación de interacción suave presentan propiedades claramente distintas a las de las galaxias aisladas en las masas, los tamaños e incluso los colores fotométricos. Las galaxias aisladas son más pequeñas, menos masivas y más azuladas.

Galaxy Cluster Abell 1689. Los cúmulos de galaxias, en tanto que entidades gobernadas por la interacción gravitatoria, son lugares ideales para estudiar la evolución de las galaxias bajo los efectos de esa interacción. / hubblesite

Galaxy Cluster Abell 1689. Los cúmulos de galaxias, en tanto que entidades gobernadas por la interacción gravitatoria, son lugares ideales para estudiar la evolución de las galaxias bajo los efectos de esa interacción. / hubblesite

Choques de galaxias

Aunque no es muy frecuente, en los cúmulos también se producen agrupamientos y hasta colisiones destructivas de galaxias. Esto suele ocurrir en las etapas iniciales de la formación de la parte central del cúmulo. Pero hay casos, como el de la galaxia IC 1182, en los que la colisión de dos galaxias se produce en etapas posteriores.

¿Qué sucede en estas colisiones galácticas? Sabemos que las estrellas por su lado y la materia oscura por el suyo solo responden a las fuerzas gravitatorias. Además, lo que podríamos llamar gas de estrellas, es decir, el conjunto de todas las estrellas con sus velocidades respectivas, es de muy baja densidad. En efecto, la distancia media entre dos estrellas es más de un millón de veces superior al tamaño medio de estas. De modo que la probabilidad de colisión entre estrellas de una galaxia es, por lo general, muy baja.

Cuando dos galaxias colisionan, sus respectivos gases de estrellas pueden pasar uno a través del otro casi inalterados salvo por efectos de larga escala cuando una de ellas es capturada por otra y empieza a orbitar en espiral a su alrededor. Entonces pueden producirse largas colas o apéndices que se extienden a gran distancia de la galaxia y que evidencian la interacción. También el gas puede ser arrancado del cuerpo de la galaxia y formar apéndices y estructuras de gran escala. Magníficas muestras de esos procesos son la galaxia que se denomina, por su forma, del renacuajo (Tadpole Galaxy), catalogada como NGC 4676; y la galaxia llamada de los ratones (Mice Galaxy).

La galaxia IC 1182 está ya en una fase avanzada del proceso de fusión. La larga cola de marea atestigua la violencia del choque. / eso

La galaxia IC 1182 está en una fase avanzada del proceso de fusión. La larga cola de marea atestigua la violencia del choque. / eso.org

Por otra parte, la interacción violenta altera fuertemente el ritmo de formación estelar de una galaxia y provoca una aceleración notable de su evolución. Quizá uno de los ejemplos más espectaculares de este proceso es el que puede apreciarse en la galaxia de las Antenas. La extensión total abarcada por las dos antenas es de casi cuatro veces la dimensión de nuestra Galaxia (Vía Láctea). En la zona central capturada por el telescopio espacial Hubble se observa una intensísima formación estelar, con más de 1.000 cúmulos jóvenes de estrellas.

El resultado final de esas grandes colisiones es una única galaxia de forma esferoidal, relajada y exhausta, evolucionando tranquilamente a medida que sus estrellas jóvenes desaparecen y las demás van envejeciendo. A veces ocurre que las colisiones no sólo dan lugar a nuevas estrellas, sino también a nuevas galaxias que se van construyendo en las colas de marea o en los aledaños de la zona más directamente afectada por la interacción. Estas galaxias, llamadas enanas de marea, por producirse en esas situaciones, se han detectado en el apéndice de IC1182 o en las colas producidas en el Quinteto de Stephan.

Canibalismo galáctico

Cuando una de las galaxias que interaccionan es mucho mayor que la otra puede ocurrir que la segunda acabe siendo engullida por la primera, sin que se produzcan los fenómenos que acabamos de ilustrar, propios de colisiones entre dos galaxias más o menos similares. Los signos de este canibalismo galáctico son mucho menos espectaculares y difíciles de detectar. Por eso el estudio de este fenómeno y su importancia para la evolución de las galaxias es reciente.

Simulación por ordenador del proceso de canibalismo: una galaxia enana está siendo desorganizada para ser luego engullida por una galaxia como la Vía Láctea. / astro.virginia.edu

Simulación por ordenador del proceso de canibalismo: una galaxia enana está siendo desorganizada para ser luego engullida por una galaxia como la Vía Láctea. / astro.virginia.edu

En nuestro Grupo Local de galaxias hay tan solo tres masivas: Andrómeda, la Vía Láctea y M33 (mucho menos masiva que las otras dos), mientras que existen cerca de 50 galaxias enanas, poco masivas, pequeñas, meros satélites de las dominantes. A lo largo de la evolución del sistema puede ocurrir que una de esas galaxias sea atrapada definitivamente por una de las masivas y acabe siendo tragada por ella. Las estrellas de la galaxia canibalizada van a constituir una corriente estelar en la galaxia grande, que solo con muy sofisticados medios se puede detectar, medir y caracterizar. Aunque de momento solo podemos conjeturarlo, ese parece ser el caso de la galaxia enana Sagitario, que podría estar siendo engullida por nuestra galaxia.

 

* Este texto está basado en contenidos del libro de la colección ¿Qué sabemos de? (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata) ‘El jardín de las galaxias’, escrito por Mariano Moles.

¿Sabías que el primer “viaje” bajo los efectos del LSD se realizó en bicicleta?

Por José Antonio López Sáez y Mar Gulis (CSIC)*

Corría el año 1938 cuando el prestigioso químico suizo Albert Hofmann (1906-2008), en su búsqueda de aplicaciones medicinales de los alcaloides ergolínicos procedentes del hongo cornezuelo del centeno, consiguió sintetizar un nuevo derivado del ácido lisérgico. Como este nuevo compuesto ocupaba el puesto 25 de la serie de dietilamidas del ácido lisérgico que hasta entonces este eminente investigador había sintetizado en su laboratorio, lo llamó LSD-25.

El consumo de LSD produce notables alteraciones en la percepción visual y auditiva como cambios en el color, forma y brillo de objetos. // Mark Bray. Flickr (modificada)

El consumo de LSD produce notables alteraciones en la percepción visual y auditiva.  / Mark Bray. Flickr (modificada)

En principio, este nuevo alcaloide semisintético pretendía obtener pro­piedades estimulantes de la respiración y la circulación sanguínea. Sin em­bargo, tras numerosos ensayos clínicos acabó siendo desechado por los laboratorios Sandoz, donde trabajaba Hofmann. El LSD fue encerrado en un cajón y pasó a mejor vida, pero el químico no desistió en su empeño: en 1943 decidió sin­tetizar de nuevo el compuesto, a la vez que sintetizaba otro, el LA-111, que resultó ser la ergina, y su isómero isoergina.

Mientras realizaba su trabajo de laboratorio en Basilea (Suiza), sin dar­se cuenta sus dedos se impregnaron de estas tres ergolinas (LSD, ergina e isoergina). De repente comenzó a sentirse extraño, inquieto y mareado, según describió en su propio diario. Dejó el trabajo y se marchó a casa. Allí, tumbado y con los ojos cerrados, comenzaron las alucinaciones: luces deslumbrantes, colores caleidoscópi­cos, imágenes fantásticas… Había descubierto, sin quererlo, el poder alucinógeno de los alcaloides del ergot, aunque a partir de productos sintéticos.

Como buen científico, para estar realmente seguro de lo que había descubierto, unos días después, concretamente el 19 de abril de 1943, decidió hacer un experimento consigo mismo. Ingirió una dosis (que pensaba que era una dosis baja) de 0,25 miligramos (250 microgramos), pero como él mismo narraba más tarde, “resultó que era cinco veces la dosis debida. La dosis normal es 0,05 miligramos, y yo, para mi primer viaje, había tomado cinco veces más”.

Estando en el laboratorio, después de la ingesta, comenzó a sentirse mal. Al parecer se quedó casi sin habla y a duras penas consiguió pedir a su ayudante que le acompañara a casa. Según se cuenta, los vehículos motorizados estaban prohibidos a causa de las restricciones impuestas por la II Guerra Mundial. Así, aquel camino en bicicleta se convertiría en uno de los episodios psicodélicos más emblemáticos de la contracultura de los años 60. “Fue una experiencia terrible, un mal viaje. Todo cambió, y tuve la sensación de que había abandonado mi cuerpo, estaba en el espacio y podía ver mi cuerpo allí, y pensé: tal vez te has vuelto loco, o a lo mejor ya estás muerto. Fue realmente terrible, porque seguía consciente de mi situación y de la realidad cotidiana al mismo tiempo”.

El consumo de LSD produce notables alteraciones en la percepción visual y auditiva como cambios en el color, forma y brillo de objetos. También son frecuentes las sinestesias entre sentidos, es decir, ver un sonido u oír un color. A menudo provoca taquicardias, náu­seas, vómitos y disminución del apetito, incluso temblores y cierta descoordinación motora. Los efectos psicológicos pueden llegar a provocar cambios de ánimo brutales, incapacidad de comunicación, manías o depresio­nes profundas, así como psicosis persistente, cuyos efectos pueden ser devastadores en algunas perso­nas, incapaces de sentir la realidad de su vivir cotidiano y de pensar racionalmente.

El Dr. Albert Hofmann en 2006, con 100 años. // Stepan vía Wikipedia

El Dr. Albert Hofmann en 2006, con 100 años. / Stepan vía Wikipedia.

Prosigue Hofmann el relato de su autoexperimento: “Después de cinco o seis horas volví de nuevo a la normalidad, y entonces realmente me lo pasé muy bien. Disfruté con la sensación de haber vuelto a nacer. Volver de un mundo muy extraño y encontrarme con el mundo cotidiano y familiar. (…) Todas esas cosas que uno no valora en estado normal me parecían bellísimas, me di cuenta de lo bonito que es nuestro mundo, y estaba realmente feliz. Y así fue como descubrí la LSD”.

El LSD es una sustancia líquida, inodora e incolora. Su presentación usual es impregnada en pequeñas planchas de papel secante, que se dividen en cuadraditos o monodosis —conocidos como tripis, ácidos, micropuntos, bichos, secantes, ajos…— que se consumen por vía oral. Los efectos de esta droga psicodélica forman parte del llamado viaje o trip, de ahí que popularmente se la haya co­nocido como “tripi”.

La fecha de aquel viaje en bicicleta, que reveló a Hofmann el descubrimiento de una sustancia psicotrópica de enorme potencia a dosis muy bajas (recordemos que el químico veía el potencial del fármaco como herramienta médica y psiquiátrica, no para uso lúdico), sirvió para que años más tarde, en 1985, se celebrara por primera vez en Illinois (EEUU) el 19 de abril como Día Internacional de la Bicicleta.

Hofmann falleció en su casa de Basilea en 2008 a la increíble edad de 102 años. Un año antes, Lorenzo Veracini, Nandini Nambiar y Marco Avoletta recreaban en el cortometraje de animación A Bicycle Trip lo que pudo ser la experiencia de Hofmann en aquel emblemático viaje:

Aunque el LSD está incluido en la Lista I de los tratados y convenios sobre estupefacientes, es decir, es considerado una sustancia prohibida, la Administración para el Control de Drogas de los Estados Unidos ha aceptado su uso terapéuti­co. En la actualidad se siguen realizando estudios sobre esta sustancia en pacientes con determinadas problemáticas psíquicas, especialmente en aquellos que no han obtenido resultados beneficiosos con tratamientos tradicionales.

 

* José Antonio López Sáez es investigador del Instituto de Historia del CSIC en Madrid y autor del libro Los alucinógenos, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

Una de libros científicos para la Feria de Madrid

Cada junio los libros acuden a una cita obligada en el Parque de El Retiro de Madrid. La ciencia también tiene hueco en este encuentro anual entre textos y lectores. La Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata presentan las novedades de sus colecciones ¿Qué sabemos de? y Divulgación, ambas escritas por investigadores e investigadoras con el fin de acercar al gran público temas de actualidad científica de forma sencilla y amena. Este año los microbios que habitan en nuestro intestino, las algas como alimento, el olfato y la participación de las mujeres en la Primavera Árabe protagonizan algunos de los títulos que se presentarán en el pabellón de actividades culturales de la Feria del Libro.

El jueves 1 de junio a las 12:30 horas, la ciencia de lo diminuto aparece en escena. En pocos años la nanotecnología se ha incorporado a un ritmo frenético en múltiples ámbitos, pero, como toda tecnología, la capacidad de controlar el nanomundo también tiene su ‘lado oscuro’. Marta Bermejo y Pedro Serena intentan centrar el debate sobre las aplicaciones y los posibles daños que puede comportar esta actividad en Los riesgos de la nanotecnología.

Uno de los retos a los que se enfrenta la sociedad en el siglo XXI es el de ser capaz de alimentar a una creciente población mundial, y las algas –uno de los recursos marinos más abundantes y menos explotados- son una posibilidad para paliar este problema. Elena Ibáñez y Miguel Herrero describen en Las algas que comemos algunas de las características únicas que poseen estos organismos vivos para convertirse en la base de la alimentación del futuro.

¿Quién no ha pasado tardes enteras jugando al ajedrez? Su complejidad, su profundidad e incluso su belleza nos siguen atrayendo como el mejor de los retos. La inserción de las matemáticas en el estudio del juego ha supuesto una simbiosis perfecta que alimenta, por un lado, el avance hacia la partida de ajedrez perfecta y, por otro, el desarrollo de nuevas mejoras en campos como el de la programación informática o la inteligencia artificial. Razvan Iagar habla de este juego milenario en Matemáticas y ajedrez.

El proceso reproductivo tiene una importancia vital en cada una de sus fases. El libro La reproducción en la Prehistoria de la colección Divulgación busca contribuir a valorar este proceso social básico, que además es susceptible de regulación y control. Sus autores Assumpció Vila-Mitjà, Jordi Estévez, Francesca Lugli y Jordi Grau, sostienen que este proceso no se limita a lo biológico y, apoyándose en un ilustrativo recorrido fotográfico, transmiten que ha estado regulado por normas sociales que permitían garantizar la continuidad de las sociedades desde la Prehistoria.

 

 

Tardes de feria con ciencia

El lunes 5 de junio a las 18:00 horas, Carmen Peláez y Teresa Requena, autoras de La microbiota intestinal, explicarán la importancia de las bacterias que habitan en nuestro intestino y contribuyen a mantenernos saludables. La microbiota intestinal nos ayuda a digerir los alimentos, coopera con nuestro sistema inmune y optimiza el aprovechamiento energético de la dieta. Pero además, investigaciones recientes están tratando de descifrar en qué medida estos seres microscópicos también pueden afectar a nuestra actividad cerebral.

Por su parte, El olfato nos habla del más desconocido de nuestros cinco sentidos, a pesar de que es el más directo, el que más recuerdos evoca y el que más perdura en nuestra memoria. Sus autores Laura López-Mascaraque y José Ramón Alonso expondrán como el olfato puede ser una nueva herramienta diagnóstica para algunas enfermedades.

M. Valderrama presentará Los desiertos y la desertificación. En su texto, el investigador de la Estación Experimental de Zonas Áridas aclara las diferencias entre ambos términos, explicando qué es un desierto y qué no lo es, identifica las causas que lo originan y expone cómo se produce el proceso de degradación del territorio.

Cierra esta tarde de presentaciones La isla de Pascua, de la colección Divulgación. Escrito por Valentí Rull, la publicación sobre el lugar habitado más remoto del planeta responde a cuestiones como quiénes fueron los pobladores originarios de este lugar y con qué fin construyeron los moai, o cuándo y por qué desapareció esta civilización de la isla.

Las presentaciones se realizarán en el Pabellón Bankia de actividades culturales. Puedes consultar aquí la programación detallada. Además, los autores de las colecciones firmarán sus libros en las casetas de la Editorial CSIC (número 14) y de la editorial Los libros de la Catarata (número 149).