AVANCES CIENTIFICOS DE LOS ULTIMOS 50 AÑOS EN BIOLOGIA Paula Lorena Pinzon Morales C!i"o# $0%&%0'0 %( I)*le)en+ I)*le)en+a,in a,in !e -io)o!e -io)o!elos los ,on .ines .ines e/*eri)en e/*eri)en+ales +ales e!u,a+i1 e!u,a+i1os os una e/*erien,ia )ul+i!is,i*linaria 2$0034( Se presenta un modelo matemático para emular el comportamiento endocrino de personas sanas o con la patología de Diabetes Mellitus Tipo I y Tipo II teniend teniendo o en cuenta cuenta la relación relación glucosa/ glucosa/insu insulina lina/glu /glucagó cagón n a corto corto plazo. plazo. La estructura básica del modelo es de tipo compartimental, donde arios de sus parámetros se !an adoptado en base a e"perimentos con modelos biológicos propios. #ara ello se traba$ó multidisciplinariamente en tres áreas %ue son &uímica 'iológica, Ingeniería &uímica y (lectrónica. (l principal ob$etio es demos demostra trarr la poten potenci ciali alidad dad educa educati tia a del del modelo modelo desd desde e la óptic óptica a de las disciplinas antes mencionadas.
$( Es+ru,+ur Es+ru,+ura a !e *ro+enas# *ro+enas# *le"a)ien+ *le"a)ien+o o *riones *riones 2$00$4( 2$00$4( Las ence)alopatías espongi)ormes transmisibles !an constituido en el *ltimo a+o un tema de gran alarma social, con relación al denominado mal de las aca acas s loca locass- y su posi posible ble trans transmis misión ión al ser ser !uman !umano. o. (ntre (ntre los los aspec aspecto tos s cient entí)ic )icos más más imp importan tantes de estas tas en)er )ermeda medad des des destaca acan las las cara caracte cterís rístic ticas as pecul peculiar iares es de su agen agente te trans transmis misor or.. (n este este artícu artículo lo se desc describ riben en bre breeme emente nte los aspe aspecto ctos s más rele relean antes tes de la !ipót !ipótes esis is más acep aceptad tada a para para los los mismos mismos los los prion priones. es. os os centra centramos mos en los los aspec aspectos tos molecu molecular lares es de esta esta proteí proteína na,, codi)i codi)ica cada da en el geno genoma ma del del !u0s !u0sped ped %ue %ue padece padece la en)ermed en)ermedad, ad, y en describ describir ir los cambios cambios con)orma con)ormacion cionales ales en la estructura terciaria de la proteína a los %ue se atribuye su carácter patógeno. ues uestro tro ob$et ob$etio io es resumi resumirr el estad estado o actua actuall del del cono conocim cimien iento to sobr sobre e los los prio prione nes, s, las las !ipó !ipóte tesi sis s )orm )ormul ulad adas as sobr sobre e los los posi posibl bles es meca mecani nism smos os de transmisión de la en)ermedad sin recurrir a agentes con carga gen0tica, y algunas peculiaridades especí)icas del nueo agente in)eccioso. La cone"ión entr entre e este este cono conoci cimi mien ento to y las las posi posibl bles es tera terapi pias as de trat tratam amie ient nto o de la en)ermedad $usti)ican una ez más la relación entre la %uímica, la biología molecular y la medicina.
&( Una 1a,un 1a,una a ,on+ra ,on+ra la )ala )alaria ria 2$00 2$0064( 64(
Se conoce la malaria, como una en)ermedad parasitaria %ue inolucra )iebres altas, síntomas seudogripales escalo)ríos y anemia, generalmente, se asocia a la picadura del mos%uito ano)eles. 1no de los *ltimos resultados del desarrollo de la acuna )ueron en una muestra de ni+os en Mozambi%ue, en donde protegió a más de las dos terceras partes contra el desarrollo de la )orma más seera y )atal de la en)ermedad. (l estudio, )ue dirigido por el m0dico catalán #edro 2lonso del 3entro de Salud Internacional del 4ospital 3línico de 'arcelona. 2!ora, Manuel (l5in #atarroyo $unto a su e%uipo de inestigadores colombianos, celebran %ue la comunidad cientí)ica europea aalara la e)icacia del 678 de la acuna contra la malaria despu0s de 9: a+os de inestigaciones, puesto %ue anteriores resultados sólo eran e)ectios !asta un ;:8 y se espera %ue sea utilizada para más de <7:: personas en)ermas.
'( La +rans.e,,in !e 1irus !e la "ri*e A *ro+ena !e e/*or+a,in nu,lear in!u,e la la e/*resin !el .a,+or !e ne,rosis +u)oral al.a( 2$0%&4 =irus In)luenza 2 oc!o segmentos genómicos códigos para la proteína no estructural < > S< ? %ue está inolucrada en la easión de la respuesta antiiral innata , y la proteína de e"portación nuclear >(# ?, %ue participa en la e"portación de ribonucleoproteína iral > @#? comple$os , transcripción y replicación. Aactor de necrosis tumoral al)a > TA B ? es altamente e"presado durante las in)ecciones de irus de la gripe y se considera una cito%uina anti C in)eccioso. #roteínas S< y (# se sobree"presa y se ealuó su papel en la e"presión de TAB . Tanto TA B 2@m y proteína aumentaron en las c0lulas trans)ectadas con (# pero no con S< . Más Inestigamos si S< o (# regula la actiidad de TA B promotor . (n la presencia de la (# la actiidad de TA C promotor aumentado signi)icatiamente en comparación con el control. (ste e)ecto se redu$o <7 eces cuando se eliminó la región distal TA B promotor , lo %ue sugiere la participación de mitogenBactiated proteínas %uinasas > M2# ? y los elementos de respuesta de AB 5' . (sto )ue corroborado por probar el e)ecto producido sobre el TA B promotor por el tratamiento con @a) / M( / (@ > 1: 'ayB << !asta G:HE ? y los in!ibidores de #I9 se+alización celular. (l tratamiento con 1: ;<,7 9,E , la in!ibición de G: 8 , y H:,F G,; , 97 8 in!ibición , respectiamente ? en comparación con el control modelo de tratamiento . Los resultados sugieren un nueo papel de la proteína (# %ue participa en la regulación transcripcional de TA B e"presión !umana.
7. Ba,+erias +rans"7ni,as *ara *ro!u,ir -io,o)-us+i-le !e las al"as
)arinas 2$0%$4(
Sin necesidad de terreno cultiable, ni )ertilizantes, ni agua dulce para regar, sin suponer competencia con las cosec!as de alimentos básicos, las algas pardas podrían ser una materia prima muy atractia para producir biocombustibles. #ero !ay un problema la ausencia de microrganismos idóneos %ue se encarguen de la )ermentación de los az*cares de las algas. La solución %ue !an encontrado unos inestigadores en (( 11 para solentar esta pega reside en la ingeniería gen0tica si no !ay microrganismos naturales %ue !agan bien ese traba$o se generan a medida, en laboratorio. (llos e"plican en la reista Science cómo !an modi)icado unas bacterias >(sc!eric!ia coli? para %ue sean capaces de metabolizar el laginato, az*car esencial de las algas, y producir directamente bioetanol. (l olátil coste de la energía y la presión para conserar los recursos de combustibles )ósiles !an disparado los es)uerzos para producir biocombustibles y compuestos %uímicos ía la )ermentación microbiana de biomasa-, recuerdan 2dam J.Kargac5i >Laboratorio de 'ioar%uitectura, en 'er5eley, 3ali)ornia? y sus colegas en Science. 2ctualmente, el maíz y la ca+a de az*car son las cosec!as industriales )undamentales, pero el dilema alimento )rente a combustible puede acabar e"cluyendo su utilización a largo plazo-. #ero el alginato, %ue los microrganismos naturales son incapaces de metabolizar e)icazmente, era !asta a!ora precisamente el problema. uestros cientí)icos-, contin*a Trun)ío en un comunicado del laboratorio, !an logrado una enzima capaz de degradar ese alginato y una ía de metabolización del mismo, lo %ue nos permite utilizar la mayor parte de los az*cares de las algas, !aciendo así %ue su biomasa sea una )uente rentable para la producción de combustible renoable y de compuestos %uímicos-. Kargac5i y sus colegas !an introducido por ingeniería gen0tica una secuencia especí)ica de 2D en las bacterias E.coli para %ue estas produzcan una enzima %ue puede metabolizar esos az*cares recalcitrantes de las algas y la )ermentación produce el deseado etanol. Los e"perimentos en laboratorio demuestran la iabilidad del proceso, e"plican, y los inestigadores consideran %ue si se puede llear a escala industrial, las algas contribuirán notablemente a la producción de biocombustibles.
6( El ,o-re !is*ara *o+en,ia la en.er)e!a! !e alz8ei)er 2$0%&4( (l cobre es necesario para el organismo, $ugando un papel importante en transmisión neriosa, el crecimiento de los !uesos, la )ormación de te$idos y la secreción !ormonal. se ingiere por m*ltiples ías, incluyendo el agua >por las ca+erías de ese material?, los suplementos nutricionales y ciertos alimentos como la carne ro$a, el marisco, los )rutos secos y muc!as )rutas y egetales. #ero tambi0n puede tener e)ectos negatios. 1nos inestigadores en (stados 1nidos !an descubierto cómo la acumulación de cobre dispara e intensi)ica la en)ermedad de alz!eimer al impedir la eliminación de proteínas tó"icas en el cerebro, lo %ue acelerar su acumulación. 3omo se trata de un elemento esencial para otras muc!as )unciones, los inestigadores recomiendan cautela
al interpretar los resultados de su traba$o La clae sería dar con el e%uilibrio adecuado entre demasiado y demasiado poco consumo de cobre y, por a!ora, no podemos establecer cuál sería el niel óptimo pero la dieta puede $ugar, en *ltima instancia, un papel importante en la regulación de este proceso-, e"plica @as!id Deane, pro)esor de inestigación del 3entro M0dico de la 1niersidad de @oc!ester >(( 11? y líder del estudio. 2l acumularse, el cobre puede romper el sistema %ue controla lo %ue entra y lo %ue sale del cerebro de manera %ue se alcanzan nieles tó"icos de la proteína beta amiloide >un subproducto de la actiidad celular? característicos del alz!eimer.
3( Consi"uen )o1er nano)o+ores !en+ro !e ,7lulas 1i1as 2$0%'4( De momento son como diminutas agu$as >de unos tres nanómetros, tres milmillon0simas de metro?, pero inestigadores de la 1niersidad de #ensilania !an conseguido introducirlas y moerlas dentro de c0lulas ias. 3on ello abren la puerta a una !erramienta para interaccionar con la estructura celular básica desde dentro, tanto para el estudio como para, en un )uturo, curar. (l traba$o lo publica 2ngeNandte 3!emie International (dition. Los dispositios están )ormados por una mezcla magn0tica de oro y rutenio, y se mueen desde )uera mediante ultrasonidos. Las )otogra)ías tomadas con un microscopio muestran su recorrido. (n principio, se !an moido para registrar %u0 sucede cuando los nanomotores c!ocan con los orgánulos celulares. 4emos isto respuestas mecánicas desconocidas !asta a!ora-, !a dic!o Tom Mallou5, pro)esor de la 1niersidad (statal de #ensilania. Las c0lulas son como diminutas )ábricas llenas de orgánulos y estructuras %ue se encargan de producir energía, procesar nutrientes, :<:? residuos, )abricar proteínasO (n una primera apro"imación, los min*sculos dispositios se !an usado como batidoras para destruir todo lo %ue encuentran o per)orar las membranas.
9( Lle"an los ro-o+s !e ADN 2$0%04( Los robots de 2D, mol0culas con patas de esta cadena %uímica, base de la ida, y %ue se mueen de un lugar a otro, son ya una realidad. Se presentan en ature dos tipos de estas má%uinas moleculares, %ue )uncionan trasladándose de un punto de enlace biológico a otro sobre una super)icie tambi0n recubierta de 2D. (l primero es una ara+a molecular de tres patas %ue puede actuar autónomamente seg*n las claes %ue le suministre el ambiente por el %ue se muee. Las patas de la ara+a son enzimas de 2D, %ue pueden diidir una secuencia determinada en un sustrato de 2D al estilo origami. 2sí con capaces de e$ecutar secuencialmente acciones tales como arrancar, continuar, girar o parar, rompiendo una secuencia y pasando a la siguiente %ue encuentran en su camino. 3uando llega a una secuencia %ue no puede romper el robot se para. (sta má%uina !a llegado a recorrer !asta <:: nanómetros >milmillon0simas de metro?, lo %ue representa unas 7: diisiones.
:( El ,on+rol !e la 1elo,i!a! !e la !i1isin ,elular; ,la1e *ara el ,la parte más delicada, más protegida? del resto, el citoplasma. Se asociaba a los poros necesarios para %ue la parte central no )uera un reducto completamente aislado. (n concreto, se emplearon c0lulas de retina y de cáncer de colon. Se comportaron igual. 3on estos resultados, lo siguiente sería buscar aplicaciones prácticas. 'uscar medicamentos %ue alarguen la mitosis, ganar tiempo-, e"plica @odríguez 'rao. Se trata de no blo%uear por completo por%ue entonces no !ay diisión celular- >y el organismo está siempre renoándose?, pero si se consigue mane$ar la elocidad a gusto se estaría cerca de una aplicación )armacológica, indica.
%0( Des,u-ier+a una )ol7,ula =ue es+i)ula la )e)oria en ra+as 2$0%$4( 1n e%uipo espa+ol !a identi)icado un p0ptido %ue sire para actiar la memoria. La mol0cula >un trozo de proteína? se !a ensayado en ratas, y su )orma de actuación es %ue moiliza más receptores de neurotransmisores-, seg*n !a e"plicado el director del traba$o, Jos0 2ntonio (steban, del 3entro de 'iología Molecular Seero Pc!oa, del 3onse$o Superior de Inestigaciones 3ientí)icas >3SI3? y la 1niersidad 2utónoma de Madrid >12M?. (l traba$o !a sido publicado en la reista #LPS 'iology, y !a merecido menciones en ature y otras publicaciones. La clae del traba$o está en me$orar las cone"iones sinápticas >las de las neuronas? de la zona del cerebro encargada de )ormar la memoria-, el !ipocampo, dice el inestigador. (l ensayo se !a !ec!o con ratas, por lo %ue cual%uier posibilidad de una aplicación en !umanos es a largo plazo. , en este campo, eso %uiere decir unos E: a+os. Se !icieron pruebas a arios nieles. 1no de ellos, el del comportamiento, consiste en introducir a una rata en un recipiente con agua te+ida para %ue sea opaca. Deba$o de la super)icie !ay una plata)orma %ue permite al animal posarse, pero tiene %ue aprender a localizarlo. (sta prueba, e"plica (steban, !a sustituido a los tradicionales laberintos por%ue es más )ácil de reproducir en cual%uier laboratorio. (l resultado )ue %ue la memoria del animal me$oraba tras recibir inyecciones en el cerebro del p0ptido.
%%( La ,u@eino 1nido? publican un artículo en la reista ature 3!emistry en el %ue a)irman %ue el genoma contiene tambi0n estructuras de cuatro !ebras, un !allazgo %ue podría ayudar a comprender me$or el mecanismo de reproducción de las c0lulas cancerosas. Tras más de <: a+os de inestigación, el e%uipo de 3ambridge !a logrado demostrar la e"istencia de estas estructuras comple$as en c0lulas !umanas
ias traba$ando desde lo !ipot0tico, a tra0s de modelos computacionales, !asta e"perimentos de laboratorio y, )inalmente, la identi)icación de las c0lulas cancerosas !umanas utilizando biomarcadores )luorescentes. La inestigación muestra una relación clara entre las estructuras de cuatro !ebras y el proceso de replicación del 2D, esencial para la diisión celular, lo %ue podría dar la clae para detener la proli)eración de las c0lulas cancerígenas.
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