miércoles, 28 de junio de 2017

¿Cómo buscar información científica que ayude al diagnóstico de casos médicos?

Una inmensa cantidad de imágenes es producida diariamente en los hospitales derivadas del diagnóstico a través de técnicas de imagen. Muchas de estas imágenes son distribuidas a través de la literatura científica, sumamente valiosas para la práctica clínica rutinaria, para la investigación y para la educación. Sin embargo, para el personal sanitario no es fácil encontrar la información deseada entre la enorme cantidad de datos disponibles y el tiempo limitado del que disponen. Por tanto es necesario gestionar y recuperar documentos/imágenes de manera efectiva y eficiente. Los sistemas de recuperación de información son herramientas muy útiles para proporcionar acceso a la literatura biomédica relacionada con las necesidades de los profesionales sanitarios, quienes asiduamente usan estos sistemas que benefician la toma de decisiones y la atención al paciente. La mayoría de los métodos existentes utilizan búsqueda mediante texto y no aprovechan toda la información visual contenida en las imágenes.

Como resultado de mi tesis doctoral y el trabajo con el equipo de la Universidad de Ciencias Aplicadas de la Suiza Occidental (HES-SO, del francés Haute École spécialisée de Suisse occidentale) publicamos este trabajo en la revista Journal of the Association for Information Science and Technology. Este artículo se ocupa de los mecanismos de búsqueda capaces de aprovechar conjuntamente la información médica textual y visual. Como resultado se ha desarrollado la herramienta llamada Shangri-La (se puede encontrar una demo en aquí).


Este breve video muestra un ejemplo de cómo realizar una búsqueda utilizando Shangri-La.

¿Cómo lo hemos hecho?

En primer lugar necesitamos extraer información de las imágenes y del texto. Primero, para obtener información de las imágenes se utilizan descriptores que extraen características como el color, la textura o la forma. 

Hay información que puede ser extraída directamente de las imágenes. Las flechas representan el centro, la escala y la orientación de los puntos claves detectados en la imagen.
En segundo lugar se extrae información del texto, mediante la búsqueda, localización y clasificación de elementos del texto y se buscan relaciones entre ellas empleando el conocimiento previo del dominio o de otras frases. Por último se utilizan estrategias de fusión para integrar la información visual y textual. Sin embargo, esta es una tarea difícil, ya que las características visuales no siempre contienen suficiente información para ayudar en la búsqueda de información. Esta trabajo define un criterio para la fusión adaptable a la consulta, que muestra cuándo los descriptores visuales son apropiadas para ser fusionadas con el texto. Este criterio se basa en la sinonimia entre la información textual y las características visuales. 
Además en este trabajo se integra una estrategia de clasificación de imagen en modalidades. Se desarrolla una técnica de aprendizaje semi–supervisado junto con una estrategia de “crowdsourcing” para lidiar con la desigualdad en el número de imágenes por clase (no existe el mismo número de ejemplos de imágenes en todas las modalidades).
Así se extrae toda la información de los artículos científicos contenidos en la base de datos a utilizar y de las imágenes contenidas en esos artículos. De este modo, cuando se utiliza el sistema se hace una consulta sobre un caso médico (con la información recopilada sobre el paciente, sus síntomas y los resultados de las pruebas de diagnóstico realizadas incluyendo imágenes) se pueden buscar artículos relevantes para su diagnóstico. Para ello se extrae la información textual y visual de la consulta utilizando los mismos métodos que se han utilizado para extraer la información de la base de datos. Así se puede comparar con la información guardada y recuperar como resultado la información más similar y, por tanto, los artículos relevantes.

Conclusiones


Este trabajo puede potencialmente ayudar al personal sanitario a tomar decisiones sobre diagnósticos difíciles, mediante el sistema de búsqueda de información basado en casos Shangri-La. El principal objetivo de este trabajo es hacer disponible, además de la información textual, la información visual contenida en los casos médicos. Una web simple como Shangri-La facilita las búsquedas a los usuarios a la hora de trabajar e interactuar con datos que contienen texto e imágenes.

El artículo completo se puede encontrar aquí.


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miércoles, 21 de junio de 2017

Los soldados zombies existen, pero solamente entre los escarabajos

Aunque parezca un titular de película de ciencia ficción de serie B, no lo es. Los “zombies” existen, se llaman “insectos zombies” aquellos insectos que son infectados por un hongo patógeno o parásito que altera su comportamiento y morfología para beneficiarlo, y acabar matando al insecto. De hecho, este fenómeno no existe únicamente entre los insectos, ¡también existe entre los humanos! Aunque no de forma tan marcada, un ejemplo es la toxoplasmosis que afecta  a los gatos y a otros mamíferos, y que llega a infectar a los humanos. Incluso este parásito se considera que altera el comportamiento de los ratones (hacen que sean más lentos  más "suicidas" para que sean más fáciles de ser comidos por los gatos y así contagiarlos) e incluso puede que hasta el comportamiento de los humanos, provocando que sea más proclive a enfermedades mentales y que sientas más atracción por los gatos y esto ayuda al parásito a seguir colonizando humanos y gatos (pero no quiero desviarme porque este no es el objetivo del artículo).

Estos tipos de parásitos “transforman” al hospedador (normalmente insectos) en un “zombie”, que acaba haciendo lo que le beneficia al hongo para poder seguir dispersándose, por ejemplo, les suelen obligar a subirse a lo alto de las flores para que atraigan a otros insectos y se peguen a ellos para contagiarle el hongo.
Científicos de la Universidad de Arkansas y de Cornell (Estados Unidos), acaban de publicar el descubrimiento de una nueva variedad de hongos “zoombizantes” de insectos en la prestigiosa Journal of Invertebrate Pathology. Concretamente han descubierto que un hongo llamado Eryniopsis lampyridarum es capaz de infectar al “escarabajo soldado Goldenrod”, perteneciente a la familia de los coleópteros, Chauliognathus pensylvanicus, ¡¡y transformarlo en zombies!!

¿Cómo lo hicieron?

En 1996, en la Universidad de Arkansas, encontraron gran cantidad de escarabajos soldados Goldenrod (como los de la imagen, la de abajo, obviamente ;) ) pegados por las mandíbulas a unas flores llamadas Aster pilosus. Las alas estaban abiertas y tenían todo el cuerpo cubierto por un hongo (como el de la imagen). Además, alrededor de estos escarabajos infectados y aparentemente muertos, había multitud de escarabajos de la misma especie alimentándose del polen de esa misma flor. Además, se observaron varios grupos de escarabajos sanos copulando con estos escarabajos infectados por el hongo.
Resultado de imagen de Chauliognathus pennsylvanicus
Escarabajos soldados Goldenrod sin infectar
Insecto zombie infectado 
A ver este efecto tan curioso, lo que hicieron estos científicos fue recolectar a varios de estos insectos, tanto sanos como infectados, y observarlos en el laboratorio, observando su comportamiento durante varios años, hasta el año 2016, que pudieron concluir que el comportamiento de los escarabajos era debido al hongo.
Finalmente llegaron a la conclusión que este hongo modificaba el comportamiento de los escarabajos, obligándolos a volar a la flor, morder la flor, y dejar abiertas las alas para atraer a otros escarabajos a copular con ellos y así contagiarles el parásito.

Conclusiones

Aunque parezca que estamos hablando de un guión de una película de terror, el caso de los insectos zombies es un hecho no tan raro en la naturaleza. Esto nos ayuda a darnos cuenta que la ciencia aún tiene mucho que enseñarnos y sorprendernos, por lo que ¡muchas veces es mejor leer sobre ciencia que ver una película de terror!
Autor de insecto sin infectar: Mrs. Gemstone (https://www.flickr.com/photos/gemstone/6176909778   CC BY-SA 2.0)
Autor de la imagen del insecto infectado: cotinis (https://www.flickr.com/photos/pcoin/5021492107  CC BY-NC-SA 2.0)


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martes, 13 de junio de 2017

Descubren cómo las micorrizas ayudan a las plantas a combatir la sequía.

Ante el escenario de cambio climático, la agricultura se ve cada vez más afectada por sequías pronunciadas. La presencia en el suelo de micorrizas (asociaciones entre hongos del suelo y las raíces de las plantas, presentes en todos los ecosistemas naturales), puede ayudar a aliviar los efectos de la falta de agua en los cultivos. Las plantas micorrizadas mejoran la captación agua y nutrientes del suelo, además de estar más protegidas frente al daño oxidativo producido durante el estrés hídrico (sequía). Recientemente sabemos que las micorrizas también modifican y mejoran la capacidad de transportar agua en la raíz.
Las acuaporinas son proteínas presentes en todos los organismos vivos (también en humanos) que forman canales en las células, transportando agua y otros compuestos (Dióxido de Carbono, urea, Silicio, Boro, glicerol…). La regulación de las acuaporinas (el aumento o disminución de estas proteínas en las membranas) es esencial para que la planta mantenga un balance de agua adecuado para su funcionamiento.
La micorriza (como las que se pueden ver en las imágenes de este artículo) es capaz de modificar la cantidad y/o la funcionalidad de las acuaporinas para regular el transporte de agua en la raíz, aumentando la tolerancia a la sequía. Por eso, entender cuáles son las acuaporinas clave que la micorriza regula en condiciones de sequía es esencial para entender cómo el hongo actúa para mejorar la tolerancia al déficit hídrico y podría aplicarse en futuros estudios de mejora genética.


En mi grupo de investigación en la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) en Granada (España) acabamos de publicar un artículo en la prestigiosa revista Frontiers in Pant Science donde arrojamos algo de luz a este sistema tan interesante de micorrizas. 

¿Cómo lo hicimos?

Se inocularon dos variedades de maíz (una tolerante y otra sensible a la sequía) con un hongo formador de micorrizas (Rhizophagus irregularis o también llamado Glomus intraradices). Después de mes y medio de crecimiento en macetas de 1 L, la mitad de las plantas se sometieron a sequía (limitando el aporte de agua) durante dos semanas, simulando una sequía severa.
Tras la cosecha, se analizaron distintos parámetros fisiológicos que nos dan una idea del estado de la planta (peso, estado de sus membranas, estado del aparato fotosintético, acumulación de especies reactivas del oxígeno,…)
Además se analizó cómo se regulan las acuaporinas de maíz (existen 36 acuaporinas en maíz, de las cuales se analizaron 16 por estar reguladas por la micorriza) en ambas variedades y en las distintas condiciones (sequía y normalidad, con y sin micorrizas) utilizando la técnica de la Reacción en Cadena de la Polimerasa en tiempo real (del inglés qRT-PCR). Mediante esta técnica es posible cuantificar la expresión génica de forma relativa de un gen frente a otro gen normalizador que se expresa constitutivamente, es decir, los genes que se "encienden" y se "apagan" cuando se pone a la planta en diferentes condiciones. De esta forma, podemos averiguar si un gen se está induciendo o reprimiendo en nuestras condiciones de estudio.

Conclusiones

En este estudio se vio que, el efecto positivo de la micorriza frente a la sequía es mayor en una variedad de maíz sensible a la sequía con respecto a una variedad tolerante, posiblemente porque la planta tolerante ya tiene sus propios mecanismos de defensa frente al estrés.
Además, se descubrió que un mayor número de acuaporinas (9 de ellas) estaba regulado durante la sequía en la variedad sensible cuando la planta estaba micorrizada que en la variedad tolerante (solamente 3 de ellas). Esta mayor regulación (principalmente su represión) podría ser la forma que tienen estas plantas de evitar la pérdida de agua. Es más, la micorriza parece que interfiere o ayuda a la planta a "hacer funcionar" estas acuaporinas, lo que podría ser clave para esta ayuda que le da a la planta.
Es decir, en este artículo hemos identificado los sistemas mediante los cuales las micorrizas son capaces de hacer que un cultivo aumente su tolerancia a la sequía, lo que es muy importante en una agricultura en la cual la falta de agua ya está siendo un gran problema.

Este artículo ha sido escrito por la colaboradora de nuestro blog "artículos científicos para no científicos", que también es autora principal del artículo del que habla el blog:
Gabriela Quiroga García, investigadora predoctoral.
Estación Experimental del Zaidín (CSIC), Granada (España).


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miércoles, 7 de junio de 2017

Nuevo estudio con isótopos radioactivos muestra cómo se alimentaban las primeras ciudades de la historia

La aparición de los primeros centros urbanos representa uno de los momentos más interesantes de la historia de la humanidad, y uno de los que más difíciles de estudiar (porque hace muuuucho tiempo de esto, y los restos son muy limitados).
Un estudio publicado el pasado lunes en la prestigiosa revista Nature Plants, demuestra cómo la agricultura extensiva provocó y permitió la aparición de las primeras ciudades en el norte de Mesopotamia.
Hasta ahora se pensaba que el desarrollo de las primeras ciudades se consiguió por el desarrollo de técnicas agrícolas intensivas, con fertilización y riego de pequeñas zonas con altos rendimientos para la época, pero muy trabajadas. Sin embargo, actualmente la alimentación mundial se sostiene fundamentalmente por la agricultura extensiva, ¿pero cuándo comenzó esta agricultura extensiva? Tal vez desde antes de lo que se pensaba.

¿Cómo lo hicieron?

En este estudio se han utilizado isótopos radiactivos estables de carbono ( δ13C) y de nitrógeno (δ15N) para averiguar algo más de la agricultura de las primeras grandes sociedades organizadas del planeta. Estos isótopos son, a grandes rasgos, átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en número másico. Gracias a esta ligerísima diferencia entre número de neutrones de compuestos orgánicos se pueden conocer desde la antigüedad de unos restos hasta cómo se cultivaron diferentes cultivos.  
Usando los valores de δ13C y δ15N de restos de cultivos (276 muestras de granos de cereales carbonizados y 44 muestras de semillas) encontrados en sitios arqueológicos de Tell Sabi Abyad, Tell Zeidan, Hamoukar, Tell Brak and Tell Leilan (6500–2000 años antes de Cristo) consiguieron deducir que prácticas tan actuales como la fertilización y el manejo del agua para el riego formaban una parte importante de la agricultura que se practicaba en el milenio 7 antes de Cristo.

Concretamente, se ha podido determinar porque los valores del δ15N en cereales que han sido fertilizados, aumenta un 10% respecto a los que no lo han sido, además varían en función del tipo de abono (residuos caseros o compost o heces de ganado). Por otra parte, el δ13C nos puede dar mucha información sobre el agua que tenía el cultivo que se ha recogido. Es decir, los granos que tenían más agua  (los que fueron regados) tenían mayor cantidad de δ13C, que los que no fueron regados (en agricultura extensiva, antiguamente no se regaban los cultivos extensivos). De esta forma han podido saber qué cultivos han sido regados y abonados (agricultura intensiva) frente a los que no lo fueron (agricultura extensiva).
Con estos datos, combinándolos con la localización de las antiguas ciudades de Mesopotamia, con los datos arqueológicos de estas ciudades y asentamientos (densidades de poblaciones, tamaño… ) y el análisis de la procedencia de los diferentes granos (trigo, cebada, lentejas, guisantes…), los científicos han podido trazar un mapa de la relación entre las sociedades de hace 9 milenios y la agricultura que practicaban.

Conclusiones.

Gracias a esta investigación se ha visto cómo, aunque en los primeros centros urbanos se aplicaban prácticas de agricultura intensiva, se tuvo que pasar de una pequeña agricultura intensiva a una agricultura extensiva. Esto se tuvo que hacer para poder alimentar a las poblaciones de las ciudades que comenzaban a crecer mucho, influyendo en el desarrollo de nuevas formas de centralización política y burocrática. También se ha visto en este estudio que tanto la agricultura intensiva como la extensiva se combinaron en las primeras ciudades de las historia para poder dar de comer a tanta población que estaba creciendo de forma inédita en la historia de la humanidad.
Es decir, sin agricultura ¡¡no hubiera habido civilizaciones ni el resto de las ciencias ni arte ni nada!!
PD: Permítanme esta última licencia poética e imparcialidad debido a mi profesión como ingeniero agrónomo e investigador en el campo de a agricultura ;).

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Artículos científicos para no científicos

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