Los 10 Avances Científicos más importantes del año 2017, según Science

Siguiendo la tradición del año pasado, aprovechamos esta última semana del año 2017 para hacer un último artículo explicando brevemente los 10 avances científicos más importantes del año según los expertos de la prestigiosa revista Science.

Convergencia cósmica.

El pasado 17 de agosto, científicos en todo el mundo fueron testigos de algo nunca visto: a una distancia de 130 millones de años luz de la tierra, dos estrellas de neutrones chocaron con una espectacular explosión que pudo ser observada con telescopios desde rayos gamma hasta de radio. Esta explosión pudo confirmar varios modelos astrofísicos revelando el lugar de la creación de muchos elementos pesados y probando (una vez más) la teoría general de la relatividad. Es especialmente remarcable la forma en que esto se encontró, gracias a las ondas gravitacionales (apenas detectadas por primera vez 27 meses antes). Para más información pueden ver los siguientes artículos aquí y aquí 

El triunfo de la terapia génica.

Científicos han conseguido salvar la vida de bebés nacidos con una enfermedad neuromuscular hereditaria añadiendo un gen a sus neuronas espinales. Si no se hubieran tratado, los bebés hubieran muerto con dos años. Este avance supone otro logro muy importante, porque consiguieron cargar el nuevo gen a través de la membrana que protege el cerebro y la célula espinal de los patógenos y toxinas. Este gran logro abre la puerta a otras terapias génicas para tratar otras enfermedades neurodegenerativas. La clave fue un virus maligno, llamado virus adeno-asociado (AAV), que lo utilizaron para que transportara el gen “bueno”. Ahora han demostrado la terapia génica intravenosa AAV9 puede detener la atrofia muscular espinal 1 (SMA1). Además el pasado 19 de diciembre, Estados Unidos aprobó la primera terapia génica para tratar un raro desorden hereditario que causa ceguera.

Más información, aquí:

Los humanos somos 100.000 años más antiguos de lo que se pensaba.

En Marruecos se ha encontrado una porción de calavera de Homo Sapiens con 300.000 años de antigüedad (100.000 años más antigua que el último fósil de Etiopia). De hecho, el descubrimiento se hizo en 1961 por unos mineros, pero se atribuyó a los Neardentales. Nuevos análisis con una técnica llamada “termoluminescencia” lo han reclasificado como H. sapiens.

El artículo completo lo pueden leer aquí

Salto en la Edición de los genomas

Más de 60.000 aberraciones genéticas se han relacionado con enfermedades y casi 35.000 de ellas son causadas por errores minúsculos de apenas una base de DNA en un lugar puntual del genoma. Este año se ha anunciado un importantísimo avance en la novedosa técnica de edición genética llamada CRISPR que puede corregir mutaciones puntuales, no únicamente en el DNA, sino también en el RNA de forma cada vez más fiable. Unos científicos chinos han demostrado este año que pueden modificar mutaciones puntuales en embriones humanos. Esta técnica, si las leyes lo permiten, podrá salvar millones de vidas en un futuro ya no tan lejano.

En el siguiente enlace pueden leer más sobre el tema.

Nueva herramienta contra el cáncer, gracias a un cambio de estrategia.

Ha costado mucho, pero al fin se ha conseguido, un medicamento que no ataca al órgano que sufre el cáncer, sino a la raíz del mismo, el DNA. El pasado mayo, Estados Unidos ha aprobado el primer tratamiento de este tipo, llamado pembrolizumab. De momento aprobado para tratar el melanoma y otros tipos de tumores, tanto en adultos como en niños, solamente tiene una condición, tiene que tratarse de tumores que tenga el defecto llamado “deficiencia de reparación de errores”. Esto significa que este medicamento ataca por el modo de acción del cáncer, no por dónde se localiza. Se ha visto que los tumores tienen más en común por su forma de acción, que por el órgano donde aparecen. En este artículo tienen más información

Un nuevo gran primate.

Hacía 90 años que no se descubría una nueva especie de primate en el planeta, hasta que este año se ha descubierto una nueva especie de orangután, el Pongo tapanuliensis. Solamente queda una pequeña población de 800 individuos en la parte indonesia de la isla de Sumatra, y si no se realiza una importante inversión de conservación, no quedará mucho tiempo de vida a este primo lejano nuestro, en este enlace, tienen más información.

Autor foto: Tim Laman (Wikipedia commons)

Vida a nivel atómico

Se trata de un avance al que aún le queda mucho por decir. Se trata de una técnica llamada Criomicroscopía electrónica (cryo-EM). Se trata de una novedosa técnica que permite a los científicos hacer fotografías de moléculas complejas interactuando con otras moléculas. Este año está técnica ha aportado muchos avances sobre la forma que funciona una proteína compleja. De hecho, algunos de los pioneros de la técnica han sido premiados con el Nobel de Química.

Para más información pueden leer este artículo.

Un minúsculo detector de las moléculas más escurridizas

Este año, un grupo de físicos han localizado la partícula subatómica más escurridiza, los neutrinos, cambiando la forma de ver el núcleo atómico. Después de cuatro décadas de estudio, han conseguido detectarlo con un aparatito más pequeño que un microondas de cocina (cosa rara en ciencia, que casi siempre que se habla de este tipo de instrumentos suelen ser gigantes instalaciones). Estos neutrinos se generan en ciertos procesos nucleares, pero son tan raros que interactúen con otras partículas que son muy complicados de detectar. Este avance va a ser muy importante porque se podrá utilizar la detección de neutrinos en las centrales nucleares o para estudiar los agujeros negros.

Para más información pueden ver el siguiente enlace.

La atmósfera de la tierra hace 2,7 millones de años.

Se ha encontrado congelado en la Antártida en unas minúsculas burbujas en el hielo con el aire que existía en la tierra hace 2,7 millones de años (1,7 millones de años más antiguo que lo que se había conseguido hasta ahora).

El artículo que lo explica se puede leer aquí.

Nuevos sistemas de publicación en Ciencias biológicas

Desde hace décadas, científicos del área de físicas comparten de forma mundial sus artículos antes de ser publicados, para que sus colegas de otros centros de investigación los estudien y comprueben. Sin embargo, hasta este año, esta metodología no existía en las ciencias biológicas. Los manuscritos son contrastados por dos o tres revisores, se publicaban y entonces se hacían disponibles para todo el mundo (que pague la inscripción a la revista de turno).

Parece que este año se ha disparado esta nueva metodología promovida por Chan Zuckerberg Initiative, gracias a su inversión en bioRxiv. Sinceramente para mí no me parece que sea uno de los avances del año (pero en este artículo me he basado en el documento de Science, que ellos sabrán mucho más que yo).

Para más información en este artículo.

Según la importantísima revista Science estos han sido los 10 avances científicos del año, ¿están de acuerdo? ¿Conocen algún otro avance científico que vosotros consideráis más importante?

El artículo original lo pueden leer aquí.

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¿Qué características físicas de los hombres atraen más a las mujeres según la ciencia?

El artículo de hoy va a traer polémica, pero vamos a destacar que esta no es una opinión mía, sino de un estudio que se acaba de publicar en la revista científica Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, y me ha parecido curioso (sin decir si estoy de acuerdo con los resultados). En él destacan que, aunque seamos seres racionales, la evolución genética influye directamente en nuestra vida cotidiana, y especialmente en algunas de las decisiones más importantes de nuestra vida, como elegir pareja.

Tres investigadores norteamericanos y australianos han estudiado las características físicas de los hombres que resultan más atractivas para las mujeres y han llegado a interesantes conclusiones. 

Según este estudio, la evolución equipa a los seres vivos que se reproducen sexualmente (nosotros entre ellos) con mecanismos de elección que les ayuda a elegir a la pareja que les va a dar mejores características a su descendencia. De hecho, los psicólogos evolucionistas han mostrado que los mecanismos de elección de pareja de las mujeres rastrean muchas señales de la calidad genética de los hombres y de su futura capacidad para aportar recursos a la mujer y su descendencia. Una de estas pistas es su capacidad física (capacidad de lucha o de conseguir recursos). 

¿Cómo lo han hecho?

En este estudio consideran que una de estas señales importantes para la mujer (ya sea consciente o inconscientemente) es su fortaleza física. Para demostrarlo han mostrado, a 150 mujeres, fotografías de hombres y les han hecho opinar cual les resulta más atractivo. Los resultados mostraron que el componente físico era fundamental para el 70% de las mujeres. Dentro de este componente físico, la altura y la esbeltez eran los factores favoritos. Además observaron una clara linealidad de atractivo con la fortaleza física, es decir, los más fuertes resultaban más atractivos. Otro punto curioso es que la belleza del rostro no influía apenas en el atractivo.

Conclusiones.

A pesar de la claridad de los resultados, sinceramente no creo (ni espero, por la parte que me toca) que el artículo sea realmente significativo porque solamente han utilizado 150 mujeres. Aunque no deja de tener sentido que los humanos nos dejemos llevar en algunas de las decisiones de nuestra vida por los instintos más animales que han sido moldeados por la evolución.

Y ya sabes, si eres feo, soltero y quieres encontrar novia, métete al gimnasio, que aparentemente pueden aumentar tus posibilidad de encontrar al amor de tu vida… al menos mientras sigas estando fuertecito (¡jejeje!).

El artículo completo lo pueden leer en este enlace.

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¿Cómo afectará el cambio climático a las enfermedades de los cultivos?

Las enfermedades de las plantas son una de las causas más importantes de pérdidas de los cultivos en el mundo. Entender cómo funcionan estas enfermedades y cómo les afectará el indudable calentamiento global es algo fundamental para la seguridad alimentaria a nivel global.

Hasta ahora se sospechaba que el incremento de las temperaturas en todas las zonas del planeta podría influir en las enfermedades de los cultivos y en la capacidad de los agricultores para combatirlas. Pero ahora se ha demostrado que esto es un hecho. Otra duda que se presentaba era si este cambio de temperaturas influye en la virulencia de la enfermedad (si hace más fuerte al hongo, bacteria o virus que afecta a la planta) o en la debilidad de la planta (la planta al tener que lidiar con unas temperaturas a las que no está acostumbrada, se puede debilitar y hacerla más sensible a la enfermedad).

Científicos estadounidenses y alemanes han demostrado, en un artículo en la prestigiosa revista Nature communications, que las temperaturas afectan a ambos, tanto al agente causante de la enfermedad como al paciente (la planta).

¿Cómo lo han hecho?

Han utilizado dos organismos modelo, por una lado la planta Arabidopsis thaliana (una pequeña plantita muy sencilla pero muy útil para estudios científicos) y por otro lado una bacteria que le causa la enfermedad, llamada Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst DC3000).

Han utilizado plantas a temperatura “normal” para su especie (23 ºC) y a temperatura “ligeramente elevadas” (27-30ºC) y han puesto la bacteria para que la infectase. El crecimiento de la enfermedad en la planta era 30 veces superior cuando se superaba la temperatura "normal" para la planta. Para ver si el causante era porque la planta estaba debilitada o la bacteria fortalecida, estudiaron los genes que se expresaban tanto en la planta como en la bacteria y vieron la diferencia de expresión a diferentes temperaturas. 

Descubrieron que una de las rutas de defensa (la del ácido salicílico concretamente) de la planta reducía su expresión cuando la planta estaba a mayores temperaturas, lo que indicaba que no solamente la bacteria crece mejor cuando la temperatura  es mayor, si no que la planta se debilita. Por otra parte probaron si una sustancia llamada BTH (un inductor del ácido salicílico llamado benzo-(1,2,3)-thiadiazole-7-carbothioic acid S-methyl ester) era capaz de estimular la defensa de las plantas mediante la inducción de la ruta de defensa que quedaba debilitada al incrementarse la temperatura, y efectivamente, lo consiguieron. La planta resistía mejor la enfermedad cuando se estimulaba esta ruta defensiva.

Conclusión.

Gracias a este estudio queda claro que el incremento de las temperaturas influye tanto en las plantas ( y cultivos en general) haciéndolas más sensibles a las enfermedades así como en la enfermedad en sí (haciéndola más fuertes).

En este artículo podemos ver otro ejemplo sobre cómo el cambio climático va a ser un grandísimo problema (de hecho ya lo está siendo en muchas regiones del mundo como en España) y que si queremos mantener la seguridad alimentaria a medio-largo plazo tenemos que dar soluciones científicas tanto para resolver el problema (reduciendo nuestro impacto en el planeta) como para solucionar todas las nefastas consecuencias que este cambio está trayendo.

La imagen del tomate atacado por Pseudomona syringae procede de Wikipedia de autor Goldlocki (CC)

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¿Cómo se acaba con el genoma más pequeño del mundo?

Los microorganismos no nos dejan de sorprender cada día con nuevas propiedades que los hacen parecer casi extraterrestres. Un grupo de científicos estadounidenses, alemanes y japoneses, acaban de descubrir una bacteria, llamada Stammera, que tiene el genoma más pequeño conocido en ningún organismo independiente. Es importante aclarar que estamos hablando de organismos que viven fuera de las células de otro organismo, porque cuando un organismo se adapta a vivir dentro de otra célula puede acabar con genomas ínfimos con apenas unos pocos genes, como los virus.

El genoma de Stammera tiene una longitud de 0,27 Megabases (o Millones de bases, la unidad de medida de los genomas, que es el número de bases (A,T,C o G) de la cadena de ADN). 

Para que el lector se haga una idea de lo pequeño que es esto, el ser humano tiene un genoma de 3.227 Megabases (Mb), el arroz tiene 415 Mb, el maíz 2.500 Mb, la cebada 5.300 Mb, y una de las bacterias con genoma más pequeño conocido y la primera secuenciada completamente, el Haemophilus influenzae tiene 1.740 genes (1.8 Mb).

¿Cómo lo han descubierto y como ha podido ocurrir esto?

La pectina es un componente fundamental de la pared de las células vegetales, pero es una sustancia muy difícil de digerir por la mayoría de los seres vivos porque se necesitan un tipo de enzimas pectinolíticas (que rompe la pectina) muy específicas. Algunos animales e insectos se sirven de microorganismos que habitan en su sistema digestivo para poder alimentarse de plantas y romper esta pectina (es un buen trato para los dos, el animal es capaz de alimentarse de plantas y los microorganismos pueden vivir calentitos en los intestinos del animal con un constante flujo de alimento). En el estudio que nos ocupa, los científicos buscaban saber cómo un tipo de escarabajo, llamado Cassida rubiginosa, podía digerir las hojas. Sin embargo descubrieron que había una especie de bacteria que se ocupaba de este trabajo, dándole al escarabajo el alimento digerido. 

La imagen del escarabajo, por cortesía de Ryan Hodnett (Oakville, Ontario, Canadá).

Cuando estudiaron la bacteria, secuenciaron su genoma y descubrieron que era pequeñísimo, solamente 0,27 Mb. Sin embargo mantenía los genes más importantes que le daban la capacidad de alimentarse de las clases de polisacáridos más abundantes en las plantas, homogalacturonanos y rhamnogalacturonanos.

Para comprobar que era la bacteria la que le daba al escarabajo la capacidad de alimentarse de la planta, probaron a eliminar la bacteria del interior del escarabajo. Esto resultó en una disminución radical de los escarabajos supervivientes, por lo que dedujeron que la bacteria era vital para la alimentación del insecto.

Conclusiones.

En este artículo se puede ver como la evolución ha llevado a que dos organismos se unan para obtener una ventaja evolutiva (alimentarse de pectina), de tal manera que han llegado a ser tan dependientes uno del otro que prácticamente sería imposible que sobreviviera uno sin el otro. Ha llegado hasta tal punto la evolución genética que la bacteria ha ido “perdiendo” genes que no le son necesarios y se ha especializado tanto que ha acabado con el genoma conocido más pequeño del planeta.

El artículo completo en el cual publican este descubrimiento se puede leer en este enlace.

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Un poco de estrés puede ser bueno para aumentar la longevidad y reducir el daño celular

Aunque suene obvio, envejecer es uno de los factores de riesgo más importantes para la mayoría de las enfermedades. Sin embargo, apenas se conoce por qué envejecemos ni la relación de la vejez con las enfermedades. Se suele considerar al envejecimiento un proceso estocástico que se caracteriza por la acumulación de daño celular. Por estocástico me refiero, a grandes rasgos, a un proceso aleatorio que tiene una dinámica, es decir, que no es lineal (unas personas envejecen más rápidamente que otras, en función de su genética interna o de cómo se hayan cuidado físicamente, pero todas las que llegan a cierta edad acaban envejeciendo poco a poco). Sin embargo, otras evidencias sugieren que el envejecimiento está programado a nivel celular como una serie de eventos que aparecen para que nos reproduzcamos.. pero eso ya es otra historia.

En este contexto, Investigadores de Gran Bretaña y Estados Unidos han descubierto que un poco de estrés controlado puede ser bueno para la salud celular. Este descubrimiento puede ayudar a comprender cómo es el proceso de envejecimiento y sus consecuencias en las enfermedades degenerativas.

Imagen de Giselle Chamorro

¿Cómo lo han hecho? 

Los investigadores han trabajado en el Caenorhabditis elegans, un pequeño gusano del suelo que se utiliza como organismo modelo para estudiar los procesos celulares de los organismos superiores.

El equipo de investigación encontró que hay señales de mitocondrias (el orgánulo celular que produce la energía que consumimos) levemente estresadas que son capaces de prevenir errores en la proteostasis, que es una de los efectos del envejecimiento. La proteostasis es el mecanismo que tienen las células para controlar la calidad en el plegamiento de las proteínas, es decir, lo que controla que las proteínas se “fabriquen” bien. Si este control de calidad no es bueno, aparecen proteínas “mal hechas”, lo que provoca enfermedades como cáncer o Alzheimer. De hecho, si la mitocondria funciona perfectamente, se ha visto que las células y los tejidos se mantienen fuertes.

Concretamente lo que hicieron, a grandes rasgos, fue exponer a estos gusanitos a pequeñas dosis de sustancias tóxicas y a patógenos ( simulando una situación de estrés del animalito), lo que resultó en gusanos más saludables y que sobrevivían más tiempo.

Imagen de microscopio electrónico de Caenorhabditis elegans (agosto de 2012) Autor: Antje Thomas, Schulenburg Lab, Kiel

Aunque está claro que en este artículo se ha realizado en un organismo modelo y aún no se puede afirmar que sea exactamente igual en humanos, estos nuevos conocimientos pueden ser muy valiosos para seguir vislumbrando el complejo proceso del envejecimiento.

Conclusiones

Hasta ahora se pensaba que un estrés mitocondrial prolongado es malo. Pero este descubrimiento parece indicar que las señales de estrés desatan en los animales una reacción de supervivencia, o que le ayuda a “tener que” mantenerse más joven para sobrevivir.

Como moraleja, no hay que buscar una vida cómoda, sino una que te someta a pequeños retos y que estrese a tus mitocondrias, pero sin pasarse, que mucho estrés tampoco es bueno (esto no viene en el artículo, es de mi propia cosecha 😀)

El artículo completo se puede leer en este link de la revista Cell Reports.

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¿Sabes de dónde viene la mayoría de la contaminación de las playas?

Uno de los mayores problemas sanitarios de las playas de todo el mundo es la contaminación de sus aguas por bacterias fecales, que provocan todo tipo de enfermedades en los humanos. Es imprescindible para nuestra salud conocer esta contaminación tan peligrosa y especialmente saber de dónde viene, para poder reducir el riesgo al mínimo.

Con este objetivo un grupo de investigadores han estudiado si el tipo de bacterias que hay en el agua de las playas (concretamente en unas playas de Estados Unidos) procedía del ganado, de humanos o de cualquier otro origen. Su trabajo lo acaban de publicar en este artículo en la revista científica Water and Environment Journal.

Es importante destacar que los análisis (101 análisis durante 13 semanas, en 9 lugares distintos) los hicieron en las condiciones que propiciaban la aparición de bacterias procedentes de las heces del ganado, ya que los hicieron justo después de que hubiera lluvias importantes. Esto lo hicieron para ponerse en el peor de los casos, porque, en teoría habría más riesgo de que el agua arrastrara las heces del ganado a las playas.

Estos análisis se basaron en un tipo de análisis genético llamado Reacción en Cadena de la Polimerasa en tiempo real (del inglés qRT-PCR) (de la que ya hablamos en este artículo). Esta técnica se basa en la reacción de un tipo de enzima (la polimerasa) que es capaz de multiplicar el contenido de un gen de forma exponencial, y de esta manera hacerlo medible y cuantificable. Gracias a esta técnica se puede medir cuanta cantidad de un gen determinado hay en el agua, y por tanto, la cantidad de un tipo de bacteria dada. Así pudieron diferenciar cuantas bacterias procedentes de las heces del ganado, de las heces de humanos y de bacterias de  otras fuentes había en el agua de baño de las playas analizadas. Concretamente estudiaron un género llamado Enterococcus, que está demostrado que es el que más directamente se relaciona con las enfermedades de los bañistas.

Desgraciadamente este estudio nos dejó a nuestra raza en muy mal lugar, resultó que la gran mayoría de las bacterias fecales existentes en el agua de las playas eran... ¡humanas!. Aunque esto no quiere decir que estas bacterias fecales procedan directamente de los bañistas (no sé si me explico), también puede proceder de las ciudades y pueblos cercanos que hacen sus vertidos al mar.

Como conclusión quiero añadir que esto es un ejemplo más sobre cómo nos afecta directamente nuestra propia contaminación y la mala gestión del medio ambiente.  Es decir, cuidemos el medio ambiente, aunque solamente sea por egoísmo, porque toda la basura que le mandemos, nos la estamos mandando a nosotros mismos.

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Abonos para producir verduras más sanas

Las frutas y verduras son fundamentales en toda dieta sana, pero todo tiene sus riesgos, y es la función de los científicos buscar soluciones a los problemas.

El Cadmio es un elemento que aparece muy frecuentemente en los suelos agrícolas por todo el planeta. Este Cadmio puede aparecer de forma natural (por efecto de la erosión de rocas cercanas) o por efecto de la actividad humana (como por el procesado de metales, fertilizantes o por combustión de minerales fósiles). Cuando estos suelos no son calcáreos, el Cadmio se puede acumular excesivamente en los cultivos, especialmente en verduras de hoja verde (como lechuga o espinaca), con consecuencias para la salud del consumidor.

Un grupo de científicos franceses y estadounidenses han descubierto que aplicando ciertos abonos a suelos con problemas de altos contenidos en Cadmio, pueden reducir la absorción de éste por las plantas por debajo de los estándares aceptados, reduciendo los riesgos para la salud. Acaban de publicar los resultados de sus investigaciones en la revista Journal of Environmental Quality.

¿Cómo lo han hecho?

Este grupo de investigadores observaron que en unos campos de cultivo de Monterey County  en California (Estados Unidos) las espinacas absorbían Cadmio en cantidades por encima de los límites saludable

Estudiaron once tratamientos distintos en plantas crecidas en invernaderos, entre los que figuraron compost, rocas calizas, Manganeso o Zinc, en diferentes proporciones.

Descubrieron que, al combinar estos compuestos en diferentes tratamientos, conseguían reducir el Cadmio final en la planta. Sin embargo, descubrieron que lo hacen de formas distintas. Unos lo hacen previniendo el paso del Cadmio a la planta mediante competencia de nutrientes (es decir, al “ofrecerle” a la planta otros nutrientes, ella prefiere otros que no son tan tóxicos). Pero otros actúan en el suelo, “capturando” químicamente el Cadmio, haciéndolo “no disponible” para la planta.

El siguiente paso para los investigadores será probar estos compuestos y sus combinaciones en diferentes suelos y diferentes cultivos.

Conclusiones.

Los investigadores han conseguido reducir el contenido en Cadmio de las espinacas hasta unos límites saludables simplemente utilizando las enmiendas y abonos adecuados.

Esto nos da una idea del tremendo potencial que tiene el correcto manejo de los suelos para muchas facetas de la agricultura, no solamente en el incremento del rendimiento de los cultivos, sino también en hacerlos más saludables y más sostenibles medioambientalmente. 

Es por tanto la función, yo diría obligación, de todos los que trabajamos en el sector, de estar constantemente buscando ideas innovadoras para obtener lo mejor de los cultivos mediante soluciones que mejoren los rendimientos de una forma sostenible y saludable.

El artículo completo los puedes leer en este enlace.

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Eliminar los nitratos del agua para conseguir ecosistemas más saludables

El nitrógeno es uno de los pilares fundamentales de la agricultura moderna, se trata del nutriente más importante para los cultivos. Sin la aplicación de fertilizantes nitrogenados sería muy complicado (o imposible) alimentar a todo el planeta. 

Pero como toda tecnología, no todo son ventajas, tiene algunos inconvenientes. La aplicación excesiva de los fertilizantes nitrogenados en la agricultura provoca que el nitrógeno sobrante que no es absorbido por las plantas se pierda en forma de nitratos, arrastrado por el agua de la lluvia o del riego. Esto puede producir graves daños a los ecosistemas naturales (por la eutrofización) e incluso a la salud humana cuando llega al agua potable.

La industria de los fertilizantes y muchos grupos científicos están trabajando en reducir o eliminar este problema con tecnologías de liberación lenta que reduzcan al mínimo la pérdida de nitrógeno por escorrentía o incluso fomentando los microorganismos del suelo fijadores de nitrógeno.

Un grupo de científicos estadounidenses acaban de publicar en la revista Journal of Environmental Quality un artículo (que puede leer completo en este enlace) en el cual han encontrado “hotspots” (o puntos calientes) en los ecosistemas que pueden actuar como “limpiadores naturales” de éste nitrógeno. Esto puede ayudar de una forma muy importante a desarrollar estrategias de manejo de los fertilizantes y de las aguas de riego para que se limpien estos nitratos sobrantes de la agricultura.

¿Cómo lo han hecho?

Los investigadores analizaron el agua de varios arroyos en zonas agrícolas de Carolina del Norte (Estados Unidos), así como su grado de degradación, contenido en nitratos y la capacidad de éstos para limpiar el agua. Además estudiaron los sedimentos y las zonas “amortiguadoras “ o “buffer” entre estos arroyos y las tierras de cultivo a lo largo del tiempo. En el estudio también incluyeron plantas nativas, conocidas por su capacidad de absorber los nitratos.

Una vez obtenidos todos estos datos, comprobaron que las zonas “amortiguadoras” eran capaces de absorber gran cantidad de los nitratos sobrantes en la agricultura. Además descubrieron que había “hotspots” dentro de los arroyos con gran capacidad de absorción de nitratos, las características de estos “puntos calientes” era que los suelos tenían textura fina, abundante materia orgánica y mucha humedad.

Por último hicieron un modelo estadístico para diseñar zonas que fueran “limpiadoras perfectas de los nitratos” y así poder implantarlos en los cauces de los ríos.

Conclusiones.

Aunque se le ha echado la culpa a los fertilizantes nitrogenados de muchos de los problemas ecológicos y de la salud, la verdad es que esto ha sido provocado por un mal uso de éstos. Los fertilizantes nitrogenados son imprescindibles para garantizar la seguridad alimentaria, lo que hay que hacer es desarrollar tecnologías que aumenten su efectividad, reduciendo las pérdidas, que son lo que ocasionan los problemas.

Este estudio que nos ocupa es una estrategia muy interesante de ayudar a solucionar este problema, ya que si diseñamos las zonas de riego y las zonas acuáticas donde acaban los residuos agrícolas de una forma racional e inteligente, muchos de los problemas de impacto medioambiental de la agricultura podrían reducirse de una forma muy importante.

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Poquito a poquito vamos desvelando la complejidad de las plantas

La combinación de la genética y la proteómica nos descubre que las plantas son mucho más complejas de lo que pensábamos. 

Todos los días vemos, olemos y comemos unos seres vivos a los cuales apenas les damos importancia, pero que son vitales para nuestra existencia: las plantas. Pero a pesar de su importancia para nuestra vida y para la de muchos seres vivos más, apenas conocemos cómo funcionan. No sabemos por qué crecen de la multitud de formas qué lo hacen, la facilidad que tienen para adaptarse a todos los ambientes del planeta, ni siquiera conocemos todos sus componentes moleculares.

Con el objetivo de conocer un poco más sobre cómo funcionan las plantas, un grupo de científicos franceses, italianos y uno español (concretamente yo 😃 ) hemos realizado una investigación que publicamos la semana pasada en la prestigiosa revista Scientific reports. El artículo completo lo pueden ver en este link.

En esta investigación hemos combinado técnicas transcriptómicas y proteómicas para identificar los mecanismos que ocurren en una planta (desde las hojas hasta las raíces) cuando ésta es atacada por una bacteria que provoca una enfermedad.

En la imagen superior podemos ver la imagen del artículo publicado donde se pueden ver algunas de las rutas estudiadas.

¿Cómo lo hemos hecho?

En primer lugar sembramos varias semillas de trigo en condiciones controladas para que todas estuvieran en las mismas condiciones exactamente. Una vez  que ya eran adultas, a la mitad de ellas las infectamos con una bacteria llamada Xanthomonas translucens, que provoca una enfermedad muy importante en cereales (en inglés llamada  bacterial leaf streak (BLS)), dejando a la otra mitad como control para poder comparar. A las 24 horas recogí las hojas y las raíces de todas las plantas.

Todas estas muestras las analizamos con dos técnicas distintas, RNAseq (con el que podemos ver todos los genes que se expresan en los tejidos analizados) y Espectrometría de masas (con el que vemos la mayoría de las proteínas que existen en estos mismos tejidos).

Resumen sobre cómo tratamos las plantas

Una vez pudimos visualizar todos los genes y proteínas que estaban actuando en las hojas y raíces de las plantas atacadas por la enfermedad y en las sanas, utilizamos herramientas bioinformáticas para comparar toda esta masiva cantidad de datos y transformarlo en “rutas metabólicas” que nos dijeran que está pasando en la planta cuando es atacada por un patógeno.

Conclusiones:

Gracias a esta masiva cantidad de datos (estamos hablando de miles de genes y proteínas) pudimos llegar a muchas conclusiones, entre las cuales me gustaría destacar las siguientes:

-El ataque de la bacteria provoca una inmensa cantidad de respuestas moleculares en la planta, que intenta defenderse.

-Llama la atención que los cloroplastos es uno de los campos de batalla más estratégicos, digamos que es “la fuente de energía” de la planta, la bacteria lo sabe, y por eso ahí es donde la ataca especialmente.

-La bacteria altera el balance hormonal de la planta al atacarla.

-Las raíces reaccionan ante el ataque en las hojas, intentando ayudar desviando recursos.

Como conclusión final quiero destacar que esta investigación me parece fundamental porque nos ayuda a tener una visión global de lo que ocurre en una planta cuando es atacada por una enfermedad (y no solamente porque yo haya hecho una gran parte, ¡je, je!😎). 

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Un arroz multi-nutrientes para luchar contra la malnutrición en el mundo desarrollado

Cerca de la mitad de la población mundial tiene como base alimentaria el arroz (si no como única fuente de calorías). Pero el problema que tiene este alimento tan importante es su deficiencia en algunos de los micronutrientes esenciales para el correcto desarrollo de los humanos. La falta de estos micronutrientes, como el hierro, el zinc o la vitamina A, son un problema muy importante en muchas zonas del planeta, especialmente en Asia. Concretamente, la deficiencia en hierro afecta a dos mil millones de personas en todo el mundo y la deficiencia de vitamina A afecta a 250 millones de personas, entre los cuales entre 250.000 y 500.000 de niños sufren ceguera causada por esta deficiencia (la mitad de ellos mueren al año de perder la vista).

En un intento de ayudar a solucionar este dramático problema, científicos del ETH de Zúrich han conseguido desarrollar un arroz que tiene estos tres elementos (vitamina A, hierro y zinc) tan importantes para la alimentación. Los detalles del trabajo publicado en la prestigiosa revista Scientific Reports los podéis leer completo en el siguiente enlace , aunque aquí os lo explico someramente.

¿Cómo lo han hecho?

Han podido introducir en el mismo locus (zona del genoma de la planta) una serie de genes que le “ordenan” a la planta que produzca estos nutrientes y que estén en el grano, para que sea asimilable por la persona que consuma ese grano.

Concretamente, los genes introducidos han sido:

• Nicotianamina sintasa 1 (AtNAS1) procedente de Arabidopsis (una planta de la cual hemos hablado ya varias veces en este blog, como en este artículo o en este otro). Este gen cataliza la síntesis de Nicotianamina, que es un precursor de Ácido deoximugénico (DMA), un quelante de zinc y hierro. Es decir, hace que el hierro y el zinc esté “asimilable” tanto para la planta como para las personas.
• Ferritina (PvFERRITIN), procedente de judía. Este gen produce una proteína que puede almacenar una gran cantidad de hierro.
• Caroteno desaturasa (CRTI), procedente de una bacteria y Fitoeno sintasa (ZmPSY), procedente de Maíz. Estos dos genes consiguen hacer que la planta produzca β-caroteno, un precursor de la vitamina A. Cuando ingerimos β -caroteno, éste es transformado a Vitamina A en la mucosa del intestino delgado, y ésta es almacenada principalmente en el hígado en forma de éster de retinol.

Aunque no es la primera vez que se introduce un gen que mejora el contenido en un nutriente de un alimento, sí que es la primera vez que se consigue introducir genes que mejoran el contenido en tres micronutrientes en un mismo locus. Esto supone una mejora en la selección de cultivos, así como en las interacciones entre estos nutrientes, que en muchos casos son sinérgicos.

Conclusiones.

Partiendo del hecho que la solución del hambre y la malnutrición en el mundo nunca va a partir de una herramienta única. La biotecnología se presenta como una de estas herramientas que puede ayudar a combatir esta vergüenza de nuestra generación. Concretamente de nuestra generación porque, aunque siempre ha habido hambre en el mundo, somos la primera generación de la historia de la humanidad que tenemos la capacidad, tanto económica como tecnológica, para hacerla desaparecer.

Esta variedad de arroz es una de las herramientas, que si la sociedad y las leyes se lo permitieran, podría ayudar de gran manera a combatir la malnutrición mundial (repito, sin ser la solución definitiva, sino parte de la solución).
Aunque esto es muy difícil, ya se ha podido ver como ejemplo el caso del arroz dorado o el tomate morado de mi amiga Cathie Martin, que, aunque se desarrollaron hace 15 años, aún están paralizados con problemas regulatorios.

Imagen de arroz dorado frente a uno normal (Imagen de International Rice Research Institute (IRRI))

Pero es muy fácil prohibir estos cultivos modificados genéticamente desde una sociedad que tenemos el problema contrario, la obesidad (según la Organización Mundial de la Salud, la obesidad provoca 2,8 millones de muertes a año).

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La combinación de compuestos naturales y bacterias: clave para la prevención de la gripe

El virus de la gripe provoca anualmente de 3 a 5 millones de casos de enfermedad grave y entre unas 250.000 a 500.000 muertes (según datos de la Organización Mundial de la Salud), y aún seguimos sin saber exactamente como curarla ni prevenirla. Pero puede pasar muchas veces que la solución a nuestros problemas esté delante de nuestras narices, es más, puede que esté dentro de nosotros. Concretamente, esta solución puede estar en nuestros intestinos, en los microorganismos que estos lo habitan y en la forma que los/nos alimentamos.

Científicos estadounidenses y rusos han descubierto una nueva solución para prevenir el virus de la gripe. Acaban de publicar en la revista Science (que puedes ver completo en este enlace). Ésta se basa en la combinación entre microorganismos y su asimilación de unos elementos naturales llamados flavonoides.

¿Cómo lo han hecho?

Desde hace muchos años se sabe que los microorganismos que habitan nuestro cuerpo son una parte fundamental de nosotros mismos, incluso algunos científicos los consideran nuestro “segundo genoma”. Estos microorganismos nos ayudan a digerir los alimentos, de hecho, cuando habéis viajado alguna vez a otro país seguro que habéis sufrido la alteración de esta “flora intestinal” en continuas visitas al servicio ;) . Pero más recientemente se ha descubierto que además la alteración de estos microorganismos influye de forma directa en muchas otras enfermedades como enfermedades neurodegenerativas o inflamatorias como la enfermedad de Crohn.

Por otra parte, desde hace varios años se ha visto que los flavonoides tienen efectos muy beneficiosos para la salud. Estos flavonoides son un tipo de moléculas presentes en frutas y verduras, especialmente en los frutos rojos, te o brócoli (incluso en el vino tinto). De hecho, yo mismo he trabajado en una investigación sobre los efectos beneficiosos de extractos de frutos rojos en la prevención de la obesidad, que podéis leer en este enlace.

El problema es que no se conoce aún el mecanismo exacto de acción ni de los microorganismos ni de los flavonoides en la salud. Es decir, se sabe que los flavonoides son buenos para la salud, y que los microorganismos también, pero no se sabe por qué. Para ayudar a solucionarlo, estos investigadores estudiaron qué microorganismos de nuestro intestino eran capaces de asimilar (“comerse”) los flavonoides. Concretamente identificaron a uno, Clostridium orbiscindens, que es capaz de “comerse” los flavonoides y producir Desaminotirosina (de ahora en adelante lo llamaremos DAT), un tipo de interferón (los interfeones son un tipo de proteína señalizadora capaz de luchar contra los virus).

Estos investigadores probaron el DAT en ratas en las cuales inyectaron el virus de la gripe, comprobando que estas tenían mucho menos daño por gripe que las ratas control. Además observaron que las ratas tenían la misma cantidad de virus, es decir, que el DAT no ataca al virus, sino que evita que éste haga daño a través de la activación del sistema inmunológico del animal.

Conclusiones.

Aunque esta investigación necesita comprobarse en humanos, abre grandes esperanzas para que comprobemos la importancia de los microorganismos en nuestro cuerpo y la importancia de una alimentación saludable rica en frutas y verduras.

Por lo tanto, en este verano, aprovechad para tomar muchos flavonoides en forma de frutas y verduras, y también ¿por qué no? un poco de vino tinto, con la excusa de que es bueno para la salud (como todo, en pequeñas dosis ;) )

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Plantas parásitas que “no son tan malas”

Las plantas parásitas son aquellas que se “enganchan” a otras plantas, les absorben los nutrientes y pueden llegar a acabar por matar a su víctima. De hecho, ya hablamos de este tipo de plantas en el artículo “Plantas parásitas que "roban" genes”.

Concretamente, la Cuscuta es un género de plantas parásitas que se agarran a su víctima para extraer agua y nutrientes.Varias plantas pueden ser parasitadas a la vez por una o varias  cuscutas, formando grandes “redes”. A través de estas conexiones se pueden transferir otras moléculas, como metabolitos, proteínas y mRNA, además de facilitar el contagio de virus.

Pero parece que no todo son problemas, también estas redes de parásitos tienen sus beneficios. Un grupo de científicos alemanes y chinos acaban de publicar en la importante revista PNAS el trabajo donde han descubierto que estas redes “parásito-hospedador” son capaces de avisar al resto de las plantas de un ataque de insectos. Es decir, cuando una planta de esta red es atacada por un insecto, se transmiten una serie de señales moleculares (a más de un metro de distancia) que avisan al resto de plantas para que “movilicen sus defensas” y de esta forma se puedan defender del ataque.

¿Cómo lo han hecho?

En el laboratorio crecieron plantas parásitas (de la especie Cuscuta australis) y plantas de soja (Glycine max). Las crecieron tan cerca que la cuscuta parasitó a la soja. Una vez establecido el sistema "planta-parásito", dejaron que la oruga Spodoptera litura atacara a la soja. Entonces tomaron muestras de hoja de la planta parasitada y la no parasitada, y de planta atacada y no atacada por la oruga. Estas muestras fueron analizadas mediante RNAseq (técnica de la que ya hemos hablado en el blog) y pudieron visualizar los genes que se “activaban” y “desactivaban”.

Gracias a esto pudieron ver cómo reaccionaban las plantas a este ataque, incluyendo todas sus rutas metabólicas.

Además repitieron estas pruebas con otras plantas como Arabidoposis y plantas de tabaco (dos plantas modelo utilizadas frecuentemente en ciencia), para ver si ocurría con más tipos de plantas. Y efectivamente, en menos de 30 minutos toda la red de plantas parasitadas eran avisadas del ataque del insecto, pudiendo disparar sus defensas. De hecho, observaron que las plantas que eran “avisadas” se defendían un 20% mejor que las que estaban fuera de la red y no podían ser avisadas.

Conclusiones.

Este trabajo nos muestra una forma muy curiosa en que un teórico parásito puede llegar a ser un aliado, pero no es el primer caso que ocurre algo así. Se ha observado que mujeres parasitadas con un tipo de helminto (gusano parásito) aumenta su fertilidad o que reduce fenómenos de autoinmunidad y alergias en humanos.

Es decir, que no todo es malo o bueno, sino que, a veces, hay que mirar dos veces antes de sacar conclusiones tajantes sobre si “algo o alguien” es tan malo como parece.

La imagen de la Cuscuta invadiendo varias plantas es por cortesía de Scot Nelson

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