Premio Nobel de bio-Química a un método para la observacion de moléculas

Para visualizar a los virus se utilizan imágenes en tres dimensiones a resolución atómica que permiten saber a qué nos enfrentamos y asi comenzar a buscar un fármaco. Esa tecnología se llama microscopía crioelectrónica (cryo-EM) y sus creadores, Jaques Dubochet (profesor honorario de Biofísica en la Universidad de Lausana) Joachim Frank (Universidad de Columbia de Nueva York), y Richard Henderson(profesor de Biología Molecular en Cambridge), han sido reconocidos  con el Premio Nobel de Química 2017.

Gracias a la cryo-EM , los investigadores pueden ahora congelar las biomoléculas y visualizar procesos que nunca antes habían visto, lo cual es decisivo para la comprensión de la vida y el desarrollo de farmacéuticos. Este método ha llevado la bioquímica «a una nueva era».

En la primera mitad del siglo XX los científicos sabían que las biomoléculas -proteínas, ADN y ARN-desempeñaban papeles importantes en la célula, pero no sabian cual era su aspecto. En los años cincuenta, se comenzaron a exponer los cristales de proteínas a los rayos X, lo que permitió visualizar sus estructuras onduladas y en espiral por primera vez. Tres décadas después, la espectroscopia de resonancia magnética(RMN) favoreció el estudio de proteínas en estado sólido y en soluciones. Esta técnica no sólo reveló su estructura, sino también cómo se mueven e interactúan con otras moléculas. Sin embargo, ambos métodos sufrían limitaciones y las imágenes eran como retratos en blanco y negro tomados por cámaras antiguas.

Henderson tras esto comenzó a trabajar con el microscopio electrónico. Casi todo indicaba que fracasarí ya el haz necesario para obtener imágenes de alta resolución incinera el material que se quiere visualizar y, además, la técnica requiere un vacío, lo que deterioraria las biomoléculas debido a la evaporacion del agua. Sin embargo, en 1990 Henderson genero  una imagen tridimensional de una proteína a resolución atómica. 

La aportación de Frank  fue el desarrollo de un método de procesamiento de imágenes en el que las  imágenes de dos dimensiones del microscopio electrónico se analizan y se fusionan para revelar una estructura tridimensional.

Por su parte, Dubochet, resolvió uno de los grandes problemas de la microscopía electrónica, el de la evaporacion del agua. Dubochet consiguió vitrificar el agua: la enfrió tan rápidamente que se solidificó alrededor de una muestra biológica, permitiendo que las biomoléculas conservasen su forma natural incluso en el vacío.

La resolución deseada se alcanzó en 2013, y los investigadores ahora pueden producir estructuras tridimensionales de biomoléculas de forma rutinaria. 

Cada «esquina» de una célula queda revelada. Como expresan desde la Fundación Nobel, «la bioquímica se enfrenta ahora a un desarrollo explosivo y está preparada para un futuro emocionante».

http://www.abc.es/ciencia/abci-jaques-dubochet-joachim-frank-y-richar-henderson-nobel-quimica-2017-201710041150_noticia.html

https://elpais.com/elpais/2017/10/04/ciencia/1507101567_361365.html

Descubren cómo generar electricidad con lágrimas

La clave se encuentra en una proteína muy abundante en la clara de huevo de las aves.

Un equipo de científicos del Instituto Bernal de la Universidad de Limerick (Irlanda) ha descubierto que los cristales de lisozima, una proteína modelo presente en las lágrimas, la saliva y la leche de mamíferos, puede generar electricidad cuando se presiona (hablamos de piezoelectricidad directa). El trabajo ha sido publicado en la revista Applied Physics Letters.

La lisozima es una enzima que ayuda a descomponer las paredes celulares bacterianas, pero en su forma cristalizada, también puede manipularse para producir una carga eléctrica. Al aplicar presión a una película de cristales de lisozima entre dos diapositivas de vidrio, el equipo vio que producía una forma de energía llamada piezoelectricidad, donde se acumula una carga eléctrica en respuesta al esfuerzo mecánico aplicado.

"Aunque la piezoelectricidad se utiliza alrededor de nosotros, la capacidad de generar electricidad a partir de esta proteína en particular no se ha explorado. La magnitud de la piezoelectricidad en los cristales de lisozima es importante. Es del mismo orden de magnitud se encuentra en el cuarzo. Es un material biológico, no es tóxico, por lo que podría tener muchas aplicaciones innovadoras, tales como revestimientos electroactivos, antimicrobianos para los implantes médicos", comenta Aimee Stapleton, líder del trabajo.

Esta proteína podría convertirse en una nueva fuente de combustible para todo tipo de dispositivos.        

Según el equipo, la eficacia de los cristales de lisozima rivaliza con la de los cristales de cuarzo, conocidos desde hace mucho tiempo por sus proezas piezoeléctricas, desde su descubrimiento por los físicos franceses Pierre y Jacques Curie a finales del siglo XIX.

 

Nuevo enfoque biocompatible

Pero el cuarzo es un material no biológico, por lo que encontrar un equivalente compatible en el interior del organismo podría abrir la puerta a todo tipo de nuevos dispositivos piezoeléctricos implantables.
"Este es un nuevo enfoque, ya que los científicos hasta ahora han tratado de entender la piezoelectricidad en la biología usando estructuras jerárquicas complejas como tejidos, células o polipéptidos en lugar de investigar bloques fundamentales más simples",aclara Tofail Syed, coautor del estudio.

Si la investigación futura es capaz de aprovechar este descubrimiento, el equipo anticipa una nueva era de la electrónica flexible, donde la recolección de energía podría ser posible. Esto podría incluir nuevos tipos de implantes que liberan fármacos en el cuerpo, controlados y alimentados por sensores que detectan la lisozima bajo la piel.

 

 

Nobel de Medicina de 2017

Los científicos estadounidenses Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young han ganado el premio Nobel de Medicina de 2017, por sus descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano.

Gracias en parte a su trabajo, hoy se sabe que los seres vivos portan en sus células un reloj interno, sincronizado con las vueltas de 24 horas que da el planeta Tierra. Muchos fenómenos biológicos, como el sueño, ocurren rítmicamente alrededor de la misma hora del día, gracias a este reloj interior. Su existencia fue sugerida hace siglos. En 1729, el astrónomo francés Jean-Jacques d'Ortous de Mairan observó el caso de las mimosas, unas plantas cuyas hojas se abren durante el día hacia la luz del Sol y se cierran al atardecer. El investigador descubrió que este ciclo se repetía incluso en una habitación a oscuras, lo que sugería la existencia de un mecanismo interno.

En 1971, Seymour Benzer y su estudiante Ronald Konopka, del Instituto de Tecnología de California, dieron un salto trascendental en la investigación. Cogieron moscas del vinagre e indujeron mutaciones en su descendencia con sustancias químicas. Algunas de estas nuevas moscas presentaban alteraciones en su ciclo normal de 24 horas. En unas era más corto y en otras era más largo, pero en todas ellas estas perturbaciones se asociaban a mutaciones en un solo gen.

El Nobel, finalmente, se lo han llevado Hall (Nueva York, 1945), Rosbash (Kansas City, 1944) y Young (Miami, 1949). Los tres utilizaron más moscas en 1984 para aislar aquel gen, bautizado "periodo" y asociado al control del ritmo biológico normal. Posteriormente, revelaron que este gen y otros se autorregulan a través de sus propios productos —diferentes proteínas— generando oscilaciones de unas 24 horas. Fue “un cambio de paradigma”, en palabras del neurocientífico argentino Carlos Ibáñez, del Instituto Karolinska. Cada célula tenía un reloj interno autorregulado.

Este reloj interior está implicado en la regulación del sueño, en la liberación de hormonas, en el comportamiento alimentario e incluso en la presión sanguínea y la temperatura corporal. Si, como ocurre en las personas que trabajan en turnos de noche, el ritmo de vida no sigue este guión interno, puede aumentar el riesgo de sufrir diferentes enfermedades, como el cáncer y algunos trastornos neurodegenerativos.

El investigador del Karolinska pone un ejemplo con un ciclo de 24 horas, en el que el reloj interno anticipa y adapta la fisiología del organismo a las diferentes fases del día. Si la jornada comienza con sueño profundo y una temperatura corporal baja, la liberación de cortisol al amanecer aumenta el azúcar en sangre. El cuerpo prepara sus energías para afrontar el día. Cuando cae la noche, con un pico de presión sanguínea, se segrega melatonina, una hormona vinculada al sueño.
Estos ritmos internos se conocen como circadianos por las palabras latinas circa, alrededor, y dies, día. La comunidad científica sabe ahora que estos guiones moleculares “alrededor del día” surgieron muy pronto en los seres vivos y se conservaron a lo largo de su evolución. Existen tanto en formas de vida de una sola célula como en organismos multicelulares, como hongos, plantas, animales y seres humanos.

¿Por qué no engordan los frutos secos?

Los numerosos estudios que han constatado efectos beneficiosos atribuibles a los frutos secos suelen terminar con frases como esta: “Nuestros hallazgos apoyan la recomendación de aumentar el consumo de frutos secos para mejorar la salud”. Es el caso del metaanálisis publicado en diciembre de 2016 por el doctor Dagfinn Aune y sus colaboradores en BMC Medicine, que concluyó que una mayor ingesta de frutos secos se relaciona con reducciones en el riesgo de padecer enfermedad cardiovascular, cáncer, enfermedades respiratorias, diabetes, infecciones e incluso con menos posibilidades de morir de forma prematura. Seguro que estos resultados no sorprendieron a la doctora Marta Guasch-Ferré, quien capitaneó en julio de 2013 un estudio (también en BMC Medicine), que llegó a una conclusión similar.

Pese a ello, buena parte de la población se resiste a sumar un puñado de almendras o avellanas a su dieta por miedo a ganar peso. Y es que, como sabe todo el que haya revisado una tabla de composición de alimentos, se trata de alimentos muy energéticos. Presentan, como diría un nutricionista, una alta densidad calórica, dado que su contenido en energía supera los 225-275 kilocalorías por 100 gramos. Según el Fondo Mundial para la Investigación del Cáncer (WCRF, en sus siglas en inglés), los alimentos tan calóricos deben ser limitados si queremos controlar nuestro peso. Sin embargo, los frutos secos son una excepción. Así, pese a que si nos comemos 100 gramos de nueces estaremos ingiriendo 674 kilocalorías, ni los investigadores ni las entidades de referencia en nutrición parecen tener miedo a que la población gane peso por consumir más frutos secos, como se detalla a continuación.

Más riguroso (por haber evaluado ensayos controlados mediante metaanálisis) es el estudio recogido en la edición de junio de 2013 en la revista American Journal of Clinical Nutrition. De nuevo, la conclusión es: “Las dietas ricas en frutos secos, comparadas con diferentes dietas de control, no aumentan el peso corporal, el Índice de Masa Corporal o la circunferencia de la cintura. Nuestros hallazgos apoyan la inclusión de frutos secos en dietas saludables para la prevención cardiovascular”. El más reciente trabajo sobre esta cuestión es el aparecido el pasado 21 de julio en European Journal of Nutrition (publicación en línea previa a la publicación impresa), que ha consistido en un seguimiento de 5 años de 373.293 europeos. En él, el doctor Heinz Freisling (miembro de la Agencia Internacional de Investigación sobre el Cáncer) y sus colaboradores vuelven, de nuevo, a darnos razones para tener a mano un puñado de estos alimentos: “Un mayor consumo de frutos secos se relaciona con un menor incremento de peso y un menor riesgo de padecer sobrepeso u obesidad”. Pese a ser un estudio observacional, los investigadores controlaron con mucha precisión los posibles factores de confusión (como el tabaquismo, el sedentarismo, la educación o la calidad de la dieta seguida por los participantes).

A la vista de estos resultados, y sabiendo que nuestro consumo de frutos secos es muy bajo (unos 6 gramos al día), no cabe duda de que los nutricionistas podemos emitir sin problema el consejo “tome más frutos secos”. La única excepción en que dicho consejo no sería válido es en las regiones del mundo donde estos alimentos son una fuente importante de aflatoxinas por falta de medidas de control (no es el caso de España).

Antes de seguir, es preciso dejar claro que cuando los investigadores hablan de frutos secos no hacen referencia a “pipas Tijuana”, a quicos, a cacahuetes bañados en chocolate o a almendras recubiertas de caramelo o sal. Hablan de productos como almendras, anacardos, avellanas, cacahuetes (en realidad es una legumbre pero se clasifica en este grupo), castañas, nueces, piñones o pistachos. No se observan diferencias si escogemos un tipo u otro de fruto seco , ni tampoco si están tostados, fritos u horneados, pero sí es conveniente escogerlos sin adición de sal, azúcar o potenciadores del sabor (ej. Glutamato monosódico).

Freisling y su equipo citan también su efecto saciante, pero añaden que es posible que la combinación “grasas insaturadas-proteína vegetal” aumente el gasto energético en reposo (“termogénesis inducida por la dieta”). Además, es probable que no absorbamos todas sus calorías en el intestino, sea por su alto contenido en fibra o sea porque raramente realizamos una completa masticación cuando los consumimos. También detallan que las personas que los toman de forma regular tienden a consumir menos carnes rojas y procesadas. “Esta sustitución es probable que sea beneficiosa para la prevención del incremento de peso, debido a que la ingesta de carnes rojas y procesadas se han relacionado con el aumento de peso, el riesgo de obesidad y un mayor Índice de Masa Corporal”. De ser cierta esta última explicación, cobra más sentido el consejo “No comas mejor, deja de comer peor”.

https://elpais.com/elpais/2017/07/31/ciencia/1501516167_367299.html

¿Por que no les afecta su propio veneno?

«Ser tóxico puede ser bueno para la supervivencia, porque te da una ventaja sobre los depredadores» 

El tamaño y el color de las ranas de la jungla avisan a los depredadores de que son peligrosas ya que están equipados con algunas de las neurotoxinas más potentes de la naturaleza.Esto nos hace preguntarnos ¿Por qué no se envenenan a sí mismas? ¿Por qué no muchos más animales son venenosos y así evitan la muerte?

Las respuestas a ambas preguntas están muy relacionadas, y podrían ayudar a diseñar fármacos contra el dolor o contra las adicciones. Un grupo de investigadores de la Universidad de Texas (Estados Unidos) ha contestado a estas preguntas. Han descubierto una mutación en el ADN de las ranas que altera los receptores del sistema nervioso y que evita que se envenenen a sí mismas. Además, han averiguado que esta capacidad es difícil de adquirir y que limita la cantidad de animales venenosos.

Analgésico mortal

Los científicos han investigado un subgrupo de ranas venenosas que usan una neurotoxina conocida como epibatidina, con una capacidad analgésica 250 veces mayor que la morfina. El motivo de que sea toxica es que se une al sistema nervioso y causa hipertensión, parálisis e incluso la muerte.

Estas ranas tienen una mutación en el ADN que cambia su propio sistema nervioso y  les hacen adquirir resistencia a su toxina.

Esta información podría ser útil para diseñar nuevos fármacos, ya que la epibaditina tiene la gran ventaja de no ser adictiva (como la morfina u otros). De hecho, en la actualidad ya se han estado desarrollando cientos de compuestos a partir de esta toxina. 

Llave para las neuronas

Las toxinas de las ranas son moléculas que tienen una estructura que les permite encajar con otras moléculas(receptoras), que se encuentran en la superficie de las células del sistema nervioso. Cuando se produce este acople el receptor activa cambios en  la neurona que se transforman en señales nerviosas.

La epibaditina tiene una estructura muy similar a la de las moléculas que activan los receptores normalmente, pero a diferencia de estas, las toxinas producen una respuesta excesiva y continuada que sobrecarga el sistema nervioso,por eso son tóxicas.

Lo interesante es que las ranas tienen unos receptores modificados para evitar que la epibaditina se una a ellos, pero  permitiendo que se unan las moléculas normales y necesarias.

Para llevar a cabo esta investigación, los autores recogieron tejidos de 28 especies de ranas (entre las que había ranas tóxicas con y sin epibaditina, y ranas no tóxicas). Leyeron la parte del ADN encargada de fabricar los receptores y compararon las diferencias que había en ellos.

¿Por qué nos entra sueño cuando nos aburrimos?

Como humanos, a menudo desafiamos al sueño y nos mantenemos despiertos cuando se exige nuestra atención, pero también experimentamos un deseo inevitable de dormir en situaciones aburridas. Los mecanismos cerebrales que determinan que el sueño sea regulado por factores cognitivos y emocionales no se conocen bien. Ahora, un nuevo artículo publicado en la revista Nature Communications por investigadores de las universidades de Tsukuba y Fudan y la Universidad Libre de Bruselas demuestra que una parte del encéfalo que se asocia a la motivación y el placer,  el núcleo accumbens, también puede intervenir en el sueño. Los nuevos hallazgos explicarían por qué tendemos a quedarnos dormidos en ausencia de estímulos motivadores, es decir, cuando estamos aburridos.

Los investigadores utilizaron técnicas quimiogenéticas y ópticas para controlar de forma remota las actividades de las neuronas del núcleo accumbens, así como los comportamientos en los que estas intervienen. Como resultado, el equipo descubrió que las neuronas de esa región muestran una extraordinaria capacidad de inducir un tipo de sueño que es indistinguible del componente predominante del sueño natural. Se conoce como sueño de onda lenta, pues se caracteriza por ondas cerebrales lentas y de alto voltaje.

«Se piensa que la adenosina, una sustancia endógena que provoca sueño, es una sólida candidata para ejercer ese efecto en el núcleo accumbens», comenta Yo Oishi, autor principal de este trabajo. Desde hace tiempo se sabe que la adenosina se asocia a un estado de déficit energético e induce el sueño por medio de los receptores de adenosina. Se ha descubierto que un subtipo de ellos, los receptores A2A, se expresan de modo destacable en el núcleo accumbens. De hecho, la cafeína, el estimulante más consumido en el mundo, produce su efecto también a través del núcleo accumbens al inhibir los receptores A2A. Los compuestos que activan esos receptores en el núcleo accumbens podrían ofrecer nuevas posibilidades terapéuticas para el tratamiento del insomnio, uno de los problemas de sueño más frecuentes, con una prevalencia estimada de entre el 10 y el 15 por ciento en la población general y entre el 30 y el 60 por ciento en la población mayor.

 http://www.investigacionyciencia.es/noticias/por-qu-nos-entra-sueo-cuando-nos-aburrimos-15678

Idenrifican la primera proteína desmetilasa implicada en regular la biología del ARN en plantas

Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas ha identificado la primera proteína desmetilasa implicada en regular la biología ARN en plantas; además que esta enzima es capaz de interferir en el ciclo de vida del virus del mosaico de la alfalfa.

Sus conclusiones aparecen publicadas en el último número de la revista 'Proceedings of the National Academy of Sciences'.

Los investigadores han demostrado, en la planta 'Arabidopsis thaliana', la funcionalidad de esta proteína, denominada 'ATALKBH9b'. Ademas de controlar el estado epigenético del ARN de l, es capaz de interaccionar con la proteína de la cubierta o cápsida del virus.

(arabidopsis thailana)

Vicente Pallás, investugador del CSIC ecplica con estas oalavras sus descubrimientos: "Hemos descubierto que es necesaria la interacción de esta proteína con la de la cápsida del virus para que este se acumule en ma planta y tambien cuando a la planta le falta esta desmetilasa, el virus funciona mucho peor".

Los ciclos de infección de un virus están a menudo coordinados por mecanismos precisos que influyen o modifican su ARN. Recientemente, se han visto en virus humanos tales como el VIH, el HCV y el Zika la modificación del tipo m6A, que consiste en la adición de grupos metilo a la adenosina, uno de los bloques de construcción que dan forma al ARN. Pero hasta ahora no se había descrito en virus de plantas.

Según indica Pallás, la enzima que han identificado es capaz de eliminar esos grupos metilos, regulando, por tanto, la función del virus. Vicente concluye diciendo que: "Esta desmetilasa se podría considerar un factor de susceptibilidad genética para este virus, un virus que provoca graves pérdidas".