En términos de bienes raíces intergalácticos, nuestro sistema solar tiene una conveniente ubicación como parte de una galaxia espiral grande, la Vía Láctea. Numerosas galaxias enanas menos glamorosas mantienen la compañía Vía Láctea. Muchas galaxias, sin embargo, están aisladas en comparación, sin vecinos cercanos. Un ejemplo de ello es la pequeña galaxia conocida como DDO 190, capturada aquí en una nueva imagen del Telescopio Espacial Hubble NASA/ESA. (“DDO” David Dunlap Observatory – Observatorio David Dunlap, ahora gestionado por la Sociedad Astronómica Real de Canadá, donde fue creado el catálogo).
DDO 190 se clasifica como una galaxia enana irregular ya que es relativamente pequeña y carece de una estructura clara. Las estrellas rojizas más viejas pueblan sobre todo la periferia de la DDO 190, mientras que algunas jóvenes estrellas azuladas destellan en el interior más concurrido de DDO 190. Algunas bolsas de gas ionizado calentado por estrellas aparecen aquí y allá, el más notable brillo hacia la parte inferior de DDO 190 en esta imagen. Mientras tanto, un gran número de galaxias distantes con espiral evidente, elípticas y de formas menos definidas que brillan en el fondo.
DDO 190 se encuentra a unos nueve millones de años luz de nuestro sistema solar. Es considerada parte del grupo de galaxias Messier 94 estrechamente asociadas, no lejos del Grupo Local de galaxias que incluye la Vìa Láctea. El astrónomo canadiense Sidney van der Bergh fue el primero en registrar DDO 190 en 1959 como parte del catálogo DDO de galaxias enanas.
Aunque dentro del grupo Messier 94, DDO 190 está sola. La galaxia enana vecina más cercana de la galaxia, DDO 187, se piensa que está a no menos de tres millones de años luz de distancia. En contraste, muchas de las galaxias compañeras de la Vía Láctea, tales como las Nubes de Magallanes Grande y Pequeña, residen dentro de un quinto o menos de esa distancia, e incluso la espiral gigante de la Galaxia Andrómeda está más cerca de la Vía Láctea que DDO 190 a su vecino más cercano.
La Cámara Avanzada para Estudios del Hubble capturó esta imagen en luz visible e infrarroja. El campo de visión es de alrededor de 3.3 por 3.3 arcominutos.
Una versión de esta imagen fue inscrita en la Competencia de Procesamiento de Imagen de Tesoros Ocultos del Hubble por el participante Claude Cornen. Tesoros Ocultos es una iniciativa para invitar a entusiastas astrónomos a buscar en los archivos del Hubble imágenes impresionantes que nunca han sido vistas por el público en general. La competencia ya ha finalizado y los resultados serán publicados pronto.
Astrónomos han encontrado un cúmulo de galaxias extraordinario, uno de los objetos más grandes en el universo, que está rompiendo varios récords cósmicos importantes. Observaciones del cúmulo Fénix con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Polo Sur de la Fundación Nacional de la Ciencia y otros ocho observatorios de clase mundial, pueden forzar a los astrónomos a replantear cómo estas estructuras colosales y las galaxias que habitan en ellas evolucionan.
Estrellas están formándose en el cúmulo Fénix a la velocidad más alta jamás observada en el centro de un cúmulo de galaxias. El objeto también es el productor más poderoso de rayos X de cualquier cúmulo conocido y entre los más masivos. Los datos también sugieren que la velocidad de enfriamiento de gas caliente en las regiones centrales del cúmulo es la más grande jamás observada.
El cúmulo Fénix está ubicado a 5.7 miles de millones de años luz de la Tierra. Se nombra no solo por la constelación en que está localizado, sino también por sus notables propiedades.
“Mientras que las galaxias en el centro de la mayoría de los cúmulos pueden haber estado inactivas por miles de millones de años, la galaxia central en este cúmulo parece haber vuelto a la vida con un nuevo estallido de formación de estrellas”, dijo Michael McDonald, un miembro del Hubble en el Instituto Tecnológico de Massachusetts y autor líder de un artículo que apareció el día de ayer en el número de la revista Nature. “La mitología del Fénix, un ave resucitó entre los muertos, es una gran manera de describir este objeto revivido”.
Al igual que otros cúmulos de galaxias, Fénix contiene una vasta reserva de gas caliente, que se ejerce en la materia más normal – no la materia oscura – luego todas las galaxias en los cúmulos combinadas. Este depósito solo puede ser detectado con los telescopios de rayos X como Chandra. La idea predominante alguna vez había sido que este gas caliente debería enfriarse con el tiempo y hundirse para la galaxia en el centro del cúmulo. La mayoría de los cúmulos de galaxias han formado muy pocas estrellas durante los últimos mil millones de años. Los astrónomos piensan que el agujero negro supermasivo en la galaxia central de un cúmulo de energía bombea al sistema. Previniendo enfriamiento de gas que provoque un estallido de formación estelar.
El famoso cúmulo Perseus es un ejemplo de un agujero negro bramando de energía y previniendo el enfriamiento del gas para formar estrellas a una velocidad elevada. Repetidos estallidos en forma de potentes chorros desde un agujero negro en el centro de Perseus creó una cavidad gigante y produjo ondas de sonido con una increíble profundidad, que, a su vez, mantiene el gas caliente.
Vea una animación del Cluster Phoenix:
“Pensamos que estos sonidos muy profundos pueden ser encontrados en los cúmulos de galaxias en todas partes”, dijo el co-autor Ryan Foley, del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts. “El cúmulo Fénix está mostrándonos que este no es el caso – o por lo menos hay momentos en la música que esencialmente se detiene. Chorros desde el agujero negro gigante en el centro del cúmulo al parecer no son lo suficientemente potentes como para prevenir el cúmulo de gas de enfriamiento”.
Con su agujero negro no produce chorros suficientemente potentes, el centro del cúmulo Fénix es un hervidero de estrellas que se están formando alrededor de 20 veces más rápido que en el cúmulo de Perseo. Esta velocidad es la más alta vista en el centro de un cúmulo de galaxias pero no la más alta vista en cualquier lugar en el universo. Sin embargo, otras áreas con la velocidad de formación de estrellas más altas, localizadas fuera de cúmulos, tienen velocidades de sólo alrededor de dos veces más alta.
El ritmo frenético del nacimiento de las estrellas y enfriamiento de gas en el cúmulo Fénix están causando que a la Galaxia y al agujero negro se añada masa muy rápidamente – una fase importante los investigadores predicen que será relativamente de corta duración.
“La galaxia y su agujero negro están experimentando un crecimiento insostenible”, dijo el co-autor Bradford Benson, de la Universidad de Chicago. Este crecimiento acelerado no puede durar más de unos cien millones de años. De otra manera, la galaxia y el agujero negro sería mucho más grande que sus contrapartes en el universo cercano”.
Extraordinariamente, el cúmulo Phoenix y su galaxia central y agujero negro supermasivo ya están entre los objetos más masivos que se conocen de su tipo. Debido a su enorme tamaño, los cúmulos de galaxias son los objetos cruciales para estudiar cosmología y evolución de las galaxias, así que encontrar uno con tales propiedades extremas como el cúmulo Phoenix es importante.
“Esta explosión de estrella espectacular es un descubrimiento muy importante porque sugiere que tenemos que replantear cómo las galaxias masivas en los centros de cúmulos crecen”, dijo Martin Rees de la Universidad de Cambridge, un experto de renombre mundial en cosmología que no estuvo involucrado con el estudio. “El enfriamiento de gas caliente podría ser una fuente mucho más importante de las estrellas de lo que se pensaba”.
El Cúmulo Fénix originalmente fue detectado por el Telescopio Polo Sur de la Fundación Científica Nacional, y más tarde fue observado en luz visible por el Observatorio Gemini, el Blanco Telescope de 4 metros y el Telescopio de Magallanes, todo en Chile. El gas caliente y su velocidad de enfriamiento se estimaron a partir de datos de Chandra. Para medir la tasa de formación de estrellas en el cúmulo Phoenix, se utilizaron varios telescopios basados en el espacio, incluyendo el Wide-field Infrared Survey Explorer de la Nasa, el Galaxy Evolution Explorer y Herschel de ESA.
El Centro de Vuelos Espaciales Marshall en Huntsville, Alabama, dirige el Programa Chandra para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla lChandra y operaciones de vuelo de Cambridge, Massachusetts. Observatorio Gemini.
El científico de la NASA, Tom Hanisco, está ayudando a llenar un gran vacío sobre la comprensión científica de la cantidad de contaminación urbana – y más precisamente el formaldehído – que al final termina en la atmósfera superior de la Tierra, donde puede causar estragos en la capa de ozono protectora del planeta.
Él y su equipo del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, han desarrollado un dispositivo fluorecente inducido por láser, automatizado y ligero, que mide los niveles de este compuesto orgánico difícil de medir en la baja tropósfera y nuevamente a altitudes mucho más elevadas. El principal objetivo es determinar la cantidad de contaminación que una tormenta puede transportar a través de la convección y luego utilizar esos conocimientos para mejorar modelos químico-climáticos. “Es un gran problema en el modelado el saber cómo tratar el transporte y las nubes”, explicó Hanisco.
En la primavera, voló el Instrumento In-Situ Airborne Formaldehyde por primera vez en una aeronave de investigación DC-8 de la NASA, un antiguo avión de pasajeros que puede volar hasta a 43,000 pies (13 km).
Header Arkinson, estudiante graduada de la Universidad de Maryland, se muestra aquí monitorizando el Instrumento Formaldehído In-Situ, que ayudó a demostrar en un DC-8 de la NASA. Crédito: NASA
Tamaño y Sensibilidad
“A la gente le gusta este instrumento porque es pequeño, sensible, y fácil de mantener”, dijo Hanisco. El instrumento pesa solo 60 libras (27 kg), y por lo tanto se instala fácilmente en el interior de naves de otras investigaciones, incluyendo el ER-2 de la NASA, Global Hawk, y WB57, que vuelan a altitudes mucho más elevadas. Además, es automatizado y no requiere a nadie de a bordo para funcionar, dijo Hanisco.
Antes de su desarrollo, sólo otro instrumento aéreo podía medir el formaldehído. Ese instrumento, sin embargo, pesaba 600 libras (272 kg), requería un operador a bordo, y utilizaba una técnica de medición menos sensible – espectroscopía de absorción – para recolectar datos.
He estado haciendo fluorescencia inducida por láser en otras moléculas por un tiempo”, Hanisco dijo, explicando por qué solicitó y recibió fondos de Investigación y Desarrollo Internos de Goddard para aplicar la técnica de medición a un instrumento sensible al formaldehído. “El formaldehído no se mide bien a altitudes elevadas. Había una necesidad real para el mejoramiento”.
Con fluorescencia inducida por láser (LIF), un láser que primero ilumina las especies de interés y “entonces lo miras fluorecer. Es un instrumento de conteo de un solo fotón”, dijo Hanisco. En consecuencia, es más rápido y más sensible -incluso a concentraciones de partes por billón, dijo.
La campaña DC-8 en Kansas, patrocinado por el Proyecto de Química y Nubes Convectivas Profundas del Centro Nacional para la Investigación Atmosférica, llevó la sabiduría de su búsqueda, probando que su instrumento ofrece una mejora en un factor de 10 en tamaño, sensibilidad y complejidad. Durante esa campaña, un DC-8 volaba tan bajo como 500 pies (152 metros) sobre el suelo y tomó muestras del aire entrando en una tormenta. En seguida se elevó en espiral hasta 30,000 a 40,000 pies (9 a 12 km) y midieron el aire proveniente de la parte superior de la tormenta.
“Un Gran Paso Adelante”
El instrumento encontró que del 30 al 40 por ciento del formaldehído producido en la capa “límite” – la parte más baja de la tropósfera más cercana a la superficie terrestre – fue transportado para la tropósfera superior durante las tormentas. “Ese número es una guía aproximada, pero no la teníamos antes. Cada tormenta es diferente, pero saber cuánto aire pasa a través es un gran paso adelante”.
Hanisco atribuye el éxito del instrumento a su diseño extremadamente simplificado y un nuevo sistema de láser de fibra que es más pequeño y menos costoso que los utilizados en otros instrumentos tipo LIF. También atribuye su éxito a un nuevo sistema de muestreo de aire, que cuenta con un vaso – y un tubo recubierto de teflón que atrae y dirige el aire al interior de la celda de detección del instrumento. Aunque el sistema de muestreo de polímero recubierto permite que el aire fluya con rapidez, su superficie evita que las partículas se peguen – particularmente útil ya que éstas podrían corromper los resultados. “Tuvimos que trabajar duro para asegurar que el sistema de muestreo fuera tan buena como la detección”, dijo Hanisco.
Hanisco anticipa muchas otras oportunidades de vuelo en el futuro. “Había una necesidad real para este instrumento. No hay una gran cantidad de instrumentos por ahí haciendo esto”.
Las sirtuinas ayudan a combatir las enfermedades vinculadas con la obesidad, muestra un nuevo estudio del MIT.
Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Una proteína que alenta el envejecimiento en ratones y otros animales también protege contra los estragos de una dieta con mucha grasa, incluyendo la diabetes, de acuerdo a un nuevo estudio del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts).
El profesor de biología del MIT Leonard Guarente descubrió hace más de una década las propiedades de la proteína SIRT1 que aumentan la longevidad, y desde entonces ha explorado su papel en muchos diferentes tejidos corporales. En su último estudio, que aparece en la edición impresa del 8 de agosto del diario Cell Metabolism, observó lo que sucede cuando la proteína SIRT1 no se encuentra en las células adiposas, que forman la grasa corporal.
Leonard Guarente, Profesor de Biología en el MIT. Imagen: M. Scott Brauer
Cuando lleva una dieta de alta grasa, el ratón al que le faltó la proteína comenzó a desarrollar enfermedades metabólicas, como la diabetes, mucho antes que un ratón normal que llevó una dieta de alta grasa.
“Los vemos como listos para problemas metabólicos”, dice Guarente, el Profesor de Biología en el MIT. “Les has quitado [a los ratones] una de las protecciones contra la disminución metabólica, así que si ahora jalas el gatillo de una dieta alta en grasas, son mucho más sensibles que un ratón normal”.
El hallazgo aumenta la posibilidad de que drogas que mejoran la actividad de la proteína SIRT1 podrían ayudar a proteger contra las enfermedades vinculadas a la obesidad.
Guarente descrubrió por primera vez los efectos de SIRT1 y otras proteínas de la sirtuina mientras estudiaba la levadura en los 90. Desde entonces, se ha demostrado que estas proteínas coordinan una variedad de redes hormonales, proteínas reguladoras y otros genes, ayudando a mantener a las células vivas y saludables.
En años recientes, Guarente y sus colegas han borrado el gen de órganos como el cerebro y el hígado para identificar sus efectos de manera más precisa. Su trabajo previo ha revelado que en el cerebro, SIRT1 protege contra la neurodegeneración vista en la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Parkinson.
SIRT1 es una proteína que elimina grupos acetil de otras proteínas, modificando su actividad. Los posibles objetivos de esta desacetilación son numerosos, lo que probablemente le da a la proteína SIRT1 su amplio rango de poderes protectores, dice Guarente.
Grupo Acetil
En el estudio de la revista Cell Metabolism, los investigadores analizaron los cientos de genes que se encendieron en los ratones con deficiencia de SIRT1 pero que fueron alimentados con una dieta normal, y encontraron que eran casi idénticos a aquellos que se encienden en ratones normales alimentados con una dieta alta en grasa.
Esto sugiere que en ratones normales, el desarrollo de enfermedades metabólicas es un proceso de dos pasos. “El primer paso es la desactivación de SIRT1 por la dieta alta en grasas, y el segundo paso son todas las cosas malas que siguen a eso”, dice Guarente.
Los científicos investigaron como ocurre esto y encontraron que en ratones normales a los que se les da una dieta alta en grasas, la proteína SIRT1 es destrozada por una enzima llamada caspase-1, que es inducida por inflamación. Es sabido que las dietas altas en grasas pueden provocar inflamación, aunque no está claro exactamente como ocurre eso, dice Guarente. “Lo que nuestro estudio dice es que una vez que induces la respuesta inflamatoria, la consecuencia en las células grasas es que la proteína SIRT1 será destrozada”, dice.
El hallazgo “provee un mecanismo molecular para entender como las señales inflamatorias en el tejido adiposo podrían llevar al rápido trastorno del tejido metabólico”, dice Anthony Suave, un profesor asociado de farmacología en el Colegio Médico Weill Cornell, quien no fue parte del equipo investigador.
Las drogas que apuntan al proceso inflamatorio, así como las drogas que aumentan la actividad de la sirtuina, podrían tener algún efecto terapéutico benéfico contra las enfermedades asociadas con la obesidad, dice Suave.
Los investigadores también encontraron que conforme los ratones normales envejecieron, fueron más suceptibles a los efectos de una dieta alta en grasas que los ratones más jóvenes, sugiriendo que pierden los efectos protectores de SIRT1 conforme envejecen. Se sabe que la edad incrementa la inflamación, así que Guarente estudia ahora si la inflamación relacionada con la edad también provoca la pérdida de SIRT1.
Esta investigación fue patrocinada por los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos, la Fundación Médica Glenn, y la Asociación Americana del Corazón.
Curiosity aterrizó el 6 de Agosto, dejando a la Nasa en completa celebración ante el acontecimiento, como se puede apreciar notablemente en el siguiente video.
También, mostramos sus primeras fotos, cuando la camara se quitó la cubierta y Curiosity abrió los ojos por primera vez.
Así fue. Lágrimas, gritos eufóricos, felicidad absoluta y todo por una buena causa. Curiosity nos traerá mucho más conocimiento en cuanto a nuestro planeta vecino, Marte.
Una vez que Curiosity abrió sus ojos, comenzó a envíar fotos del planeta rojo. Esta vez ha envíado sus primeras fotos en 3D. Estas son algunas:
Muestra las llantas aterrizadoras y su sombra.Los científicos han comenzado a activar las distintas cámaras de curiosity. Esta foto muestra su lugar de aterrizaje con su llanta y parte del cuerpo.Esta imagen de la cámara HiRise muestra todos los distintos componentes de su sistema de aterrizaje.También ha envíado su primera foto a color, aquí superimpuesta a una simulación de la supercie marciana.
Estudio: Los episodios de calentamiento lastiman a los países pobres y limitan su crecimiento a largo plazo.
Peter Dizikes, MIT News Office. Original (en inglés)
Incluso un aumento temporal en temperaturas locales daña significativamente el crecimiento económico a largo plazo en los países en desarrollo del mundo, de acuerdo a un estudio del cual es co-autor un economista del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts).
Observando los datos del clima de los últimos 50 años, el estudio encuentra que cada incremento de un grado Celsius en un país pobre, durante el curso de un año dado, reduce su crecimiento económico en alrededor de 1.3 por ciento. Sin embargo, esto solo aplica a las naciones en desarrollo del mundo; los países más ricos no parecen ser afectados por las variaciones en temperatura.
“Las temperaturas más altas llevan a un crecimiento económico substancialmente más bajo en países pobres,” dice Ben Olken, un profesor de economía en el MIT, quien ayudó a conducir la investigación. Y mientras que es relativamente fácil ver como las sequías y el clima caliente puede afectar la agricultura, el estudio indica que los aumentos de temperatura pueden tener efectos económicos mucho más amplios.
“Lo que estamos sugiriendo es que es mucho más amplio que la agricultura,” añade Olken. “Afecta la inversión, la estabilidad política y la producción industrial.”
Efectos variados en economías
El artículo, “Golpes de Temperatura y el Crecimiento Económico: Evidencia del Último Medio Siglo,” fue publicado este verano en el Diario Económico Americano: Macroeconomía. Junto con Olken, los autores son Melissa Dell, con un doctorado de la Universidad de Harvard, quien era candidata a doctorado en el Departamento de Economía en el MIT cuando el artículo fue producido, y Ben Jones, con un doctorado en economía en la Universidad Northwestern.
El estudio ganó atención pública por primera vez como un artículo siendo trabajado en el 2008. Recolecta los datos de temperatura y producción económica de cada país del mundo, en cada año desde 1950 hasta el 2003, y analiza la relación entre ellos. “No podíamos creer que nadie lo hubiera hecho antes, pero no estábamos realmente seguros de si encontraríamos algo,” dice Olken.
Observando los datos económicos por tipo de actividad, no solo la producción sumada, los investigadores concluyeron que hay una variedad de “canales” a través de los que los golpes climáticos lastiman la producción económica – alentando trabajadores, el comercio, y quizá incluso la inversión capital.
“Si piensas en la gente trabajando en fábricas en un día con más de 40°C sin aire acondicionado, puedes ver como hace una diferencia,” dice Olken.
Una consecuencia de esto, mostrada en los datos, es que las más altas temperaturas en un año dado no solo afecta la actividad económica de un país en un momento dado, sino sus prospectos de crecimiento en el futuro lejano; según los números, el crecimiento se hizo lento siguiendo los años calurosos.
Para ver por que, sugiere Olken, primero piensa en un año seco para los vegetales en tu jardín: El mal clima lastimaría las plantas, pero si el clima es razonable el siguiente año, el jardín regresaría a su nivel normal. Ahora contrasta eso con los problemas que afectan, digamos, los desarrollos industriales y tecnológicos, y la inversión de capital; los golpes de temperatura limitando esas actividades pueden acumularse en el tiempo.
“Si piensas en el crecimiento económico, creces basado en donde estuviste el último año,” explica Olken. Para los proyectos industriales o tecnológicos de largo plazo, añade, “Si es ese tipo de actividad el que se pierde, entonces afecta la taza de crecimiento a largo plazo del país, y no es un simple golpe.”
Cambio político en el clima
Olken, Dell y Jones también integraron datos sobre las formas de gobierno en el estudio, y encontraron que los golpes de temperatura están asociados con un incremento de la inestabilidad política. Un aumento de 1 grado Celsius en un año dado, encontraron, aumenta la probabilidad de “transiciones de liderazgo irregulares,” como golpes de estado, en un 3.1 por ciento en países pobres. En turno, escriben los autores, “el pobre desempeño económico y la inestabilidad política probablemente se refuerzan mutuamente.”
Olivier Deschenes, un economista en la Universidad de California en Santa Barbara, llama al estudio “un hallazgo importante por que la mayoría de la investigación previa en los impactos económicos del cambio climático se han enfocado unos pocos sectores de la economía, predominantemente el sector de la agricultura.” En contraste, nota, el hallazgo más amplio del artículo actual importa “por que la taza de crecimiento es una medición clave del éxito económico de una nación y el estándar de vida de su población.”
Deschenes, quien también conduce investigación en los efectos económicos y de salud de los cambios de temperatura, sugiere que el “próximo paso” para los escolares “es identificar las estrategias de adaptación que puedan moderar los impactos negativos del cambio climático en las décadas venideras.”
Como observa Olken, el estudio no trata de tomar en cuenta todos los posibles problemas que podrían ser generados por el cambio climático a largo plazo, como el aumento del nivel de los océanos, inundaciones o aumento de tormentas. Aún así, añade, el papel si sugiere algunos puntos generales sobre el impacto económico de la atmósfera calentándose. Es vital, dice, “pensar sobre la heterogeneidad del impacto entre países pobres y ricos” cuando los líderes y legisladores trazan un mapa de los problemas que el mundo podría confrontar en el futuro.
“Los impactos de estas cosas serán peores para los países que han perdido la habilidad para adaptarse a ellos,” añade. “Queremos pensar muy bien eso por las implicaciones para la desigualdad futura.”
Ingenieros diseñan nuevas proteínas que puedan ayudar a controlar los novedosos circuitos genéticos en las células.
Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Por cerca de 12 años, los biólogos sintéticos han estado trabajando en maneras de diseñar circuitos genéticos para realizar funciones novedosas como fabricar nuevas drogas, producir combustible e incluso programar el suicidio de células cancerosas.
Alcanzar estas complejas funciones requiere controlar muchos componentes genéticos y celulares, incluyendo no solo genes sino también las proteínas regulatorias que los encienden y los apagan. En una célula viviente, las proteínas llamadas factores de transcripción comúnmente regulan este proceso.
Hasta ahora, la mayoría de los investigadores han diseñado sus circuitos genéticos usando factores de transcripción encontrados en bacterias. Sin embargo, estos no siempre se traducen bien a células no bacteriales y puede ser un desafío aescalarlos, haciendo más difícil crear circuitos complejos, dice Timothy Lu, profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencia computacional y un miembro del Laboratorio de Investigación de Electrónica.
Lu y sus colegas en la Universidad de Boston, la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital General de Massachusetts han encontrado un nuevo método para diseñar factores de transcripción para células no bacteriales (en este caso, células de levadura). Su librería inicial de 19 factores de transcripción debería ayudar a superar el cuello de botella existente que ha limitado las aplicaciones de la biología sintética, dice Lu.
Este proyecto es parte de un esfuerzo más grande que se está llevando a cabo para desarrollar “partes” genéticas que pueden ser ensambladas en circuitos para alcanzar funciones específicas. A través de este esfuerzo, Lu y sus colegas esperan hacer más fácil el desarrollo de circuitos para hacer exactamente lo que quiere un investigador.
“Si observas el registro de partes, muchas de estas partes vienen de un revoltijo de organismos diferentes. Los juntas en tu organismo elegido y esperas que funcione,” dice Lu, el autor correspondiente de un artículo describiendo la nueva técnica de diseño de factor de transcripción en la edición del 3 de agosto del diario Cell.
Los autores principales del artículo incluyen a Ahmad Khalil, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston, LU, y el posdoctorado de la universidad de Boston Caleb Bashor. Otros autores son la estudiante graduada de Harvard Cherie Ramirez; la investigadora asistente de la Universidad de Boston Nora Pyenson; Keith Joung, jefe asociado de patología para la investigación en el Hospital General de Massachusetts; y James Collins, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston.
Uniendo ADN
Avances recientes en el diseño de proteínas que unen el ADN le dieron a los investigadores el impulso que necesitaban para comenzar a contruir una nueva librería de factores de transcripción.
Dedo de cinc Cys2His2. Imagen: Thomas Splettstoesser
Los factores de transcripción incluyen una sección que reconoce y se anexa a una secuencia específica de ADN llamada promotor. La proteína recluta entonces una enzima llamada ARN polimerizado, que comienza el copiado del gen en el mensajero ARN, la molécula que carga las instrucciones genéticas al resto de la célula.
En muchos factores de transcripciones, la sección que une el ADN consiste de proteínas conocidas como dedos de cinc, que apuntan a diferentes secuencias de ADN dependiendo de su estructura. Los investigadores basaron sus nuevos diseños de dedos de cinc en la estructura de una proteína dedo de cinc que ocurre naturalmente. “Al modificar los aminoácidos específicos dentro del dedo de cinc, puedes hacer que se unan con nuevas secuencias objetivo”, dice Lu.
Los investigadores conectaron los nuevos dedos de cinc a segmentos activadores existentes, permitiéndoles crear muchas combinaciones de fuerza variable y especificidad. También diseñaron factores de transcripción que trabajan juntos, para que un gen solo pueda ser encendido si los factores se unen uno con el otro.
Andrew Ellington, un profesor de bioquímica en la Universidad de Texas en Austin, dice que el trabajo es un importante paso hacia crear circuitos más complejos en células no bacteriales. “Están creando un montón de nuevos factores de transcripción, y lo han hecho en una manera modular, creando herramientas adicionales que la gente puede usar para diseñar nuevos circuitos”, dice Ellington, quien no fue parte del equipo investigador.
Hacia mayor complejidad
Dichos factores de transcripción deberían hacer hacer más fácil para los biólogos sintéticos el diseñar circuitos para realizar tareas como sentir las condiciones ambientales de una célula.
Investigadores diseñaron nuevos factores de transcripción para unirse al ADN y encender genes específicos. Imagen: Christine Daniloff/iMol
En este artículo, los investigadores contruyeron algunos circuitos simples en levadura, pero planean desarrollar circuitos más complejos en estudios futuros. “No contruimos un circuito masivo de 10 o 15 factores de transición, pero eso es algo que definitivamente estamos planeando hacer en el futuro”, dice Lu. “Queremos ver que tanto podemos escalar el tipo de circuitos que podemos construir con este marco de trabajo”.
Los circuitos de biología sintética pueden ser análogos o digitales, al igual que los circuitos eléctricos. Los circuitos digitales incluyen funciones lógicas como compuertas AND y OR, que le permiten a las células hacer decisiones inequívocas como si deben pasar por un suicidio celular programado. Las funciones análogas son útiles para sensores que toman mediciones continuas de una molécula específica en la célula o su entorno. Al combinar estos circuitos, los investigadores pueden crear sistemas más complejos en los que una decisión digital sea activada una vez que el sensor alcanza un cierto umbral.
Además de construir circuitos más complejos, los investigadores están planeando tratar sus nuevos factores de transcripción en otras especies de levadura, y eventualmente en células de mamíferos, incluyendo células humanas. “Lo que realmente esperamos al final del día es que la levadura sea una buena plataforma de lanzamiento para diseñar estos circuitos”, dice Lu. “Trabajando en células de mamíferos es más lento y tedioso, así que si podemos construir circuitos verificados y partes en levadura y entonces importarlos, eso sería la situación ideal. Pero no hemos probado que podemos hacer eso todavía”.
La investigación fue patrocinada por el Instituto Médico Howard Hughes, los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigación Naval, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa (DARPA – Defense Advanced Research Projects Agency) y la Fundación Nacional de Ciencia, todos de los Estados Unidos.
Un compuesto de platino podría ofrecer una alternativa al cisplatino, un agente de quimioterapia ampliamente usado.
Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Las drogas que contienen platino están entre los fármacos contra el cáncer más poderosos y ampliamente usados. Sin embargo, dichas drogas tienen efectos secundarios tóxicos, y las células de cáncer pueden eventualmente volverse resistentes a ellas.
El profesor de química del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) Stephen J. Lippard, quien ha pasado la mayoría de su carrera estudiando los fármacos con platino, ha identificado ahora un compuesto que mata las células cancerosas mejor que la cisplatina, la droga contra el cáncer más comúnmente utilizada. El nuevo compuesto podría ser capaz de evadir la resistencia de las células de cáncer a los compuestos tradicionales de platino.
“He creído por un largo tiempo que hay algo especial sobre el platino y su habilidad para tratar el cáncer,” dice Lippard. Usando nuevas variantes, “podríamos tener una oportunidad de aplicar platino a un rango más amplio de tipos de cáncer, con más éxito,” dice.
De izquierda a derecha: Ying Song, Stephen J. Lippard y Ga Young Park. Imagen: M. Scott Brauer
Lippard es el autor principal de un artículo describiendo el nuevo fármaco candidato, conocido como fenantriplatino (phenanthriplatin), en el Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). El autor líder es el posdoctorado Ga Young Park; otros autores son la estudiante graduada Justin Wilson y la posdoctorado Ying Song.
El cisplatino, aprobado por vez primera para tratar el cáncer en 1978, es particularmente efectivo contra el cáncer de testículo, y también es usado para tratar tumores de ovarios y algunos de pulmón, así como linfoma y otros cánceres. Al centro hay un átomo de platino ligado a dos moléculas de amoniaco y dos iones de cloruro. Cuando el compuesto entra en una célula cancerosa, se carga positivamente debido a que las moléculas de agua reemplazan sus iones de cloruro. El ion positivo resultante puede atacar el ADN cargado negativamente, formando vínculos con las hebras de ADN volviendo difícil, si no imposible, que la célula lea esa sección de ADN. Mucho de este daño, si no es reparado, mata la célula.
Cisplatino
Por muchos años, Lippard ha estudiado el mecanismo de la acción del cisplatino y ha estado tras de drogas similares que podrían ser más poderosas, trabajar contra más tipos de cáncer, tener menos efectos secundarios y evadir la resistencia de las células cancerosas.
Una manera de hacer eso es variar la estructura del compuesto de platino, alterando su actividad. En este caso, los investigadores estudiaron compuestos que son similares al cisplatino, pero solo tienen un átomo de cloruro reemplazable. Dicho compuesto puede pegarse al ADN en solo un sitio en lugar de dos.
De investigación temprana sobre los compuestos de platino realizado en los años 70, los investigadores pensaron que los compuestos de platino necesitaban dos puntos de unión en el ADN para tener un efecto en las células cancerosas. Sin embargo, en los años 80, se descubrió que ciertos compuestos de platino cargados positivamente que solo pueden ligarse al ADN en un sitio tienen actividad contra el cáncer, re-encendiendo interés en ellos.
En el 2008, el grupo de Lippard investigó un compuesto llamado piriplatino (pyriplatin), en el cual uno de los átomos de cloruro es reemplazado por un anillo de piridina de seis miembros que incluye cinco átomos de carbono y un átomo de nitrógeno. Este compuesto tiene algo de actividad contra el cáncer, pero no era tan poderoso como el cisplatino o el oxaliplatino, otro fármaco contra el cáncer basado en platino aprobado por la FDA (Food and Drug Administration – Administración de Comida y Drogas) de los Estados Unidos.
Piriplatino. Imagen: PNAS
Lippard se propuso entonces crear compuestos similares con anillos más grande, lo que el teorizó que podría ser más efectivo bloqueando la transcripción de ADN. Uno de esos fue el fenantriplatino, el compuesto descrito en el nuevo artículo de PNAS.
El fenantriplatino fue probado contra 60 tipos de células cancerosas como parte el programa de revisión de fármacos contra el cáncer del Instituto Nacional del Cáncer de los Estados Unidos, y se encontró que era de cuatro a 40 veces más poderoso que el cisplatino, dependiendo del tipo de cáncer. También mostró un patrón diferente de actividad que el del cisplatino, sugiriendo que podría ser usado para tratar tipos de cáncer contra los que el cisplatino es inefectivo.
Una razón para la eficacia del fenantriplatino es que puede enrar en las células de cáncer más fácil que el cisplatino, dice Lippard. Estudios previos han mostrado que los compuestos de platino que contienen carbono pueden pasar a través de canales específicos, encontrados en abundancia en células cancerosas, que permiten entrar compuestos orgánicos cargados positivamente. Otra razón es la habilidad del fenantriplatino de inhibir la transcripción, el proceso mediante el cual las células convierten ADN a ARN en el primer paso de la expresión genética.
Otra ventaja del fenantriplatino es que parece ser capaz de evadir algunas defensas contra los cisplatino de las células cancerosas. Los compuestos que contienen azufre encontrados en las células, como la glutationa (glutathione), pueden atacar el platino y destruirlo antes de que alcance a ligarse al ADN. Sin embargo, el fenantriplatino contiene un anexo de tres anillos voluminosos que parece prevenir que el azufre desactive los compuestos de platino tan efectivamente.
Luigi Marzilli, un profesor de quimioterapia en la Universidad del Estado de Louisiana, dice que el nuevo compuesto parece ser muy prometedor. “Expande la utilidad de los fármacos de platino y evita algunos de los problemas que las drogas existentes tienen,” dice Marzilli, quien no fue parte del equipo investigador.
Los investigadores se encuentran conduciendo ahora pruebas animales para determinar como la droga es distribuida a través del cuerpo, y que tan bien mata los tumores. Dependiendo de los resultados, podrían modificar el compuesto para mejorar esas propiedades, dice Lippard.
Investigadores de la Universidad de California en Berkeley en conjunto con las Universidades de Munich y Washington descubren mediante experimentos con ratones, que el fármaco AAQ (acrilamida-azobenceno-amonio cuaternario) inyectado en pequeñas cantidades, hizo que estos animales con ceguera tuvieran temporalmente sensibilidad a la luz.
A través de los conos y bastones (fotorreceptores) que se encuentran en la retina, es que el nervio óptico envía al cerebro las señales eléctricas, y es debido a la muerte de estos fotorreceptores que se comienzan a presentar las principales causas de ceguera, como pudieran ser la degeneración macular o la retinosis pigmentosa, por motivos adquiridos o hereditarios respectivamente.
El profesor de biología molecular Richard Kramer de la Universidad de California en Berkley, expone en su investigación cómo la molécula AAQ tendrá efectos directamente en otras neuronas de la retina y no en los fotorreceptores. Normalmente estas neuronas son ciegas pero se demostró que al aplicar el fármaco desarrollaron sensibilidad a la luz.
Hasta el momento solamente se presentaron resultados temporales y parciales, ya que no recuperaron la visión sino que solo tuvieron sensibilidad a la luz, y aunque falta mucho camino por recorrer pues apenas fue probado en ratones, es probable que éste sea el inicio para la creación de un tratamiento aplicable en seres humanos. Este descubrimiento devuelve la esperanza a pacientes con este tipo de degeneración en la retina.
¿Cómo maneja un pájaro el viento, colgándose sin ningún esfuerzo mientras es azotado por ráfagas de viento y vuela a través de grupos de árboles con una precisión perfecta? El profesor asociado Russ Tedrake del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencia Computacional quiere entender como los pájaros pueden operar bajo dichas condiciones y crear máquinas que puedan hacer lo mismo. Su meta actual es desarrollar un vehículo aéreo que pueda volar como un pájaro, lanzándose a través de árboles y estrechamente evitando obstáculos durante un vuelo a toda velocidad.
Tedrake y el Robot Locomotion Group, su grupo de investigación en el Laboratorio de Ciencia Computacional e Inteligencia Atificial (CSAIL – Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory), recientemente reveló un video de un nuevo vehículo aéreo controlado por computadora que puede realizar precisamente giros muy pronunciados, girando 90 grados para lanzarse a través de una abertura más estrecha que las alas del avión.
Esta investigación es parte de una iniciativa de cinco años de múltiples investigaciones patrocinadas por la Oficina de Investigación Naval, liderada por Tedrake e involucrando investigadores del la Universidad de Carnegie Mellon, Harvard, MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), Universidad de Nueva York y la Universidad de Stanford, para desarrollar un vehículo aéreo no tripulado (VANT o UAV por sus siglas en inglés de unmanned aerial vehicle) del tamaño de un pájaro capaz de vuelo rápido, preciso y repetible a velocidades de 10-15 metros por segundo. El vehículo aéreo desarrollado por Tedrake y su equipo puede operar actualmente a velocidades de 7-8 metros por segundo.
“Somos inspirados por los pájaros, pero no estamos tratando de construir un sistema que los imite exactamente”, dice Andrew Barry, un estudiante graduado en el grupo de investigación de Tedrake. “Estamos tratando de tomar ideas de la naturaleza y entonces construir un sistema diseñado”.
Para crear un VANT capaz de volar como los pájaros, el grupo de investigación de Tedrake primero diseño un vehículo aéreo especial que pudiera manejar el vuelo a alta velocidad. Con la ayuda del profesor Mark Drela del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT, el grupo construyó un vehículo aéreo con alas de espuma chapeadas con fibra de vidrio que eliminan la necesidad de alerones, superficies de control típicamente usadas para el control de giro en un vehículo aéreo. El centro del avión está hecho de hule para que el avión pueda resistir colisiones. El vehículo tiene alas de 71.12 cms y con toda la instrumentación a bordo, incluyendo cámaras estéreo de alta velocidad, pesa actualmente 573 gramos.
“El avión es como un rompecabezas tridimensional de alta tecnología que casi no contiene pegamento. Consiste de más de 30 piezas independientes, muchas de las cuales se deslizan o encajan juntas”, dice Tim Jenks, un ingeniero mecánico quien está trabajando en el grupo de investigación de Tedrake. “Muchas de estas piezas son diseños cortados por láser que podrían ser fácilmente producidos en grandes cantidades”.
Por el momento, el avión es operado usando un sistema de captura de movimientos similar a aquellos usados en Hollywood, pero en el futuro los investigadores están planeando implementar un sistema de visión para guiar y controlar el avión.
El vehículo aéreo no tripulado de los investigadores. Imagen: Andrew Barry
Controlar un vehículo aéreo que está realizando tan complicados movimientos a altas velocidades es difícil debido a lo complejo e impredecible del flujo del aire a altos ángulos de ataque, como cuando está realizando un giro muy pronunciado. Antes de volar, los modelos computacionales permiten a los investigadores planear una trayectoria a través de los obstáculos. Entonces, gracias a un sistema de control cuadrático lineal que varía en el tiempo, el avión puede ser guiado precisamente a través de maniobras muy pronunciadas. Durante el vuelo, una computadora remota procesa la trayectoria del avión y envía los resultados al avión de manera inalámbrica, donde las computadoras a bordo envían señales eléctricas a los motores, que activan las alas del avión.
El equipo decidió probar su trabajo con una demostración de giro pronunciado por que la maniobra los forzó a resolver un complicado problema de control.
“Elegimos el experimento con giro pronunciado porque nos forzó a resolver todos los problemas correctos”, dice Barry. “Es un desafío y problema de control, ya que el vehículo aéreo tiene que ser capaz de volar precisamente y realmente rápido. Además, es complicado hacer que el vehículo aéreo gire adecuadamente por que el flujo de aire no es suave”.
“El desafío de la tarea de giro pronunciado fue generar trayectorias para el avión que lo llevaran a sus límites físicos de lo que es capaz mientras sigue la trayectoria de manera consistente y segura”, dice Anirudha Majumdar, un estudiante graduado en el grupo de Tedrake. “Veo la tarea en el video como un pequeño paso hacía la tarea más grande que nos hemos propuesto de volar a través de entornos llenos de obstáculos como bosques. El acercamiento sería tener una gran “librería” de trayectorias similares a la del video que el avión pueda elegir según sus sensores proveen más información sobre los árboles/obstáculos enfrente de él”.
Ultimadamente, la meta del trabajo de Tedrake es ganar un mejor entendimiento para la teoría del control, y como operar máquinas bajo condiciones complejas y variantes como disturbios aerodinámicos. Trabajando en un proyecto como desarrollar un vehículo aéreo que pueda volar como un pájaro y realizar giros pronunciados le permite a Tedrake y a su equipo probar la efectividad de sus sistemas de control con resultados muy claros.
“[Este proyecto] nos fuerza a formular la pregunta correcta por la razón correcta,” dice Tedrake. “Tener equipo como este nos mantiene honestos al evaluar nuestro trabajo para entender mejor la teoría de control”.
