Muchas más proteínas que genes (y un ejemplo tumoral)

ResearchBlogging.orgEn nuestro ADN tenemos algo más de 20.000 genes. Es nuestro genoma. Que se reparte en 24 cromosomas diferentes cuya longitud oscila entre 50 y 250 millones de pares de bases (50.000-250.000 Kpb). En realidad, 23 parejas; y en cada una de ellas, uno de papá y otro de mamá.

Dentro de los cromosomas hay genes (y muchas otras cosas, porque los genes son solo un 2% de esos millones de paras de bases). Los genes no son otra cosa que instrucciones para montar proteínas. Lo hacen gracias al código genético, que asigna un aminoácido a cada triplete en la secuencia de bases del gen. Y también gracias a las moléculas que intervienen para que el código genético sea una realidad (ARN polimerasa, espliceosoma, ARNm, ribosoma, ARNt, aminoacil-ARNt-sintetasa).

Pero… Pero tenemos algo más de 20.000 genes, como ya te dije. Sin embargo fabricamos más de 100.000 proteínas diferentes.

¿Cómo hacemos para lograrlo?  :-o

Pues no es difícil, la verdad. Con el splicing. O sea, con el corte y empalme alternativo del ARN. Caaaaalma. Ya verás que es más fácil la idea que esos nombres, que el vocabulario que dice quién hace qué.

Resulta que el ADN hace copias de los genes. Pero en ARN. El ADN no sale del núcleo. Jamás. Y esas copias, antes de llegar a ser leídas, sufren un proceso por el cual pierden unos trozos, llamados intrones. Y quedan otros, llamados exones. Los intrones están intercalados entre los exones. De ahí lo de corte y empalme. Pero si unas veces quitas unos intrones y otras veces quitas otros puedes sacar dos versiones diferentes del mismo ARN. De ese modo logramos variantes de una proteína. Isoformas las llaman.

Tú podrías pensar que para qué queremos esto. Y sería una pregunta muy lógica. Con varias respuestas. Y una de ellas es relativamente sencilla. Porque las condiciones fisicoquímicas en, digamos el corazón, no son las mismas que en, digamos los riñones. Por tanto no viene mal tener preparadas unas variantes (isoformas) de una proteína que funcionen bien el corazón y otras que hagan lo propio en los riñones.

Pero, además, las isoformas pueden tener características diferentes. Te cuento el caso de una que me ha llamado la atención: la piruvato quinasa. Es un enzima importante, que cataliza el último paso de la glucólisis. La glucólisis es una ruta metabólica muy antigua (existe desde antes de que el planeta tuviera oxígeno en su atmósfera) que produce energía (poca) a partir de la glucosa y sin necesidad de oxígeno. Cuando hay oxígeno se logra mucho más rendimiento pero cuando no (anaerobiosis se llama eso), la glucólisis es la única manera de producir energía (p.ej., al realizar un ejercicio intenso en un tiempo breve). Pero esa es solo una de las facetas de este enzima. Resulta que tiene dos isoformas: PKM1 y PKM2. La habitual es PKM1; PKM2 se expresa, sobre todo, en época fetal y poco a poco va siendo sustituida por la PKM1. La diferencia es que PKM2 quita un exón (el 9) que sí aparece en PKM1 e incluye otro (el 10) que no está en PKM1 (que codifica para una región a la que se le puede añadir un marcador, un grupo acetilo, que hace que altere su forma y, lógicamente, modifica su función.). Y eso cambia muchas cosas. Tantas que PKM2 es un enzima que se expresa en células cancerígenas de muy diversos tipos; mientras que PKM1 no lo hace o lo hace poco. De hecho, los análisis de sangre que revelan concentraciones anormalmente elevadas de PKM2 son elementos diagnósticos para varios tipos de cánceres. Porque la piruvato quinasa puede actuar también, además de en la glucólisis, catalizando reacciones de fosforilación de proteínas en el núcleo. Proteínas que pondrán en marcha determinados genes relacionados con la reproducción celular. Pero solo bajo la forma de PKM2. En cambio, concentraciones elevadas de PKM1 inhiben, no se sabe cómo, el desarrollo del tumor.

Son las dos caras de una molécula. Dos caras en dos isoformas pero también en dos funciones. Una en el citoplasma (glucólisis) y otra en el núcleo (fosforilación de proteínas).

Todo por quitar el exón 9 y poner el exón 10…

McCarthy, Nicola (2013). Nuclear or cytoplasmic? Nature Reviews Cancer DOI: 10.1038/nrc3630
Jill D. Dombrauckas, Bernard D. Santarsiero, & Andrew D. Mesecar (2005). Structural Basis for Tumor Pyruvate Kinase M2 Allosteric Regulation and Catalysis Biochemistry DOI: 10.1021/bi0474923

Las insuficiencias de la economía

La economía es una cien cia limitada. Sirve para lo que sirve, y no sirve para lo que no sirve. El problema es que se está utilizando mal. Como si la economía fuera un sistema de decisiones universal. Y ni lo es ni puede serlo.

Una de las consecuencias más graves es la insostenibilidad que rige el uso de los recursos, con el beneficio como único criterio. Otra de las consecuencias es la desigualdad desatada. Que genera problemas sociales pero también ambientales. Desigualdad que afecta a cuestiones tan básicas como la salud, sin ir más lejos.

Estamos en una crisis que va más allá de lo financiero. Y hay razones que dicen por qué la economía no sirve para salir de ella, razones que atañen a sus insuficiencias como ciencia. O mejor dicho, a sus insuficiencias como tecnología de la decisión.

Que son bien conocidas por los científicos y que se sabe que fueron la causa de la actual crisis.1) Se basa en la eficiencia de Pareto: no empeorar a nadie para mejorar a alguien. Esto, así dicho, tiene buena pinta. Pero la realidad es que la eficiencia de Pareto mantiene distribuciones de Pareto. En la que los ricos no pueden perder para mejorar a los pobres. Esa es la principal consecuencia de esa eficiencia. Por tanto, los datos macroeconómicos no dicen nada del reparto. O mejor dicho, sí dicen. Que va a seguir igual. Que el 80-90% del crecimiento que indica la macroeconomía irá al 10-20% más pudiente. La economía no habla de a quién va el dinero. No de un modo explícito. No en sus ecuaciones. 

Fuente: The 80/20 rule
2) La economía se ocupa de maximizar la producción (para maximizar beneficios), no de mejorar el nivel de vida. Que los datos macroeconómicos mejoren no significa que la gente vaya a vivir mejor. Ni peor. Significa que habrá más productos a la venta. No queda claro si habrá más dinero para adquirirlos ni si serán los productos adecuados para tener una vida más plena y feliz.3) La economía no indica finalidades de los productos no dicen para qué se produce lo que vamos a producir más. Ni para quién. Solo dicen que vamos a producir más, no quién los obtendrá y si los disfrutará quien más los necesita. Los datos de crecimiento macroeconómico no garantizan ninguna equidad o sostenibilidad por sí mismos. Solo garantizan que hoy habrá productos. Pero de mañana no dicen nada. Y de si han llegado a quien más los precisa, tampoco. 

4) La economía no atiende lo que no es monetizable (no tiene valor de cambio) por ser insustituible. Es decir, la economía no entiende de lo que no se puede cambiar por dinero. Y hay muchas cosas que no se pueden cambiar por dinero. Porque el dinero es instrumento de cambio. Sirve para comprender cuál es la relación entre peces y libros cuando vas a una tienda. Eso es lo que se llama valor de cambio. Pero ¿qué pasa si algo es insustituible? La economía asume que el valor no es lo mismo que el precio y no le importa. Por lo que esos datos macroeconómicos no nos dicen si estamos perdiendo algo que no podremos recuperar, ni nos indican cómo están evolucionando las relaciones sociales que, a la postre, es lo que importa. Porque la economía no sabe poner precio a un ecosistema o a las relaciones sociales. Y si se dañan pero así se obtiene un beneficio, pues muy bien.

5) La economía, al monetizar mal muchos elementos, no da información de ellos. Y confunde la ausencia de información con valor cero. Así, si hay una crisis en ciernes, no avisa de ella hasta que llega. Y no dicen cómo se abordará. La macroeconomía no está dando suficientes señales de cómo vamos a abordar la triple crisis que nos va a llegar: alimentaria (no disponemos de suelos buenos, que lógicamente ya están ocupados y solo tenemos suelos marginales, de peor calidad, para producir cada vez más comida; ni tecnologías, ya que vivimos de las rentas de la revolución verde, para dar de comer a una población creciente y crecientemente exigente); ambiental (no hace falta comentarla…); energética (fin del petróleo abundante y barato; quizá aún sea abundante, pero no barato; y no están disponibles fuentes de energías que lo puedan suplir por completo, ni lo van a estar en un tiempo). Los datos macroeconómicos no nos dicen si nos estamos preparando suficientemente para eso.

6) La economía no se ocupa de lo abundante, solo de lo escaso. Lo cual quiere decir, aplicado a estos datos macroeconómicos, que vamos a reducir la escasez, pero no a garantizar que los productos sean los adecuados y que lleguen a quien más los necesita. Y también esos datos pueden representar que algo que era abundante ahora es escaso y tenemos que esforzarnos en producirlo. Lo que hace crecer la economía pero disminuir nuestro bienestar. Es curioso que la economía, para crecer, necesita que, primero, haya escasez. Crea los problemas que luego resuelve…

Fuente: Mayra Falcón
7) La economía se preocupa de intercambiar productos por dinero, no de satisfacer a todo el mundo. Por definición la economía deja demanda insatisfecha. Toda la demanda que compraría el producto por debajo del precio. Pero no puede porque por debajo del precio no hay oferta. Lo cual, para artículos que no sean de necesidad, no es un problema. Pero sí lo es para servicios públicos, en los que no puede quedar demanda insatisfecha. 

Fuente: Sala de Inversión
De verdad que me he esforzado en mirar las grietas buscando luz, pero por ellas solo he visto oscuridad. Sobre todo porque creo que la mejoría de los datos macroeconómicos que puedan suceder se deberán a lo que digo en la última frase del último argumento: lo que haga crecer la economía disminuirá nuestro bienestar y la sostenibilidad del planeta. 

Vamos a toda máquina, y con gran eficacia, hacia no se sabe dónde. Porque la economía no lo sabe. No entiende de rumbos, solo de velocidades.

Calculando riesgos, pero no a ojo

Efectivamente, nuestra vida está hecha de riesgo. Y de miedo a él. Pero, es curioso, los solemos percibir de modo diferente. Resulta que si el riesgo es cotidiano suele resultarnos más aceptable que si es esporádico. Como si exponernos nos vacunara. Y solemos tener más miedo hacia situaciones que se producen rara vez o nunca. Una persona percibe que un riesgo voluntario es menor que otro no voluntario, y que un riesgo controlable es menor que otro incontrolable. Nuestra experiencia previa también influye y, como consecuencia, diferentes personas perciben el riesgo de modos distintos.

La mayoría de nuestros miedos nunca se cumplen, y lo que nos mata o daña  o arruina suele ser algo que no tememos tanto. De ahí que intentemos, como siempre hace la ciencia, crear conocimiento objetivo alrededor del riesgos. Porque nuestra percepción no es una buena guía.

El riesgo está hecho de componentes que se pueden calcular. Fundamentalmente tres:

  • Peligrosidad. Que consiste en la probabilidad de que algo ocurra en función de las series temporales históricas. Y qué severidad corresponde a cada probabilidad. Porque las tormentas débiles son mucho más frecuentes que las tormentas fuertes. En general esto no lo podemos modificar. Aunque en realidad, sí. Estamos provocando un cambio global en el que el clima, pero muchos otros parámetros planetarios, están siendo alterados. Hay riesgos que están cambiando tanto probabilidad como severidad.
  • Exposición. Que es el inventario de bienes y personas que pueden ser potencialmente afectados por el riesgo. Indica todo lo que se puede perder. Podemos intervenir con la gestión de territorio, planificando qué actividades tendrán lugar en qué sitios o en qué sitios no, cuándo o cuándo no.
  • Vulnerabilidad. Que asocia qué de lo que se posee se puede perder para un riesgo con una peligrosidad concreta. Porque pueden existir medidas que protejan o prevengan, y entonces, aunque haya mucha peligrosidad y exposición, gracias a ellas rebajaríamos la vulnerabilidad. Esas medidas son muy diversas y varían desde un muro de contención a asegurar la cosecha con una empresa aseguradora.
Una manera de calcular los riesgos sería multiplicar todos esos factores.
R = P x E x V
En función de los resultados obtenidos, podemos tomar decisiones. Este enfoque se puede aplicar a todos los riesgos, sea cual sea su origen.
Fuente: Desastre

¿Podrías estimar la peligrosidad, exposición y vulnerabilidad de esta situación?

Malditas estrategias víricas…

Variedad estructural de virus
Tomado de Biología Ne

Los virus tienen dos formas: la intracelular y la extracelular. Nuestra imagen habitual de ellos, con una cápsida proteica que contiene el ácido nucleico, incluso con una membrana rodeando a la cápsida, se corresponde, con la forma extracelular. Es lo que conocemos como virión. Y se trata de una forma inerte. No tiene metabolismo, no ejecuta otra función vital que no sea la relación. Y esta de una manera muy reducida. Se limita a reconocer a su diana, nada más. No incorpora ninguna otra información del exterior.

El virión se puede entender como la forma de viaje del virus. Desde una célula hasta la siguiente. Un viaje que puede durar segundos o años. Quién sabe si siglos o milenios…

Una forma al servicio del viaje que tenga que hacer, pero también al servicio de la entrada en la célula cuando la encuentre, cuando finalice su viaje. Y ahí hay diversidad de estructuras. Hay viriones con cápsidas helicoidales, icosaédricas, complejas (que mezclan la estructura helicoidal y la icosaédrica), con envuelta membranosa y sin ella…

La forma intracelular no tiene cápsida. Se trata de su ácido nucleico desnudo. Pero metabólicamente activo. Capaz de poner en marcha su herencia. Que consiste en apoderarse de la maquinaria celular para la replicación y la síntesis de sus proteínas. O bien, integrarse en el genoma y hacer un uso moderado y prolongado en el tiempo de esa maquinaria celular.

Sin embargo, hay virus que no necesitan del virión para viajar de una célula a otra dentro de un mismo organismo. Porque pueden hacer que la célula infectada se fusione con una célula intacta y así contagiarla. El virión lo reservan para cuando tengan que salir de ese organismo y llegar a otro.

Estrategias víricas
Tomado de Wikipedia

Es asombroso que los virus puedan lograr su plan de vida con tan pocos genes, con genomas tan pequeños. Asombroso e intimidante. Por el daño que nos puede hacer. Asombroso y esperanzador. Por cómo podemos aprovecharlo.

A diferencia de las células, cuya herencia reside en ADN de doble cadena, los virus son mucho más versátiles. Siguiendo las ideas de Baltimore, que para eso fue premio Nobel, nos encontramos varias clases.

Los hay con ADN de doble cadena, sí, la clase I. Que pueden empezar a funcionar en cuanto entran en la célula y encuentran una ARNpol. Pero también los hay con ADN de cadena sencilla. La clase II. Cadena sencilla de lectura directa (ADN+). Incluso uno (el TTV de humanos) de cadena sencilla de hebra molde (ADN-). En cualquier caso, los virus de ADN de cadena sencilla, antes poder empezar a inducir a la célula a que produzca ARN, han de completarse. Porque la ARNpol solo lee ADN de cadena doble.

Pero el material genético de los virus también puede ser ARN. Con una diversidad de estrategias asombrosa.

Con ARN de cadena sencilla de lectura directa (ARN+). Es decir, que pueden ser leídos como ARNm por la célula. Pero como la célula no puede fabricar ARN sin ADN, deben contar con los planos para su propia ARN replicasa (ARNpol dependiente de ARN), que sí puede fabricar ARN a partir de ARN. Pero ese ARN que elabora es el complementario, no el del virus. Queda unido a la ARN replicasa para producir, ahora sí, las cadenas complementarias de la complementaria. Es decir, las cadenas ARN+. Que funcionarán como ARNm y como ARN que incorporar al virión. Es la clase IV.

También hay virus de ARN de cadena sencilla pero con hebra molde (ARN-). Esos tienen que llevar dentro del virión una enzima ya elaborada: una ARN replicasa, como en el caso anterior. Su virión no solo porta ácidos nucleicos, sino una proteína activa, que inyecta a la célula (menos mal que Hersey y Chase no hicieron su experimento con este tipo de virus). Este tipo de virus, al inyectar su ARN-, comienzan a fabricar ARN+. Que usan de dos modos: como ARNm para elaborar las proteínas víricas; como molde para el ARN- que entrará en el virión. Es la clase V.

Pero también hay virus de ARN de cadena doble. Que tienen que llevar su propia ARN replicasa dentro del virión. Una replicasa capaz de producir tanto ARN+, que actuará de ARNm, como ARN-. Que se juntará con el ARN+ para formar cadenas dobles que incorporar al interior de los viriones. Es la clase III.

Finalmente están los retrovirus. La clase VI. Que portan ARN+ pero que, para poder convertirlo en información que la célula pueda manejar, fabrican ADN. Que luego será el encargado de servir de plantilla para los ARNm y los que haya que incluir en el virión. Para eso necesitan una enzima especial, capaz de hacer que la información pase de ARN a ADN: la reversotranscriptasa. Una ADNpol dependiente de ARN. Una enzima que también ha servido para revolucionar la biotecnología.

No te cuento más estrategias para no agobiarte. Pero que sepas que existe una clase VII de virus. Que, aun siendo de ADN de cadena doble, se convierten en ARN para luego, mediante una reversotranscriptasa, volver a elaborar ADN. O los ambivirus, que portan una cadena mixta de ADN y ARN…

Como puedes ver, todo tipo de estrategias para abordar el dogma central de la biología molecular. Desde hacer fluir la información siguiéndolo, hasta hacer que la información vaya a la inversa, pasando por el rodeo de fabricar ARN a partir de ARN. Sin embargo, sea cual sea su estrategia, un virus siempre hará uso de la maquinaria de traducción celular, de sus ribosomas, para que la información que contiene llegue a convertirse en proteínas.

Cómo llegue esa información a manos de los ribosomas es lo que es diverso.

Los virus, un cruce de caminos entre evolución, biotecnología, biología molecular y ecología

Dogma central de la biología molecular inicial
Tomado de UCM Genética
Dogma central de la biología molecular revisado
Tomado de UCM Genética

Tras muchos años de investigación y discusión aún no hemos decidido si los virus son organismos vivos o no. Pero sí estamos de acuerdo en una cosa: si son vida, no son vida autónoma. Dependen de células para ejecutar el dogma central de la biología molecular. Y, con él, las funciones vitales de reproducción (fabricar nuevo ADN viral), nutrición (incorporar elementos a su estructura) y evolución (experimentar cambios en su material hereditario que se traduzcan en reproducción diferencial). En cambio, para la función de relación siempre son autónomos. Puesto que poseen proteínas mediante cuyas formas reconocerán a sus dianas.

Así, el virus encuentra en la célula un entorno favorable para su forma de vivir. Posee energía, sustancias a partir de las cuales obtener las suyas propias, maquinaria celular que podrá poner a su servicio. Un virus, si está vivo, solo lo está dentro de una célula. Nunca fuera de ella.

Quizá haya que pensar en los virus como seres vivos que saltan la frontera de la vida en ambos sentidos, hacia un lado y hacia otro.

Pero no solo saltando y ya está. Por que usan de modos distintos y diversos el dogma central de la biología molecular. Sí, esa expresión que suena rara, pero que solo quiere describir cómo pasa la información de unas moléculas a otras. Eso que parecía tan sencillo cuando mirábamos a las células, pero que se complica enormemente al añadir a los virus.

Y pueden hacer todo esto de dos formas. Una, de un modo destructivo para la célula. Replicándose masivamente. Con lo cual se convierten en causa de enfermedad y muerte para los organismos. O no. O también pueden integrarse en ella. Replicándose pausadamente. Y también replicándose cuando la célula lo hace. Y, de ese modo, en ocasiones, conferirle propiedades nuevas, cambiar a la propia célula. Porque los virus, al replicarse, pueden arrastrar genes consigo. Genes que pasan de un organismo a otro. Genes que enriquecen las respuestas que puede dar la célula infectada pero también su patrimonio hereditario. Es lo que se denomina herencia horizontal, independiente de la reproducción. Aún hoy discutimos qué papel ha jugado y juega en la evolución.

Es cierto que todos los virus pueden comportarse de modo destructivo. Y también es cierto que no todos pueden comportarse de manera integrada.

Esas capacidades extraordinarias de los virus hacen que podamos considerarlos herramientas biotecnológicas. Capaces de portar un gen que les hayamos confiado hacia el interior del genoma de un ser vivo elegido por nosotros. Son una de nuestras armas más potentes para transformar a los seres vivos que deseemos transformar en nuestro beneficio. Incluidos nosotros. Comprender y dominar los virus, domesticarlos, puede significar adquirir un poder inmenso para manipular la biosfera. Otra cuestión es cómo usar bien ese poder…

Se calcula que el número de virus excede al de células en un factor de 10. Si fueran vida, si los consideráramos así, serían, con mucho, la forma más abundante de vida del planeta. Y ninguna célula está a salvo de ellos. Ninguna. Que sepamos.

Por tanto, si son vida, deben ser una forma de vida evolucionada a partir de lo que consideramos “vida normal”. Porque sin células no puede haber virus.

La autonomía de la célula en una molécula que se creyó aburrida

Uno de los mayores hallazgos de la historia de la ciencia es el descubrimiento de que el ADN es la molécula de la herencia y que contiene toda la información necesaria para que una célula ejecute sus funciones. Y para que, en el caso de los pluricelulares, construya toda la organización del ser vivo. Información, por tanto, funcional y estructural. Combinadas. En un mismo lenguaje, el de la secuencia de nucleótidos.

¿Por qué uno de los mayores descubrimientos? Porque eso hace a la célula autónoma. De cualquier entidad exterior a ella. Sea una divinidad, sea un ser mitológico, sea un principio misterioso. No, no… La vida no es misteriosa. Es complicada y compleja. Difícil de investigar porque nace a escala molecular y se propaga hacia lo supramolecular. Pero no es misteriosa. Es asequible; siempre que contemos con la tecnología adecuada.

Hacia mediados del siglo XX se contó con la mezcla adecuada de ingenio y tecnología. O, al menos, Avery, McLeod y McCarty la alcanzaron. Lograron identificar qué molécula era responsable de algo, descubierto 15 años antes por Griffith, y que aún no se había logrado explicar.

Experimento de Griffith
Tomado de Wikipedia

El experimento de Griffith

Si “A” no mata, y “B” no mata, “A” junto con “B” tampoco deberían matar, ¿no? Pues sí que matan, sí… “A” y “B”, que por sí solas no causan problemas, cuando están juntas matan.

¿Qué es “A”? ¿Qué es “B”?

“A” son bacterias de una cepa no patógena de Streptococcus pneumoniae. La cepa R, concretamente. Y “B” son bacterias muertas por calor de una cepa patógena de Streptococcus pneumoniae. La cepa S, concretamente. Una cepa que produce neumonía. Al inyectar la cepa R en ratones, no pasaba nada, no había enfermedad. Y tampoco al inyectar la cepa S tras matar las bacterias mediante calor. Pero… Pero al inyectar ambas simultáneamente, la cepa R viva y la S muerta, el ratón sufría neumonía. Algo había en la cepa S capaz de transformar a la R. Pero también a su descendencia. Porque del ratón muerto se recuperaban bacterias S vivas. Y sus hijas eran también S.

Durante mucho tiempo, durante 15 años, este resultado no supo ser explicado.

El experimento de Avery, McLeod, McCarty

Consistió, en esencia, en repetir el experimento de Griffith. Pero no con bacterias de la cepa S muertas por el calor, sino con fracciones moleculares de ellas. Es decir, quitando unas moléculas para dejar otras. Cuando quitaban lípidos y proteínas y dejaban solo los ácidos nucleicos, se producía el mismo resultado de Griffith. En cambio, quitando los ácidos nucleicos y dejando los lípidos o las proteínas, no lo lograban. Es más. Añadiendo enzimas que rompían el ARN se seguía obteniendo la transformación en patógena de la cepa R. Pero añadiendo enzimas que degradaban el ADN no se lograba nada de eso.

Por tanto concluyeron que el ADN era la molécula portadora de la herencia.

Pero su idea fue poco aceptada. Porque se consideraba que el ADN era una molécula poco interesante, formada por repetición constante de nucleótidos unos tras otros. De hecho, se consideraba, entonces, que el ADN de todos los seres vivos era igual porque tenía las mismas propiedades químicas y físicas. En cambio, las proteínas resultaban moléculas más interesantes, con más “glamour”. Eran diferentes de unos seres vivos a otros. Hacían multitud de cosas.

No, no… La vida no podía haber elegido para una cosa tan interesante como la herencia a una molécula tan aburrida (se pensaba entonces) como el ADN.

El cambio de mentalidad gracias a Chargaff

Poco después, el ADN comenzó a convertirse en una molécula mucho más interesante gracias a los resultados de Chargaff. Que descubrió que las cantidades de adenina y timina eran iguales entre sí. Y que las de guanina y citosina también entre sí. Pero lo que había de adenina y timina no tenía por qué ser igual que lo que había de citosina y guanina. Es más. En cada especie las cantidades de ambas parejas eran distintas de las de otras especies. Y razonablemente constantes dentro de ella. Al menos en lo tocante a animales.

Eso hizo que se prestara más atención al ADN. Eso facilitó que Hersey y Chase pensaran en una manera distinta de corroborar los resultados de Avery, McLeod y McCarty.

Experimento de Hersey-Chase
Tomado de Wikipedia

El experimento de Hersey-Chase

En microbiología se aceptó pronto que el ADN era el responsable. Al fin y al cabo, Griffith, Avery, McLeod y McCarty eran microbiólogos. Pero en el resto de las ramas de la biología, no. No hasta que otros microbiólogos, Hersey y Chase, lograron confirmar, con otro enfoque, los resultados previos. Intrigados, también por el interés que los descubrimientos de Chargaff habían revelado que tenía el ADN, esa molécula que había pasado de aburrida a interesante.

Infectaron bacterias con virus marcados. De dos tipos los virus. Los había que llevaban en su ADN un isótopo radiactivo del fósforo: 32P. Y es que las proteínas no tienen fósforo. O, mejor dicho, no en cantidades apreciables (pueden llevar algún que otro grupo P, pero muy poca cosa comparado con el ADN). Y los había que llevaban en sus proteínas un isótopo radiactivo del azufre: 35S. Y es que el ADN no tiene nada de azufre. Pero nada nada.

Infectaron las bacterias con virus marcados en su azufre. Y dentro de las bacterias no había ninguna radiactividad. De ninguna clase. Pero se producían los virus hijos. Luego las proteínas no eran. Luego infectaron con virus marcados con fósforo. Y dentro de las bacterias sí que había radiactividad. Aún más. En algunos virus detectaban esa radiactividad (no en todos, claro, porque los virus nuevos fabrican ADN nuevo, sin marcar).

1952 fue la fecha del experimento de Hersey y Chase. 1953 fue la fecha en la que Watson, Crick y Wilkins, basándose en los trabajos de Franklin, descubrieron la estructura del ADN, que encajaba perfectamente con los descubrimientos de Chargaff.

El resto de cómo hemos ido descubriendo la autonomía de la célula, su independencia de cualquier dios, mito o principio misterioso, de cómo hemos ido aumentando nuestro desconocimiento y dándonos cuenta de que no hay misterios sino hechos por descubrir, ya es historia escrita y bien conocida. Historia viva de la que somos herederos.

Una visita a la energía geotérmica

En el número de diciembre de 2012 de Investigación y Ciencia (una revista que te he recomendado, que te recomiendo, que te volveré a recomendar) hay un artículo interesante sobre la energía geotérmica. Una energía a la que no suelo prestar atención por creer que no es de aplicación en el lugar donde vivo. Una energía renovable, sí, pero que consideraba menor por no suponer ni el 0,5% de la energía eólica actualmente disponible.

Y resulta que no es cierto. Nada de eso que creía.

Merece la pena mirar la energía geotérmica. Te paso algunos datos y tú lo valoras.

Dónde obtenerla

Para empezar, tiene una característica que la diferencia del resto de renovables: es constante y permanente. No es variable como el viento que mueve la eólica o como el sol que alimenta la fotovoltaica, no depende de los vaivenes del clima como la hidroeléctrica. Y ya hay sitios donde ha triunfado: Islandia y Nueva Zelanda. Es verdad que son países pequeños (no llega a 400.000 personas Islandia, no llega a 4,5 millones Nueva Zelanda). Pero con 575 y 628 Mw instalados les resuelven mucho de su suministro. Especialmente a Islandia. Rebajando aún más su independencia de los combustibles fósiles, a diferencia de nosotros.

Para comprender bien la energía geotérmica hay que entender el gradiente geotérmico. Pero hoy nos basta con saber que el interior de la Tierra está más caliente. Y tanto más caliente conforme más al interior. Ahí tenemos lo que necesitamos para lograr obtener energía: una diferencia de temperatura entre dos puntos. El problema es cómo traer ese calor del interior al exterior, y así aprovecharlo. Para empezar, se necesita que el propio planeta ayude. Es decir, estar cerca de una vía de salida natural. Dos tercios del calor interno escapan por las dorsales oceánicas y la profundidad es un obstáculo insalvable hoy. Salvo en lugares cercanos a esas dorsales o directamente sobre ellas, como Islandia. O con un potente vulcanismo activo, como Nueva Zelanda.

En regiones más estables también se puede encontrar corteza terrestre lo suficientemente caliente como para aprovechar su energía. El calor procede de la desintegración de isótopos radiactivos y está ahí porque no tiene tan fácil salir como en los otros lugares que te comentaba, regiones volcánicas y dorsales. Se ha acumulado a lo largo de millones de años y la erosión de las rocas suprayacentes va haciendo que lo que estaba más profundo termine acercándose a la superficie.

¿Qué hace una central geotérmica?

Central geotérmica
Tomada de Union of Concerned Scientist

¿Cómo funciona una central geotérmica? De un modo sencillo. Introducen agua en profundidad, dejan que se caliente, y la extraen. Y vuelta a repetir el ciclo. Una y otra vez. Eso significa un problema. Tú podrías pensar que el problema es que ese entrar y salir agua consume energía. Y sí, pero no. Ahí no está el problema. Con lo que se obtiene se mantiene en marcha el ciclo y sobra suficiente para aprovechar como electricidad y calefacción. El problema es otro. El problema es la fracturación de la roca al introducir el agua. De hecho, la perforación de la roca es la parte más costosa del proceso. Se lleva más de la mitad del coste total de la central. Y no genera un problema, no. Genera muchos. Que aún no están bien resueltos.

Los problemas de las centrales geotérmicas

Por un lado, te recuerdo, los terremotos son desplazamientos de roca sobre roca. Así, si hay fracturas, fallas, eso es más fácil. Una central geotérmica puede favorecer que en un lugar sísmicamente estable comiencen a suceder temblores de tierra. En principio no superiores a magnitud 4 en la escala de Ritcher. Es decir, en principio no muy dañinos. Pero solo en principio. Te recuerdo que el terremoto que asoló Lorca no fue de gran magnitud pero sucedió en una falla muy superficial y muy cercana al pueblo. Y pudo tener que ver con la extracción de agua de acuíferos. Es decir, pudo ser provocado por intervención humana sobre la geosfera. No está descartado que una central geotérmica provoque problemas graves. La probabilidad no es alta, pero descartado no está, no.

Tú dirás: ¿no se pueden hacer estudios de la roca en profundidad para saber cómo es, cómo se comportará al fracturarse e introducirle agua a presión? Pues sí, claro. Pero… Pero resulta que un lugar es distinto de otro. Y no tenemos buenos modelos que indiquen cómo se va a comportar un sitio realmente. Solo podemos hacer predicciones aproximadas. Es verdad que se ha mejorado mucho en esa parte técnica. Pero no lo suficiente para eliminar altos grados de incertidumbre.

¿Y alejando las centrales de los núcleos urbanos? Pues se pierde mucho de su potencial. Porque el principal uso que tienen es dar calefacción. También electricidad, pero menos. Y  si está a gran distancia mucho de lo logrado se pierde por el camino. De hecho, las centrales geotérmicas ejecutan mejor su papel en zonas con alta densidad de población. Así que es complicado alejarlas de donde vive la gente…

Pero no acaban aquí los problemas. También esta la posibilidad de que fracase la central después de hacer todo el montaje. Eso sucede por varias razones. Una es el cortocircuito hidráulico. Que es cuando el agua pasa demasiado rápido del pozo de entrada al de salida. Sin calentarse o calentándose apenas. Ya ha pasado: en Hijiori, Japón. Por otro puede suceder que el agua haga justo lo contrario. Que no pase apenas al pozo de salida. Y se acumule. Y genere presiones peligrosamente altas. Ya ha pasado: en Landau, Alemania.

En el proceso de fracturación también pueden ir mal muchas cosas. Como cuando pinchas una roca que sirve de límite entre una capa freática y un nivel de materiales que reaccionan con ese agua. Si, p.ej., pasa agua freática a un nivel rico en anhidrita, la reacción produce yeso. Que tiene más volumen que la anhidrita. Y no poco: un 60%. Eso supone producir enormes presiones sobre la roca que está en la superficie. Ya ha sucedido: en Staufen, Alemania. Y con consecuencias para los edificios de la población en zonas donde hubo levantamientos de hasta 30 cm del suelo.

Por cierto que todos estos riesgos de las centrales geotérmicas son compartidos por el “fracking”, la fracturación hidráulica para obtener gas y petróleo que no se pueden lograr de otros modos.

Minicentrales geotérmicas domésticas

Pero quizá otro enfoque sea útil. No es que no haya centrales geotérmicas, no. Es que, además de las grandes, las haya pequeñas. De hecho, un agujero en la tierra con dos tubos, uno de entrada de agua y otro de salida de agua, es una central geotérmica. Y el calor acumulado por el suelo a causa de la radiación solar puede ser suficiente para crear una diferencia de temperatura capaz de lograr que ese agujero, con una profundidad de entre 50 y 250 m, sea rentable para calefacción, al menos en lugares fríos. En Suecia ya se extrae más energía para calefacción mediante minicentrales geotérmicas domésticas que en toda Islandia con centrales mayores. Y en Alemania una quinta parte de las viviendas de nueva construcción emplea esa técnica, contándose ya 265.000 pozos.

Geotermia de superficie
Tomado de INPhobe

Es lo que se llama geotermia de superficie. Que no está relacionada con la otra geotermia, tectónica. Su origen es el sol. Y es que la roca se calienta lentamente en verano y libera lentamente ese calor durante el invierno. Eso es algo que conocían bien nuestros antepasados que vivían en cuevas: frescas durante la época de calor, cálidas durante la fría.

Conclusión

Aunque la geotérmica sea la más estable de las energías renovables, le queda aún mucho para poder usarse con bajos niveles de riesgo. Está bien buscar más energía. Especialmente está bien buscar más energía renovable. Y si es estable, mucho mejor. Pero deberíamos esforzarnos en mejorar la eficiencia de nuestro gasto. Y reducirlo tanto como nos sea posible. No es solo producir más energía. Es usarla mejor. Sin usarla mejor nuestra sed no se apagará ni con millones de centrales geotérmicas.

La energía es uno de nuestros problemas. Es, quizá, el gran problema del siglo XXI. La ecuación de este reto tiene dos componentes: obtención y ahorro. Operando en solo uno de ellos no lograremos un futuro. No uno bueno.

El citoesqueleto me ayuda a criticar la selectividad

La capacidad de moverse debió aparecer muy pronto en la evolución celular. Es verdad que para una célula individual puede ser suficiente dejarse llevar por movimientos del medio. Pero seguro que es preferible decidir acercarse a los recursos y alejarse de los peligros en vez de confiar en el azar. Y no digamos para un organismo pluricelular, en el que, a partir de una masa inicial, no ordenada, resulta vital para el desarrollo que cada célula migre hacia su destino final.

Pero la movilidad también tiene caras oscuras, poco amables. Un tumor produce metástasis gracias a la movilidad de las células que lo integran.

Citoesqueleto
Tomado de Brentwood

¿Qué necesita una célula para moverse? Citoesqueleto. O flagelos, que son una de las modalidades del citoesqueleto.

Pero el citoesqueleto no solo mueve a la célula. También mueve su interior. Porque gracias al él hay paquetes cargados de biomoléculas que llegan a su destino, al sitio donde deben estar, mucho más eficientemente. Gracias al citoesqueleto la célula puede especializar regiones de su interior. Porque fiando únicamente al azar, las proteínas nunca llegarán a un sitio concreto, y solo a ese, sino que se dispersarán hacia todas partes. Por tanto, el citoesqueleto resultó un elemento indispensable para que la célula eucariota, compartimentada, pudiera surgir. Sin él hubiera sido imposible tener orgánulos membranosos albergando una función específica en su interior.

Pero no solo eso. El citoesqueleto es el andamiaje sobre el que se montan y desmontan membranas. Sí, sí. Membranas. Eso tan importante que constituye el límite de la célula, el lugar en el que residen la función de nutrición y la de relación, el sitio del que parten las señales que indicarán al ADN qué genes serán leídos y cuándo. Sin el citoesqueleto, la membrana eucariota no es gran cosa… Sobre todo cuando el citoesqueleto, además de sostenerla, de darle forma, ancla algunas proteínas a algunos sitios y las modula en su acción. Y, si cambia el citoesqueleto, cambia el lugar de esas proteínas y cambia la forma en que se comportan. Quien es capaz de organizar la endocitosis y la fagocitosis, quien pone y quita y mantiene proteínas en un sitio concreto, no es un mero soporte físico, no.

Matriz extraceular y citoesqueleto
Tomado de Universidad Técnica de Darmstadt

No solo eso. El citoesqueleto, en los organimos pluricelulares, conecta con la matriz extracelular (a través de la membrana). Sí, sí, esa que da soporte a los tejidos. Así,matriz extracelular y citoesqueleto son caras de la misma moneda, con la membrana en medio, relacionándose con ambas partes. Pero, además de conectar hacia fuera, también conecta hacia dentro, con el citoesqueleto del interior del núcleo. Sí, sí. Ese que interactúa con los genes para que se expresen. ¿Y qué significado tiene esto? Uno muy llamativo (a mí me parece llamativo). Que mediante una serie de tensiones físicas, de empujes y tirones, el citoesqueleto propaga información. Tirones y empujones que, partiendo de un lugar, llegan a otro. Y, allí, provocan una reacción química, allí esas fuerzas se convierten en señales moleculares. Lo cual se  conoce como mecanotransducción. Es algo muy parecido a tirar de una palanca, mover un cable y, en el extremo de ese cable, provocar una reacción. De ese modo, mediante esfuerzos físicos, una célula puede afectar a lo que sucede en el núcleo de otra célula, aunque esté algo alejada. En realidad deberíamos concebir a las células de un tejido como un todo interconectado, con el citoesqueleto y su prolongación, la matriz, como una red por la que viaja información que se convierte en acciones químicas, en síntesis de proteínas. Que logra coordinar el modo en que se ejecutan funciones por un conjunto amplio de células…

Mitosis y citoesqueleto
Tomado de CellDynamics.org

¿Quieres más? ¿Te has preguntado alguna vez qué ocurre en la mitosis con la membrana nuclear, cómo desaparece y luego reaparece, cómo se organiza la cromatina en cromosomas, cómo estos se desplazan y luego se parten en cromátidas hermanas y luego estas van cada cual a su sitio? El citoesqueleto no solo actúa decisivamente en la relación y en la nutrición, como te decía antes; o en la transmisión de información mediante la mecanotransducción, como te indicaba en el párrafo anterior. También es protagonista en la reproducción.

¿Y sabes lo que me da más rabia? Que nada de esto te lo cuenta un libro de texto de enseñanzas medias… ¿Es que tienen miedo de la biología de verdad? Me refiero a la biología dinámica, de procesos… Es raro que se centren en descripciones que parecen fotos fijas cuando la célula, la real, es mucho más un vídeo que una foto. Y, en gran parte, es un vídeo gracias al citoesqueleto. ¿De verdad crees que en un par de párrafos se puede dar por conocido el citoesqueleto, teniendo en cuenta que sus proteínas son las más abundantes de la célula? ¿Teniendo en cuenta que interviene en todas las funciones vitales y que lo hace, no como un actor secundario, sino como el principal?

Fíate menos de tu libro de texto… Y más del profesor o profesora que tengas, de hablar con ella o con él. De preguntarle.

Y, desde luego, si en selectividad te preguntan definiciones, y no el sentido de las cosas, fíate NADA de que selectividad sea algo más que un mero filtro que clasifica a la gente según unos parámetros que nada tienen que ver con el aprendizaje y mucho con la apariencia de aprendizaje.

Te dejo un vídeo con algunos conceptos de citoesqueleto, que espero ampliar, y un gráfico con lugares celulares donde actúa, donde es importante.

Funciones del citoesqueleto
Tomado de Nature

Filosofía de célula, virus y viroides

Es complicado definir vida. Por la sencilla razón de que es un fenómeno evolutivo. Es decir, no es un estado estacionario. La vida misma ha concretado algunas de sus características desde su origen. Incluso ha adquirido algunas que consideramos hoy como algo esencial, consustancial a la vida. Pero que no las tenía al principio.

Para resolver la cuestión podemos recurrir a dos enfoques. Uno inclusivo, que trate de recoger todo lo que sea vida. Es un enfoque maximalista. Otro restrictivo. Que busca qué es lo mínimo que comparten todas las formas de vida. Incluso las más extremas, las que están en la frontera, las que dudamos en incluirlas dentro de lo vivo, como virus y viroides. Este es más bien minimalista. Sea cual sea el enfoque, en ambos casos hay que ir a las raíces, al origen de la vida. Para comprender qué tenía entonces, y definirla así (restrictivo) o para recoger toda la variedad que ha desarrollado desde entonces (inclusivo).

Hoy, tras haber leído un artículo de opinión de Edward Trifonov, me centro en el enfoque restrictivo. Gracias a él podemos llegar a una idea: la de información almacenada en moléculas, capaz de autoreplicarse fielmente, pero no exactamente, y de crear un entorno favorable a ese proceso; o de aprovecharlo si lo encuentra.

Viroide
Tomado de Cronodon.com

Esa definición altera la idea que tenemos de célula. Porque la célula ya no sería la vida, sino ese entorno favorecedor. Un entorno que la vida crea porque contiene las instrucciones para ello. O también un entorno que la vida aprovecha cuando lo encuentra. Y así incluimos virus y viroides como formas de vida. Porque sabrían usar entornos ya creados, aunque no sean propios. Tendrían por tanto dos modalidades: vida y vida a la espera de ser vida.

Con este concepto la vida baja a un nivel molecular. Y no sale de ahí. Y todo lo demás su hábitat. La vida no sería, entonces, un fenómeno celular. La célula dejaría de ser la unidad mínima de vida para cederle el trono a una molécula capaz de autorreplicarse al encontrar un entorno favorable para ello. Y capaz de pervivir mientras lo encuentra y no lo encuentra.

¿Y tú y yo? ¿Qué seríamos tú y yo? Seríamos portadores de vida. Pero no seríamos vida. Seríamos su producto, su entorno, su hábitat.

Bueno, como puedes comprobar, todo esto es modos de mirar. Uno de entre varios posibles. Ni siquiera uno que me convenza plenamente porque yo me inclino por entender la vida como una propiedad emergente, algo que ninguno de sus elementos tiene pero que aparece cuando se juntan todos. Algo que posee el conjunto pero no las partes. Igual que las ruedas de un coche o su volante no tienen la propiedad “ir a alguna parte” a no ser que se organicen con todos los elementos necesarios.

Pero me ha interesado mirar así. Me gusta contemplar las cosas desde varios ángulos. Me amplía. De hecho, admito que tiene mucho sentido desde el punto de vista de la biología molecular.

Pero, ¿sabes que te digo? Que sea yo un ser vivo o un mero portador, me voy. A tomar un café. Ahora mismo… :P

Anticuerpos, perros de presa para cuando todo lo demás no ha funcionado

Inmunoglobulina
Tomado de Wikipedia
Interpretación de inmunoglobulina
Tomado de Ciencia Hoy
Isotipos
Tomado de Betina.org

Las inmunoglobulinas son las proteínas de reconocimiento de antígenos elaboradas por los linfocitos B de vertebrados. De ellas hay dos versiones. Una de membrana, el BCR. Otra soluble, los anticuerpos. Ambas muy similares, ambas capaces de reconocer al mismo antígeno si han sido fabricadas por el mismo linfocito.

Los anticuerpos cuentan con cuatro cadenas. Iguales dos a dos. Por tanto, los anticuerpos son proteínas dotadas de simetría. De las cadenas, dos son mayores que las otras dos. Y se las llama pesadas, claro… A las primeras, porque a las segundas se las conoce por el original nombre de ligeras. No me digas que no son creativos… :-P

Las cadenas pesadas se unen con las ligeras en una parte de ellas, y entre sí en otra parte. Mediante puentes disulfuro para sujetarse fuertemente. Eso le da el aspecto de “Y”, con la unión a ligeras en la zona abierta y su conexión mutua en el palo de la letra. Ambas zonas son diferentes funcionalmente. La región de unión entre pesadas y ligeras es el lugar encargado de reconocer al antígeno. Y es muy variable porque hay muchos antígenos que reconocer; dos anticuerpos son diferentes entre sí porque son diferentes en este lugar. La región de unión entre ambas pesadas es la encargada de contactar con el resto de los componentes del sistema inmunitario a los que vayan a activar. Y es muy constante. Todos los anticuerpos son iguales si los miras por este lado. Y es lógico, porque van a contactar con los mismos elementos, sean macrófagos, linfocitos, complemento…

Hay cinco tipos de cadenas pesadas. No, no todas son iguales. Y, de esa manera, tenemos cinco tipos de anticuerpos, cinco isotipos: IgM, IgD, IgG, IgA, IgE (supongo que habrás adivinado que “Ig” significa inmunoglobulina…). También hay dos tipos de ligeras pero… pero son funcionalmente idénticas, así que no le voy a prestar más atención a eso hoy. ¿Por qué te cuento los tipos de cadenas pesadas? Porque esas diferencias las hacen capaces de unirse, o no, a unos receptores concretos. Y, por tanto, activar unos mecanismos inmunitarios u otros. Las inmunoglobulinas M, D, G, A y E actúan de modo distinto. Además, IgM es un pentámero (cinco unidades de inmunoglobulina unidas entre sí) e IgA es un dímero.

¿Qué logramos hacer con anticuerpos? Lo más básico, y muchas veces lo más eficiente, es recubrir físicamente al portador de antígenos. Con una capa de anticuerpos sobre él, unidos a todos los puntos a los que se puedan unir. Eso se llama neutralización del patógeno. Eso lo logran por sí mismos. Con sus partes variables. Que son las que ejecutan ese verbo: neutralizar. Y si el anticuerpo da con un antígeno diana que es importante para que el patógeno actúe (p.ej., una molécula que usa para reconocer a la célula a la que ha de dañar), pues todavía mejor…

Pero con sus partes constantes, fácilmente reconocibles por muchos otros agentes del sistema inmunitario, puede inducir más acciones, activarlas. Ese es el verbo de sus partes constantes: inducir. IgM, IgG e IgA pueden activar al complemento (por la vía clásica). Puede estimular la fagocitosis por los macrófagos (y por cualquier otra célula que tenga el receptor FcR). A esta estimulación de la fagocitosis se le ha dado un nombre propio: opsonización. Puede promover la acción citolítica (ya sabes, hacer agujeros en membranas) de linfocitos NK y eosinófilos. Pero también de neutrófilos y macrófagos, aunque estos en menor medida (son capaces de ejecutar esa función pero no es su profesión, no son especialistas en ello). IgE puede activar a basófilos y mastocitos y, por tanto, estimular la inflamación (de ahí que la alergia venga mediada por esa inmunoglobulina).

Y no hemos acabado… Es que IgM e IgA reconocen, con sus partes constantes, a otras que son como ellas, a otras IgM o a otras IgA. Y se unen entre sí, se polimerizan. Imagina que eres patógeno y se te han pegado múltiples IgM o IgA. Ahora, junto a ti, hay otro patógeno. Y tus IgM o IgA se unen a las de él, se enredan. Y otro. Y otro más. No puedes arrastrar todo ese peso, no puedes desplazarte. Solo te queda esperar a que te rematen. Es lo que se llama aglutinación.

Resumiendo, y en palabras sencillas y muy claras tomadas del fantástico libro de Inmunología de Regueiro, Lopez, González y Martínez (uno de los más recomendables que conozco en este tema), en sus palabras, te decía…:

“Las inmunoglobulinas reconocen antígeno en su estado nativo y lo hacen más manejable.”

Es decir, por el antígeno saben donde está el patógeno y mejoran el impacto de acciones que antes, por sí solas, no habían sido suficientes. Pero, además, lo inmovilizan y lo recubren. Para que haga menos daño. Son ayudantes de la inmunidad innata pero ambién son más que eso. Son perros de presa, que olfatean la presa y llevan al cazador hasta ella. Pero también muerden.

Otro día te daré detalles de las regiones variables e hipervariables, que son interesantísimas.

Pero hoy, quédate con cómo los anticuerpos neutralizan al virus de la gripe. E imagina disponer de esos anticuerpos para enfrentar esa enfermedad que, un día u otro, se volverá muy, muy peligrosa…