Los virus, nanomáquinas que evolucionan

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Las células son las unidades estructurales y funcionales de la vida, tanto en los microorganismos como en los seres pluricelulares. Sin embargo, en la naturaleza existen otras entidades subcelulares que contribuyen activamente a la dinámica y evolución de los ecosistemas: los viroides y los virus. En ambos casos existe una interesante controversia científica acerca de si deben ser considerados o no como seres vivos, dado que ambos son capaces de replicarse y evolucionar (dos características fundamentales de la vida). Pero siempre a expensas de la maquinaria metabólica que proporciona la célula a la que parasitan: por tanto no son autónomos y, de hecho, cuando están fuera de su célula hospedadora se degradan rápidamente si no infectan una nueva diana.

Sin entrar en detalles, podemos decir que los viroides son moléculas de ácido ribonucleico (ARN) que poseen entre 250 y 400 nucleótidos (nt) de longitud, y que a pesar de no codificar ninguna proteína ni estar recubiertas por una envoltura proteica son capaces de infectar numerosas especies de plantas y producir enfermedades en ellas.

Por su parte, los virus son entidades replicativas compuestas por un genoma (de ARN o de ADN) protegido por una cobertura proteica denominada “cápsida”, y en algunas familias virales por una membrana lipídica exterior. La siguiente imagen muestra un ejemplo del genoma completo de un virus, visualizado por AFM. Se trata de una molécula de RNA de doble cadena y unos 4.600 nt, que constituye el genoma del virus denominado “L-A”, que infecta a la levadura Saccharomyces cerevisiae (muestra obtenida en el Instituto de Microbiología Bioquímica, CSIC-U. de Salamanca, e imagen tomada sobre una superficie de mica en el Centro de Astrobiología, CSIC-INTA).

Un ejemplo del genoma completo de un virus CSIS-INTA

Un ejemplo del genoma completo de un virus CSIS-INTA

Los virus son parásitos capaces de infectar a cualquiera de las especies celulares conocidas (de animales, plantas, hongos o microorganismos unicelulares) y se han encontrado en todos los entornos en los que se han buscado, incluyendo los más extremos de nuestro planeta. Su existencia ya fue sugerida a mediados del siglo XIX cuando uno de los padres de la microbiología, Louis Pasteur, fue incapaz de encontrar el microorganismo causante de una enfermedad entonces mortal: la rabia.

Dado que ese patógeno atravesaba los filtros con menor tamaño de poro que entonces se podían construir (escapando por tanto a los sistemas de esterilización por filtración), y que no se detectaba a través del microscopio óptico, concluyó que la rabia era causada por algo muy diferente a los “microbios” o “toxinas” entonces conocidos: bacterias, hongos y protozoos. En efecto, hoy sabemos que Pasteur estaba luchando contra un enemigo que en aquella época era invisible, porque sus dimensiones se encuentran en el rango de los nanómetros.

Primeros virus descubiertos en el siglo XIX

Los primeros virus fueron descubiertos a finales del siglo XIX, aunque no pudieron ser observados directamente hasta la década de 1930, gracias a un avance tecnológico trascendental: la microscopía electrónica. El tamaño de cada partícula viral o “virión” depende de la familia a la que pertenece, pero por lo general se sitúa entre los 20 y los 400 nanómetros de diámetro: los más grandes tienen casi la mitad del tamaño de una bacteria típica como E. coli, mientras que los más pequeños son unas 50 veces menores que ella.

La investigación por microscopía electrónica y difracción de rayos X ha mostrado que las cápsidas de los virus poseen una muy elevada simetría, lo que les permite construirla empleando una sola proteína o un número muy reducido de ellas, en el número de copias necesario para que se produzca el autoensamblaje molecular.

Los virus con simetría isométrica tienen forma de icosaedro o esfera, mientras que los de simetría helicoidal originan morfologías filamentosas o de bastón. Los mecanismos que emplean los virus para hacer copias de sí mismos son muy variados, pero en todos los casos se basan en que infectan un tipo celular concreto, se replican en su interior (produciendo mutaciones, más numerosas en el caso de los virus con genoma de RNA), y salen (unas veces rompiendo la célula infectada y otras no) para infectar otras células y continuar la infección. Los virus son, por tanto, nanomáquinas replicativas que han ido apareciendo en la naturaleza y evolucionando en paralelo a las células desde el origen de la vida.

Debido a sus dimensiones, durante los últimos años la investigación en virología se ha beneficiado de muchos de los avances en nanotecnología. Así, por ejemplo, gracias a técnicas como las pinzas ópticas se ha podido estudiar las características del nanomotor molecular con el que el virus bacteriófago denominado Phi29 empaqueta su genoma de ADN una vez que ha concluido su ciclo infectivo en la bacteria Bacillus subtilis, como describimos en un artículo anterior. Por otra parte, mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) se está profundizando en la caracterización estructural de algunos virus completos y sus componentes moleculares en condiciones nativas. En paralelo, la variante de la técnica de AFM conocida como “espectroscopía de fuerzas” permite estudiar características físicas de partículas virales individuales como es su resistencia mecánica a la compresión por la micropalanca. Por ejemplo, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid y del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CSIC-UAM) están estudiando el papel que desempeña la presión interior ejercida por el genoma de ADN del denominado “virus diminuto del ratón” en el mantenimiento de la estructura de la partícula viral, para lo que analizan por separado viriones completos y cápsidas vacías, tanto en su variante natural como incluyendo proteínas con determinadas mutaciones.

Nanotubos naturales LAVAL UNIVERSITY

Nanotubos naturales LAVAL UNIVERSITY

También se trabaja con virus como sistemas modelo en el campo de la nanofluídica, tal como ejemplifica un estudio realizado por el CIC-Nanogune de San Sebastián utilizando el virus del mosaico del tabaco, que infecta a la planta Nicotiana tabacum. La cápsida de este virus (mostrada en la siguiente imagen de microscopía electrónica de transmisión, con una referencia de tamaño de 100 nm), posee simetría helicoidal y su forma es cilíndrica, con unos 300 nm de longitud, 18 nm de diámetro externo y 4 nm de diámetro interno. Mediante la combinación de estos nanotubos naturales con sistemas de micro- y nanofluídica, depositando nanogotas en ambos extremos de la cápsida se puede estudiar la difusión de iones metálicos y la migración de nanopartículas de oro por su interior. Con ello se analiza cómo fluyen los líquidos en tubos con diámetros menores de 30 nm, un límite a partir del cual se sabía poco sobre su comportamiento hidrodinámico.

Otra aplicación prometedora de los virus en bionanotecnología consiste en aprovechar que son nanomáquinas naturales muy especializadas, capaces de llegar a células concretas y entrar en ellas. Así, las cápsidas de virus desprovistas de su genoma (o bien virus completos modificados para eliminar su capacidad infectiva) pueden utilizarse como nanosistemas dispensadores de fármacos, que tras ser inyectados en el individuo enfermo reconocen sus dianas (por ejemplo, células tumorales) y liberan en su interior el cargamento terapéutico. En la actualidad existen distintas líneas de investigación en este campo, donde los virus están demostrando ciertas ventajas frente a otros nanodispensadores como nanopartículas, nanotubos de carbono o vesículas de distinto tipo. Este tema lo trataremos con mayor profundidad en otra ocasión, ya que constituye una de las líneas de trabajo más prometedoras de la nanomedicina.

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Más de 900.000 euros para impulsar el estudio del cerebro

De ellos, la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno destinará 282.000 euros a becas predoctorales en Neurociencia

De generoso y estimulante calificó la doctora Carmen Cavada el apoyo económico de 943.000 euros a la Neurociencia española por parte de la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno. Este dinero se repartirá entre becas predoctorales, proyectos de investigación, actividades de divulgación y el patrocinio de la Cátedra UAM-Fundación Tatiana Perez de Neurociencia.

El pasado mes de marzo la Fundación anunció la creación de la Cátedra UAM-Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno de docencia e investigación en Neurociencia. La cátedra, que dirige la doctora Cavada, tiene como objetivo principal la coordinación del Plan de Apoyo a la Neurociencia Española de la Fundación y elfomento de la docencia, la investigación y la difusión de los conocimientos en Neurociencia, especialmente en la comprensióndel sistema nervioso humano y de las enfermedades que lo afectan.

Para la puesta en marcha y seguimiento de su Plan de Apoyo a la Neurociencia Española, la Fundación cuenta con un comité científico formado por investigadores de gran prestigio: Joaquín Fuster, catedrático de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento de la Universidad de California en Los Ángeles; Jesús Flórez, catedrático de Farmacología de la Universidad de Cantabria y presidente de la Fundación Down 21; Luis Miguel García Segura, profesor de Investigación en el Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y José Serratosa, Jefe del Servicio de Neurología de la Fundación Jiménez Díaz de Madrid.

Previamente, en febrero de este año, la Fundación destinó 525.000 euros, distribuidos en tres años, a proyectos de investigación en Neurociencia. A la convocatoria se han presentado más de 200 solicitudes que están siendo actualmente examinadas por científicos independientes. Además, en la presentación de las ayudas que ha tenido lugar esta mañana, se ha anunciado la convocatoria nacional de becas para realizar tesis doctorales en el ámbito de la Neurociencia, a las que destinarán otros 282.000 euros.

Retos de la Neurociencia

El plan de apoyo a la Neurociencia prevé también la realización dereuniones científicas para favorecer el intercambio de conocimientos entre los neurocientíficos y contribuir a la formación de los jóvenes investigadores. La primera de estas reuniones tendrá lugarel próximo 6 de junio en la Real Academia Nacional de Medicina y en ella se presentará de forma oficial el Plan de Apoyo a la Neurociencia, promovido por la Fundación.

Este primer simposio analizará los “Retos de la Neurociencia en el siglo XXI”, y contará con la presencia de destacados investigadores que hablarán sobre la iniciativa Brain en EEUU (Álvaro Pascual-Leone) y el proyecto Cerebro Humano europeo (Javier de Felipe), el reto que presentan las dos patologías neurodegenerativas más prevalentes (alzhéimer y párkinson) y la discapacidad intelectual.

La Neurociencia tiene gran futuro en este momento y esta ayuda se alinea con las iniciativas Cerebro Humano de Europa y Proyecto Brain de Estados Unidos, para darle un impulso nuevo a esta disciplina”, destaca Carmen Cavada. La catedrática resaltó también que esta iniciativa privada se inscribe en la tradición científica española que representa nuestro Nobel Santiago Ramón y Cajal, considerado el padre de la Neurociencia moderna, y que continúan los neurocientíficos españoles actuales, “muy activos y con gran reconocimiento internacional”.

Más de 900.000 euros para impulsar el estudio del cerebro – ABC.es.

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El gran catálogo de las proteínas humanas descubre 193 desconocidas hasta ahora

La lista facilitará el trabajo de los investigadores. Los nuevos hallazgos indican que el funcionamiento de los genes es más complejo de lo que se creía

Los científicos están más cerca que nunca de conseguir un «catálogo» de las proteínas, unas moléculas muy diversas que tienen un papel fundamental en el funcionamiento de todas las células, tejidos y órganos de los Seres Vivos.

Después de que el «Proyecto Genoma Humano» consiguiera en 2003 registrar el conjunto de los genes humanos, este jueves 29, un grupo internacional de investigadores de la Universidad Johns Hopkins (Estados Unidos) y el Instituto de Bioinformática de Bangalore (India) publicará en Nature los resultados que le han permitido elaborar uncatálogo inicial del conjunto de las proteínas humanas o «proteoma».

«Puedes pensar en el cuerpo como una enorme biblioteca en la que cada proteína es un libro», ha dicho el Doctor Akhilesh Pandey, de la Universidad Johns Hopkins. «La dificultad es que no tenemos un catálogo completo que nos diga qué libros están disponibles ni dónde encontrarlos. Creemos que ahora tenemos un buen primer borrador de este catálogo».

Muchos investigadores consideran que tener catalogadas a las proteínas humanas, y saber en qué lugar están, puede ser aún más útil que tener a los genes humanos registrados. La razón es que los genes tienen la información necesaria para producir o codificar proteínas, como si fueran los planos de un edificio en construcción, pero las proteínas son a la vez los ladrillos y los albañiles, ya que forman parte de la estructura de las células y llevan a cabo la gran mayoría de sus funciones. Por ello, este catálogo puede tener mucho interés en investigaciones biomédicas.

Más complejo de lo que se pensaba

Además se ha producido un hallazgo muy sorprendente que pone en duda lo que se sabe por ahora del ADN. Y es que entre las proteínas caracterizadas, han aparecido 193 «producidas» o expresadas en genes que en teoría no deberían ser capaces de hacerlo. «Esta es la parte más excitante de este estudio, encontrar más complejidades en el genoma», dice Pandey, ya que esto «significa que no entendemos completamente cómo la célula lee el ADN, porque claramente esas secuencias codifican para proteínas».

Los autores del artículo han identificado más de 30.000 proteínas codificadas por 17.294 genes, lo que constituye el 84 por ciento de los genes capaces de expresar o «producir» proteínas. Para ello, los científicos han tomado muestras de 30 tipos de tejidos humanos y han extraído las proteínas allí presentes. A continuación, las han «cortado» con enzimas, moléculas que a veces son capaces de actuar como tijeras químicas, para fragmentar a las proteínas en unidades menores, llamadas péptidos. Por último, analizaron la abundancia y la composición de esos péptidos.

Una base de datos para científicos

«Al generar una base de datos de proteínas, le hemos facilitado a otros investigadores que identifiquen las proteínas en sus experimentos», ha asegurado Pandey. Sin embargo, aclara que estudiar las proteínas es más complicado que estudiar los genes, porque las estructuras y las funciones de estas moléculas son complejas y diversas.

De hecho, Pandy cree que el proteoma humano es tan extenso y complejo que el catálogo de los investigadores nunca estará completo del todo.

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Descubiertas unas ‘células escudo’ que protegen los tumores

Su desactivación facilita los tratamientos inmunológicos contra el cáncer

Imagen de una célula cancerosa de mama.

La inmunoterapia contra el cáncer —enseñar al sistema de defensa del organismo a atacar a las células tumorales— se presenta como la nueva revolución en oncología. Pero no es fácil. La revista Nature Medicine ha publicado un artículo en el que el proceso no se centra directamente en combatir las células tumorales, sino en otras que pululan a su alrededor y que, de alguna manera, hacen de escudo. El trabajo, que han realizado científicos del MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas, consiste, básicamente, en identificar unos péptidos (cadenas cortas de aminoácidos, que son los eslabones que forman las proteínas) que tienen la capacidad de unirse específicamente a estas células escudo,las células supresoras de origen mieloide (MDSC por sus siglas en inglés). De esta manera, las marcan e identifican para dirigir un ataque que las elimine.

Esa es la segunda parte del ensayo: unir a estos péptidos con unos anticuerpos. Al conjunto resultante lo han llamado en inglés peptibodies(pepticuerpos). El resultado es similar al de añadir un explosivo a una llave: solo actuará contra la cerradura específica. Con este proceso se puede dirigir el ataque a las células que se quieren eliminar, las MDSC. Así, las células tumorales quedan expuestas al sistema inmunitario convenientemente educado.

Larry Kwak, quien ha dirigido el trabajo junto a Hong Qin, lo explica así: “Hace una década que sabíamos que estas células bloqueaban[LAS MDCS] la respuesta inmune, pero no habíamos sido capaces de desactivarlas porque no teníamos identificada la diana”.

Esa búsqueda de unos ligandos específicos ha sido clave en el trabajo. Para encontrarlos, el equipo de investigadores, que no contaba con una idea de qué parte de las MDSC eran las mejores para actuar, recurrió a un sistema que podría calificarse de poco sutil: probar a ciegas toda una serie de péptidos de las librerías que existen, hasta encontrar los que se unían a la superficie de estos escudos de las células tumorales. Al final encontraron dos, que llamaron G3 y H6. Estos tenían una ventaja añadida: no solo se unían a las MDSC que se querían eliminar, sino que, además, no se unen a otro tipo de células. Eso es importante porque permite dirigir la terapia, y es clave para, si se llega a probar en humanos, evitar efectos secundarios.

Para verificar que esta idea funciona, los investigadores trataron ratones con dos tipos de cáncer de timo (un pequeño órgano que se encuentra en el pecho y produce, en los primeros momentos del desarrollo, células inmunitarias) con varias combinaciones: a unos les dieron los nuevospepticuerpos; a otros les dieron otras sustancias que hicieron de control. Lo primero que vieron es que el grupo tratado con las nuevas moléculas reducía su cantidad de MDSC, lo que era señal de que la idea funcionaba. “Es la primera demostración de que podemos crear anticuerpos para esas células. Es una diana radicalmente novedosa para la inmunoterapia”, ha dicho Kwak.

El investigador cree que, a partir de ahora, puede volver a la idea inicial de provocar una respuesta inmunitaria (que generalmente se llama vacuna, aunque no funciona como las que conocemos para muchas enfermedades infecciosas) para estimular la respuesta inmunológica contra las células cancerosas. Esto, hasta ahora, no había funcionado. “La clave para llevar las vacunas del cáncer a otro nivel es combinarlas con inmunoterapias destinadas al microentorno del tumor”, expone Kwak.

Pero esto no es suficiente. El verdadero objetivo de los investigadores no son las células que hacen de escudo, sino verificar que, una vez eliminado este, los tumores disminuían. Y esto también lo comprobaron: trataron a los ratones con los pepticuerpos diariamente durante dos semanas, y, al final, los cánceres se habían reducido a la mitad.

Las noticias son esperanzadoras, pero incompletas. Por ejemplo, los propios autores del trabajo indican que no saben exactamente cómo actúan las MDSC en su papel de protector de las células tumorales. Sin embargo, los investigadores ya están trabajando para extender sus hallazgos de ratones a humanos.

Descubiertas unas ‘células escudo’ que protegen los tumores | Sociedad | EL PAÍS.

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Fotones contra el cáncer

El Icfo y el Clínic aplican la física más avanzada en la lucha contra los tumores

Pere Gascon, Romain Quidant y Àngels Sierra muestran un chip para diagnóstico de cáncer. Gascon y Sierra son médicos del hospital Clínic y Quidant es físico del Institut de Ciències Fotòniques Alina Hirschmann / ICFO

Es la medicina de la luz. Consiste en utilizar las asombrosas propiedades de los fotones, las partículas de la luz, para diagnosticar y tratar enfermedades. El hospital Clínic y el Institut de Ciències Fotòniques (Icfo) la han empezado a aplicar al cáncer de mama. Más adelante, está previsto extenderla al cáncer de próstata y de hígado. También el instituto de investigación del sida IrsiCaixa ha iniciado una colaboración con el Icfo para aplicarla a la lucha contra el VIH.

“Es la bomba”, exclama admirado Pere Gascón, jefe del servicio de oncología médica del hospital Clínic. La tecnología que han desarrollado el físico Romain Quidant y su equipo en el Icfo para detectar proteínas en la sangre “es mucho más sensible que los tests que utilizamos actualmente”, destaca Gascón. Además, ofrece resultados en menos de una hora y es barata.

Primer objetivo: cáncer de mama. La investigadora Àngels Sierra, del instituto Idibaps del Clínic, lleva dos años colaborando con el Icfo para crear un dispositivo capaz de detectar la proteína GRP94. Esta proteína indica si una paciente con cáncer de mama tiene una alta probabilidad de sufrir una metástasis en el cerebro. Poder detectarla cuando su concentración aún es muy baja “permitirá ajustar el tratamiento según la evolución que va a tener cada paciente”, destaca Sierra.

Además, añade la investigadora, la técnica tiene la ventaja de que bastan los análisis de sangre rutinarios que se hacen en el seguimiento de las pacientes para tener resultados. Por lo tanto, no supone ninguna incomodidad ni ningún riesgo para las afectadas, y no tiene por qué suponer un gran coste para la sanidad -aunque la técnica es experimental y su precio aún no se ha fijado-.

Pere Gascón, por su parte, prevé aplicar la técnica para detectar una proteína característica del cáncer de próstata (llamada PSA) y otra del cáncer de hígado (la alfa-fetoproteína).

El objetivo a medio plazo es analizar de manera simultánea una decena de proteínas que aporten información sobre un cáncer concreto, explica el inventor de la técnica, Romain Quidant. Con ello se podrá ver, por ejemplo, si un paciente responde de manera adecuada a un tratamiento. Pero “estamos al principio y aún analizamos las proteínas de una en una”, explica Quidant.

Aún en el campo del cáncer, Quidant investiga una manera de utilizar la fotónica para destruir células tumorales. La estrategia consiste en unir nanopartículas de oro con anticuerpos capaces de acoplarse a células tumorales. Estas nanopartículas son sensibles a la luz y se calientan a altas temperaturas cuando absorben luz de determinadas longitudes de onda. De este modo, es posible destruir las células tumorales por hipertermia cuando las nanopartículas se unen a ellas. La estrategia ya se está ensayando en ratones en una investigación realizada con Àngels Sierra en el instituto Idibaps.

Más adelante, Quidant y sus colaboradores tienen previsto equipar las nanopartículas de oro con fármacos antitumorales, además de anticuerpos. Si funciona como espera, los anticuerpos guiarán las nanopartículas hasta las células cancerosas. Una vez allí, se les aplicará una luz desde el exterior del cuerpo, de modo que se liberarán los fármacos directamente en el tumor. Esto debería permitir aumentar la dosis de fármaco que llega al tumor al tiempo que se reducen los efectos secundarios en el resto del cuerpo. “Esperamos ayudar a mejorar la eficacia de los tratamientos”, explica Quidant.

Más allá del cáncer, la nueva técnica de diagnóstico en la sangre puede ser útil también contra el sida, señala Roger Paredes, investigador del instituto IrsiCaixa que colabora con el Icfo. “Nuestro objetivo es conseguir un método para medir la carga viral que sea rápido, sencillo y barato”, explica Paredes. En el momento actual, la técnica para medir la cantidad de virus en la sangre es demasiado compleja y costosa para repetirse con frecuencia en los países ricos y para utilizarse en los países pobres.

El resultado es que muchos pacientes siguen tomando fármacos después de que el virus se haya vuelto resistente a ellos. La técnica que ha desarrollado Quidant en el Icfo abre la vía a que medir la carga viral sea tan sencillo para un portador del VIH como medir la glucemia para una persona diabética, destaca Paredes.

La nueva técnica, fruto de cinco años de investigación, se ha presentado en la revista científica Nano Letters. Una limitación que tiene por ahora es que sólo puede detectar aquellas proteínas para las que está disponible un anticuerpo. Por lo tanto, aún no puede detectar cualquier proteína de cualquier célula tumoral. Pero sus posibles aplicaciones se ampliarán previsiblemente en el futuro a medida que se identifiquen más anticuerpos útiles para el diagnóstico. “Pronto podremos detectar también material genético, además de proteínas”, explica Quidant.

Como ocurre con toda nueva tecnología, es demasiado pronto para saber si acabará utilizándose a gran escala o no. Pero la coincidencia en el área de Barcelona de centros de investigación biomédica y de un instituto de fotónica de primer nivel crean un entorno propicio para ponerla a punto. El Icfo dispone además de una unidad profesional de transferencia de tecnología para que los resultados de sus investigaciones se conviertan en productos socialmente útiles y económicamente rentables. A ello se añade la financiación aportada por la Fundació Cellex para desarrollar aplicaciones biomédicas a partir de la fotónica. “Esto no hubiera sido posible sin Cellex”, reconoce Lluís Torner, director del Icfo.

Fotones contra el cáncer.

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Recrean la actividad del cerebro de un gusano en una imagen en tres dimensiones |MIT

La técnica podría ayudar a los científicos a descubrir cómo las redes neuronales procesan la información sensorial y generan comportamientos


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MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY (MIT) Han creado un sistema de imagen que revela la actividad neuronal en todo el cerebro de los animales vivos

http://www.abc.es/videos-ciencia/20140519/neuron-activity-3575158976001.html

Se trata de una técnica pionera, la primera primera mediante la cual se pueden generar imágenes en 3-D de los cerebros enteros de los animales en una escala de tiempo de milisegundos, y que podría ayudar a los científicos a descubrir cómo las redes neuronales procesan la información sensorial y generan comportamientos.

Lo han conseguido un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Viena, que han creado un sistema de imagen que revela la actividad neuronal en todo el cerebro de los animales vivos.

El equipo utilizó el nuevo sistema de imagen para captar la actividad de cada neurona del gusano «Caenorhabditis elegans», así como la actividad de todo el cerebro de una larva de pez cebra, ofreciendo una imagen más completa de la actividad del sistema nervioso de lo que había sido posible hasta ahora.

según Ed Boyden, uno de los autores del trabajo, so se conoce la actividad de una sola neurona del cerebro «no se puede saber cómo se está computando la información, de este modo, se necesita saber qué están haciendo las neuronas ascendentes para entender lo que significa la actividad de una neurona determinada».

Esto quiere decir, según el científico, que «si usted quiere entender cómo la información se está integrando en las sensaciones y da paso a la acción, hay que ver todo el cerebro».

Con las nuevas posibilidades derivadas de este sistema en 3D el enfoque de esta investigación podría ayudar a los neurocientíficos a aprender más acerca de las bases biológicas de los trastornos cerebrales.

En la actualidad, según Boyden, no se sabe muy bien, en cualquier trastorno cerebral, el «conjunto exacto de las células que participan», por lo que «la capacidad para estudiar la actividad en todo el sistema nervioso puede ayudar a identificar las células o redes que están involucradas con un trastorno del cerebro, dando lugar a nuevas ideas para terapias».

¿Cómo codifican la información las neuronas?

Las neuronas codifican la información -datos sensoriales, planes motores, los estados emocionales y pensamientos- mediante impulsos eléctricos llamados «potenciales de acción», que provocan elderramamiento de iones de calcio en cada celda al dispararse. Dirigiendo proteínas fluorescentes que brillan cuando se unen al calcio, los científicos pueden visualizar este encendido electrónico de las neuronas.

Sin embargo, hasta ahora no ha habido forma de poner imagen a esta actividad neuronal en gran volumen, en tres dimensiones, y en alta velocidad. La exploración del cerebro con un rayo láser puede producir imágenes en 3D de la actividad neuronal, pero se necesita mucho tiempo para capturar una imagen, ya que cada punto debe ser escaneado individualmente.

El equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts quería lograr imágenes en 3D similares pero acelerar el proceso para que pudieran ver la descarga neuronal, que se produce en sólo unos milisegundos. El nuevo método se basa en una tecnología ampliamente utilizada conocida como imágenes de campo claro, que crea imágenes en 3D mediante la medición de los ángulos de los rayos entrantes de la luz.

Los microscopios que realizan imágenes del campo de luz han sido desarrollados anteriormente por varios grupos. En el nuevo estudio, los investigadores del MIT y austriacos optimizaron estos microscopios óptico de campo para lograr, por primera vez, obtener imágenes de actividad neuronal.

Con este tipo de microscopio, la luz emitida por la muestra que se va a examinar se envía a través de un conjunto de lentes que refracta la luz en diferentes direcciones. Cada punto de la muestra generaalrededor de 400 puntos de luz diferentes, que luego se pueden recombinar utilizando un algoritmo de computadora para recrear la estructura 3D.

Recrean la actividad del cerebro de un gusano en una imagen en tres dimensiones – ABC.es.

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La mancha menguante de Júpiter

ASTRONOMÍA El ‘Hubble’ comprueba que se ha reducido al menor tamaño jamás registrado

A la izquierda, la gran mancha de Júpiter, y a la derecha, tres imágenes que muestran la reducción de su tamaño. NASA

La característica Gran Mancha Roja de Júpiter, una gigantesca tormenta más grande que la Tierra, está encogiendo a un ritmo cada vez más acelerado. En los años 30, los astrónomos detectaron por primera vez que su tamaño se estaba reduciendo, e inclusoalterando su forma de un óvalo a un círculo. Pero ahora, nuevas imágenes captadas por el telescopio espacial Hubble muestran que las dimensiones de la mancha son más pequeñas que nunca.

La Gran Mancha Roja es una tormenta circular anticiclónica en cuyo interior soplan vientos a velocidades inmensas que alcanzan cientos de kilómetros por hora.

Las primeras observaciones astronómicas de este fenómeno se registraron a finales del siglo XIX, y en aquella época se calculó que su tamaño abarcaba 41.000 kilómetros desde sus dos extremos(suficiente para albergar cómodamente a tres planetas como el nuestro).

Entre 1979 y 1980, la sonda Voyager de la NASA comprobó que la mancha había menguado a casi la mitad de este tamaño, abarcando 23.335 kilómetros. Pero ahora, el Hubble ha comprobado que el ‘ojo’ de Júpiter ha encogido todavía más.

“Las observaciones del Hubble confirman que la mancha se encuentra ahora justo por debajo de 16.500 kilómetros de un extremo a otro, el diámetro más pequeño registrado hasta ahora”, asegura Amy Simon, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, en un comunicado difundido por la agencia espacial estadounidense.

Algunas observaciones realizadas por astrónomos aficionados desde el año 2012 ya habían detectado que la reducción del tamaño de la mancha se había acelerado. De hecho, los expertos calculan que su ‘cintura’ está menguando a un ritmo de 1.000 kilómetros cada año. Las causas de esta reducción de su tamaño por el momento se desconocen.

“En nuestras nuevas observaciones, es evidente que unos pequeños remolinos están penetrando en la tormenta”, explica Simon. “Nuestra hipótesis es que quizás esto explique la reducción acelerada de la mancha, al alterar sus dinámicas internas”.

La intención del equipo de Simon es estudiar este fenómeno en mayor profundidad para intentar determinar cómo estos remolinos están debilitando a la gran tormenta de Júpiter.

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