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| Imagen de radar de la parte suroeste del cráter de Chicxulub (que se halla enterrado en la península de Yucatán), tomada en 1994 por el transbordador espacial Endeavour. Se piensa que el impacto que originó ese cráter condujo a la extinción de los dinosaurios. [NASA/JPL-Caltech] Todos conocemos la historia: hace 66 millones de años, un enorme asteroide se estrelló contra la Tierra, acabando con tres cuartas partes de las especies, incluidos casi todos los dinosaurios. Los investigadores sospechan que el impacto causó la extinción al levantar una nube de polvo y pequeñas gotas (aerosoles) que sumergieron al planeta en una especie de invierno nuclear. «La presencia de esos componentes en la atmósfera provocó un enfriamiento y una oscuridad globales que habrían impedido que se produjera la fotosíntesis, destruyendo la cadena alimenticia», explica Shelby Lyons, investigadora en la Universidad Estatal de Pensilvania. No obstante, los científicos también han encontrado gran cantidad de hollín en las capas geológicas que se depositaron inmediatamente después del impacto del asteroide. Dependiendo de cuál fuera su procedencia, ese hollín también pudo formar parte del mecanismo letal. Es probable que parte del hollín se generase en los incendios forestales que estallaron en todo el planeta tras la colisión. Sin embargo, la mayoría de esas partículas habrían permanecido solo unas pocas semanas en la parte baja de la atmósfera y no habrían afectado demasiado al clima global. Pero los científicos piensan que el hollín también pudo provenir de las propias rocas que pulverizó el asteroide. Si esas rocas hubieran contenido una cantidad considerable de materia orgánica (por ejemplo, restos de organismos marinos), esta se habría quemado como consecuencia del impacto, enviando hollín a la estratosfera. En ese caso, el hollín se habría esparcido alrededor del mundo en cuestión de horas y habría permanecido allí durante años, alterando radicalmente el clima del planeta. Así que Lyons y su equipo se propusieron identificar el origen del hollín. Para ello, estudiaron los compuestos químicos conocidos como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que constituyen otro subproducto de la combustión. «Podemos encontrar HAP en la carne o las verduras cocinadas a la parrilla, en los gases de escape de un coche, y también en el humo y los rescoldos de los incendios forestales», apunta Lyons. Los HAP constan de varios anillos de átomos de carbono que se han unido (podemos tratar de visualizarlo pensando en una malla metálica). Para determinar el origen del hollín, los investigadores analizaron la estructura y las propiedades químicas de los HAP enterrados junto a él. En concreto, buscaron grupos de átomos que se extendieran como «puntas» desde los anillos (grupos alquilo). Los HAP generados por la combustión de la madera no tienen demasiadas puntas, mientras que los que resultan de la quema de carbono fósil (como el que habrían contenido las rocas) presentan más. Lyons y sus colaboradores hallaron esas puntas en la mayoría de los HAP que se depositaron tras el impacto, lo cual parece indicar que el hollín procedente de las rocas golpeadas por el asteroide jugó un papel importante en la extinción masiva y viene a confirmar otros estudios previos que apuntaban en la misma dirección. «Había más polvo y aerosoles de sulfato que hollín, pero este bloquea la luz del sol de manera más intensa que el polvo o los aerosoles, de modo que una pequeña cantidad de hollín puede provocar una disminución considerable de la luz solar», detalla Lyons. El estudio se ha publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. Los resultados sugieren que la devastación que provocó el impacto del asteroide pudo deberse en parte a una casualidad geográfica: la roca espacial se estrelló en el golfo de México, donde los sedimentos eran ricos en materia orgánica. Y aún lo son, puesto que la región produce grandes cantidades de petróleo hoy en día. «Es probable que el lugar donde tuvo lugar el impacto fuera uno de los factores que llevaron a la extinción masiva», concluye Lyons. «Fue una especie de tormenta perfecta, o el impacto perfecto, por así decirlo.» Julia Rosen Referencia: «Organic matter from the Chicxulub crater exacerbated the K–Pg impact winter». Shelby L. Lyons et al. en Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 117, n.º 41, págs. 25327-25334, 13 de octubre de 2020. |
viernes, 6 de noviembre de 2020
El asteroide que acabó con los dinosaurios cayó en el peor lugar posible
martes, 3 de noviembre de 2020
La consciencia ya se podría crear en laboratorio
Mini cerebros creados en laboratorio con células madre humanas pueden generar un sistema cognitivo y alumbrar formas básicas de consciencia. Desorientación ética.
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Falso color de una porción de organoide cerebral humano de un paciente con trastorno del espectro autista. Forto: Alysson Muotri, UC San Diego Health.
Los científicos dicen que hay razones por las que podría ser necesario crear consciencia en laboratorio para estudiar determinadas enfermedades neurológicas en seres humanos y que después habría que destruirla.
Un debate ético condiciona el desarrollo de estas investigaciones, porque en la práctica resulta más difícil ponerse de acuerdo sobre lo que es la consciencia cerebral, que crear pequeños órganos cerebrales en laboratorio que muestren indicios de consciencia o sensibilidad: algo que ya está ocurriendo.
Varios hitos surcan esta trayectoria: en 2018, científicos del El Instituto Salk de Estudios Biológicos (California) implantaron mini-cerebros humanos (organoides) en ratones y descubrieron que se desarrollan hasta alcanzar la madurez, aunque sin añadir inteligencia alguna a los roedores.
En 2019, científicos de la Universidad de Yale revivieron parcialmente los cerebros de cerdos que llevaban muertos más de cuatro horas. Les inyectaron un cóctel de productos químicos y restablecieron algunas funciones vitales de sus cerebros: no observaron señales eléctricas generalmente asociadas con la función cerebral normal.
Un detalle. La posible reacción de consciencia fue deliberadamente bloqueada con los medios químicos, por lo que la posibilidad de que se pudiera generar algo de consciencia en los cerebros muertos no puede descartarse: el cableado neuronal creado por los recuerdos y experiencias que el animal tuvo mientras estaba vivo seguramente perduró un tiempo.
Gran sorpresa
La mayor sorpresa llegó ese mismo año: mini cerebros humanos creados en laboratorio registraron una actividad cerebral similar a la de los cerebros de los bebés prematuros, nacidos entre las 25 y las 39 semanas posteriores a la concepción.
Todavía no se sabe si estos mini cerebros, creados por investigadores de la Universidad de California, podrían generar consciencia en algún momento de su desarrollo, porque la investigación se suspendió por la desorientación ética provocada.
Según Nature, estos episodios han preparado el escenario para un debate entre aquellos que quieren evitar la creación de consciencia en laboratorio, y aquellos que ven los organoides complejos como un medio para estudiar enfermedades neurológicas devastadoras para las personas.
Muchos neurocientíficos piensan que los organoides del cerebro humano podrían ser la clave para comprender las condiciones exclusivamente humanas como el autismo y la esquizofrenia, que son imposibles de estudiar en detalle en modelos de ratón. Para lograr este objetivo necesitarían crear consciencia deliberadamente.
Creación artificial de consciencia
No es un asunto baladí: lo que se ha demostrado hasta ahora es que las neuronas creadas en laboratorio pueden mostrar indicios de formar una especie de sistema cognitivo capaz de reaccionar a los estímulos de su mundo, tal como hacen los cerebros complejos. El descubrimiento significa que la consciencia podría crearse desde cero en un laboratorio.
La frontera del conocimiento humano nunca había llegado tan lejos y enfrentado a los científicos a un debate que trasciende la biología y la neurociencia: no les resulta sencillo ponerse de acuerdo para definir la consciencia y cómo medirla, para saber si un organoide es o no consciente. Todo lo que nos ha valido hasta ahora para definir la consciencia no es que no sirva, sino que se queda corto.
Durante años, científicos y médicos han definido la consciencia de diferentes formas, según objetivos concretos, pero es complicado resumirlas en una definición clara que podría valer para decidir si es o no ético continuar perfeccionando mini cerebros humanos en laboratorio, destaca Nature.
La electroencefalografía para medir la actividad cerebral no es concluyente al respecto. Las pruebas médicas que se utilizan, midiendo reacciones corporales en estado vegetativo, no se pueden aplicar a neuronas de laboratorio.
Complejidad
Aunque todavía nadie ha informado de haber creado consciencia en laboratorio, la posibilidad ya está al alcance de la mano: bastaría con intensificar las conexiones neuronales de los organoides para alcanzar la barrera de la consciencia animal.
Aunque los organoides actuales no tienen esa capacidad, ni tampoco lo han pretendido, un desarrollo tecnológico de estos mini cerebros humanos podría, hipotéticamente, crear ese primer estado de consciencia.
De momento no podemos pensar en la capacidad de replicar artificialmente la creación de pensamientos humanos: la mayoría de los organoides están diseñados para reproducir solo una parte del cerebro, la corteza.
Pero, dado que los organoides cerebrales se cultivan a partir de células madre humanas, es posible recrear también otras partes del cerebro que se coordinen entre sí y formen los circuitos neuronales necesarios para el alumbramiento de una forma de consciencia artificial más compleja.
Y, aunque no es lo mismo para el estudio de las enfermedades neurodegenerativas humanas, de momento la investigación se está orientando a trabajar con organoides cerebrales formados con células madre de ratón, para evitar que cualquier alumbramiento de alguna forma de consciencia implique cuestiones éticas no resueltas.
Referencia
Can lab-grown brains become conscious? Sara Reardon. Nature 586, 658-661 (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/d41586-020-02986-y
Autor: Eduardo Martínez de la Fe; periodista científico, es el Editor de Tendencias21.
domingo, 1 de noviembre de 2020
Una hormona intestinal regula la formación de nuevas neuronas en el hipocampo
El hallazgo podría tener implicaciones en el tratamiento de la demencia asociada a la enfermedad de Parkinson.
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| Representación de un circuito neuronal. [iStock/anusorn nakdee] |
En el cerebro, la hormona grelina, sintetizada por el estómago, no solo estimula el apetito, sino que también participa en el proceso de formación de nuevas neuronas, o neurogénesis. Así concluye una investigación publicada en tiempo reciente en la revista Cell Reports Medicine.
El equipo de científicos, liderado por Jeffrey S. Davies de la Universidad de Swansea, en Reino Unido, centró su atención en dos formas distintas de la hormona, la acil-grelina y la grelina desacilitada (UAG, por sus siglas en inglés). La primera constituye la variante activa, mientras que la segunda se considera un simple, aunque abundante, precursor inactivo de la acil-grelina. Sin embargo, parece que UAG sí desempeñaría una función.
De acuerdo con los experimentos realizados en ratones, la administración de UAG redujo en un 40 por ciento el número de células proliferativas en la región cerebral conocida como hipocampo. Asimismo, la presencia de neuronas inmaduras disminuyó de forma notable en esta área implicada en la memoria.
No obstante, estas no fueron las únicas alteraciones observadas, ya que UAG también modificó la estructura de las dendritas, las prolongaciones neuronales responsables de la transmisión de los impulsos nerviosos. Por consiguiente, los roedores mostraron déficits cognitivos y, en especial, problemas de memoria espacial. De forma interesante, el tratamiento con acil-grelina revirtió el efecto de UAG. Los animales no solo recuperaron la capacidad cognitiva, además la acil-grelina promovió la supervivencia de las nuevas neuronas generadas en el hipocampo.
Para los autores, ambas formas de la hormona grelina actuarían como antagonistas. Es decir, mientras la acil-grelina favorecería la neurogénesis, la UAG inhibiría dicha acción. Así pues, un desequilibrio en los niveles sanguíneos de estas moléculas podría indicar el desarrollo de trastornos cognitivos.
A fin de evaluar esta hipótesis, los investigadores reclutaron un pequeño grupo de enfermos de párkinson, con o sin demencia, así como sujetos sanos de edad similar. Los análisis mostraron que, efectivamente, los pacientes con un notable deterioro de la capacidad mental presentaban menor concentración plasmática de acil-grelina.
Davies y sus colaboradores concluyen que el hallazgo permite ahondar en el conocimiento acerca de cómo moléculas presentes en la sangre modulan la plasticidad del cerebro adulto. Así pues, futuros experimentos explorarán si la manipulación de las formas de la grelina puede ayudar en el tratamiento de la demencia.
Marta Pulido Salgado
Referencia: «Unacylated-ghrelin impairs hippocampal neurogenesis and memory in mice and is altered in parkinson's dementia in humans», de A.K.E. Hornsby et al., en Cell Reports Medicine; 1, 100120, publicado el 20 de octubre de 2020.
sábado, 24 de octubre de 2020
Un azúcar derivado de la glucosa promueve la reparación de la mielina
La administración del compuesto por vía oral induce la mielinización de los axones y protege las neuronas, en un modelo animal de esclerosis múltiple.
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| De confirmarse el hallazgo, la molécula podría usarse en el tratamiento de los pacientes. En la imagen, oligodendrocito en el cerebro de ratón (verde) y núcleos celulares (azul). [Wikimedia Commons] |
La pérdida de la mielina, la sustancia lipídica que recubre los axones neuronales y asegura la transmisión de los impulsos nerviosos, caracteriza enfermedades desmielinizantes, como la esclerosis múltiple. Ahora, Michael Demetriou y su equipo, de la Universidad de California Irvine, en colaboración con investigadores de centros de investigación alemanes y canadienses, muestran que la administración por vía oral del azúcar derivado de la glucosa N-acetilglucosamina (GlcNAc, por sus siglas en inglés) promueve la regeneración de la mielina.
A pesar de la abundante presencia de precursores de oligodendrocitos, las células de la glía responsables de producir mielina, la reparación de esta no ocurre en el sistema nervioso central de pacientes con esclerosis múltiple. El mecanismo molecular que inhibe la completa maduración de los oligodendrocitos permanece aún por identificar. Sin embargo, los autores postulan que la modificación de receptores y proteínas celulares de membrana mediante glicación, o adición de moléculas de azúcar, contribuiría a la diferenciación de la oligodendroglía.
A fin de probar dicha hipótesis, trataron células madre neurales de ratón en cultivo con GlcNAc. De acuerdo con los resultados, publicados por la revista Journal of Biological Chemistry, el tratamiento indujo la ramificación y modificación de las proteínas, trascurridas 48 horas. La GlcNAc constituye una molécula esencial para la glicación de proteínas. Por ello, que este proceso tenga, o no, lugar depende, en gran medida, de la cantidad de este azúcar disponible en el organismo.
De forma interesante, en ratones, la GlcNAc administrada por vía oral es capaz de atravesar la barrera hematoencefálica. Asimismo, los científicos observaron mayor número de oligodendrocitos maduros en el tejido cerebral en animales jóvenes expuestos al azúcar a través de la leche materna.
Pero, ¿qué ocurre en un contexto patológico? Con el objeto de resolver esta cuestión, los autores inyectaron cuprizona a los roedores a fin de promover la degradación de la mielina. No obstante, el tratamiento con GlcNAc indujo la mielinización de los axones, a la vez que redujo la pérdida neuronal y el número de neuronas dañadas.
Para Demetriou y sus colaboradores, los datos, aunque preliminares, resultan esperanzadores. Sobre todo, porque en pacientes con esclerosis múltiple, cuanto mayor es la degradación de la mielina, menor es la concentración en sangre de GlcNAc. Así pues, esperan que ensayos posteriores demuestren que la administración del azúcar podría revertir la neurodegeneración.
Marta Pulido Salgado
Referencia: «N-Acetylglucosamine drives myelination by triggering oligodendrocyte precursor cell differentiation», de M. Sy et al., en Journal of Biological Chemistry, publicado el 25 de septiembre de 2020.
sábado, 10 de octubre de 2020
La inhibición de un solo gen permite obtener neuronas a partir de astrocitos
La estrategia posibilita restaurar parte de los circuitos neuronales dopaminérgicos dañados a causa de la enfermedad de Parkinson y recuperar las funciones motoras perdidas. Al menos, en ratones.
a enfermedad de Parkinson se caracteriza por la pérdida de las neuronas que liberan el neurotransmisor dopamina en el área cerebral conocida como sustancia negra. Ahora, con el fin de sustituir estas células neuronales, Xiang-Dong Fu y su equipo, de la Universidad de California en San Diego y la Universidad de Pekín, proponen un método que transforma astrocitos en neuronas dopaminérgicas funcionales.
Los astrocitos constituyen el 60 por ciento de las células del cerebro, donde participan en la comunicación entre neuronas. Asimismo, presentan una gran capacidad de proliferación y adaptación en respuesta a cualquier daño o cambio en el tejido. Estas características facilitan el proceso de reprogramación celular in vivo. En su trabajo, publicado por la revista Nature, los investigadores usaron astrocitos procedentes de ratones recién nacidos, así como de fetos humanos.
En estas células gliales, la eliminación de un solo gen, que codifica la proteína 1 de unión al tracto de polipirimidina (PTB, por sus siglas en inglés), indujo cambios notables en hasta el 80 por ciento de los astrocitos, tras cuatro semanas en cultivo. En concreto, adoptaron una morfología muy similar a la de las células neuronales, además de expresar genes específicos de estas y generar impulsos eléctricos.
Dicho resultado llevó a los científicos a repetir el experimento, pero esta vez directamente en el cerebro de los ratones. Para ello, inyectaron adenovirus portadores de la molécula de ARN diseñada para silenciar la PTB en la sustancia negra. La mayoría de los astrocitos completaron su transición a neuronas al cabo de diez semanas de la inyección y se integraron en las redes neuronales de la vía nigroestriada, que conecta la sustancia negra con el estriado y regula la función motora.
Vuelta al movimiento
Pero ¿qué ocurre en un contexto patológico? Para responder esta pregunta, en primer lugar, los autores administraron el neurotóxico 6-hidroxidopamina a los animales. Ello ocasionó la muerte del 90 por ciento de las neuronas de la sustancia negra, así como una reducción de los niveles de dopamina en el estriado, además de una sobrerreacción de los astrocitos en respuesta al daño celular. Sin embargo, la inhibición de la PTB en los astrocitos permitió recuperar hasta un tercio de las neuronas perdidas y el 65 por ciento de la concentración de dopamina. Como resultado, los ratones recobraron las funciones motoras que habían quedado deterioradas tras recibir el tóxico.
En el organismo, varios tipos celulares, incluidas las neuronas inmaduras, expresan la PTB. Sin embargo, durante el proceso de diferenciación neuronal, la proteína desaparece. Para Fu y sus colaboradores, ello sugiere que la PTB inhibe un conjunto de genes necesario para la transformación de las células precursoras en neuronas maduras. Genes que también se hallarían latentes en los astrocitos y que, en ausencia de la PTB, iniciarían su conversión.
En un futuro, los autores prevén llevar a cabo nuevos experimentos en animales que reproduzcan las variantes genéticas del párkinson, además de optimizar la estrategia de transformación, con el objetivo de aplicarla, algún día, con seguridad en la práctica clínica.
PARA SABER MÁS:
jueves, 10 de septiembre de 2020
Impacto del distanciamiento social por COVID-19 en otras infecciones
La mayoría de los niños han sido aislados en casa durante la pandemia de COVID-19. Si los niños se alejan de sus interacciones normales con sus compañeros en la guardería, la escuela y otras actividades, es probable que la transmisión de enfermedades infecciosas comunes disminuya.
Los investigadores analizaron datos de una gran red de atención primaria pediátrica en Massachusetts para determinar la incidencia de 12 enfermedades infecciosas que comúnmente provocan visitas a los pediatras: otitis media aguda, bronquiolitis, resfriado común, crup, gastroenteritis, influenza, faringitis no estreptocócica, neumonía, sinusitis, piel e infecciones de tejidos blandos, faringitis estreptocócica e infección del tracto urinario (ITU).
Se comparó la incidencia semanal entre niños de 0 a 17 años durante los mismos períodos en 2019 y 2020, correspondientes a períodos antes y después de la promulgación del distanciamiento social y el cierre de escuelas y negocios no esenciales.
Como era de esperar, las tasas de diagnóstico por cada 100.000 pacientes fueron significativamente más bajas después del distanciamiento social. Algunas diferencias fueron sorprendentes; por ejemplo, la gripe, el crup y la bronquiolitis casi desaparecieron (<1 caso por 100.000).
En particular, los casos de influenza habían tenido una tendencia más alta en 2020 que en 2019, pero desaparecieron abruptamente después del distanciamiento social. Las infecciones urinarias disminuyeron después del distanciamiento social, pero solo ligeramente, lo que no es sorprendente ya que las infecciones urinarias no se consideran una enfermedad contagiosa.
Aunque no es una sorpresa, el marcado impacto del distanciamiento social en la propagación de infecciones entre los niños es impresionante.
Los seres humanos somos seres sociales, por lo que a medida que las escuelas vuelvan a abrir, dependiendo de las tasas de casos de COVID-19 en las comunidades locales, las infecciones se transmitirán entre los niños.
Sin embargo, como inevitablemente pasaremos a una era pospandémica, debemos recordar el impacto positivo de los comportamientos aprendidos durante la pandemia, como el poder de la higiene de manos y permanecer en casa ante el primer signo de infección, y la importancia de las vacunas para reducir la propagación de la infección entre los niños.
Tasas semanales con intervalos de confianza del 95% de diagnóstico de enfermedades infecciosas pediátricas comunes en 2019 y 2020. Las tasas se expresan como diagnósticos por 100 000 pacientes por día. El área sombreada representa el período de implementación de SD en 2020. A, AOM. B, bronquiolitis. C, resfriado común. D, crup. E, gastroenteritis. F, influenza. G, faringitis no estreptocócica. H, neumonía. Yo, sinusitis. J, SSTI. K, faringitis estreptocócica. L, UTI.
Discusión
Las políticas promulgadas en Massachusetts para mitigar la pandemia de COVID-19 dieron como resultado una profunda disminución en el diagnóstico de enfermedades infecciosas comunes entre los niños. Esta reducción podría deberse a 1, o ambos, 2 factores: una disminución en la prevalencia de las afecciones o una decisión de no buscar atención cuando ocurrieron las afecciones.
La menor disminución en los diagnósticos de ITU, una enfermedad infecciosa pero no generalmente no contagiosa, sugiere que los cambios en la búsqueda de atención en el comportamiento tuvo un efecto relativamente modesto sobre las otras disminuciones observadas.
Aunque no es sorprendente que la transmisión de enfermedades infecciosas disminuya con la MS, estos datos demuestran hasta qué punto la transmisión de infecciones pediátricas comunes puede alterarse cuando se elimina el contacto cercano con otros niños. En particular de las enfermedades estudiadas, a saber, influenza, crup y bronquiolitis, desaparecieron esencialmente con el distanciamiento social (SD).
La trayectoria de la influenza es especialmente interesante. Los diagnósticos en 2020 superaron los de 2019 como se esperaba a partir de los datos de vigilancia nacional, pero la propagación de la influenza parece haber terminado abruptamente con el SD.
Este hallazgo difiere un poco de un informe reciente de Japón que revela una disminución significativa, pero no tan dramática, de casos de influenza coincidentes con SD en ese país.4 Los resultados diferentes pueden estar relacionados con el momento de SD dentro de la temporada de influencia, diferentes enfoques de SD en las 2 ubicaciones, o el hecho de que el estudio japonés incluyó pacientes de todas las edades, mientras que el nuestro se centra sólo en los niños.
Los riesgos de enfermedades infecciosas del contacto con otros siempre se han sopesado implícitamente frente a los beneficios de la interacción social.
El experimento natural actual de distanciamiento social repentino y generalizado durante la pandemia de COVID-19 ha permitido una apreciación más explícita de la magnitud de estos riesgos en los niños y puede informar estrategias para la mitigación del riesgo de enfermedades infecciosas como incrementos de interacción social en el futuro.