La industria de los ácidos nucleicos va a revolucionar la medicina en los próximos años

 Daniel G. Anderson, profesor de Ingeniería Química en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), ha anunciado que “la industria de los ácidos nucleicos va a revolucionar la medicina en los próximos años”. Anderson ha explicado esos avances en el VII simposio que ha organizado la Fundación Ramón Areces y el MIT en Madrid con el lema ‘Revolucionando la salud a través de investigación y tecnología de vanguardia’. Este investigador, que acaba de ingresar en la Academia Nacional de Medicina de Estados Unidos, ha explicado algunos de los proyectos en los que está implicado, como el desarrollo de materiales inteligentes que permiten crear un páncreas artificial que ayude a los pacientes diabéticos a regular de nuevo de forma natural la insulina que necesita su organismo.

Durante su intervención en la Fundación Ramón Areces en Madrid, este científico del MIT ha insistido en que ya es posible crear dispositivos médicos ‘vivos’ para tratar la diabetes, pero que hay otras muchas enfermedades en las que podríamos volcar estos mismos conocimientos. “Es posible, por ejemplo, sintetizar cartílagos a partir de polímeros sintéticos y células artificiales que crecen en otro organismo y más tarde se pueden implantar en humanos”, explicaba mientras mostraba la imagen de una oreja humana artificial que se estaba desarrollando en un conejo.

“Hemos descubierto un material que producimos a partir de unas determinadas especies de algas. En ellas podemos aislar un polímetro de carbohidrato que permite alojar después células para múltiples fines”, ha explicado Anderson. “La industria de los ácidos nucleicos va a revolucionar la medicina en los próximos años”, ha insistido. Entre otros ejemplos, ha nombrado unos fármacos que pueden reparar el ADN. “Parece ciencia ficción, pero es posible utilizar este tipo de terapia génica y reparar el ADN hasta cierto punto. ¿Podría la edición genómica reducir permanentemente el colesterol? Construimos una nanopartícula combinada con RNA mensajero y tenemos pruebas de que estas células se pueden usar en humanos con diversos fines”, ha concluido.

Por su parte, Mark Bathe, profesor de Ingeniería Biológica en el MIT, ha coincido con Anderson en el “gran potencial” de “las terapias de ácidos nucleicos”. De hecho, Bathe dirige un grupo de investigación interdisciplinario centrado en la ingeniería de ácidos nucleicos para su aplicación en vacunas, distintas terapias, biología estructural y computación. “El ADN permanece inalterado y conservado millones de años, es algo que hemos comprobado al extraer del permafrost esa información de los mamuts. Es algo que dura para siempre y no requiere energía conservarlo. El ADN se puede utilizar para almacenar información, algo que grandes compañías tecnológicas están explorando”, ha explicado.

Bathe ha mostrado cómo han logrado desarrollar cápsulas del tamaño de una micra y en las que pueden incluir todo tipo de datos genéticos. “El desafío es ver dónde almacenar toda esa información, porque es carísimo secuenciar todo. Normalmente, buena parte del material genético que podría ayudarnos a descubrir enfermedades se tira. Con estas microcápsulas, podemos almacenar toda esa información en la palma de nuestra mano y hacerlo, además, a temperatura ambiente”. Y ha puesto un símil: “Así, igual que queremos almacenar todas nuestras fotografías que tenemos en los móviles, los científicos tampoco queremos perder ningún tipo de información y material genético que hayamos conseguido recopilar. Por ejemplo, esta información podría ayudarnos en el futuro a la hora de investigar el origen de posibles pandemias”.

En este mismo simposio, Mercedes Balcells-Camps, investigadora principal del MIT y profesora titular en Bioingeniería en el Institut Químic de Sarrià, ha mostrado avances que ayudan a entender la interfaz entre la salud vascular y mental. “Los teléfonos móviles cada vez incluyen más sensores que nos permiten extraer mucha información sobre nuestra salud. Combinando lo que dicen esos sensores, podemos obtener patrones de comportamiento y llegar a un valor clínico que nos alerte de posibles depresiones, de enfermedades cardiovasculares…”. Balcells-Camps ha mencionado un trabajo de recolección de datos llevado a cabo usando 10 sensores de relojes inteligentes para entrenar modelos computacionales que permitan detectar la ansiedad y la depresión en quienes los llevan. “Lo próximo es intentar aunar la biología y lo digital y cuantificar esas moléculas que determinan la enfermedad”. Sobre el momento actual de la investigación, esta profesora del MIT ha reconocido que “es importante romper silos, salir de la zona de confort”. “Yo estudié Química y para llevar a cabo mis proyectos me ha tocado hablar con expertos en inteligencia artificial, en otras muchas tecnologías, en composición de polímeros…”, ha asegurado.

Cinco proyectos emergentes

El VII simposio anual Fundación Ramón Areces-MIT ha contado también con la participación de cinco emprendedores que forman parte del programa MIT Startup Exchange. Todos ellos han mostrado ejemplos de cómo la tecnología puede ayudarnos a mejorar la salud. Así, José Wong, Chief Product Officer de Dynocardia, ha explicado lo que se propone con el dispositivo VITrack: “Se trata de una pulsera inteligente que mide la tensión arterial siastólica y diastólica a través de un sensor mecánico con cámara ayudado por algoritmos de machine learning”. Ya cuentan con un prototipo con el que pretenden ahorrar muchas visitas al hospital de pacientes que necesitan una monitorización continua. En cuanto a su aprobación, esperan poder presentarlo a la FDA americana a finales del próximo año y más tarde a los organismos reguladores europeos y de Asia.

Por su parte, Pablo Lapuerta, CEO, fundador y director de 4M Therapeutics, ha  mostrado su plataforma, basada en neuronas vivas humanas, con el que ha llegado a comprender el trastorno bipolar. “Ya contamos con otros productos dirigidos a mejorar el estado de salud de los pacientes con Alzheimer y depresión”, ha explicado. También ha recordado cómo durante 100 años se ha estado estudiando la neurona muerta, pero que, desde 2007, gracias a las aportaciones de la científica del MIT Li-Huei Tsai, se pudo cultivar células madre después convertidas en neuronas. “Hemos comprobado que el litio es muy bueno para combatir estas enfermedades, pero es un metal y daña los riñones, lo que nos obliga a suministrar dosis pequeñas para así evitar efectos adversos. Queremos encontrar otras soluciones y lo podemos hacer”, ha destacado tras reconocer que han buscado entre 300.000 moléculas hasta dar con la correcta.    

El cofundador y CEO de Leuko, Carlos Castro-Gonzalez, ya cuenta con ocho patentes de otro dispositivo que se propone acabar con las agujas, sobre todo en pacientes con cáncer en tratamiento con quimioterapia, más sensibles a esas técnicas invasivas, y a los que es necesario hacer un seguimiento continuo de su nivel de leucocitos. “Solo en Estados Unidos y la Unión Europea, más de dos millones de pacientes al año reciben quimioterapia. Para medir los leucocitos entre sesiones de quimio, hemos creado un medidor en el que basta introducir el dedo durante un minuto. Este aparato toma imágenes del paciente en casa mediante microscopía -en concreto en el pliegue de la uña, donde encontramos unos capilares muy importantes- y las envía al hospital, donde un algoritmo propio entrenado detecta y cuenta los leucocitos”, explica. Añade Castro-González que ya están esperando los requisitos de la FDA y de la Agencia Europea del Medicamento y que espera “ahorrar el ingreso de 850.000 pacientes al año”. “Reduciríamos al 50% los costes de hospitalización y nuestros clientes serán los hospitales, las aseguradoras y las farmacéuticas. Con el tiempo, esperamos medir no solo los leucocitos, sino otros componentes de la sangre y para otras enfermedades”, añade.

La genetista Heather E. Williams, vicepresidenta de Clinical Genomics Operations y Chief of Staff en Cache DNA, ha presentado su proyecto para almacenar muestras biológicas. “La genética está de moda y ahora la vemos a menudo en las noticias”, indica poniendo como ejemplo el descubrimiento del motivo de la muerte de Beethoven a partir de su cabello. “Todos quieren tener su copia de ADN, pero es demasiado caro. Desde nuestra empresa, estamos buscando la manera de almacenar muestras biológicas de una forma mucho más eficiente y a temperatura ambiente. En un futuro, se pueden almacenar más muestras para aprovechar sus datos para investigación”, añade.

Por último, Inés Herrero, fundadora de la startup sevillana Bio-Mixing, ha mostrado cómo su proyecto se propone acelerar en un 50% los procesos de los biorreactores. Ese proceso está presente en la industria alimentaria, en la farmacéutica, en la cosmética… “Nuestra solución busca reducir los tiempos de esos biorreactores con gemelo digital e inteligencia artificial. Al reducir ese proceso, reducimos la energía necesaria y también reducimos los tiempos”. Sobre la necesidad de ir más rápido en esos desarrollos ha recordado lo importante que esto hubiera sido a la hora de producir las ansiadas vacunas contra la Covid-19. “Trabajamos en los dos momentos clave de los biorreactores, en la agitación y en la aeración. Aumentamos en un 90% la transferencia de oxígeno y reducimos el tiempo a la mitad”, ha resumido.

Elaboración de ADN sintético acerca a los científicos a la creación de vida artificial

Investigadores estadounidenses desarrollaron el primer genoma sintético de una bacteria, un adelanto que podría ser crucial para la creación del primer organismo vivo artificial.

Se trata de la mayor estructura de ADN -elemento base de la vida jamás fabricada por el hombre, por ello es considerado un gran paso en el campo de la biología sintética, está encaminada a crear nuevos organismos que funcionen de manera diferente a como la naturaleza había pretendido.

Los investigadores explican que lograron "esta proeza técnica" produciendo químicamente los fragmentos de ADN de la bacteria Micoplasma genitalium en su laboratorio, desarrollando nuevos métodos para ensamblarlos y reproducirlos. Previamente habían despojado al genoma de los genes inútiles, conservando solo aquellos estrictamente necesarios para las funciones biológicas. 

"Es un avance alentador para nuestros investigadores y esta disciplina", celebró Dan Gibson, principal autor del estudio, en el cual también participó Craig Venter, fundador del Instituto Venter y controvertido pionero de la biotecnología. 

"No obstante, seguimos trabajando hacia el objetivo final de insertar un cromosoma sintético en una célula y lograr así la creación del primer organismo artificial", añadió. 

Se trata de hecho de crear una bacteria nueva por completo injertándole un genoma diseñado  para que pueda cumplir una función específica, pues en este experimento no crearon realmente el germen sino su estructura genética.

"Hemos mostrado que es posible crear artificialmente grandes genomas y ajustar su tamaño, lo que abre el camino a potenciales aplicaciones importantes como la producción de biocombustibles", explicó el doctor Hamilton Smith, del Instituto Venter y uno de los coautores del trabajo. 

También se podrían producir organismos artificiales para el tratamiento biológico de los desechos tóxicos o la captura del dióxido de carbono (CO2), aseguraron los autores del estudio, publicado recientemente en la revista Science.

Un trabajo de tres etapas

Esta investigación "representa la segunda de tres etapas hacia la creación de un organismo vivo enteramente artificial", precisó Dan Gibson. 

La primera etapa fue franqueada en 2007 con la exitosa transferencia de un genoma de una bacteria a otra bacteria, convertida en una especie diferente en el proceso. 

Para la etapa final intentarán crear una célula artificial de bacteria basada enteramente en el genoma sintético de la que acaban de fabricar. 

El interés de los investigadores en la bacteria M. genitalium radica en que esta posee uno de los genomas celulares más pequeños conocidos, con poco más de 580 genes, en comparación con el del hombre que cuenta con casi 30.000. 

Detractores de la investigación

Pese a los logros,  algunos científicos estiman que Venter y su equipo todavía están lejos de poder crear vida artificial.

Por ejempo, Eckard Wimmer, profesor de biología molecular en el Departamento de Genética Molecular de la Universidad de Nueva York, se pregunta por qué el Instituto Venter no pudo ya, con este genoma artificial, recrear un organismo artificial. 

Subrayó un comentario de los autores al final del estudio indicando que "el vector (genoma artificial) tal vez no era viable para transplantes experimentales". 

Y en el mismo sentido, grupos de control ético también criticaron el trabajo, renovando su llamado a una moratoria sobre la producción y comercialización de organismos sintéticos. 

"Venter ha hecho mucho ruido pero no es Dios y todavía le falta mucho camino por recorrer antes de crear vida", comentó Helen Wallace, bióloga y portavoz de GeneWatch Gran Bretaña. 

Por su parte, Venter apeló diciendo: ''No lo veo como si estuviéramos creando vida. Lo veo como que estamos modificando la vida para crear nuevas formas  mediante el diseño y construcción sintética de cromosomas''.

En todo caso, la posibilidad de que el hombre tenga las herramientas para realizar cambios genéticos genera mucha controversia e incertidumbre.  "Este tipo de ingeniería genética abre la posibilidad al hombre de realizar cambios mucho más importantes en el código de la vida", indicó Wallace.

 "Esto significa que en el futuro será posible crear organismos provistos de nuevas secuencias de su genoma y las consecuencias de esto para el medio ambiente podrían ser desconocidas", concluyó.

La relación entre las dietas altas en grasas y la caída del cabello

 La alimentación influye de manera muy importante en la salud capilar. De hecho, un estudio demostró la relación que existe entre las dietas altas en grasas y la caída del cabello.

Los dos factores que influyen de manera más decisiva en la salud capilar son el estado de ánimo y la dieta. "Al igual que hay una relación entre la caída del cabello y el estrés, también lo que comemos y nuestra forma de alimentarnos influye positiva o negativamente en cómo va a verse nuestro cabello", señalan desde una clínica especializada en medicina capilar. Hay nutrientes especialmente recomendados para el cabello y que ayudan a prevenir su caída, como las vitaminas, las proteínas y minerales como el zinc, el hierro o el calcio. No obstante, otros favorecen su pérdida, como las grasas.

¿Una dieta rica en grasas influye en la caída del cabello?

Un estudio publicado en la revista Nature y llevado a cabo por un grupo de científicos de la Universidad Médica y Dental de Tokio (TMDU), en Japón, demostró que existía una relación entre las dietas altas en grasas y la caída del cabello. Los investigadores observaron en un experimento realizado con roedores que la obesidad y el sobrepeso provocan el agotamiento de las células madre del folículo piloso, del cual nace el cabello. Ello bloquearía la regeneración del cabello y, a la larga, impediría que vuelva a crecer, puesto que el propio folículo piloso acabaría desapareciendo.

Para realizar el experimento, los expertos compararon varios ratones alimentados con una dieta alta en grasas con otros a los que se les suministró una dieta estándar y rastrearon el destino de las células madre del folículo piloso. Los autores del estudio recordaban que, con el paso del tiempo, el cabello se hace más fino como síntoma de un paso previo a su no regeneración, pero su investigación demostró que con sobrepeso u obesidad este proceso se acentúa.

Una vez que a los roedores se les cambió la dieta alta en grasas por una más equilibrada y saludable, la regeneración de estos folículos volvió y algunos recuperaron su cabello. Esto significa que la mejora de los hábitos alimenticios favorece la salud capilar y previene la pérdida de cabello.

La conclusión del estudio citado, por tanto, es que es importante seguir una dieta saludable para evitar la caída del cabello. El médico especializado en tricología y trasplante capilar Óscar Muñoz enumera en uno de sus vídeos de YouTube los mejores alimentos para prevenir la pérdida de cabello. Todos los que cita contienen una cantidad importante de beta-sitosterol, un compuesto químico orgánico de origen vegetal que, entre otros beneficios, protege la salud capilar.

 Aceite de oliva: ayuda a reducir el exceso de sequedad en el cuero cabelludo.

Margarina: importante que esté enriquecida con beta-sitosterol.

Aguacate: rico en ácidos grasos esenciales y en antioxidantes como las vitaminas A, C y E.

Frutos secos: el médico recomienda especialmente las nueces, los pistachos y los cacahuetes.

Soja: aporta minerales como calcio, hierro, magnesio, potasio y fósforo y cantidades apreciables de vitaminas del grupo B y E.

Lentejas: ricas en zinc, magnesio y biotina, nutrientes esenciales para la salud capilar

 Hay muchos tipos de cabello y cada uno tiene sus características propias. Por eso, no existe una solución generalizada y, aunque en muchos casos la caída del cabello se debe a cuestiones genéticas, hay otros factores que podemos controlar. Los expertos dan los siguientes consejos:

Mantener una correcta higiene capilar: hay que lavar el cabello con frecuencia con un champú de calidad y acorde al tipo de cabello.

No desenredar el cabello humedecido: hazlo antes de mojarlo en la ducha, ya que cuando se encuentra húmedo es mucho más débil.

No frotar el cuero cabelludo: no solo no lograrás una mejor limpieza, sino que dañarás tu salud capilar.

No aclarar el cabello con agua caliente: utiliza agua fría, ya que debilita menos el cabello.

Utilizar productos especializados en el cuidado del cabello: en tu rutina de belleza no pueden faltar los acondicionadores, las mascarillas o las lociones que fortalecen el cabello.

Seguir una dieta equilibrada: como apuntábamos, debe ser rica en vitaminas y minerales.

Cepillar el cabello: estimula la circulación sanguínea del cuero cabelludo gracias al masaje que realizamos con las púas del peine.

Utilizar con moderación los secadores y planchas de cabello: al aplicar calor, dañan el cabello.

LA GLUCOSA Y EL CEREBRO

 La glucosa es vital para que funcione el cerebro, un órgano que trabaja todo el tiempo y no tiene reposo ni cuando dormimos, explicó Lourdes Massieu Trigo, investigadora del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM.

La energía consumida en el cerebro es igual a la que gasta el músculo de una pierna de un corredor de maratón

Recomendó una alimentación equilibrada y, especialmente a los diabéticos, no dejar de ingerir alimentos por mucho tiempo

 “Es importante que el cerebro tenga glucosa, porque es el combustible esencial para que ese órgano vital pueda trabajar de forma adecuada”. La mejor es la que obtenemos de una alimentación equilibrada y del propio organismo humano mediante diversos procesos, afirmó Lourdes Massieu Trigo, investigadora del Instituto de Fisiología Celular (IFC) de la UNAM.

 Durante una conferencia advirtió que este órgano trabaja todo el tiempo; no tiene reposo ni cuando dormimos. Es un órgano muy irrigado, que envía y recibe señales de forma permanente.

Energéticamente costoso

 El cerebro es energéticamente muy costoso. “Aunque su peso es mucho menor al peso total de nuestro cuerpo: representa sólo el dos por ciento y pesa entre 1.3 y 1.5 kilogramos, aprovecha el 20 por ciento de la energía metabólica total del cuerpo y consume 25 por ciento de toda la glucosa que comemos”, remarcó. Comparando, la energía consumida en el cerebro es igual a la que gasta el músculo de una pierna de un corredor de maratón.

La investigadora comentó que cuando tenemos un estímulo visual específico y ponemos atención, el área cerebral de la corteza occipital, que recibe los estímulos visuales, utiliza más glucosa. También hay un aumento en el flujo sanguíneo cerebral, pues la glucosa llega al cerebro por la sangre, porque no la metaboliza.

El cerebro es dependiente del suministro de glucosa, y cuando se interrumpe por la presencia de un coágulo, o si disminuye la concentración sanguínea de glucosa por la administración de insulina, ocurre muerte neuronal selectiva.

Los mecanismos que llevan a la muerte no se conocen del todo. En el laboratorio, Massieu y sus colegas investigan la contribución que tienen distintos tipos de estrés celular (entre ellos el estrés oxidante y el del retículo endoplásmico) a la muerte neuronal en sus diferentes expresiones, como la apoptosis (proceso de muerte neuronal genéticamente programado), la necrosis (que causa la muerte neuronal por una lesión masiva) y la autofagia (proceso por el que las células se degradan y se reciclan, comiéndose a sí mismas).

Científicos encuentran el organismo que explica el origen de la vida compleja en la Tierra

 

Se trata de una variedad de arquea (arqueobacteria), recogida en el fondo marino cerca de Japón y cultivada en el laboratorio por un grupo de científicos japoneses, que ha podido explicar el misterioso salto evolutivo a la vida compleja en la Tierra. Según ha publicado la revista 'Nature', un grupo de científicos japoneses ha establecido un posible vínculo entre las arqueas primitivas y el desarrollo de eucariotas.

Uno de los grandes misterios de la ciencia es cómo los organismos primitivos evolucionaron en células eucariotas. Los científicos creen que la vida en la Tierra comenzó hace unos 4.000 millones de años. También creen que las primeras formas de vida fueron organismos similares a las arqueas modernas, un grupo de organismos con un tipo muy simple de estructura celular. Sin embargo, los eucariotas son organismos con estructuras celulares complejas, como plantas y animales.

Evolución de la investigación

Los investigadores japoneses han desarrollado una teoría basada en una especie de arqueas que cultivaron en su laboratorio. El estudio consistió en recuperar muestras de lodo que contenían arqueas del fondo del océano cerca de Japón, y cultivarlas en cámaras especiales con infusión de metano. Debido a su lento crecimiento, los investigadores tuvieron que esperar tres años hasta poder separarlas en individuos.

Después de varios años más, se centraron en una cepa particular que llamaron 'Candidatus Prometheoarchaeum syntrophicum'. Sus características sugirieron que se parecía mucho a las antiguas arqueas que se habían convertido en células eucariotas. Los investigadores descubrieron que los organismos crecían unos 550 nm de diámetro y degradaban los aminoácidos mediante la sintrofia. También descubrieron que tenían protuberancias largas y ramificadas.

Los investigadores desarrollaron una teoría que sugiere que una bacteria se enredó en las protuberancias ramificadas y evolucionó en un orgánulo, y eso condujo al desarrollo de eucariotas.

Presentan una nueva teoría sobre el origen múltiple de la vida

 

¿Y si la vida hubiera aparecido varias veces de forma independiente?

 Las actuales teorías sobre el origen y la historia de la vida en la Tierra parten del supuesto de que la vida surgió en un momento dado en nuestro planeta y a partir de ahí habría ido diversificándose y expandiéndose hasta dar lugar a toda la biodiversidad actual. Ahora, Chris Kempes y David Krakauer, científicos del Instituto Santa Fe (Estados Unidos) propone un nuevo marco teórico según el cual la vida podría haber evolucionado varias veces de forma independiente.

 En un artículo publicado en la revista científica Journal of Molecular Evolution, los investigadores argumentan que, para ser capaces de reconocer y comprender toda la gama completa de formas de vida, debemos desarrollar un nuevo marco teórico que ellos explican con la analogía del ojo. Se sabe que este es un órgano convergente que evolucionó a partir de orígenes independientes, y los autores proponen que con las distintas formas de vida hubiera sucedido algo similar.

 Esta teoría consta de un marco de tres capas. En primer lugar, el espacio completo de materiales en el que la vida sería posible (genoma y células). Segundo, las restricciones que limitan el universo de vida posible, por ejemplo los requerimientos energéticos. Y, por último, los procesos de optimización de funciones que impulsan la adaptación. En general, el marco considera la vida como información adaptativa y adopta la analogía de la computación para capturar los procesos centrales de la vida. De esta forma se habla de origen del hardware (sustrato físico) y del software (función evolucionada)

 Un nuevo marco conceptual

 Cuando consideramos la vida en este nuevo marco teórico surgen varias posibilidades. En primer lugar, la vida se pudo haber originado varias veces, ya que algunas adaptaciones no serían tales, sino nuevas formas de vida.

 Según los autores, cuando los investigadores se centran en los rasgos de vida de organismos individuales, a menudo descuidan hasta qué punto la vida de los organismos depende de ecosistemas enteros como su material fundamental, y también ignoran las formas en que un sistema de vida puede estar más o menos vivo. En el marco de Kempes-Krakauer, por el contrario, aparece otra implicación: la vida se convierte en un continuo más que en un fenómeno binario. En este sentido, los autores señalan una variedad de esfuerzos recientes que colocan cuantitativamente la vida en un espectro.

 Al adoptar una visión más amplia de los principios de la vida, Kempes y Krakauer esperan generar teorías más fértiles para estudiar la vida. Con principios más claros para encontrar formas de vida y una nueva gama de formas de vida posibles que surgen de nuevos principios, “no solo aclararemos qué es la vida”, explica Krakauer, “también estaremos mejor equipados para construir dispositivos para encontrar vida e incluso para crearla artificialmente”.

 

Texto: Instituto Santa Fe (EEUU)

Referencia: Kempes, C.P., Krakauer, D.C. The Multiple Paths to Multiple Life. J Mol Evol 89, 415–426 (2021). https://doi.org/10.1007/s00239-021-10016-2

El artículo se puede leer en: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00239-021-10016-2.pdf