miércoles, 4 de agosto de 2010

Una historia de enzimas y sol

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en
Milenio Diario, 4 de agosto de 2010

A veces la evolución juega malas pasadas.

Había una vez un planeta (el nuestro) donde, hace unos 3 mil 500 millones de años, surgió la vida. Pero las primeras células enfrentaban un problema: su estrella emitía, además de luz visible, una respetable cantidad de rayos ultravioleta. Y esta radiación, de alta energía, suele dañar las moléculas complejas, como los ácidos nucleicos que almacenan la información genética. Resultado: mutaciones y muerte. La vida era difícil en esa época.

En el curso de la evolución, millones de años más tarde, surgieron organismos fotosintéticos que liberaban oxígeno (O2). Hace unos 2 mil 400 millones de años, la atmósfera de la Tierra se llenó de este gas. Parte del oxígeno, en lo alto de la atmósfera, reaccionó para formar la famosa capa de ozono (O3), que hoy nos protege –aunque no totalmente– del exceso de radiación ultravioleta.

Pero la evolución no podía esperar a la capa de ozono. Ya mucho antes habían surgido adaptaciones para reparar los daños que la luz ultravioleta causaba en el ADN de las células. Una de las más eficaces fue la enzima llamada fotoliasa: proteína que, activada por la luz visible del sol (de ahí el "foto"), revierte el daño en el ADN (en particular, rompe los dímeros de timina: uniones anormales entre dos “escalones” de esa escalera de caracol que es la doble hélice, y que al copiarse la información genética en la siguiente generación celular causan errores: mutaciones).

La fotoliasa resultó tan exitosa que se encuentra en prácticamente todo el reino viviente: bacterias, hongos, plantas, peces, insectos, y algunos mamíferos, como los marsupiales (como los canguros, que cargan a sus crías inmaduras en bolsas). Pero –y aquí viene la cruel broma evolutiva–, algo pasó en el camino. Una de las ramas del árbol de la vida sufrió una mutación que eliminó los genes de la fotoliasa. Como resultado, los humanos, y todos los demás animales con placenta (placentarios), carecemos de fotoliasa. Por ello somos más susceptibles de padecer cáncer de piel. Y por ello, dependemos de usar bloqueadores solares cuando vamos a la playa o cuando andamos en la calle en días soleados.

Afortunadamente, la semana pasada la revista Nature publicó un trabajo del investigador chino Dongping Zhong y su equipo, de la Universidad Pública de Ohio (Ohio State University), en Columbus, donde describen el funcionamiento molecular detallado del mecanismo reparador de la fotoliasa de la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Con éste y otros estudios es posible visualizar la utilización de esta enzima en cremas que nos protejan del cáncer de piel, al reparar los daños que luz ultravioleta causa en el ADN de nuestras células cutáneas (se ha demostrado que la fotoliasa puede aplicarse a la piel dentro de liposomas –vesículas grasosas– en forma de crema, y tiene efectos protectores).

La ciencia básica da así posible solución a una injusticia evolutiva. Todo sea por asolearnos a gusto en vacaciones.

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11 comentarios:

Ribozyme dijo...

Con la aparición de oxígeno libre en la atmósfera se produjo una catástrofe ecológica mayor que cualquier otra que nos podamos imaginar. A pesar de que, de acuerdo con las evidencias fósiles y geológicas, la vida existe en la Tierra desde hace 3,700 millones de años, casi una cuarta parte de eso vivió sin exponerse al oxígeno, el cual es un elemento muy químicamente activo, corrosivo y venenoso (imagínense si la atmósfera estuviera constituida por cerca de un tercio de cloro), y fue hasta sólo hace 2,500 millones de años que éste empezó a acumularse en la atmósfera como subproducto de la fotosíntesis y mató a la mayor parte de los seres vivos entonces existentes. Sólo una pequeña fracción fue capaz de producir las enzimas necesarias para lidiar con el oxígeno, y otra proporción vive en ambientes protegidos del oxígeno, como algunos suelos, los pantanos, el lecho del mar y los intestinos de los animales, y para ellos el oxígeno sigue siendo letal (por eso es bueno ponerse agua oxigenada en una herida, ya que la bacteria que provoca el tétanos no tolera el oxígeno). Aún ahora, se cree que parte del envejecimiento de los seres vivos se da por el contacto con el oxígeno y sus productos (los llamados radicales libres), aunque esto no se puede evitar, y los seres vivos hasta hemos sacado ventaja de la existencia del oxígeno para obtener más energía de los alimentos. Por cierto, el fenómeno del envejecimiento celular ha resultado mucho más complejo de lo que se esperaba y la influencia del oxígeno es sólo una parte de la explicación, como lo han demostrado las pruebas clínicas con el uso de antioxidantes que demuestran que sus beneficios son nulos y hasta tienen efectos negativos leves.

Adrián Robles dijo...

Siempre que veo alguna referencia a estudios con fruit flies me viene a la mente la burra de Sarah Palin.

Seguro me van a corregir con su precisión (lo cual es bienvenido), pero yo sabía que un caso mas o menos similar ocurre con la vitamina C, que muchos animales la pueden sintetizar, pero otros animales (como nosotros) la tenemos que consumir.

Buena entrada.

Matalote dijo...

No solamente los resultados del estudio son muy interesantes, sino la contextualización de la nota con información especializada.
La evolución ha otorgado a los seres vivos distintas ventajas. Dentro de los animales plascentarios somos afortunados pues, también nos dotó con un cerebro más o menos inteligente. Por ello el ser humano puede investigar y desarrollar la tecnología "reparadora" de las desventajas que nos aquejan.
La investigación básica en esta área será cada vez más importante pues nuestra sociedad ha transformado la composición atmosférica considerablemente desde la industrialización (por cierto, también un logro científico y técnico).
Y la dependencia de las cremas protectoras contra los rayos UV del sol es también relativa y propia de las sociedades que pueden costearse ese lujo.
Y como a toda acción sigue una reacción, sabemos que el uso excesivo de esas cremas también significan un contaminador ambiental. Y la industria farmaceútica hace su gran negocio. Este comentario intenta colocar a la ciencia en su contexto social.
Saludos

Ribozyme dijo...

Matalote:
Y la dependencia de las cremas protectoras contra los rayos UV del sol es también relativa y propia de las sociedades que pueden costearse ese lujo.
Y como a toda acción sigue una reacción, sabemos que el uso excesivo de esas cremas también significan un contaminador ambiental. Y la industria farmaceútica hace su gran negocio.


¿Dependencia de las cremas bloqueadoras? ¿Un lujo? Pregúntale a los australianos, que tienen la mayor incidencia de cáncer de la piel por ser personas de tez muy blanca viviendo en una región muy soleada del planeta.

¿Las cremas bloqueadoras contaminantes? Me gustaría ver evidencias sustentadas de la proporción de su impacto ambiental en comparación con el de la producción cotidiana de alimentos, y no sólo la de Primer Mundo, sino la de los países pobres, que es la más estragos provoca en la actualidad con la destrucción de ecosistemas.

Y supongo que la industria farmacéutica (Big Pharma, como le dicen los luditas ¿Y que no es la de los cosméticos y productos para el cuidado de la piel la que fabrica esas cremas?) ha de andar por ahí haciendo hoyos en la capa de ozono con un berbiquí, como parte de un "compló" para dominar al mundo.

Martín Bonfil Olivera dijo...

Ribo: Hay un EXCELENTE cuento de ciencia ficción de que habla justo de la catástrofe del oxígeno, se llama "The green marauder", lo malo es que es muy largo y lo tengo en inglés. ¿No te animas a traducirlo, Ribo? Si sí, dame tu correo...

Adrián No, creo que estás en lo correcto!

Matalote: Es un contexto muy sesgado, creo...

saludos,
Martín

Martín Bonfil Olivera dijo...

Perdón, olvidé decir que el cuento es del maestro Larry Niven!

Matalote dijo...

Rybozyme
El uso de cremas bloqueadoras es una necesidad irremediable para muchos grupos humanos expuestos a la radiación solar, ya sea por el lugar geográfico dónde viven y trabajan o hacen vacaciones. El cáncer de piel no afecta únicamente a los australianos blancos, sino también a los argentinos y chilenos morenos de Patagonia, que decir, de los sudáfricanos negros. Esxpuestos estan todos aquellos que trabajan al aire libre y en labores agrícolas en varias partes del mundo. Para mucha gente si se trata de un lujo porque, a pesar de haber cremas de distintos factores de protección y distintos precios, no creo que millones de australianos usen cremas protectoras todos los dias. Lo que si hacen es estudiar los efectos de residuos químicos de cosméticos en los cuerpos de agua y eso es muy bueno. http://www.clw.csiro.au/awcrrp/stage1files/AWCRRP_1H_Final_27Apr2004.pdf
Me sorprende que menciones la comparación entre efectos contaminantes de las cremas bloqueadoras y la “proporción de su impacto ambiental” contra la de “la producción cotidiana de alimentos”. No hay forma de comparar esos dos parámetros. Por su puesto que la producción de alimentos en la forma en que se lleva a cabo ahora es un horror, un ejemplo de desperdicio espantoso de recursos naturales con el único objetivo de reducir los costos de transporte y con ello los precios en el mercado. El hecho de que alimentos básicos como el arroz sean objeto de especulación en la bolsa de valores, o que se destruyan ecosistemas enteros para cembrar monocultivos destinados a biocombustibles, habla de un sistema devastador y detestable.

Volviendo a las cremas. Sabemos que los lobbys de la industria farmacéutica y cosmética son muy fuertes. Por supuesto, no son terroristas que hacen hoyos en el cielo para animar al consumo de sus productos, sus métodos son más sutiles y diplomáticos. Se trata de un mercado millonario, de una industria de tecnología de punta y patrocinadora de estudios científicos en institutos independientes y universitarios.

Y no se trata de ser ludista o negarse a cualquier tipo de desarrollo científico o tecnológico. Yo me refiero concretametne a los efectos ambientales de los compuestos usados en las cremas protectoras, shampoos, desodorantes, etc,. Tu lo sabes, la materia no se destruye, sólo se transforma y las sustancias químicas y nanopartículas (titanium oxide, entre otras) usadas en estos productos tampoco desaparecen, sino que se depositan en alguna parte. (Por supuesto que no se pueden comparar los efectos y residuos de la producción y uso de estas substancias, con las producidas y desechadas por la industria alimenticia, eso no se discute). La industria cosmética dice, que por tratarse de nonomateriales, los efectos son también nanos, es decir, mínimos.
Los estudios realizados en la Universidad de Viena por Thilo Hofmann, Frank von der Kammer y Tom Battin, o en la Universidad Frankfurt por Jörg Oehlmann y Dominic Kaiser, buscan determinar el impacto de estas substancias en el ambiente. (Battin, T.B., v.d. Kammer, F., Weilhartner, A., Ottofuelling, S., Hofmann, T. Nanostructured TiO2: Transport behavior and effects on aquatic microbial communities under environmental conditions. Environmental Science & Technology DOI: 10.1021/es9017046.)

El objetivo de la ciencia es precisamente llevar los resultados de laboratorio a la práctica, para el uso de los seres humanos, pero sus efectos en los ciclos del agua, el aire y de la vida arrojan resultados distintos a los obtenidos en el laboratorio. (Que es lo que nos describió Martin en este post). Es bien sabido que la ciencia y la tecnología representan un rísico, pero por ello mismo existen otras ramas de la ciencia que se dedican a estudiar las alternativas para reducir ese rísico. Ese es el sentido y fin de la ciencia y la tecnología. No te enojes, no se trata de negar la importancia de los avances recientes. Todo tiene un fin, sólo la salchicha tiene dos.

Martin: Si, tienes razón, asi como esta escrito mi comentario es una mezcla de varias ideas.

Moises dijo...

Pero Ribo ¿que no la accion antiseptica del agua oxigenada se debe al peroxido de hidrogeno y no al oxigeno?

Matalote ¿que no la incidencia de cancer de piel es menor en individuos de piel oscura?

Ribozyme dijo...

Matalote: perdón si soné excesivamente brusco en mis cuestionamientos. Me pareció que criticabas indiscriminadamente como mayoritariamente negativos los avances de las industrias farmacéuticas y de productos higiénicos, cuando que gracias a la oferta por parte de ellas de muy variadas y baratas opciones es que una mayor cantidad de gente puede tener una calidad de vida como nunca antes en la historia de la humanidad (recuerdo en mis años de estudiante de licenciatura, al inicio del sexenio de Miguel de la Madrid, que hubo una escasez terrible de cosas como jabón, dentífricos y papel sanitario, y es verdaderamente terrible tener que arreglárselas sin ellos; ya no digamos si hubiera carestía de medicamentos). Claro, hay gente que carece de cosas aun más indispensables como agua potable entubada o servicios de drenaje, pero debo de decir que con estas cosas solas no basta. No me gustaría tener que vivir bajo las condiciones higiénicas de la mayoría de Occidente en el siglo XIX. Objetaba también a tu comentario porque los compuestos utilizados en los bloqueadores solares más populares (el óxido de titanio no es muy socorrido porque se le ve a uno la piel blanca, como de payaso) nunca he oído que sean problemáticas ambientalmente. No he leído completamente el reporte que recomiendas, que está muy bueno, pero lo que sobresalía de lo resumido en él es que las substancias verdaderamente problemáticas se derivan de pesticidas, que son mayormente de uso agrícola, y de hormonas humanas usadas como anticonceptivos, así como compuestos cuya producción y utilización han sido eliminadas o están en vías de hacerlo. De los productos para el cuidado personal (que no son lo mismo que fármacos; aquí la riegan en el reporte, porque cualquier agencia regulatoria del mundo hace muy claramente la distinción entre ambos grupos de productos), las únicas substancias preocupantes son los germicidas presentes en muchos productos higiénicos (y que la verdad sea dicha, no aportan ninguna ventaja real sobre simples agua y jabón y desodorantes con sales de aluminio; el usar substancias que matan a la flora normal de la piel lo único que logra a la larga es seleccionar a bacterias que sean resistentes a los germicidas y abrir el campo para la invasión por microorganismos bastante menos benignos que los de la flora normal). Lo que sí me puso a pensar es el destino que tienen los fármacos que algunas personas necesitan y que al parecer llegan al ambiente desde la orina y las heces a través del drenaje sin ser destruídos completamente. Uno por lo general supone que lo poco que el cuerpo no inactivó antes de excretarlo sería destruido por los microorganismos en el drenaje y los procesos de tratamientos de aguas antes de arrojarlos a los acuíferos naturales, pero no, y no sólo van en el agua cantidades importantes de antibióticos (lo cual es muy indeseable a la hora de prevenir el surgimiento de resistencias) sino muchos otros fármacos como hormonas, compuestos que interfieren con el metabolismo, y lo que me sorprendió más, que hasta los restos de antidepresivos (esos fármacos maravillosos que tanto me han ayudado a vivir mi vida) en el agua pueden alterar a organismos acuáticos que usan la serotonina con fines muy diferentes a los que tiene en los humanos. Imposible no verter restos de fármacos al drenaje, e inmoral el prohibir a las personas los beneficios salutarios de los fármacos (aunque sí se requiere de un uso mucho más responsable de los antibióticos y germicidas en general), así que la opción que queda es buscar sistemas de tratamientos de agua de desecho lo más eficientes posibles (yo tengo un amigo que está a cargo del área de tratamiento biológico de aguas residuales en una empresa que fabrica antibióticos, y cuando el agua sale del tratamiento, para tirarse al drenaje municipal, no quedan ni trazas de los anitibióticos en ella; o sea que la cosa sí se puede con una aplicación inteligente de la biotecnología).

Ribozyme dijo...

Moisés: lo que sucede es que las células de la sangre y de los tejidos sólidos en la herida contienen unas enzimas llamadas peroxidasas y catalasas (también algunas de ellas presentes en las bacterias que pueden vivir en presencia de oxígeno), por lo que la enorme mayoría del peróxido de hidrógeno es descompuesto casi instantáneamente a agua y oxígeno gas (lo que se observa como un burbujeo). El poco peróxido restante puede matar a algunos bichos que no pueden vivir en presencia de oxígeno (recordemos lo mencionado acerca de que los que sí pueden, también tienen la capacidad de descomponer al peróxido), y ayuda a remover un poco el tejido muerto presente en la herida, al reaccionar con él. Pero para serte franco, si quieres un buen germicida tópico, olvídate del alcohol, del peróxido y de los antisépticos que pintan un montón. Lo realmente bueno es el yodo-povidona (la marca más famosa es Isodine ¡Gol!), que es super efectivo, no irrita en lo más mínimo (olvidémonos del ardor) ni deja subproductos que puedan ser dañinos para el ambiente.

Matalote dijo...

Rybozyme:
Me parecen fabulosos los resultados obtenidos en el sistema de tratamientos de aguas residuales realizados por tu amigo. Porque es sorprendente la cantidad de desperdicios que sin darnos cuenta arrojamos al ambiente. Eso es lo que yo critio y me preocupa. Por supuesto que me agrada vivir en este siglo y contar con los productos de higiene, que las personas hace dos siglos ni siquiera podrían imaginarse. Sin embargo, tu ya sabes lo que significa acostumbrarse a ello y después tener que arreglárselas de la mejor manera cuando escasean. Esa dependencia nos ha hecho vulnerables de alguna forma, ya no basta agua y jabón, sino una serie de productos, cuya manufactura, uso y desecho dejan una huella ambiental enorme. No estaría mal, de cuando en cuando, recurrir a las recetas caceras de las abuelas y reducir un poco más nuestra dependencia de los productos industriales. No se trata de ser ludista ni conservativo, sino de un ejercicio de adaptación voluntaria al ambiente. Tu lo sabes, los seres mejor adaptados resisten mejor los cambios bruscos (ya sean ambientales o de distribución comercial). Saludos

Moises: Si, la incidencia es menor.