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domingo, 6 de mayo de 2018

El misterio de la mitocondria ancestral

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 6 de mayo de 2018

Las mitocondrias son uno de esos conceptos que se prestan a burla. Todos oímos hablar de ellas en clase de biología, pero la mayoría de nosotros no recordamos gran cosa sobre el asunto. Excepto por una frase, tan trillada que se ha convertido en un meme de internet: “las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula” (por ejemplo, “lo único útil que aprendí en la escuela es que las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula”, o “¿alguna vez miraste a tu novio y pensaste que las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula?”).

Lo cierto es que son organelos celulares de gran importancia, porque realizan una función esencial que, en efecto, tiene que ver con la energía: oxidar los alimentos –como los azúcares– para, al romper los enlaces químicos que unen los átomos que los forman, y combinarlos con oxígeno, liberar energía química que luego se usará para impulsar el metabolismo. (Los más nerds entre mis lectores recordarán incluso que esta energía se almacena temporalmente en forma de moléculas de trifosfato de adenosina, o ATP, “la moneda pequeña de la célula”, para usar otra frase trillada de la clase de biología.)

Pero en realidad el atractivo de las mitocondrias es que, por un lado, son visual y estructuralmente intrigantes, con su aspecto de pequeñas salchichas que nadan dentro de la célula, las dos membranas que las envuelven, lisa la externa, rugosa la interna, y por su relativa independencia, al tener su propio pequeño genoma, separado del que aloja en el núcleo celular, y su propio ritmo de división. Y, por otro lado, y principalmente, por su origen, pues desde hace ya varias décadas se sabe que las mitocondrias fueron inicialmente bacterias de vida libre que penetraron en otras células y formaron una relación de simbiosis con ellas para dar origen a las primeras células complejas –eucariontes–, como las de animales y plantas (además de hongos y protozoarios).

La idea del origen de las células eucariontes mediante “simbiogénesis”, que iba en contra de lo que siempre se había creído, fue formulada inicialmente en 1905 por el botánico ruso Konstantin Mereschkowski (o Merezhkovski). Pero fue la bióloga estadounidense Lynn Margulis quien, a partir de la década de los 60, ayudó a popularizarla y, sobre todo, a sustentarla con evidencia y argumentos evolutivos. Hasta que, a finales de los 80, la idea pasó a formar parte del consenso de la comunidad científica.

Desde entonces se ha buscado identificar exactamente qué bacterias pudieron ser los ancestros de las modernas mitocondrias. Para ello se ha comparado la morfología, fisiología, bioquímica y genética de las mitocondrias con las de diversas bacterias. Hoy se acepta generalmente que surgieron hace unos dos mil millones de años a partir de la clase de las alfaproteobacterias. Y, más específicamente, a partir del orden de las rickettsiales, bacterias que, como los hipotéticos ancestros de las mitocondrias, viven como endosimbiontes dentro de otras células (endos, dentro).

Sitios de muestreo y árbol genealógico
 construido por los investigadores (Fuente: Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0059-5)
Pero hoy tenemos métodos más modernos y poderosos para estudiar la evolución y clasificación de los seres vivos. El pasado 3 de mayo la revista científica Nature publicó un artículo firmado por Thijs Ettema y su equipo, de la Universidad de Uppsala, Suecia, donde explican cómo tomaron muestras de ADN ambiental microbiano de cinco sitios de los océanos Pacífico y Atlántico, a profundidades que van de 100 a 5 mil metros, y realizaron análisis metagenómicos –es decir, de todo el ADN disponible, que incluye los genomas de todas las especies presentes. En particular, se concentraron en los genes del ADN ribosomal, que contiene la información para fabricar las moléculas que forman el ribosoma, un organelo especialmente útil para estudios evolutivos porque está presente en absolutamente todos los seres vivos). A partir de ello, mediante complejos métodos computarizados, lograron construir un nuevo árbol genealógico de las alfaproteobacterias.

El resultado: en este nuevo árbol, las mitocondrias no quedarían clasificadas dentro de las alfaproteobacterias, sino en una rama paralela, como “hermanas” de todas ellas, y su origen podría ser aún más antiguo de lo que se pensaba. En este nuevo esquema, mitocondrias y rickettsiales, a pesar de sus similitudes, no formarían parte de la misma familia, sino que habrían tenido orígenes evolutivos paralelos.

Como siempre, los científicos disfrutan investigando misterios dignos de un detective. Y como siempre, la tecnología les ofrece nuevas maneras de hacerlo. Por cierto, en una fecha significativa, pues las mitocondrias inspiraron a los infames “midichlorians” de la saga de Star Wars, cuyo día se celebró el pasado 4 de mayo (“may the fourth…”).

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domingo, 29 de abril de 2018

Reciclar botellas

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 29 de abril de 2018

El mundo produce al año unos 311 millones de toneladas de plástico, según cifras de 2014. En México, se generan unas 722 mil toneladas anuales, de las cuales se reciclan o reutilizan alrededor del 50%.

Uno de los plásticos más comunes y más difíciles de reciclar es el tereftalato de polietileno, conocido como PET, y que usted encuentra diariamente en las botellas desechables de agua y refresco.

A nivel global, se venden un millón de botellas de plástico ¡cada minuto!, y sólo el 14% de ellas se recicla. Su uso es una catástrofe ambiental, porque el PET es ridículamente resistente a la biodegradación: en condiciones naturales, tarda unos 500 años en desaparecer. Por ello, se está acumulando en depósitos de basura, terrenos y en el océano donde, entre otros perjuicios ambientales, es consumido por organismos marinos a los que daña.

El uso de botellas de PET es una necesidad creada por las compañías refresqueras, que anteriormente usaban botellas de vidrio “retornables”, que la propia compañía recogía, lavaba y reutilizaba. Pero usar botellas de PET, producido a partir de petróleo, y por ello muy barato, permite a las compañías ahorrarse todo el costo de la reutilización, y transferir el costo de disponer de las botellas para reutilizarlas o reciclarlas al consumidor o a los gobiernos. Un ejemplo de cómo la economía triunfa sobre la ecología (curiosamente, ambas palabras derivan de la misma raíz griega, oikos, “casa”). Y aunque hoy hay indicios de que la opinión pública podría obligar a las refresqueras a invertir en alternativas menos dañinas para el ambiente, mientras no sea económicamente viable es muy difícil que cambien su sistema.

Por eso, desde hace años científicos de todo el mundo buscan maneras de biodegradar al PET, para reciclar sus componentes químicos y evitar que se siga acumulando (a diferencia de la simple reutilización que hoy se hace, en que el PET se muele y se transforma en fibras o bloques plásticos para diversos usos, pero sin dejar se ser PET). En julio de 2017, dos investigadoras del Departamento de Alimentos y Biotecnología de la Facultad de Química de la UNAM, Amelia Farrés y Carolina Peña, anunciaron que habían desarrollado, a partir de una enzima llamada cutinasa obtenida del hongo Aspergillus nidulans, una variante modificada por ingeniería genética que logra romper los enlaces químicos que mantienen unidas las moléculas del PET. A partir de ello, han desarrollado un método que está en trámite de patente y que logra biodegradar el PET en unos 15 días, en condiciones de laboratorio. Actualmente están trabajando para escalar el proceso a nivel industrial.

Pero los hongos son más difíciles de cultivar que las bacterias, organismos más simples que se pueden cultivar mucho más rápida y eficientemente para obtener y procesar sus enzimas.

Por eso llamó mucho la atención a nivel mundial la noticia difundida hace 15 días, el 16 de abril, del hallazgo de una bacteria capaz de degradar al PET. Como el hongo de las investigadoras de la UNAM, fue descubierta en un tiradero de basura, pero en Japón. En un artículo científico publicado en la revist

Estructura molecular
de la enzima PETasa
(Fuente: PNAS)
a PNAS, de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, el equipo encabezado por John McGeehan, de la Universidad de Portsmouth, en el Reino Unido, describe cómo aisló la enzima que le permite a la bacteria romper los enlaces del PET –a la que llamaron “PETasa”– y descifró su estructura molecular.

Y resulta que ésta es muy parecida a la de la cutinasa del hongo Aspergillus, lo cual tiene mucho sentido desde el punto de vista evolutivo. Dos enzimas que tienen propiedades químicas parecidas, romper los enlaces tipo éster del polietileno, poseen estructuras moleculares semejantes. Una evolucionó para degradar la cutina, polímero ceroso que forma parte de la cutícula de las plantas; la otra surgió mucho más recientemente en una bacteria, y le permite vivir en los basureros llenos de plástico que abundan en el mundo moderno.

Pero lo más curioso es que, modificando mediante ingeniería genética la molécula de la enzima para estudiarla mejor, descubrieron que accidentalmente la habían hecho más eficiente para degradar el PET. Como ocurre muchas veces en ciencia, la casualidad ayuda a la mente preparada.

La explicación es que, siendo un producto evolutivo muy reciente, la enzima todavía no había tenido tiempo de ser perfeccionada por la selección natural. Pero, con los actuales conocimientos de ingeniería de enzimas, los investigadores predicen que hay espacio para hacerla mucho más eficiente, y quizá desarrollar a partir de ella métodos baratos, eficientes y económicamente viables para degradar el PET y recuperar así sus componentes químicos para fabricar nuevos plásticos, en vez de desecharlos.

Ciertamente, la química puede crear problemas. Pero también puede ayudar a resolverlos.

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domingo, 25 de febrero de 2018

Transgénicos: basta de mitos

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 25 de febrero de 2018

El pasado jueves 22 de febrero se llevó a cabo en El Colegio Nacional la presentación de un libro con título polémico: Transgénicos: grandes beneficios, ausencia de daños y mitos (Academia Mexicana de Ciencias, 2017).

Su publicación fue coordinada por el doctor Francisco Bolívar Zapata, pionero de la ingeniería genética a nivel mundial. En él colaboraron otras importantes personalidades del mundo de la biotecnología nacional e internacional, como Luis Herrera Estrella, que desarrolló los primeros métodos para introducir genes foráneos en plantas; Xavier Soberón Mainero, director del Instituto Nacional de Medicina Genómica (Inmegen); los biotecnólogos Agustín López-Munguía Canales y Enrique Galindo Fentanes, del Instituto de Biotecnología de la UNAM, y el doctor Jorge Manuel Vázquez Ramos, director de la Facultad de Química de la UNAM, entre sus 18 autores, varios de los cuales estuvieron presentes en el evento.

La obra presenta, en un formato accesible, información rigurosa que permite aclarar y enfocar la discusión pública sobre el uso, beneficios y posibles recelos sobre el cultivo, comercialización y consumo de organismos genéticamente modificados (OGMs). O, como se les conoce popularmente, organismos transgénicos.

Se trata de un tema que polariza la opinión pública, sobre todo en un país como el nuestro, donde la discusión se ha centrado únicamente en una especie, el maíz (Zea mays), que en sus numerosas variedades es la base de nuestra alimentación y la de todos los pueblos de la llamada Mesoamérica. Quizá por eso, el debate público se ha ideologizado exageradamente, al grado de que se habla de que el cultivo de OGMs podría “acabar” con las variedades de maíz nativo para sustituirlo por una especie de engendro frankensteiniano capaz de causar mutaciones en quien lo consuma, “contaminar” genéticamente al propio maíz y otros vegetales, convertir a los campesinos que lo cultivan en esclavos indefensos de las malignas empresas trasnacionales biotecnológicas y prácticamente destruir al país (“sin maíz no hay país”).

La realidad, según lo revelan extensas y muy estrictas investigaciones llevadas a cabo en todo el mundo durante décadas, es muy, muy distinta: comparto algunos de los conceptos que los expertos expusieron en la presentación del libro.

En primer lugar, como se aclaró insistentemente, los genes que se insertan en organismos para volverlos transgénicos (es decir, para dotarlos de funciones nuevas presentes en otras especies) no son “artificiales”; por el contrario, son totalmente naturales, y la ingeniería genética que se usa para crear OGMs es posible gracias a que los seres vivos cuentan con mecanismos naturales que permiten la incorporación de genes foráneos en su genoma, los cuales fueron simplemente adaptados por los biotecnólogos.

En segundo lugar, y aunque los especialistas presentes en el evento no se atrevieron a expresarlo en esos términos, está más allá de toda duda razonable el hecho de que el consumo de vegetales transgénicos es totalmente seguro para la salud. Además de que han sido consumidos regularmente durante décadas por millones de personas en muchos países, sin que haya habido casos registrados de daños sanitarios, existen cientos de estudios rigurosos que así lo atestiguan. Los poquísimos casos en que se han publicado trabajos que parecen mostrar posibles daños debidos a su consumo han resultado tener problemas metodológicos y de rigor, y no han podido ser replicados. Con tanta evidencia, quedan más que satisfechos los requerimientos del principio de precaución, que busca garantizar en una medida razonable que los avances científicos y tecnológicos no causen daño, pero que no significa oponerse sistemáticamente a cualquier avance sólo por la posibilidad de que exista algún riesgo para el que no haya evidencia tangible.

En tercer lugar, y ante los argumentos de que en especies como el maíz la introducción de cultivos transgénicos pudiera llevar a la dispersión de genes ajenos entre las variedades autóctonas, que tienen un alto valor simbólico, cultural, alimentario y práctico para los campesinos que los cultivan localmente, sobre todo en estados como Oaxaca (y hay que recordar que México es centro de origen evolutivo del maíz), nuevamente la evidencia es clara: desde por lo menos los años 60 los maíces originarios mexicanos han estado conviviendo en el campo con variedades híbridas mejoradas (por métodos no transgénicos), sin que haya habido “contaminación genética” significativa. En gran medida, debido a que son los propios campesinos quienes cultivan y conservan esas variedades nativas. (Por otro lado, en México ya se cultiva desde hace años algodón transgénico, con gran éxito y sin que haya habido problemas, así como soya transgénica.)

Fueron muchos los datos expuestos durante la presentación, y muchos más los que se presentan, de manera sistemática, rigurosa y firmemente sustentada, en el libro. Aparte de su edición en papel, está disponible en forma gratuita en formato PDF en la página de la Academia Mexicana de Ciencias, una de las instituciones que auspició su publicación. Si usted, lector o lectora, está interesado, puede consultar esta importante obra de referencia, que por su lenguaje es accesible a un público amplio, en la dirección http://bit.ly/2BMEMAc

Podrá así, con base en información confiable, formarse su propia opinión sobre este tema, y ver si coincide con el punto de vista de sus autores, que consideran que, en vista del daño ambiental que causa la agricultura convencional, con su intenso uso de pesticidas tóxicos, y de las crecientes necesidades alimentarias de la humanidad, resulta antiético seguir satanizando y obstaculizando el uso de una tecnología útil y necesaria, que ofrece oportunidades para reducir drásticamente el uso de pesticidas y aumentar la productividad de distintos cultivos.

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domingo, 28 de enero de 2018

Otra vez, clonación…

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 28 de enero de 2018

Zhong Zhong y Hua Hua,
gemelos idénticos obtenidos por clonación
En el mundo de las noticias científicas, hay ciertos temas que retornan una y otra vez, cíclicamente, como si el tiempo se repitiera o la memoria los olvidara.

Uno de ellos es la típica nota que anuncia, con bombo y platillo, que el café/el vino/el azúcar/las grasas o cualquier otro producto de consumo cotidiano causa (o cura) el cáncer (o cualquier otra enfermedad). Otro ejemplo común es el anuncio de una vacuna “que acabará” con el VIH, el propio cáncer o la malaria.

¿Cuál es el problema? Que a la semana siguiente quedan olvidadas y seguimos esperando la cura del cáncer o que se prohíba el consumo de ese peligroso café o vino. No es que se trate de fake news (aunque a veces sí…), sino más bien de que son noticias parciales, sacadas de contexto, y que, para tratar de hacerlas atractivas al gran público, se presentan de manera exagerada. Pero además, se trata de notas seleccionadas un tanto tramposamente de un océano de investigaciones similares, contradictorias y confusas. Hay miles de científicos investigando esos temas, y constantemente publican resultados puntuales y parciales que registran los pequeños avances que se van logrando para entender temas tan complejos como esos. Al seleccionar uno de esos resultados y presentarlo en los medios como un gran avance, se termina por difundir información esencialmente engañosa… o al menos irrelevante. Ya nos enteraremos, sin ninguna duda, cuando realmente se descubra la cura del cáncer, o si tomar café lo provoca.

La semana pasada ocurrió algo similar con otro de esos temas recurrentes. En esta ocasión fue la noticia de la clonación de dos macacos en China, utilizando la misma técnica –el transplante o transferencia de núcleo celular– que se utilizó en el ya lejano julio de 1996 para producir a la famosa oveja Dolly, el primer mamífero clonado (a partir del núcleo de una célula de glándula mamaria, hecho que dio origen a la broma de su nombre, que alude a las generosas proporciones de la conocida cantante de country Dollly Parton).

Se trata de Zhong Zhong y Hua Hua, dos encantadoras crías de macaco de cola larga (Macaca fascicularis, también conocido como macaco cangrejero), obtenidas a partir de células embrionarias por un equipo encabezado por Qiang Sun, de la Academia China de Ciencias, en Shanghái, según se informa en un artículo científico publicado el 24 de enero en la revista Cell.

Los investigadores tomaron células de un feto abortado de mono, extrajeron el núcleo y lo introdujeron en óvulos de la misma especie, a los que previamente les habían extraído su propio núcleo. Obtuvieron así 21 óvulos, que lograron producir embarazos en seis monitas, de los que finalmente dos terminaron en partos exitosos (también se intentó con células de mono adulto, pero de los 42 intentos y 22 embarazos logrados, sólo se obtuvieron dos crías, que murieron poco después de nacer; al parecer, en primates como estos macacos, la clonación es más difícil de lograr usando células adultas que embrionarias).

La clonación era un fenómeno bien conocido en animales como anfibios y reptiles (y normal, como método de reproducción, en muchísimas especies de plantas, bacterias y protozoarios). Luego de Dolly, se había logrado clonar a 23 distintas especies de mamíferos como cerdos, vacas, gatos, ratas, caballos, perros, lobos, búfalos, camellos y cabras.

¿Qué tiene de especial, entonces, el nacimiento por clonación de Zhong Zhong y Hua Hua? Que es la primera vez que se logra con un animal que pertenece al mismo orden que la especie humana, los primates (en 1999 se había logrado producir a Tetra, un clon de otra especie de primate, el mono rhesus, Maccaca mulatta, pero no se hizo mediante la técnica de transferencia de núcleo, sino por un método mucho más simple: separar las células de un embrión en sus primeras etapas de desarrollo, como ocurre naturalmente cuando nacen gemelos idénticos).

La importancia de este avance es, en primer lugar, que se están estudiando y comprendiendo mejor los factores que intervienen para lograr una clonación exitosa (los investigadores tuvieron que utilizar ciertas enzimas que modifican epigenéticamente el ADN de los núcleos trasplantados para lograr que éstos comenzaran a dividirse como lo hacen en un óvulo fecundado). En segundo, que la clonación de macacos y otros primates servirá para producir camadas de especímenes de laboratorio genéticamente idénticos que son indispensables –a pesar de lo que creen muchos defensores a ultranza de los animales– en la investigación biomédica, que permite salvar miles de vidas humanas cada año (por ejemplo, al usarlos como modelos para estudiar y desarrollar tratamientos para distintas enfermedades humanas; al ser animales genéticamente idénticos, se podrían obtener resultados más claros usando menos ejemplares).

Zhong Zhong y Hua Hua
(¿o viceversa?)
Pero, por supuesto, en los medios la discusión principal ha tenido que ver con la posibilidad de clonar seres humanos, algo que en realidad sigue estando muy lejos de la realidad. Aun si se pudiera, ¿querríamos clonar seres humanos? ¿Serviría de algo? Sin caer en escenarios de ciencia ficción, la respuesta es que más bien no. Producir humanos por clonación sería extremadamente caro comparado por el método tradicional (y mucho menos divertido), ocasionaría problemas éticos y legales complicadísimos, y no tendría utilidad aparente (además, no se podría clonar a un humano adulto, pues el método sólo ha funcionado a partir de células embrionarias). Pero quizá, entendiendo bien el proceso, en un futuro no tan lejano podría lograrse, por ejemplo, clonar partes del cuerpo humano para producir órganos de repuesto para trasplantes.

Al final, no se trata de un avance revolucionario, sino sólo de otro pequeño paso en la comprensión y control del fenómeno de la clonación. Pero, al menos, sirve para volver a hablar del tema y para recordar que tenemos varios problemas éticos, sociales, culturales y legales que discutir antes de que la tecnología se nos adelante.

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domingo, 5 de noviembre de 2017

Arqueología de la fotosíntesis

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 5 de noviembre  de 2017

La fotosíntesis
Es casi un lugar común comparar la labor de los investigadores científicos con la de un detective. Sin embargo, es una comparación muy útil, pues en ambos oficios lo que se busca es descubrir la solución a un enigma.

Y uno de los enigmas más antiguos en biología, aparte de la aparición misma de la vida, es cómo pudo surgir el proceso que permite a los organismos tomar la energía del sol para, transformándola en energía química, fabricar los compuestos orgánicos que dan sustento a prácticamente todos los ecosistemas terrestres.

Es bien sabido que el proceso bioquímico que hace esto posible es la fotosíntesis: las plantas toman dióxido de carbono y agua de la atmósfera y, con ayuda de los fotones que captura el pigmento llamado clorofila, que se halla en los cloroplastos de sus hojas, los transforman en azúcares o carbohidratos (que luego el metabolismo celular puede transformar en muchos otros compuestos necesarios para la vida). Como producto secundario, el proceso produce oxígeno que se libera a la atmósfera. Básicamente, la fotosíntesis transforma aire en tejido orgánico y oxígeno, con ayuda de la energía solar.

Sistemas de reacción fotosintéticos de una planta
Lo que es menos sabido es que no sólo las plantas realizan la fotosíntesis: también muchos tipos de microorganismos evolutivamente más antiguos, como algas y algunas bacterias. La fotosíntesis en todos ellos se basa en ciertas proteínas llamadas “centros de reacción” o “fotosistemas” que contienen los pigmentos fotosintéticos (clorofilas, porque las hay de varios tipos, y carotenoides) y muchas otras moléculas. Cuando un fotón solar es absorbido por éstos, excita un electrón del pigmento, que puede entonces moverse a otra molécula, y luego a otra en una cadena dentro del centro de reacción, liberando energía en cada paso. En algunos de estos pasos, la energía se utiliza para llevar a cabo reacciones químicas que, en última instancia, llevarán a producir los compuestos necesarios para captar el dióxido de carbono, romper la molécula de agua, combinarlos y fabricar así carbohidratos.

¿Cómo surgió, evolutivamente, un proceso tan complejo y eficiente como la fotosíntesis? Durante décadas, los bioquímicos y biólogos moleculares han estado intentando descubrirlo a través de los estudios de evolución molecular, que se basa en comparar la estructuras de proteínas (o las secuencias de información contenida en los ácidos nucleicos, que determinan cómo se fabrican las proteínas) de distintos organismos, para tratar de hallar las relaciones evolutivas entre éstos y poder reconstruir así su historia.
El fotosistema de
Heliobacterium modesticaldum

Pues bien: en julio pasado, un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona, en Estados Unidos, publicó en la prestigiosa revista Science el análisis detallado de la estructura molecular de centro fotosintético de reacción de Heliobacterium modesticaldum, la bacteria fotosintética más simple que se conoce hasta ahora, descubierta en los géiseres de Islandia en los años noventa. Lo lograron utilizando la técnica de cristalografía de rayos X, que les permitió determinar la posición de cada átomo en la proteína con una precisión de 2.2 diezmillonésimas de milímetro.

Lo que hallaron fue un sistema fotosintético extremadamente simple, formado por dos subunidades idénticas. Esto es muy diferente a lo que existe en especies más modernas, que tienen subunidades distintas (son “asimétricos). Además, la heliobacteria no puede usar dióxido de carbono como materia prima para la fotosíntesis, y no sólo no produce oxígeno (muchos otros tipos de fotosíntesis tampoco lo hacen), sino que el oxígeno es mortal para ella (lo que dificultó mucho cultivarla para poder realizar los estudios).

En pocas palabras, el centro de reacción de esta bacteria es un fósil molecular que es lo más parecido que tenemos a lo que tuvo el primer organismo fotosintético que surgió en el planeta, hace unos tres mil millones de años.

Pero los detectives moleculares no están satisfechos: seguirán investigando hasta descubrir más pistas que permitan reconstruir el complicado árbol genealógico de la fotosíntesis, y resolver así el misterio que los inquieta.

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domingo, 3 de septiembre de 2017

El virus que quiso ser célula

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 3 de septiembre  de 2017

El Klosneuvirus 
(fuente: Science Magazine 
http://ow.ly/cg4j30eY2qF)
Si algo nos ha demostrado la biología es que la vida es flexible. Los sistemas vivos son capaces de la más sorprendente adaptación, que es el principal producto de la evolución en la continua lucha por sobrevivir.

Es esta enorme diversidad y flexibilidad la que hace que sea tan difícil definir la vida. Cada vez que uno trata de delimitar una serie de rasgos distintivos que caracterizan a los seres vivos, surge alguna excepción que da al traste con el intento.

Los virus son un caso especialmente interesante. Tradicionalmente se considera que no son organismos. Se los define como partículas formadas por una cápsula (o “cápside”) de proteínas que protege a una pequeña porción de ácidos nucleicos (el clásico ADN o bien su pariente más antiguo, el ácido ribonucleico, ARN). Pueden estar o no cubiertos por una membrana flexible parecida a la que rodea a las células.

Pero los virus no son células: por el contrario, para multiplicarse necesitan infectar células y apoderarse de su maquinaria genética, para que copie su genoma y fabrique sus proteínas. En ese sentido, tampoco están vivos: sólo están activos cuando se hallan dentro de una célula.

La inmensa mayoría de los virus son más pequeños que cualquier célula y contienen pocos genes: algunos sólo dos, pero normalmente unos cuantos. Como comparación, el genoma de la bacteria intestinal Escherichia coli tiene unos 4,300 genes, y el genoma humano, 20 mil.

Pero en 2003 se identificó un virus tan enorme que era mayor que algunas células, y que tiene un genoma con casi mil genes: mayor que el de muchas bacterias. Como parecía mimetizarse con una verdadera célula (de hecho se le confundió con una cuando fue descubierto), se le llamó “mimivirus”; ya hemos hablado de él en este espacio.

Posteriormente se han descubierto otros virus enormes, tanto en tamaño como en complejidad y número de genes; entre ellos el pandoravirus, que tiene 2,500 genes.

Virus gigantes
(fuente: Science Magazine
http://ow.ly/cg4j30eY2qF)
Y resulta que estos virus gigantes poseen además genes relacionados con funciones metabólicas que hasta hace poco se consideraban exclusivas de las células, como la fabricación de las enzimas sintetasas de ARN de transferencia.

Estos y otros descubrimientos llevaron a proponer que estos grandes virus podrían ser descendientes de una cuarta rama del gran árbol de la vida. Las tres ya conocidas son las células con núcleo (eucariontes, como protozoarios, hongos, plantas y animales), las bacterias, y las arqueas (primas de las bacterias, aunque distintas a nivel molecular y metabólico). Los hipotéticos organismos de la cuarta rama habrían ido perdiendo funciones –y genes– hasta convertirse en los parásitos que son actualmente.

Recientemente, un equipo de virólogos encabezados por Frederik Schulz, del Instituto de Genómica del Departamento de Energía de los Estados Unidos, en California, halló algo nuevo al analizar lodos provenientes de una planta de tratamiento de aguas de la ciudad de Klosterneuburg, en Austria. Sus resultados se publicaron en la revista Science en abril pasado.

Utilizando métodos de metagenómica, que permiten identificar a los organismos presentes en una muestra a partir sólo de su ADN, hallaron lo que parece ser el genoma de un nuevo virus gigante, al que llamaron klosneuvirus. Lo interesante es que este virus tiene 20 distintas enzimas sintetasas de ARN de transferencia, correspondientes a cada uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. Es decir, un juego completo de dichas enzimas… igual que una célula viva.

Esto no quiere decir que el virus pueda producir sus propias proteínas, pues no tiene ribosomas, las fábricas moleculares que hacen dicho trabajo en las células (hasta ahora no se ha hallado señal de los genes necesarios para fabricar ribosomas en ningún virus conocido). Pero sí parecería, a primera vista, fortalecer la hipótesis de que los virus gigantes descienden de antiguas células, quizá pertenecientes a esa hipotética cuarta rama del árbol de la vida.

Para investigarlo más a fondo, Schulz y sus colegas estudiando, con métodos de análisis genético comparado, la procedencia de dichos genes. Lo que hallaron fue inesperado: cada gen parecía provenir de un linaje evolutivo distinto, principalmente de algas. En otras palabras, no parecían descender de un antepasado común, una célula antigua que fue perdiendo genes hasta convertirse en el klosneuvirus actual. Por el contrario, éste parece haber surgido a partir de un virus pequeño que fue adquiriendo enzimas una por una, por aquí y por allá, a partir de distintos organismos. Un fuerte golpe para la hipótesis del cuarto dominio de la vida. (Aunque otros virólogos desconfían, y opinan que la posibilidad de una cuarta rama del árbol de la vida no puede descartarse hasta que no se aísle al klosneuvirus mismo, en vez de sólo confiar en deducciones sobre su existencia a partir del ADN hallado en muestras.)

¿Y para qué querría un virus, por gigante que sea, tener sus propios genes para fabricar enzimas relacionadas con la producción de proteínas? Quizá porque algunas células, al detectar que han sido infectadas por virus, dejan de fabricar dichas enzimas, como mecanismo de protección. Los genes transportados por el virus podrían ser una forma de pasar por encima de esta defensa.

Queda claro que los virus son un territorio todavía poco explorado, que probablemente seguirá dándonos sorpresas que quizá sigan haciendo más borrosa la línea entre virus y células.

Y también que los organismos y las especies vivas son en realidad sistemas modulares formados por combinaciones enormemente flexibles de distintos genes, casi como bloques de lego moleculares.

Sin duda, la flexibilidad es una de las características fundamentales lo vivo.


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