domingo, 18 de febrero de 2018

EN UN ANTIGUO VIRUS PODRÍA ESTAR EL ORÍGEN DE NUESTRA CONSCIENCIA


Imagen: geralt. Fuente: Pixabay.

En nuestro cerebro humano, tan desarrollado, existe una proteína llamada Arc que está involucrada en la cognición y en el almacenamiento de recuerdos en el largo plazo. Un equipo de científicos de la Universidad de Utah (en Estados Unidos) se ha dedicado a estudiarla, y ha descubierto que dicha proteína podría provenir de un arcaico virus. 

Los investigadores hallaron, más concretamente, que la Arc usa el mismo mecanismo que utilizan los virus para infectar las células de su organismo huésped: Almacena información genética en unas cápsulas denominadas “cápsides” y la envía, dentro de esas cápsulas, de unas células nerviosas a otras. 
De este modo, esta proteína posibilita la comunicación entre las células nerviosas lo que, a su vez, hace posible que tengamos algunas de nuestras capacidades cognitivas más importantes.

Resulta que los virus transmiten su información genética del mismo modo: Producen cápsides cargadas con ella para transmitirla de una célula a otra dentro de sus víctimas. 

Según informa la Universidad de Utah en un comunicado, el neurocientífico Jason Shepherd y su equipo constataron esta similitud en experimentos realizados con neuronas de ratones: Introdujeron cápsides similares a las de los virus, pero con material genético (ARN mensajero) de la proteína Arc, en neuronas de ratón aisladas en laboratorio. Comprobaron así que dichas cápsides transferían su carga genética a las células cerebrales. 

Implicaciones sorprendentes 
Las implicaciones de este hallazgo son bastante sorprendentes, pues sugieren que nuestras capacidades cognitivas más avanzadas podrían tener su origen en un evento evolutivo casual acaecido hace cientos de millones de años.
En aquel entonces, un virus muy especial habría atacado a las criaturas de cuatro extremidades que vagaban por la Tierra.

Se trataba de un ancestro de los retrovirus llamado retrotransposón, que insertó su material genético en el ADN de estos animales. Pasado el tiempo, el retrotransposón habría dado lugar a la proteína Arc que hoy conocemos de los mamíferos. 
Los investigadores creen que este proceso se dio más de una vez, pues Arc se encuentra en las moscas, y también en ellas actúa usando cápsides virales. En este caso, Arc transporta el ARN de las neuronas a los músculos para controlar el movimiento.

Pero en los seres humanos y otros mamíferos su papel es aún más importante, pues hace posible la comunicación entre los nervios de nuestro sistema nervioso y, en consecuencia, es esencial para el almacenamiento de información duradera en el cerebro y para varias formas de plasticidad sináptica.
De hecho, se sabe que esta proteína está implicada en trastornos del neurodesarrollo
En una investigación de 2013, se demostró que ratones sin la proteína Arc olvidaban cosas que habían aprendido apenas 24 horas antes, y tenían cerebros que carecían de plasticidad neuronal, es decir, de la capacidad de responder adaptativamente.

Cerebro, retrovirus y bacterias actuales 
No es la primera vez que se establece una relación entre nuestras capacidades cognitivas y algún virus del pasado remoto.
En 2015, otro estudio de la Universidad de Lund (en Suecia) también apuntó al efecto de un virus de hace millones de años sobre nuestro cerebro.
En aquel caso, se habló de los llamados retrovirus endógenos, que son aquellos cuyo ADN se ha incorporado al ADN de nuestras células a lo largo de la evolución. Al parecer, estos retrovirus habrían tenido un papel importante en el desarrollo de las redes complejas que caracterizan nuestro cerebro y, en consecuencia, en sus funciones más avanzadas.

No menos curioso sería el efecto de otros microorganismos, las bacterias actuales, en nuestro cerebro. Se sabe que algunas de las que albergamos en el intestino – componentes de lo que se conoce como “flora o microbiota intestinal” - también tienen efectos sobre nuestra composición cerebral y, en consecuencia, sobre nuestros procesos mentales. 

Por ejemplo, se ha comprobado que las personas con una flora intestinal dominada por Bacteroides tienen una materia gris más densa en el córtex frontal y las regiones insulares, que son las zonas del cerebro especializadas en el tratamiento de informaciones complejas. También pueden tener un hipocampo, la zona cerebral implicada en la memoria, más voluminoso. 

Asimismo, un estudio del año 2011, realizado por científicos del Instituto Karolinska, del Instituto del Cerebro de Estocolmo y del Instituto del Genoma de Singapur, reveló que la colonización de los intestinos por microbios en la primera infancia resulta fundamental para un desarrollo cerebral saludable.
Según aseguraron entonces los especialistas, “la colonización de la microbiota intestinal” estaría integrada “en la programación del desarrollo del cerebro”. 

La importancia evolutiva de la relación 
Estos hallazgos redundan en una cuestión que parece cada vez más evidente, si la analizamos desde la confluencia de diversas perspectivas: La importancia de la relación en el desarrollo del cerebro humano.  

A lo largo de la historia, diversos factores relacionales han impulsado nuestra inteligencia, nuestras capacidades artísticas, en definitiva, nuestra consciencia y nuestra autoconsciencia. 

Los estudios sobre virus y bacterias nos hablan de uno de los niveles de esas relaciones (entre el ser humano y los microorganismos), pero también se sabe que en esta evolución del cerebro hubo implicados otros factores relacionales, como la interculturalidad en contextos de alta presión demográfica (que propició el intercambio de ideas y de habilidades, y el mantenimiento de las innovaciones), la interacción con la tecnología o la amistad, entre muchos otros. 

Esto hace pensar que, quizá, si queremos conseguir crear un cerebro artificial que evolucione como el modelo biológico, haya que sacar a las máquinas del laboratorio y programarlas con una necesidad imperiosa de supervivencia, y con la noción de que esta dependerá de su capacidad de relacionarse con su entorno, a múltiples niveles. ¿Será posible hacer algo así algún día? 

Fuente: Tendencias 21 / Conciencia y Desarrollo (Yayza Martínez) 15.feb.2018 /
CELL and Nature NeuroScience -
  
Referencias:

PROCESO CUANTICO CONVIERTE EN ELECTRICIDAD LA RADIACIÓN INFRARROJA



Científicos saudíes han encontrado la forma de obtener electricidad a través de la radiación infrarroja que emite el planeta. Se han valido de nano-antenas que usan el efecto túnel cuántico para que los electrones puedan traspasar un diodo y transformar las ondas infrarrojas en corriente eléctrica. Un prototipo que puede revolucionar el sector energético.


La mayoría de la luz solar que golpea la Tierra es absorbida por sus superficies, océanos y atmósfera. Como resultado de este calentamiento, la radiación infrarroja se emite constantemente a nuestro alrededor. 

Estimada en millones de gigavatios por segundo, esta radiación infrarroja residual es capaz de abastecer la demanda energética de la humanidad miles de veces.
Un equipo de Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá, en Arabia Saudita, ha desarrollado un dispositivo que puede aprovechar esta energía, así como el calor residual de los procesos industriales, y transformarla en electricidad útil. 
A diferencia de los paneles solares que están limitados por las horas del día y las condiciones climáticas, el calor infrarrojo puede ser recogido las 24 horas del día. Una forma de lograrlo es tratar el exceso de calor infrarrojo como ondas electromagnéticas de alta frecuencia. 
Utilizando antenas diseñadas específicamente para esta investigación, las ondas electromagnéticas recogidas se envían a un rectificador, típicamente un diodo semiconductor, que convierte las señales alternas en carga de corriente continua para baterías o dispositivos eléctricos. 

Efecto túnel 

El proceso se consigue mediante la fabricación de una rectenna o rectena, (rectifying antenna o antena rectificadora), un tipo especial de antena que se usa para convertir directamente microondas en corriente continua. En esta investigación, como la longitud de las ondas infrarrojas es extremadamente corta, para poder aprovecharlas fue necesario construir rectenas realmente minúsculas. 
Además, las ondas infrarrojas oscilan miles de veces más rápido que un semiconductor típico. "No hay ningún diodo comercial en el mundo que pueda funcionar con tanta frecuencia", explica Atif Shamim, líder de proyecto de KAUST, en un comunicado. Por eso han recurrido al efecto túnel. 

El efecto túnel es un fenómeno cuántico que permite a una partícula superar una barrera que en teoría no podría traspasar por falta de capacidad. Por ejemplo, una bala disparada desde la base de una montaña necesita una cierta cantidad de energía para llegar a la cúspide y llegar al otro lado. Pero una bala cuántica no: puede llegar al otro lado de la montaña gracias a la indeterminación de su posición, que es la base de cualquier fenómeno cuántico. 
Pues ese efecto túnel, según los investigadores, puede ayudar a la construcción de las citadas antenas nanométricas y obtener energía de la naturaleza: los electrones pueden atravesar una pequeña barrera, gracias a un diodo regido por el efecto túnel (Metal-Insulator-Metal), y transformar las ondas infrarrojas en corriente eléctrica.

Nano-antena con diodo 
Lo han comprobado construyendo una nano-antena en forma de mariposa que incorpora una película aislante muy delgada entre dos brazos metálicos ligeramente recubiertos de oro y titanio. 
El invento es capaz de generar campos eléctricos intensos, necesarios para el buen funcionamiento de la nano-antena. El diodo MIM ha capturado con éxito la radiación infrarroja y sólo se enciende cuando es necesario. 
Y aunque de momento sólo se trata de una etapa del proceso innovador superada con éxito, todavía quedan muchos problemas técnicos por resolver antes de que pueda confirmarse la viabilidad del dispositivo.
Uno de los problemas a resolver es que consume mucha energía, pero si las investigaciones se desarrollan según lo previsto, será posible conectar millones de micro-antenas para aumentar la producción de electricidad en un país o una región. Toda una revolución para el sector energético.

No es la primera vez que se intenta obtener electricidad del espectro electromagnético. En 2014, investigadores norteamericanos lo intentaron con un “colector de energía emisiva” y también con rectenas, según explicaron en un artículo publicado en PNAS.

El trabajo investigativo se encuentra bajo el título “Optical Rectificationthrough an AI203 based MIM passive rectenna at 28.3THz” Materials Today Energy, Volume 7,March 2018, pages 1-9.
DOI:https://doi.org/10.1016/j.mtener.2017.11.002
Fuente: Tendencias 21 / Tendencias Tecnológicas 18.febrero.2018

EL HAMBRE DE LA MADRE DURANTE EL EMBARAZO, DEJA UNA HUELLA GENÉTICA EN EL FETO



El hambre deja una huella genética en el feto que perdura al menos 70 años después de nacer, provocando alteraciones en el índice de la masa corporal, niveles de grasa y azúcar en la  sangre, así como obesidad. 

Lo ha comprobado un estudio que analizó el hambre vivida durante la segunda Guerra Mundial en Holanda entre septiembre de 1944 y mayo de 1945, así como las secuelas de esta penuria materna sobre los nonatos en esa época, según informa la Universidad de Columbia en un comunicado

Este estudio comprobó que la metilación del ADN, conocida por permitir la actividad de los genes y participar en el desarrollo y metabolismo, juega un papel clave en la relación entre la exposición al hambre prenatal y el índice de masa corporal y la salud metabólica en la edad adulta del entonces feto; según investigadores holandeses y norteamericanos que publican sus resultados en la revista Science Advances. 

Mientras que estudios anteriores, que usaron modelos animales, han ilustrado el potencial de la epigenética para influir en la salud en el corto plazo, este estudio en seres humanos demuestra que el impacto de un shock nutricional, como el hambre, en los marcadores epigenéticos durante la vida temprana, puede afectar a la salud de los adultos seis décadas después. 
Los investigadores examinaron este posible impacto epigenéticos en la hambruna holandesa de 1944, en la que murieron más de 20.000 personas y miles más indirectamente por la escasez de alimentos.
Durante cinco meses y medio, las raciones de alimentos cayeron a menos de 900 kcal/día, un episodio que afectó de forma especial a las mujeres embarazadas de la época. 

Metilación del ADN 
Los investigadores estudiaron la metilación del ADN en la sangre de 422 individuos que habían estado expuestos a hambrunas en el útero en aquel invierno, y de otros 463 hermanos de los anteriores, que no habían sufrido durante el embarazo los efectos del hambre de la madre, y que sirvieron de grupo de control. 
Los investigadores descubrieron que la metilación del ADN de un gen que regula el crecimiento y la producción de energía en las células estaba relacionada, tanto con el hambre prenatal como con el índice de masa corporal.
Explica además, el 13 % de la asociación entre el hambre prenatal y el índice de masa corporal ( MC). 
Asimismo, el estudio identificó cambios en la metilación del ADN en seis genes adicionales que controlan el metabolismo y la diferenciación celular durante el desarrollo. Estos cambios explicaron hasta el 80 por ciento de la asociación entre el hambre y los triglicéridos, que sirven al organismo para almacenar energía. Asimismo, descubrió la exposición a la hambruna durante la gestación se asocia con un mayor riesgo de obesidad y diabetes tipo 2, y por separado, con cambios en la metilación del ADN. 

Factores epigenéticos 
El estudio comprobó asimismo que las asociaciones entre la exposición a un entorno adverso durante el desarrollo temprano y los resultados de salud seis décadas después, pueden estar mediadas por factores epigenéticos. No obstante, los investigadores advierten que se necesitan todavía más estudios para determinar el posible impacto de otros factores en la vida temprana que podrían causar daños a largo plazo a la salud humana por cambios epigenéticos. 
Ya se sabía que un acontecimiento traumático puede dejar huellas profundas, tanto en nuestros recuerdos como en nuestro cerebro. Sin embargo, que podía haber otras consecuencias de alcance genético merced a estas experiencias, hasta hora era sólo una suposición que esta nueva investigación parece confirmar. 

Este estudio ha puesto de manifiesto que algunos adultos muestran, 70 años después de estar en el útero materno, la huella en sus genes de un episodio traumático vivido por su madre durante el embarazo. Y también explica por qué una experiencia vivida por la madre puede afectar a la salud de sus hijos incluso antes de nacer. 
Estos mismos investigadores habían publicado otro estudio en 2014 señalando que las personas que habían vivido la hambruna holandesa cuando estaban en el vientre materno, presentaban en la edad adulta una tasa de mortalidad más alta que otros miembros de la sociedad. 

En el nuevo estudio, basado en la metilación del ADN, han podido comprobar además que las personas que vivieron la hambruna estando en el vientre materno presentan en la edad adulta un sobrepeso que se deriva de un bloqueo de muchos genes implicados en el metabolismo para el control de la glicemia (glucosa en sangre). 
Por eso estiman que la hambruna padecida durante la gestación modificó la lectura de ciertos genes para orientarlos hacia una conservación de la energía, una hipótesis que todavía no se puede dar por contrastada. A partir de esta hipótesis, será posible comprobar en animales si el ADN puede realmente recordar una hambruna vivida antes de nacer.

El trabajo completo se encuentra bajo el título “DNA Methylation as a mediator of the association between prenataladversity and risk factors for metabolic disease im adulthood” en la Revista Science Advances del 31 de enero de 2018. Vol.4, n°1, eaao4364., DOI 0.1126/sciadv.aao4364
Fuente: Tendencias de la Salud / Tendencias 21 / 08. febrero.2018