La faceta bioeléctrica del cáncer, programar bacterias para prevenir tumores

Unos biólogos han comprobado cómo ciertas señales bioeléctricas, provenientes de células distantes, controlan los tumores provocados por genes que promueven el cáncer, y qué papel tienen en el proceso determinados ácidos grasos producidos por bacterias beneficiosas que viven dentro del cuerpo.

Estos científicos, de la Universidad Tufts en el campus de Medford/Somerville, de Massachusetts, Estados Unidos, se han valido de un modelo basado en renacuajos pero extrapolable al Ser Humano para llevar a cabo su estudio.

A menudo, la información genética no basta para determinar si una célula se convertirá en cancerosa; hay que tener en cuenta la fisiología de la célula y las señales bioeléctricas que ésta recibe de otros tejidos.

Contando con la suficiente información de esa clase, parece plausible recurrir a varias vías de prevención, detección y tratamiento del cáncer, por ejemplo utilizando fármacos que actúen específicamente sobre el estadobioeléctrico de ciertos puntos del cuerpo, aunque estén distantes. Algunos medicamentos de este tipo, incluyendo fármacos antiepilépticos, ya han sido aprobados para uso humano, por lo que sería relativamente rápido evaluar en ensayos clínicos su eficiencia para este otro campo de aplicación.

El equipo de Michael Levin y Brook T. Chernet inyectó en renacuajos de la rana Xenopus laevis oncogenes asociados con muchos cánceres humanos. Los oncogenes hicieron que se formaran estructuras parecidas a tumores en esos sitios receptores. Los experimentos realizados por los investigadores mostraron que la incidencia de la formación de tumores podía ser reducida de forma importante a través de la expresión incorrecta de canales iónicos hiperpolarizadores, que controlan el flujo de corriente a través de la membrana celular, incluso cuando estas señales eléctricas se originaron lejos de las células que expresan oncogenes. Estas señales bioeléctricas distantes suprimieron el crecimiento tumoral, a pesar de los altos niveles de proteína de oncogén de las células.

La imagen muestra, con sus posiciones señaladas en un renacuajo, células de dos "bandos". Las representadas en rojo expresan oncogenes. Las representadas en verde, situadas relativamente lejos de la zona del cuerpo donde están las rojas, tienen una expresión de canales iónicos hiperpolarizadores que impide que las rojas formen tumores. 

Investigaciones adicionales revelaron que los efectos de supresión de tumores de la hiperpolarización fueron regulados por un mecanismo en el que intervienen el butirato (un ácido graso de cadena corta que cuando consumimos carbohidratos es producido de manera natural en grandes cantidades en el sistema digestivo por bacterias simbióticas que se alimentan de fibra) y la clase de enzimas conocidas como histona deacetilasas, sobre las que el butirato actúa. De éste además, ya se ha comprobado en estudios anteriores que protege frente al cáncer colorrectal.

Para confirmar que el butirato bacteriano estaba también implicado en la regulación de la formación lejana de tumores en los renacuajos, los investigadores aplicaron antibióticos; y constataron que estos fármacos efectivamente redujeron la producción de butirato y por consiguiente detuvieron el efecto de supresión tumoral basado en el voltaje de la membrana celular.

La conexión entre el microbioma y el cáncer que se regula en una parte importante por alteraciones en la señalización bioeléctrica abre una prometedora vía potencial para la prevención del cáncer. Si se consigue programar metabólicamente a bacterias del tipo descrito a fin de que produzcan niveles lo bastante altos de butirato, eso sería una magnífica forma de prevenir tumores, tal como destaca Levin.

Por estudios anteriores, se sabe que los puntos donde hay tejidos con propiedades bioeléctricas anormales, son los que más probabilidades tienen de convertirse en escenarios de nacimiento de tumores, aunque se necesita investigar más para determinar si tal señalización sucede en cánceres de células mamíferas.

Los autores del estudio tienen ya en mente otro interesante objetivo de estudio en esta línea de investigación: ¿Los tumores cancerosos emiten información bioeléctrica que pudiera ser detectable desde una distancia igualmente grande?

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Se corrobora que el calentamiento global actual no es una fluctuación natural del clima

Un análisis de una serie de temperaturas del planeta desde el año 1500 hasta la fecha descarta, con más de 99 por ciento de certeza, la posibilidad de que el calentamiento global en la era industrial sea simplemente una fluctuación natural en el clima de la Tierra, y no se deba en buena parte a la actividad humana.

El estudio lo ha realizado el físico Shaun Lovejoy, profesor en la Universidad McGill en Canadá, para tratar de responder, una vez más, a la polémica pregunta de si este calentamiento global observado en la era industrial se debe principalmente o no a las emisiones de gases con efecto invernadero causadas por la quema de combustibles fósiles en el marco de actividades humanas.

En vez de usar complejos modelos digitales, que pueden ser cuestionables, para estimar los efectos de las emisiones de gases con efecto invernadero, cuya proyección futura también puede ser cuestionable, Lovejoy examina simplemente los datos históricos observados, que no pueden ser cuestionados, para evaluar la hipótesis alternativa de que el calentamiento observado durante el último siglo es debido a variaciones naturales a largo plazo en el patrón de comportamiento de las temperaturas.

 Los resultados de este nuevo estudio, según Lovejoy, desmontan los dos argumentos más usados por los escépticos del cambio climático global, el de que el calentamiento tiene un origen natural, y el de que los modelos digitales del sistema climático de la Tierra están equivocados en los resultados que ofrecen.

El estudio de Lovejoy aplica la metodología estadística estándar para determinar la probabilidad de que el calentamiento global observado desde 1880 se deba a la variabilidad natural. Su conclusión es que esta hipótesis puede ser descartada con un nivel de confianza mayor que el 99 por ciento, e incluso tiene gran certeza en que puede ser descartado con más de un 99,9 por ciento de confianza.

Para el nuevo estudio se han tenido en cuenta los datos de diversas fuentes naturales de información climática del pasado, tales como anillos de crecimiento anual de árboles, núcleos de hielo, y sedimentos de los lagos.

Aunque para este nuevo estudio Lovejoy no ha empleado los gigantescos modelos digitales de simulación usados normalmente por los científicos para estimar la magnitud del cambio climático futuro, sus resultados complementan a los del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC). Los cálculos que ha manejado Lovejoy predicen, con un 95 por ciento de confianza, que una duplicación de los niveles atmosféricos de dióxido de carbono (CO2) causaría un calentamiento global del clima de entre 1,9 y 4,2 grados centígrados. Este rango, aunque es más estrecho, encaja con el ofrecido por la predicción del IPCC de que las temperaturas subirán entre 1,5 y 4,5 grados centígrados si las concentraciones de CO2 se duplican.

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La lucha contra las especies invasoras amenaza a otras en peligro de extinción

El rascón de manglar de California (Rallus longirostris), también conocido como tingua, es una ave que solo vive en un pantano de sal de la bahía de San Francisco (EE UU) y está en peligro de extinción. Su hábitat natural desapareció –en parte por la expansión urbana– y pasó a depender de la planta invasora Spartina alterniflora para construir sus nidos y buscar alimento.

“La Spartina invasiva causa gran variedad de daños en la bahía. Desde la modificación de las líneas de costa –que afecta a los terrenos de las propiedades costeras–, a la obstrucción de los canales de control de inundaciones –que aumenta el riesgo de desbordamiento–. Además degrada los ecosistemas, provoca una pérdida del hábitat de la marisma e induce a la reducción de la biodiversidad”, explica a Sinc Adam Lampert, de la Universidad de California en Davis y coautor de un estudio que publica la revista Science sobre cómo enfocar de forma equilibrada la recuperación y la erradicación de especies.

Que la tingua dependa de esta planta para subsistir planteaba un dilema a los programas científicos que centran sus esfuerzos en erradicar a las especies invasoras para recuperar a las autóctonas.

La alternativa que plantearon en este caso fue erradicar más lentamente a Spartina alterniflora, y combinarlo con la restauración de la Spartinafoliosa autóctona, que solía ser hábitat del rascón de manglar. Para ello usaron datos de campo y económicos, y desarrollaron una estrategia de manejo óptima que hizo posible la eliminación de la invasora, con costes más bajos.

“Pensar desde el punto de vista de una sola especie no funciona. Los sistemas de gestión conjunta ocupan escalas de tiempo más largos, y hay que tener mucha más flexibilidad presupuestaria", declara Alan Hastings, de la misma universidad y coautor también del estudio.

Los resultados del trabajo demostraron que, en vez de eliminar de la  forma más rápida como sea posible las plantas invasoras, el mejor enfoque es reducir la velocidad y combinarlo con la recuperación del ecosistema natural.

No existen muchos ejemplos de un tipo de conflicto como este, solo es conocido otro en el suroeste de EE UU donde el programa de erradicación de la especie de árbol invasor Tamrisk se canceló en aquellas zonas donde proveía un hábitat de anidación para la especie de ave en peligro: el mosquerito de sauce (Empidonax traillii).

“En este otro caso simplemente se detuvo la eliminación del árbol invasor en aquellos lugares donde estaba la especie en extinción. Por el contrario, en nuestro estudio, la restauración activa con especies nativas cumple un doble objetivo, eliminar la invasora y recuperar la amenazada”, añade Davis Ted Grosholz, coautor del trabajo.

Los científicos creen que este escenario se repetirá en el futuro a medida que crece el número de especies invasoras. “Los programas de erradicación van en aumento y tenemos la certeza de que este será un conflicto común en el futuro”, concluye el experto.

Según Alan Tessier, director del programa en la división de biología ambiental de la Fundación Nacional para la Ciencia: "Este trabajo es importante porque analiza las soluciones de gestión más rentables en el conflicto común entre la eliminación de especies invasoras y la conservación de la biodiversidad".

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Utilizarán algas para filtrar metales pesados del agua

Arsénico, Cadmio y Cobre son algunos de los metales pesados presentes en diversos cuerpos acuíferos, los cuales pueden provenir tanto desde fuentes naturales como de actividades humanas, por ejemplo aguas residuales domésticas, agrícolas e industriales. Ambas fuentes constituyen un peligro tanto para la salud como para la vida acuática.
 

Con esta problemática en mente, un equipo de investigadores y académicos del Departamento de Ingeniería Matemática y del Centro Gibmar, del Centro de Biotecnologías UdeC, llevan adelante el proyecto AlgaeFilter: Biofiltro de algas inmovilizadas en matriz polimérica para el tratamiento con alto contenido de metales pesados, iniciativa financiada por Innova Chile, en la que además participan las empresas DCS Engineering Ltda., junto a Pigmentos Naturales S.A.
 

Para desarrollar esta iniciativa es que se han unido el Departamento de Ingeniería Matemática, con el Dr. Roberto Riquelme, junto al Grupo Interdisciplinario en Biotecnología Marina (Gibmar) del Dr. Cristian Agurto, quienes han aunado esfuerzo y conocimiento interdisciplinario para intentar dar solución a uno de los principales problemas ambientales de la actualidad: el alto contenido de metales pesados presente en el agua y que constituyen un riesgo potencial para la salud humana.

El Dr. Roberto Riquelme, director del proyecto, explicó que el objetivo principal es realizar la modelación, diseño y desarrollo de un sistema automatizado de biofiltración alternativo, con un costo competitivo, utilizando algas inmovilizadas en una matriz polimérica para la remoción de metales pesados, desde aguas cargadas tanto de forma natural como desde actividades industriales. “Entre otros aspectos, la idea es también dar cumplimiento a las normativas sanitaria y ambiental (DS90 y DS609) vigentes en Chile, que está dirigida a mejorar la calidad del agua, ya sea para consumo humano como también para biorremediar efluentes líquidos industriales que puedan ser reutilizados”.

Para el director alterno del proyecto, el Dr. Cristian Agurto, la iniciativa también suma innovación a la propuesta, que tiene que ver con la selección de algas para la remoción de metales pesados mediante filtros 100% naturales y biodegradables, “demostrando así una tecnología escalable y comercialmente viable, además de promover la entrada de este producto a un mercado en crecimiento con amplias oportunidades de desarrollo económico en nuestro país”.

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Pasos prometedores hacia un antídoto universal contra venenos de serpientes

Unos científicos han completado un nuevo paso en una prometedora línea de investigación y desarrollo que tiene por meta crear un antídoto universal contra venenos de serpientes, capaz potencialmente de salvar la vida a gente mordida por serpientes venenosas de muy distintas clases en casos en los que los tratamientos convencionales no lo lograrían.

El equipo del Dr. Matthew Lewin, de la Academia de Ciencias de California en Estados Unidos, y el Dr. Stephen P. Samuel del Trinity College en Dublín, Irlanda, puso a prueba la eficacia de un fármaco administrado de formanasal en ratones a los que se les había inyectado altas dosis de veneno de Cobra Hindú (de la especie Naja naja). En muchos casos, los ratones con dosis inyectadas de veneno que de otra forma resultarían letales, sobrevivieron después de ser tratados con neostigmina. Este descubrimiento apoya la idea del equipo de que proporcionar un tratamiento rápido, accesible y fácil de administrar puede incrementar el grado de supervivencia de las víctimas de mordeduras de serpientes venenosas.

Durante el transcurso de los experimentos, grupos separados de ratones recibieron dosis variables de veneno (todas por encima de los límites considerados letales) y después fueron tratados con neostigmina en dos intervalos distintos de tiempo: entre 1 y 2 minutos después del envenenamiento, y pasados 10 minutos de éste. Diez de los 15 ratones que habían recibido la dosis más baja de veneno, seguida por el tratamiento en un plazo de 10 minutos, sobrevivieron y exhibieron posteriormente un comportamiento completamente normal, mientras que el 100 por cien de los ratones del grupo que no fue tratado fallecieron.

Aunque todos los ratones tratados con neostigmina en los experimentos recibieron una dosis única del fármaco, a fin de mantener un protocolo consistente de investigación, el antídoto administrado de manera nasal podría, en la práctica, haber sido administrado múltiples veces sin agujas. Se podría además haberlo combinado con inhibidores de otros tipos de veneno, consiguiendo así una acción conjunta más eficaz. Con muchas combinaciones que probar, el equipo está ahora trabajando de forma intensiva con Sakthivel Vaiyapuri, de la Universidad de Reading en el Reino Unido, un químico experto en venenos de serpientes.

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Mayor supervivencia de células cerebrales si se han hecho esfuerzos intelectuales a corta edad

Utilizar a fondo nuestro cerebro, particularmente durante la adolescencia, podría ayudar a las células cerebrales a sobrevivir más tiempo, y también afectar positivamente a la manera en que el cerebro funcionará después de la pubertad. Así se deduce de los resultados de una investigación reciente, llevada a cabo por el equipo de Tracey Shors, de la Universidad Rutgers (Universidad Estatal de Nueva Jersey) en Estados Unidos. En este estudio, realizado sobre ratas, se ha comprobado que las células cerebrales recién nacidas en ratas jóvenes que tuvieron éxito en aprender, sobrevivieron mucho más que la misma población de células cerebrales en animales que no lograron dominar la tarea a la que se dirigía el aprendizaje.

En esos animales que no aprendieron en el nivel adecuado, tres semanas después de que se crearan las nuevas células cerebrales, casi la mitad de ellas ya habían muerto. En cambio, en los que sí aprendieron, la gran mayoría de células cerebrales aún estaban vivas.

Examinando el hipocampo (una región del cerebro asociada con los procesos de aprendizaje) con posterioridad a que las ratas aprendieran a asociar un sonido con una repuesta motora, los científicos encontraron que la inmensa mayoría de las nuevas células cerebrales inyectadas con un tinte unas pocas semanas antes, estaban aún vivas en aquellas ratas que habían aprendido la tarea, mientras que las células de las ratas que no lo habían hecho registraron una notable mortandad.

No es que el aprender fabrique más células, sino que el proceso de aprendizaje mantiene vivas a las que ya están presentes en el momento de la experiencia de aprender.

Dado que el proceso de producir nuevas células cerebrales es, a escala celular, similar entre los animales, incluyendo al Ser Humano, Shors considera que es vital poner todos los medios posibles para que los niños que inician su adolescencia aprendan a un nivel óptimo desde el primer momento.

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La extraordinaria capacidad de los espermatozoides para nadar contra corriente

Los nuevos y espectaculares detalles desvelados en una nueva investigación sobre la capacidad locomotora de los espermatozoides podrían explicar cómo logran viajar a grandes distancias, a través de terreno difícil, para alcanzar el óvulo.

De los cientos de millones de células espermáticas que empiezan su viaje por los oviductos, sólo unas pocas viajeras resistentes llegarán a alcanzar su destino. Los espermatozoides no sólo tienen que nadar en la dirección correcta a lo largo de distancias que son alrededor de 1.000 veces mayores que su propio tamaño celular, sino que a lo largo de su travesía están expuestos a corrientes que equivalen a las de un río impetuoso, y además deben soportar la acción de diferentes sustancias químicas.

Aunque se sabe que las células espermáticas pueden “oler” las sustancias emitidas por el óvulo una vez consiguen situarse muy cerca de él, esto no explica cómo navegan durante la mayor parte del viaje.

Unos investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo (Skoltech) en Rusia, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, y la Clínica Bourn Hall en el Reino Unido, se propusieron conocer qué mecanismos físicos podrían intervenir de manera destacada en la navegación.

Sin embargo, observar a los espermatozoides nadando dentro del propio cuerpo humano no es una tarea fácil. Así que con el objetivo de averiguar de qué son capaces estas células, el equipo de Vasily Kantsler, Jörn Dunkel, Raymond E. Goldstein y Martyn Blayney construyó en sustitución del ambiente intracorporal real una serie de microcanales artificiales de diferentes tamaños y formas, en los que insertaron a los espermatozoides. Entonces a los investigadores les bastó modificar el flujo del fluido a través de los tubos, para investigar cómo respondían las células a las diferentes velocidades de la corriente.

Descubrieron que, de manera comparable a cómo un salmón viaja corriente arriba en un río para desovar, los espermatozoides son extremadamente eficientes a la hora de nadar contra corriente, a ciertas velocidades de flujo.

Además, para mayor sorpresa de los investigadores, se constató que los espermatozoides no nadaban en línea recta corriente arriba, sino en un movimiento en espiral, a lo largo de las paredes del canal. Las células espermáticas reaccionan a la diferencia de velocidad de la corriente cerca de las paredes de la cámara, en las cuales el fluido se ve atraído hacia la superficie y por tanto es más lento, y el centro del tubo, donde se fluye libremente.

Si los biólogos pudieran hacer observaciones comparables a éstas dentro del oviducto, eso podría ayudar a confirmar si los espermatozoides están efectivamente utilizando este mecanismo para navegar por el interior del cuerpo.

Poder observar con tanto detalle a los espermatozoides no sólo mejoraría el conocimiento científico sobre la reproducción humana, sino que podría también algún día permitir diseñar nuevas herramientas de diagnóstico y técnicas más eficientes de inseminación artificial, tal como subrayan los autores del estudio. Los especialistas en reproducción asistida podrían tomar muestras de esperma y recrear artificialmente las condiciones del interior del cuerpo para identificar aquellos espermatozoides que naden mejor, con la intención de preseleccionar a aquellos que tendrán mayores probabilidades de éxito.

Kantsler y sus colegas planean empezar a investigar si los espermatozoides pueden trabajar juntos para alcanzar el óvulo, otra perspectiva potencialmente inaudita. Se suele asumir que existe una competición total entre los espermatozoides, con los más aptos alcanzando primero el óvulo. Pero las observaciones hechas en la nueva investigación y en otras de meses atrás muestran que los espermatozoides se acumulan prácticamente siempre en la superficie de un tubo, de modo que a menudo se da una alta concentración local de células espermáticas, por lo que podría en realidad existir una cooperación entre estas células, motivada probablemente por una mayor facilidad para nadar rápido cuando lo hacen de forma colectiva.


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