J. Arnoldo Bautista

J. Arnoldo Bautista

Lunes, 23 Marzo 2020 05:43

Diversidad humana

Los genomas humanos globales revelan una rica diversidad genética conformada por una compleja historia evolutiva.

El presente artículo, que nos comparte un queridísimo colega, se publicó en el boletín de noticias del Wellcome Trust Sanger Instituten  (WTSI) de la University of Cambridge (UC) el 19 de marzo de 2020. Veamos de quÉ trata…

Un nuevo estudio ha proporcionado el análisis más completo de la diversidad genética humana hasta la fecha, después de la secuenciación de 929 genomas humanos por científicos del WTSI de la UC y sus colaboradores. El estudio revela una gran cantidad de variaciones genéticas no descritas anteriormente y proporciona nuevos conocimientos sobre nuestro pasado evolutivo, destacando la complejidad del proceso a través del cual nuestros antepasados ​​se diversificaron, migraron y se mezclaron en todo el mundo.

El artículo científico, publicado en Science (20 de marzo de 2020), es la representación más detallada de la diversidad genética de las poblaciones mundiales hasta la fecha. Está disponible gratuitamente para todos los investigadores para estudiar la diversidad genética humana, incluidos los estudios de susceptibilidad genética a las enfermedades en diferentes partes del mundo.

La visión consensuada de la historia humana nos dice que los antepasados ​​de los humanos de hoy en día se separaron de los antepasados ​​de grupos extintos de neandertales y denisovanos hace unos 500,000-700,000 años, antes de la aparición de humanos 'modernos' en África en los últimos cientos de miles de años.

Hace unos 50,000-70,000 años, algunos humanos se expandieron fuera de África y poco después se mezclaron con grupos arcaicos de Eurasia. Después de eso, las poblaciones crecieron rápidamente, con una extensa migración y mezcla, ya que muchos grupos hicieron la transición de cazadores-recolectores a productores de alimentos en los últimos 10,000 años.

Este estudio es el primero en aplicar la última tecnología de secuenciación de alta calidad a un conjunto tan grande y diverso de humanos, cubriendo 929 genomas de 54 poblaciones geográficamente, lingüísticamente y culturalmente diversas de todo el mundo. La secuenciación y el análisis de estos genomas, que forman parte del panel del Proyecto de Diversidad del Genoma Humano (HGDP) - CEPH, ahora proporciona detalles sin precedentes de nuestra historia genética.

 

El equipo encontró millones de variaciones de ADN previamente desconocidas que son exclusivas de una región geográfica continental o principal. Aunque la mayoría de estos eran raros, incluían variaciones comunes en ciertas poblaciones africanas y oceánicas que no habían sido identificadas por estudios previos.

Variaciones como estas pueden influir en la susceptibilidad de las diferentes poblaciones a la enfermedad. Sin embargo, los estudios de genética médica hasta ahora se han realizado predominantemente en poblaciones de ascendencia europea, lo que significa que no se conocen las implicaciones médicas que estas variantes podrían tener. La identificación de estas variantes novedosas representa un primer paso para expandir completamente el estudio de la genómica a poblaciones subrepresentadas.

Sin embargo, no se encontró ninguna variación de ADN en el 100 por ciento de los genomas de ninguna región geográfica importante, mientras que estaba ausente de todas las demás regiones. Este hallazgo subraya que la mayoría de la variación genética común se encuentra en todo el mundo.

El Dr. Anders Bergström, del Instituto Francis Crick y ex alumno del WTSI, dijo: "El detalle proporcionado por este estudio nos permite profundizar en la historia humana, particularmente en África, donde actualmente se sabe menos sobre la escala de tiempo de la evolución de los humano. Encontramos que los ancestros de las poblaciones actuales se diversificaron a través de un proceso gradual y complejo principalmente durante los últimos 250,000 años, con grandes cantidades de flujo de genes entre estos linajes tempranos. Pero también vemos evidencia de que pequeñas partes de ancestros humanos se remontan a grupos que se diversificaron mucho antes que esto".

Hélène Blanché, directora del “Biological Resource Centre” del Centre d'Etude du Polymorphisme Humain (CEPH) en París, Francia, dijo: "Los resultados del Proyecto de Diversidad del Genoma Humano ha facilitado muchos descubrimientos nuevos sobre la historia humana en las últimas dos décadas. Es emocionante ver que con la última tecnología de secuenciación genómica, estos genomas continuarán ayudándonos a comprender nuestra especie y cómo hemos evolucionado".

El estudio también proporciona evidencia de que la ascendencia neandertal de los humanos modernos puede explicarse por un solo “evento de mezcla '' importante, que probablemente involucre a varios individuos neandertales que entran en contacto con humanos modernos poco después de que este último se haya expandido fuera de África.

En contraste, se identificaron varios conjuntos diferentes de segmentos de ADN heredados de denisovanos en personas de Oceanía y Asia Oriental, lo que sugiere al menos dos eventos de mezcla distintos.

El descubrimiento de pequeñas cantidades de ADN neandertal en personas de África occidental, que probablemente reflejen un posterior flujo genético hacia África desde Eurasia, resalta aún más cómo la historia genética humana se caracteriza por múltiples capas de complejidad. Hasta hace poco, se pensaba que solo las personas fuera del África subsahariana tenían ADN de neandertal.

 

El Dr. Chris Tyler-Smith, recientemente retirado del Instituto Wellcome Sanger, dijo: "Aunque este recurso es solo el comienzo de muchas vías de investigación, ya podemos vislumbrar varias ideas tentadoras sobre la historia humana. Será particularmente importante para una mejor comprensión (de la) evolución humana en África, así como (para) facilitar la investigación médica para la diversidad completa de los ancestros humanos".

Fuente: https://www.sanger.ac.uk/news/view/global-human-genomes-reveal-rich-genetic-diversity-shaped-complex-evolutionary-history

 

Durante el período Jurásico Medio, la Isla de Skye en Escocia fue el hogar de una próspera comunidad de dinosaurios que deambularon por la antigua costa, según información enviada por un estimado colega sobre un estudio publicado el 11 de marzo de 2020 en la revista de acceso abierto PLOS ONE en un artículo escrito por Paige dePolo, Stephen Brusatte y otros colegas, todos  investigadores de la Universidad de Edimburgo, Escocia.

 

El Período Jurásico Medio es un momento de gran diversificación evolutiva en muchos grupos de dinosaurios, pero los fósiles de dinosaurios de este período son generalmente raros. La isla de Skye en Escocia es una excepción, ya que nos proporciona fósiles corporales y traza de diversos ecosistemas del Jurásico Medio, y sirve como un lugar valioso para la ciencia paleontológica y el turismo.

 

En ese documento, dePolo y sus colegas describen dos sitios fósiles recientemente descubiertos que conservan alrededor de 50 huellas de dinosaurios en antiguos pantanos costeros.

Estos incluyen el primer registro en la Isla de Skye de un tipo de huella llamado Deltapodus, probablemente creado por un dinosaurio estegosaurio (con placa).

Estas son las huellas  más antiguas de Deltapodus conocidas, y la primera evidencia sólida de que los dinosaurios estegosaurios eran parte de la fauna del Jurásico Medio de la isla.

 

 

Además, las huellas de tres dedos representan múltiples tamaños de terópodos carnívoros tempranos y una serie de otras huellas grandes se identifican provisionalmente como algunas de las pruebas más antiguas de dinosaurios ornitópodos herbívoros de gran calado.

 

A fin de cuentas, estos dos sitios amplían la diversidad conocida de lo que aparentemente era un ecosistema próspero de dinosaurios del Jurásico Medio en Escocia, incluyendo al menos un tipo de dinosaurio (estegosaurios) no conocido previamente en la región. Estos hallazgos reflejan la importancia de las huellas como fuente de información complementaria a los fósiles corporales.

Además, los autores enfatizan la importancia de volver a visitar sitios previamente explorados; estos nuevos sitios se encontraron en un área que durante mucho tiempo ha sido popular para la prospección de fósiles, pero las rutas fueron reveladas recientemente por la actividad de la tormenta.

El autor principal, dePolo, dice: "Estos nuevos sitios de pistas nos ayudan a tener una mejor idea de la variedad de dinosaurios que vivieron cerca de la costa de Skye durante el Jurásico Medio que lo que podemos obtener del registro fósil del cuerpo de la isla. En particular, las pistas de Deltapodus dan buena evidencia de que los estegosaurios vivían en Skye en este momento".

El autor Brusatte agrega: "Estas nuevas pistas nos dan una imagen mucho más clara de los dinosaurios que vivieron en Escocia hace 170 millones de años. Sabíamos que había saurópodos gigantes de cuello largo y carnívoros del tamaño de un jeep, pero ahora podemos agregar estegosaurios con respaldo de placa a esa lista, y tal vez incluso primos primitivos de los dinosaurios con pico de pato también. Estos descubrimientos están haciendo de Skye uno de los mejores lugares del mundo para comprender la evolución de los dinosaurios en el Jurásico Medio.".

 

Fuente: https://phys.org/news/2020-03-dinosaur-stomping-ground-scotland-reveals.html

 

 

Lunes, 09 Marzo 2020 05:21

El puente desplegable

Nuevamente la ingeniería civil se hace presente en este espacio con material enviado por un estimado colega, cuyo contenido fue publicado en la página web de la Technischen Universität Wien (TU Wien) el 27 de febrero de 2020, en un artículo escrito por Florian Aigner. Veamos de qué se trata…

Existen muchos métodos diferentes para levantar puentes, pero la nueva técnica desarrollada por TU Wien, el método de descenso equilibrado, es bastante espectacular: el puente no se construye horizontalmente, como sería el caso, sino que se levanta en posición vertical y luego se gira a la posición horizontal. Las primeras pruebas a gran escala se llevaron a cabo en 2010; Desde entonces, el método ha sido refinado y ajustado hasta que finalmente encontró su primera aplicación por parte de ASFINAG, empresa pública austriaca, para la construcción de dos puentes de la autopista S7 de Fürstenfeld. Una vez que se concluyó exitosamente el proceso del Puente Lahnbach, el puente de 116 m de largo sobre el río Lafnitz se "desplegó" el 27 de febrero de 2020. Sin necesidad de andamios, este nuevo método de construcción del puente no solo ahorra tiempo sino también dinero y recursos.

 

El principio general

"Dependiendo del tamaño y la ubicación, hoy en día se utilizan una variedad de técnicas en construcción de puentes", explica el profesor Johann Kollegger, del Instituto de Ingeniería Estructural de TU Wien. Si el puente no está demasiado elevado desde el suelo, puede erigirse usando andamios. Otra técnica es erigir el muelle del puente y trabajar desde allí de manera equilibrada con precisión en ambas direcciones. A veces se construyen vigas de acero y luego se empujan hacia adelante poco a poco en posición horizontal hasta que se completa el tramo.

El método de montaje desarrollado por Johann Kollegger se basa en un principio completamente diferente: las vigas se montan en posición vertical a ambos lados de un muelle de hormigón y luego se despliegan, como un paraguas. "Las dos vigas están conectadas entre sí en la parte superior, directamente sobre el muelle", explica Johann Kollegger. "Con los sistemas hidráulicos, esta unión se baja lentamente y las vigas se despliegan a ambos lados".

Las vigas en sí consisten en elementos prefabricados de paredes delgadas con refuerzo de acero y están inicialmente huecas. Una vez que han alcanzado la posición horizontal final, se rellenan de concreto. "Erigir puentes usando andamios generalmente lleva meses. Los elementos para el método de descenso equilibrado, por otro lado, se pueden configurar en dos o tres días, y el proceso de descenso tarda alrededor de tres horas", dice Johann Kollegger.

El nuevo método de construcción de puentes no solo ahorra tiempo sino también dinero, y la durabilidad del puente es la misma, si no mejor, que la de los puentes construidos utilizando otros métodos, como subraya Kollegger. El método de descenso equilibrado (o método de elevación cuando se construyen puentes con pilares altos) es particularmente ventajoso para la construcción de puentes en terrenos difíciles o terrenos que no deben ser perturbados, por ejemplo, una reserva natural, como fue el caso del Puente Lafnitz que está ahora en el proceso de erección.

ASFINAG y TU Wien: audacia para innovar

 

ASFINAG está construyendo actualmente la nueva autopista S7, que pasará Fürstenfeld sobre los ríos Lahnbach y Lafnitz. "ASFINAG otorga gran importancia a la más alta calidad y siempre es muy importante para nosotros construir lo más ecológicamente posible", dice Bernhard Streit, gerente de proyectos de ASFINAG. "Con este innovador método de construcción, pudimos cumplir con nuestros dos requisitos para esta área sensible. Por lo tanto, estamos muy contentos con la exitosa cooperación con TU Wien", explica Bernhard Streit.

El puente que cruza el Lahnbach se erigió en varias fases entre octubre de 2019 y enero de 2020.

 

El primer proceso de descenso del puente algo más largo sobre Lafnitz tuvo lugar el 27 de febrero de 2020.

"Este es un gran éxito para nosotros, y estamos muy orgullosos y satisfechos de que ASFINAG esté asumiendo un papel pionero global aquí", dice Johann Kollegger. Él ha estado trabajando en el nuevo método de construcción de puentes durante años: la idea fue patentada en 2006, en 2010 las primeras pruebas a gran escala fueron realizadas por TU Wien. Muchas preguntas sobre el diseño de detalles tuvieron que resolverse a lo largo de los años, desde las juntas de metal, que tienen que soportar las fuerzas durante el proceso de descenso, hasta la grúa hidráulica, que son necesarios para el descenso gradual de toda la construcción.

"Ahora que hemos demostrado que el método está bien diseñado y funciona perfectamente", dice Kollegger, "esperamos que prevalezca y que pronto se convierta en uno de los métodos comunes de construcción de puentes que se utilizan en todo el mundo y que la autopista S7 se convertirá en un pionero internacional ".

Datos técnicos

 

Las vigas rotadas de ambos puentes tenían 36 metros de longitud, lo que da como resultado un longitud de 72 metros después de bajar o desplegarse. Cada viga pesaba aproximadamente 54 toneladas. Una vez desplegados, los espacios entre el puente desplegado y los pilares se extendieron utilizando vigas suspendidas, lo que resultó en una longitud total de aproximadamente 100 metros en el caso del puente de Lahnbach y 116 metros en el caso del puente de Lafnitz. Para cada uno de los dos puentes, cuatro de estos procesos de descenso se llevaron a cabo uno al lado del otro para obtener el ancho necesario para la calzada de la autopista.

Fuente:

https://www.tuwien.at/tu-wien/aktuelles/news/news/die-bruecke-zum-aufklappen/

 

En 2017, la Office for National Statistics de Estados Unidos declaró que la resistencia a los antibióticos ha causado una caída en la esperanza de vida por primera vez. Si nada cambia, para 2050, las infecciones y enfermedades que anteriormente habrían sido curables con antibióticos matarán a más personas en todo el mundo que el cáncer.

Una estimada amiga, ingeniera bioquímica, nos envía el presente artículo publicado el 20 de marzo de 2018 en la página Web de la University of Southmpton (US) donde se comenta como esta universidad está tratando de resolver este complejo problema utilizando supercomputadoras y simulaciones para encontrar soluciones y combatir las infecciones.

Las bacterias se están volviendo resistentes al tratamiento con antibióticos gracias a su uso excesivo a escala mundial. Tomar estos medicamentos indiscriminadamente para tratar infecciones no graves, así como un uso excesivo en la agricultura, ha dado como resultado que las bacterias ahora están aprendiendo nuevas formas de defenderse, y nos enfrentamos a una grave amenaza de infecciones que gradualmente se vuelven más difíciles de tratar, como neumonía y tuberculosis.

La Dra. Syma Khalid, profesora de biofísica computacional de la US,  explica que las bacterias han evolucionado para protegerse contra las medicinas que hemos utilizado para tratar a nuestras infecciones. “La idea errónea que tiene la gente es que somos nosotros los que nos hacemos resistentes; pero no son las personas, son las bacterias”, dice ella. “La resistencia que estamos viendo es un mecanismo de supervivencia. Es sólo evolución, pero suceden en una escala de tiempo mucho más rápida debido a su corta vida útil. Siempre van a estar un paso adelante, y ahora estas bacterias están luchando contra los antibióticos. “Es como si hubieran desarrollado una nueva armadura más fuerte y necesitamos nuevas armas ahora”, comenta la doctora Khalid.

 

Cerrar la brecha entre la informática y la ciencias biológicas

 

Estamos viendo un número creciente de campañas de marketing diseñadas para crear conciencia sobre el problema y alentar un cambio en los hábitos, con el objetivo de prevenir el uso excesivo de antibióticos y su prescripción innecesaria. Los investigadores de la US están trabajando en muchas formas diferentes e interesantes de combatir la resistencia a los antibióticos desde la raíz del problema.

Syma y su equipo son uno de estos grupos, que combinan gráficos y codificación en computadoras con biología y química a través de la química computacional para profundizar en la estructura y los procesos dentro de las bacterias.

Los métodos de química computacional utilizan la simulación por computadora junto con la química teórica para resolver problemas, predecir resultados y complementar los experimentos que tienen lugar en los laboratorios. El uso de estos métodos, que son populares en el mundo del diseño de fármacos, permite a los investigadores realizar experimentos que de otro modo serían difíciles en un entorno seguro, y pueden usarse para explicar y explorar aún más la química nueva y desconocida.

Syma y su grupo de investigación crean modelos informáticos precisos de moléculas y sistemas biofísicos para comprender mejor cómo funcionan. En el mundo de la resistencia a los antibióticos, por ejemplo, pueden usar computadoras para examinar exactamente cómo las bacterias repelen o destruyen los antibióticos, y cómo podríamos abordar esto para crear nuevos medicamentos exitosos.

Trabajar fuera del laboratorio de esta manera novedosa les da a los científicos la capacidad de estudiar más de cerca cómo la mecánica de las moléculas, como las que se encuentran dentro de las bacterias, funciona mediante la creación de simulaciones computarizadas de las bacterias y la prueba de hipótesis y conceptos.

"La química computacional le permite ver cosas que de otro modo no podría ver de otra manera", dice Syma. "Es por eso que algunas personas han comenzado a llamarlo ‘el microscopio computacional’, que me gusta bastante. Te permite acercar y ver las cosas más claramente".

 

Romper las defensas

 

Los antibióticos pueden funcionar de una de dos maneras; ya sea destruyendo la membrana de la bacteria, que posteriormente destruye la célula, o atravesando la membrana y atacando a las proteínas desde el interior.

El trabajo del equipo es utilizar simulaciones y modelos desarrollados a partir del examen estructural de estas células para evaluar dónde se enfrentan los antibióticos a los problemas y cómo exactamente las bacterias están luchando.

"Puedes pensarlo así: la membrana de la bacteria es un fuerte, o los muros del castillo. Puedes destruir el castillo haciendo un agujero masivo en esa pared o entrando sin ser visto y derrotando al enemigo desde adentro”, explica Syma.

Las bacterias saben qué esperar de nuestros antibióticos y pueden protegerse más fácilmente. Esto puede ser de varias maneras; expulsando antibióticos a través de "bombas", cambiando las características de sus membranas para protegerse, o sobreexpresando proteínas que pueden dificultar el paso de los antibióticos y destruir la célula.

Los químicos computacionales trabajan con otros expertos y grupos en un proceso iterativo para informar el desarrollo de nuevos antibióticos y opciones alternativas. Al colaborar con equipos de biólogos estructurales, informáticos, matemáticos y bioquímicos, pueden mejorar la precisión de sus simulaciones, informar experimentos, predecir resultados y proporcionar información sobre los desafíos que enfrentan los científicos que desarrollan antibióticos nuevos y alternativos.

"Es muy sinérgico. Cada proyecto en mi grupo también involucra un grupo experimental. Realmente no creo en hacer cálculos de forma aislada ", dice Syma.

“Tiene que haber algo de ancla en la realidad y algo de retroalimentación. Realizas una simulación e informas a otros equipos y los ayudas a informar sobre sus próximos experimentos; Realmente es mutuamente beneficioso”.

 

Impacto internacional

 

La resistencia a los antibióticos es un desafío a escala mundial, por lo que la investigación para combatir el problema se está llevando a cabo a nivel internacional. Syma y su equipo están trabajando con colegas de todo el mundo, incluidos Estados Unidos, los Países Bajos, Canadá y Australia.

 

Sus colaboraciones internacionales también llegan a la India, donde la resistencia a los antibióticos es un problema importante. El consumo de antibióticos en la India está asociado con malentendidos y uso innecesario; En una encuesta de la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 2015, el 75 por ciento de los encuestados en India pensaba incorrectamente que los antibióticos podrían usarse para tratar los resfriados y la gripe. Sin embargo, un reciente viaje al país descubrió algunos resultados interesantes que podrían conducir a grandes avances.

"Hay científicos en India que han descubierto compuestos naturales y novedosos de plantas que no se pueden encontrar en el Reino Unido. Piensan que estos compuestos pueden usarse como antibióticos. Es mi trabajo completar algunas simulaciones para ellos y ver cómo se comportan en nuestras membranas modelo.

“Planeamos completar este trabajo con Public Health England, junto con nuestras conexiones con otras instituciones del Reino Unido y socios en India. Es muy emocionante ", dijo la Dra. Khalid.

 

Aprovechando la supercomputadora

 

Las simulaciones por computadora en esta escala no serían posibles sin la tecnología adecuada. Gracias a las instalaciones en Southampton, Syma y su equipo tienen una ventaja en el mundo de la química computacional. “Nuestras instalaciones de súper-cómputo, Iridis, es uno de los principales sitios de supercomputación en el Reino Unido”, cuyo acceso le da a Syma y su equipo una ventaja en su investigación.

"Sin estas instalaciones, no podríamos hacer lo que hacemos. Es una razón importante por la que estoy aquí ", dice ella.

"Por lo general, los cálculos que hacemos en mi grupo de investigación son a gran escala, lo cual no es la norma en química computacional, pero es posible al estar en Southampton. Las cosas que me llevan unas pocas semanas llevarán a colegas de otras universidades, tal vez meses, así que tenemos una ventaja real ”.

El uso de esta tecnología significa que los químicos computacionales como Syma juegan un papel clave en revelar más sobre la resistencia a los antibióticos y en descubrir soluciones.

"Si vamos a diseñar nuevos antibióticos, en lugar de tomar inyecciones en la oscuridad o realizar cambios aleatorios en las moléculas de manera racional, necesitamos saber a qué apuntamos".

"Necesitamos encontrar no solo nuevos antibióticos, sino nuevas estrategias"

 

Fuente:

https://www.southampton.ac.uk/news/2018/03/breaking-down-antibiotic-resistance.page

 

 

Era el año 2016 cunado los periódicos y la prensa especializada lanzaron grandes titulares dando a conocer algo denominando “Insectos Cyborg”, resultado de una nueva rama de la tecnología llamada biorrobótica. Relativo a este campo, un estimado colega, ingeniero mecatrónico, nos comparte un artículo escrito por Nancy Cohen y publicado en el boletín digital de Tech Xplore el 18 de febrero, donde se informa que la Washington University (WU) en St. Louis ha sido noticia por sus esfuerzos de investigación utilizando los insectos cyborg como máquinas de detección biorrobóticas. En otras palabras, estos ingenieros universitarios querían ver si podían aprovechar el sentido del olfato en los chapulines (también conocidos como saltamontes o langostas) para detectar explosivos y que podrían ser utilizados por áreas como la de seguridad nacional.

Barani Raman, profesor asociado de ingeniería biomédica de la WU, y su equipo han estado estudiando cómo se reciben y procesan las señales sensoriales en los cerebros de los saltamontes. El procesamiento olfativo fundamental en los chapulines fueron su centro de atención; Raman se enfocó en identificar cómo se reciben y procesan las señales sensoriales en sus cerebros relativamente simples, y con este conocimiento, su equipo diseñó un cyborg olfativo .
Dando un avance rápido pasamos de 2016 al pasado lunes 17 de febrero cuando la revista New Scientist informa que los chapulines cyborg han sido diseñados para olfatear explosivos.

¿Cómo funciona el sistema? Los chapulines detectores de bombas están equipados con mochilas. Están diseñados para transmitir datos para identificar productos químicos explosivos. Las señales se transmiten de forma inalámbrica a una computadora desde sus mochilas.

Una vez más, fue el profesor Raman y sus colegas de la WU en St. Louis quienes destacaron esta vez por haber aprovechado "los sentidos olfativos del “Schistocerca americana”, para crear rastreadores de bombas, uniendo sensores de un saltamontes con la electrónica", informó Donna Lu en New Scientist, donde escribe que estas pequeñas mochilas de sensores livianos instalados en los saltamontes "pudieron grabar y transmitir de forma inalámbrica la actividad eléctrica casi instantáneamente a una computadora".
¿Qué le da a los insectos una ventaja especial en la detección de sistemas peligrosos?

 

Ver video relativo al artículo: https://youtu.be/mpz9Nq-Ud8c


En el New Scientist se describe: En los insectos, las neuronas receptoras olfativas en sus antenas detectan olores químicos en el aire. A su vez, estas neuronas envían señales eléctricas a una parte del cerebro del insecto conocida como lóbulo antenal. Cada antena del chapulín tiene aproximadamente 50,000 de estas neuronas.

 

Para probar la capacidad de detección de bombas, el equipo expuso vapores de diferentes materiales explosivos a las antenas de saltamontes, incluidos los vapores de trinitrotolueno (TNT) y su precursor 2.4-dinitrotolueno (DNT). Como controles, utilizaron no explosivos como aire caliente y benzaldehído, el componente principal en el aceite de almendras amargas.

El último paso fue equipar a los chapulines con una 'mochila' que contenía sensores que registrarían y transmitirían su actividad neuronal en tiempo real a una computadora, donde sería interpretada.

 

Al implantar electrodos en los lóbulos antenales de los chapulines, los investigadores descubrieron que diferentes grupos de neuronas se activaban tras la exposición a los explosivos. Analizaron las señales eléctricas y pudieron distinguir los vapores explosivos de los no explosivos, así como entre sí.
¿Cuáles fueron los resultados de la prueba?

Las grabaciones de la actividad neuronal de siete chapulines fueron precisas en un 80 por ciento.

"Los cerebros de los saltamontes continuaron detectando explosivos con éxito hasta siete horas después de que los investigadores implantaron los electrodos, antes de que se fatigaran y finalmente murieran", dijo Lu.

 

No solo eso, sino también en forma impresionante: "Los saltamontes pudieron detectar dónde estaba la mayor concentración de explosivos cuando el equipo trasladó la plataforma a diferentes lugares", dijo el “New Scientist.”

El documento " Explosive sensing with insect-based biorobots" está en el servidor de preimpresión “bioRxiv”. Los autores declaran allí: "demostramos un enfoque de detección química bio-robótica donde las señales del cerebro de un insecto se utilizan directamente para detectar y distinguir varios vapores químicos explosivos".

Finalmente en su artículo comentaron que creían que su enfoque no era tan diferente del enfoque de 'canario en una mina de carbón', "donde la viabilidad de todo el organismo se usa como un indicador de ausencia / presencia de gases tóxicos".

 

Fuentes:

https://techxplore.com/news/2020-02-grasshoppers-explosive-chemical-vapors

https://www.newscientist.com/article/2233645-cyborg-grasshoppers-have-been-engineered-to-sniff-out-explosives/

 

 

La diabetes se reconoció por primera vez alrededor del 1500 a. C. por los antiguos egipcios, quienes observaron a personas que orinaban mucho y perdían peso. En el papiro de Ebers descubierto en Egipto se describen los síntomas y el tratamiento que se les proporcionaba: una dieta de cuatro días que incluía decocción de huesos, trigo, granos, arena, plomo verde y tierra (o bien: agua de charco de pájaro, bayas de sauco, leche fresca, cerveza, flores de pepino, y dátiles verdes).

 

Fue Areteo de Capadocia, médico griego, quien, entre los años 80 y 138, le dio a esta afección el nombre de diabetes, que significa en griego correr a través de, refiriéndose al signo más llamativo, que es la eliminación exagerada de agua, que atribuyó a una falla en los riñones, expresando que el agua entraba y salía del organismo del diabético sin fijarse en él. Creía que el origen de la enfermedad, «fría y húmeda», radicaba en una fusión entre la carne y los músculos que se transformaban en orina.

Actualmente ya todos sabemos que la diabetes es un conjunto de trastornos metabólicos, cuya característica común principal es la presencia de concentraciones elevadas de glucosa en la sangre de manera persistente o crónica, esto se debe ya sea a un defecto en la producción de insulina, a una resistencia a la acción de ella para utilizar la glucosa, a un aumento en la producción de glucosa o a una combinación de estas causas. También se acompaña de anormalidades en el metabolismo de los lípidos, proteínas, sales minerales y electrolitos.

En un principio se pensaba que el factor que predisponía para la enfermedad era un consumo alto de hidratos de carbono de rápida absorción. Pero después se vio que no había un aumento de las probabilidades de contraer diabetes respecto al consumo de hidratos de carbono de asimilación lenta. En 1997, después de dos años de revisión entre expertos de la OMS y la Asociación Americana de Diabetes (ADA), se dio a conocer una nueva clasificación: Diabetes tipo 1,  tipo 2, diabetes gestacional y otros tipos específicos.   La diabetes tipo 1 ocurre cuando el cuerpo de una persona no produce insulina de forma natural. La diabetes tipo 2 ocurre cuando el cuerpo no usa eficientemente la insulina que se produce.  Una revisión de 2018 concluye que uno de los principales factores de riesgo para desarrollar tanto la diabetes tipo 1 como la diabetes tipo 2 es el consumo de gluten, presente en el trigo, el centeno, la cebada y la avena.​ El gluten provoca un aumento de la permeabilidad intestinal, independientemente de la predisposición genética, es decir, tanto en celíacos (persona que no tolera el glúten) como en no celíacos.

Ya sea por herencia o por una alimentación desbalanceada, cada vez hay más personas con diabetes, incluyendo queridos familiares y amigos. De hecho, en el año 2000 se estimó que alrededor de 171 millones de personas en el mundo eran diabéticas y que llegarán a 370 millones en 2030. ​ Este padecimiento causa diversas complicaciones y daña frecuentemente a los ojos, riñones, nervios y vasos sanguíneos. Sus complicaciones agudas (hipoglucemia, cetoacidosis, coma hiperosmolar no cetósico) son consecuencia de un control inadecuado de la enfermedad, mientras sus complicaciones crónicas (cardiovasculares, nefropatías, retinopatías, neuropatías y daños microvasculares) son consecuencia del progreso de la enfermedad. Según datos de la OMS, es una de las 10 principales causas de muerte en el mundo.

La insulina es una hormona producida naturalmente en el páncreas que ayuda al cuerpo a regular la glucosa, que proviene del consumo de alimentos y proporciona energía al cuerpo. La insulina es la clave molecular que ayuda a mover la glucosa del torrente sanguíneo a las células para obtener energía y almacenamiento.

El tratamiento para la enfermedad no ha cambiado mucho en décadas en la mayor parte del mundo. Los pacientes con diabetes extraen sangre con un dispositivo que mide los niveles de glucosa. Tanto para la diabetes tipo 1, para la tipo 2, como para la gestacional,  el tratamiento se enfoca en restaurar los niveles glucémicos normales. Por ello los enfermos se deben administran una dosis necesaria de insulina.

De hecho, en la diabetes tipo 1 y en la diabetes gestacional se aplica un tratamiento sustitutivo de insulina o análogos de la insulina. En la diabetes tipo 2 puede aplicarse un tratamiento sustitutivo de insulina o análogos, o bien, un tratamiento con antidiabéticos orales. En cualquier caso, se prescribe una dosis regular de insulina para controlar la enfermedad, que afecta a millones de personas en todo el mundo.

La insulina puede inyectarse con una aguja y una jeringa, un dispositivo similar a un bolígrafo, o administrarse mediante una bomba de insulina, que es un instrumento portátil del tamaño de un teléfono celular conectado al cuerpo a través de un tubo con una aguja en el extremo.

Un estimado amigo, ingeniero biomédico, nos comparte el presente artículo publicado por la Sala Digital de Noticias de la School of Engineering Samueli de la University of California at Los Angeles (UCLA)  el pasado 4 de febrero, donde nos comentan que bioingenieros de la UCLA  en conjunto con colegas de la Facultad de Medicina de la University of North California (UNC)  y del Massachusetts Institute of Technology (MIT)  han desarrollado un parche inteligente para administración de insulina que algún día podría monitorear y controlar los niveles de glucosa en personas con diabetes y administrar la dosis de insulina necesaria. El parche adhesivo, aproximadamente del tamaño de una moneda, es fácil de fabricar y está diseñado para usarse una vez al día.

El estudio, publicado en Nature Biomedical Engineering, describe la investigación realizada en ratones y cerdos. El equipo de investigación, dirigido por Zhen Gu, Ph.D., profesor de bioingeniería en la School of Engineering Samueli de la UCLA, está solicitando la aprobación de la FDA para realizar pruebas clínicas en humanos. Gu y sus colegas realizaron las pruebas iniciales exitosas del parche de insulina inteligente en ratones en 2015 en Carolina del Norte.

 

"Nuestro principal objetivo es mejorar la salud y la calidad de vida de las personas con diabetes", dijo Gu, ex profesor del Departamento Conjunto de Ingeniería Biomédica de la UNC / NCSU. “Por ello un parche de insulina inteligente detectaría la necesidad de insulina y la administraría. Este parche inteligente elimina la necesidad de controlar constantemente el nivel de azúcar en la sangre y luego inyectarse insulina cuando sea necesario. Imita la función reguladora del páncreas pero de una manera fácil de usar".

El parche adhesivo controla el azúcar en la sangre o glucosa. Tiene dosis de insulina precargadas en microagujas muy pequeñas, de menos de un milímetro de longitud que administran medicamentos rápidamente cuando los niveles de azúcar en la sangre alcanzan un cierto umbral. Cuando el azúcar en la sangre vuelve a la normalidad, el suministro de insulina del parche también se ralentiza. Los investigadores dijeron que la ventaja es que puede ayudar a prevenir la sobredosis de insulina, lo que puede provocar hipoglucemia, convulsiones, coma o incluso la muerte.

"Siempre ha sido un sueño lograr la administración de insulina de una manera inteligente y conveniente", dijo el coautor del estudio, John Buse, MD, Ph.D., director del Diabetes Center and the North Carolina Translational and Clinical Sciences (NC TraCS) Institute de la UNC en la Chapel Hill School of Medicine. "Este parche de insulina inteligente, si se demuestra que es seguro y efectivo en ensayos en humanos, revolucionaría la experiencia del paciente en el cuidado de la diabetes".

Las microagujas utilizadas en el parche están hechas con un polímero sensor de glucosa encapsulado con insulina. Una vez aplicadas sobre la piel, las microagujas penetran debajo de la piel y pueden detectar los niveles de azúcar en la sangre. Si los niveles de glucosa aumentan, el polímero se dispara para liberar la insulina. Cada microaguja es más pequeña que una aguja normal utilizada para extraer sangre y no llega tan profundamente, por lo que el parche es menos doloroso que un pinchazo. Cada microaguja penetra aproximadamente medio milímetro debajo de la piel, lo cual es suficiente para administrar insulina al cuerpo.

En los experimentos, un parche del tamaño de una moneda de 25 centavos de dólar controló con éxito los niveles de glucosa en cerdos con diabetes tipo I durante aproximadamente 20 horas. Los cerdos pesaron alrededor de 55 libras en promedio.

 

"Me alegra que el equipo haya podido llevar este parche de insulina inteligente un paso más cerca de la realidad, y esperamos verlo avanzar para algún día ayudar a las personas con diabetes", dijo Robert Langer, ScD, profesor del Instituto David H. Koch. en el MIT y uno de los coautores del artículo.

 

La tecnología ha sido aceptada en el Programa de Tecnología Emergente de la Administración de Alimentos y Medicamentos de E.E. U.U., que brinda asistencia a las empresas durante el proceso regulatorio. Los investigadores están solicitando la aprobación de la FDA para ensayos clínicos en humanos, que anticipan que podrían comenzar dentro de unos años. El equipo imaginó que el parche inteligente de microagujas podría adaptarse con diferentes medicamentos para controlar también otras afecciones médicas.

 

Fuentes:

https://samueli.ucla.edu/smart-insulin-patch/

https://es.wikipedia.org/wiki/Diabetes_mellitus

 

Lunes, 10 Febrero 2020 05:16

¿Ciudades inteligentes o no?

Ahora tenemos un punto de comparación en varias ciudades australianas.

La designación de ciudad inteligente se le da a una ciudad que incorpora tecnologías de información y comunicación (TIC) para mejorar la calidad y el rendimiento de los servicios urbanos, como la energía, el transporte y los servicios públicos, a fin de reducir el consumo de recursos, el desperdicio y los costos de operación generales. El objetivo fundamental de una ciudad inteligente es mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos a través de la tecnología inteligente.

Varios países y ciudades de diversas partes del mundo han estado impulsando innovaciones encaminadas a convertir a sus ciudades en inteligentes. De hecho se ha establecido una especie de competencia para liderar a este conjunto de ciudades que tienen una visión clara sobre el futuro de sus sociedades urbanas. Canadá, Estados Unidos y Gran Bretaña actualmente compiten por los primeros lugares en ese contexto, y Australia ahora se está uniendo al grupo con un nuevo “Plan de Ciudades Inteligentes” lo cual propiciará su participación en este selecto conjunto de ciudades.

Una estimado amigo nos envía el presente artículo donde se comparan los avances del “Plan de Ciudades Inteligentes”  de Australia aplicado en varias ciudades de este país y se analiza la viabilidad del proyecto. Esta información se publicó en The Conversation el 4 de febrero en un artículo escrito por 5 autores: Tan Yigitcanlar, Karen Vella, Kevin Clyde Desouza, Luke Butler y Nayomi Kankanamge. Veamos de qué se trata…..

Las áreas mejor clasificadas en una evaluación de rendimiento de ciudad inteligente en toda Australia se encuentran en zonas metropolitanas con mayores densidades de población. "Las 60 gobiernos locales de mayor desarrollo de Australia albergan a más de la cuarta parte de la población del país", se señala en el informe “Smart Cities Down Under” recientemente publicado.

Además de resaltar las principales disparidades regionales, el análisis revela que las áreas de los gobiernos locales que se evaluaron con relación a cuatro grupos de indicadores de ciudades inteligentes, generalmente tuvieron un fuerte desempeño en "habitabilidad y bienestar". Se detectaron desempeños más débiles en "Sostenibilidad y accesibilidad" así como en "Gobernanza y planificación". Y se observó que altos desempeños en "Productividad e innovación" sólo existía en las áreas con mayor desarrollo.

Se evaluaron los criterios de ciudad inteligente de 180 gobiernos locales (de 563 en Australia), que representan más del 85% de la población del país. Incluimos todos los gobiernos locales en el área metropolitana de Australia (“Greater Capital City Statistical Areas”) y áreas regionales del gobierno local con poblaciones de más de 50,000.

Este estudio es una versión ampliada del informe “Smart Cities of the Sunshine State 2018”.

No se trata solamente de tecnología

Las ciudades son sistemas complejos y deben evaluarse de manera integral. Esto significa no poner un peso excesivo en los logros tecnológicos, como la tecnología por el bien de la tecnología, en lugar de los resultados económicos, sociales, ambientales y de gobernanza.

 

 

Nuestro marco conceptual para evaluar los niveles de inteligencia se basó en los cuatro pilares de la economía, la sociedad, el medio ambiente y la gobernanza. Los criterios de evaluación se muestran a continuación.

Clasificamos las 180 áreas del gobierno local que evaluamos en tres categorías de desempeño:

 

·    líderes, las ciudades con mejor desempeño

·    seguidores, las ciudades con logros y potencial, pero no al nivel de los mejores.

·    en desarrollo, las ciudades con cierto progreso y potencial, pero no tan importantes como las otras dos categorías.

 

 

¿Quién lidera el camino?

 

Todas las áreas en la categoría líder estaban completamente contenidas dentro de las áreas metropolitanas de la ciudad capital.

 

Nueva Gales del Sur ocupó el primer lugar con 20 áreas de gobierno local. Luego vinieron Australia Occidental (14), Victoria (12), Australia del Sur (9), Territorio del Norte (2) y Queensland, Territorio de la Capital Australiana y Tasmania (1 cada una). En términos de población en las principales áreas, la clasificación cambió a: NSW (2,348,388 personas), Victoria (1,477,964), Queensland (1,131,155), WA (557,163), ACT (397,397), SA (370,719), NT (112,590) y Tasmania (50,439).

Puede ver a continuación cómo los resultados combinados para cada uno de los principales, siguientes y en desarrollo se comparan con las cuatro áreas de indicadores de ciudades inteligentes.

Puede ver la matriz de rendimiento de la ciudad inteligente de su área de gobierno local aquí.

Pasos claves para lograr ciudades inteligentes

 

Las áreas de gobierno local metropolitano dominan la categoría de desempeño líder. Mecanismos como los acuerdos municipales y regionales del gobierno australiano y el financiamiento a través del programa “Smart Cities and Suburbs” han tenido algunos efectos tangibles.

El rendimiento es menos fuerte en Australia regional. Se necesitan una estrategia y pautas nacionales de ciudades inteligentes para ayudar a que estas localidades y comunidades sean más inteligentes.

Esta política debería asumir los siguientes hallazgos de nuestro estudio internacional de ciudades inteligentes:

 

ü las ciudades inteligentes que se centran sólo en la tecnología rara vez funcionan;

ü los gobiernos locales deben adoptar el rol de facilitador;

ü los riesgos deben compartirse con el sector privado;

ü Los gobiernos locales deben estar abiertos a las innovaciones y aprender de los errores;

ü las ciudades inteligentes deberían centrarse en ser inclusivas;

ü se debe considerar el consumo de recursos, particularmente en relación con la longevidad de la infraestructura tecnológica;

ü la sostenibilidad a largo plazo depende de los recursos renovables;

ü Las ciudades inteligentes requieren una comunidad inteligente que esté bien informada, consciente, con visión de futuro, comprometida, unida y activa;

 

El Laboratorio de Estudios Urbanos de la Universidad Tecnológica de Queensland preparó el informe en asociación con el Departamento de Infraestructura, Transporte, Desarrollo Regional y Comunicación de la Commonwealth.  

El equipo de investigación de Smart City ha tenido conversaciones con gerentes de la ciudad, alcaldes, profesionales del gobierno local y partes interesadas clave de la comunidad (por ejemplo, empresas, organizaciones sin fines de lucro, ONG e instituciones académicas, entre otros). Estas conversaciones confirman que los gobiernos locales tienen un papel fundamental que desempeñar si Australia quiere atender los problemas sociales críticos generados por el cambio climático, si quiere acceder a las oportunidades económicas, e incluso lidiar con las transformaciones impulsadas por las tecnologías de la información, como la automatización, la innovación y la inteligencia artificial.

Los gobiernos locales no funcionan bien en forma aislada. Cualquier gobierno local es tan fuerte como los otros gobiernos locales en su vecindad. Deben interactuar para compartir y acceder a los recursos públicos.

 

 

Las ciudades líderes pueden aprender de las innovaciones frugales de sus pares menos afortunados. Nuestras ciudades de mejor desempeño son similares a las empresas establecidas en el sector industrial en el sentido de que enfrentan sus propios desafíos para modernizarse.

Con demasiada frecuencia, estas ciudades buscan soluciones que no sean frugales y que no puedan aprovechar el conocimiento indígena. Las comunidades con menos recursos deben participar en diferentes modos de innovación. Creemos que se deben establecer mejores redes para fomentar el diálogo y el intercambio de prácticas entre las comunidades.

La buena noticia en el informe es que a nuestras ciudades líderes les va bien. La noticia no tan buena es que los otros gobiernos locales necesitan ser llevados de la mano en un proceso de transformación. Ninguna ciudad es una isla, y ningún país puede tratar a las ciudades como elementos independientes.

 

Creemos que Australia debe consolidar su cultura de gobernanza y planificación local para liderar el cambio, puntualizan los autores.

 

Fuentes:

http://theconversation.com/smart-city-or-not-now-you-can-see-how-yours-compares-130881

https://www.techopedia.com/definition/31494/smart-city

 

 

Los físicos teóricos del Trinity College de Dublín han encontrado un vínculo profundo entre una de las características más llamativas de la mecánica cuántica, el entrelazamiento cuántico, y la termalización, que es el proceso en el que algo entra en equilibrio térmico con su entorno. Un querido amigo, ingeniero en sistemas, nos comparte el presente artículo. Veamos de qué se trata…

 

Sus resultados se publicaron el viernes 31 de enero de 2020 en la prestigiosa revista Physical Review Letters.

Todos estamos familiarizados con la termalización: solo piense cómo su café alcanza la temperatura ambiente con el tiempo. El entrelazamiento cuántico, por otro lado, es una historia diferente.

Sin embargo, el trabajo realizado por Marlon Brenes, estudiante de doctorado y el profesor John Goold de Trinity, en colaboración con Silvia Pappalardi y el profesor Alessandro Silva en SISSA en Italia, muestran cómo los dos están inextricablemente vinculados.

Al comentar la importancia del descubrimiento, el profesor Goold, líder del grupo QuSys de Trinity, explica:

 

"El entrelazamiento cuántico es una característica contraintuitiva de la mecánica cuántica, que permite que las partículas que han interactuado entre sí en algún momento se correlacionen de una manera que no es posible en la física clásica. Las mediciones en una partícula afectan los resultados de las mediciones de la otra— incluso si están a años luz de distancia. Einstein llamó a este efecto "acción espeluznante a distancia".

 

"Resulta que el entrelazamiento  no sólo es espeluznante, sino que en realidad es omnipresente y, de hecho, lo que es aún más sorprendente es que vivimos en una era en la que la tecnología está comenzando a explotar esta característica para realizar hazañas que se creían imposibles sólo hace unos años. Estas tecnologías cuánticas se están desarrollando rápidamente en el sector privado con empresas como Google e IBM liderando la carrera ".

Pero, ¿qué tiene que ver todo esto con el café frío?

 

El profesor Goold explica: "Cuando preparas una taza de café y la dejas por un tiempo, se enfriará hasta que alcance la temperatura de su entorno. Esto es la termalización. En física decimos que el proceso es irreversible, como sabemos, nuestro café una vez caliente no se enfriará y luego por artes mágicas se calentará. La forma en que emerge la irreversibilidad y el comportamiento térmico en los sistemas físicos es algo que me fascina como científico, ya que se aplica en escalas tan pequeñas como átomos, tazas de café e incluso a la evolución del universo mismo. En física, la mecánica estadística es la teoría que tiene como objetivo comprender este proceso desde una perspectiva microscópica. Para los sistemas cuánticos, la aparición de la termalización es notoriamente complicada y es un foco central de esta investigación actual ".

Entonces, ¿qué tiene que ver todo esto con el entrelazamiento y qué dicen sus resultados?

"En la mecánica estadística hay varias formas diferentes, conocidas como conjuntos, en las que se puede describir cómo se termaliza un sistema, todo lo cual se considera equivalente cuando se tiene un sistema grande (aproximadamente en escalas de 10 ^ 23 átomos). Sin embargo , lo que mostramos en nuestro trabajo es que no sólo el entrelazado  está presente en el proceso, sino que su estructura es muy diferente según la forma en que elija describir su sistema, por lo que nos brinda una forma de evaluar las preguntas fundamentales en mecánica estadística. La idea es general y puede aplicarse a una gama de sistemas tan pequeños como unos pocos átomos y tan grandes como agujeros negros ".

 

Marlon Brenes, candidato a doctor en Trinity y primer autor del artículo, utilizó supercomputadoras para simular sistemas cuánticos para probar la idea.

Brenes, un especialista en modelaje numérico, dijo: "Las simulaciones numéricas que realicé para este proyecto están en el límite de lo que se puede lograr actualmente en el nivel más alto con computación de alto rendimiento. Para ejecutar el código utilicé las instalaciones nacionales del ICHEC y la nueva maquina KAY. Entonces, además de tener un excelente resultado esencial  para la investigación, el trabajo nos ayudó a superar los límites de este tipo de enfoque computacional y dejar establecido que nuestros códigos y la arquitectura están funcionando como un proyecto de vanguardia con el mayor avance a nivel mundial".

 

 

Fuente:

https://www.tcd.ie/news_events/articles/how-supercomputers-are-helping-us-link-quantum-entanglement-to-cold-coffee/

 

 

 

Con la reciente aparición del coronavirus (2019-nCoV) en China y su potencial peligro de generar una pandemia mundial, hay un renovado interés de la gente por conocer más sobre los virus. Precisamente sobre este tema un estimado colega nos comparte un artículo publicado por Lawrence Berkeley National Laboratory sobre virus enormes y hasta gigantes. Veamos de qué trata…

 

 

Si bien los microbios en una sola gota de agua podrían superar en número a la población de una ciudad pequeña, la cantidad de virus en la misma gota, la gran mayoría no dañina para los humanos, podría ser aún mayor. Los virus infectan bacterias, arqueas y eucariotas, y varían sus tamaños y sus genomas en rangos que van desde muy pequeños hasta muy grandes e incluso gigantes. Los genomas de los virus gigantes son del orden de 100 veces el tamaño de lo que generalmente se ha asociado con los virus, mientras que los genomas de los virus grandes pueden ser solo 10 veces más grandes. Y, sin embargo, aunque los virus se encuentran en todas partes, se sabe relativamente poco acerca de ellos, y mucho menos los que se consideran grandes y gigantes.

En un estudio reciente publicado en la revista Nature, un equipo de instituciones liderados por investigadores  del Joint Genome Institute (JGI) ubicado en el Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) y que forman parte del Departamento de Energía de Estados Unidos, descubrió un amplia diversidad de virus grandes y gigantes que pertenecen al supergrupo de virus de ADN grande  denominado nucleocitoplasmático (NCLDV).

La expansión de la diversidad por esta variedad de virus grandes y gigantes ofreció a los investigadores información sobre cómo podrían estos interactuar con sus huéspedes, y cómo esas interacciones a su vez pueden afectar a las comunidades anfitrionas y el papel que juegan en el carbono y otros ciclos de nutrientes.

 

"Este es el primer estudio que nos permite tener una visión más global de los virus gigantes a través del análisis de genomas de virus gigantes no cultivados de secuencias ambientales en todo el mundo, y luego usar estas secuencias para hacer inferencias sobre la distribución biogeográfica de estos virus en los diversos ecosistemas, su diversidad , sus características metabólicas pronosticadas y los huéspedes potenciales ", señaló la autora principal del estudio, Tanja Woyke, quien dirige el Programa Microbiano del JGI.

El equipo extrajo más de 8,500 conjuntos de datos de metagenomas disponibles públicamente generados a partir de sitios de muestreo en todo el mundo, incluidos datos de varias propuestas relevantes de la misión del DOE a través del Programa de Ciencias Comunitarias de JGI. Las propuestas de los investigadores de la Concordia University (Canadá), la University of Michigan, la University of  Wisconsin-Madison y el Georgia Institute of Technology se centraron en las comunidades microbianas de los ecosistemas de agua dulce, incluidos, respectivamente, los lagos del norte de Canadá, los Grandes Lagos Laurentian, el lago Mendota y el lago Lanier fueron de particular interés.

 

La ilustración artística presentada aquí captura la diversidad genómica del virus gigante. Esta imagen complementa el artículo de Nature publicado el 22 de enero de 2020, mencionado anteriormente.  Crédito: Zosia Rostomian / Berkeley Lab

 

Tamizar y reconstruir genomas de virus

 

Gran parte de lo que se sabe sobre el grupo NCLDV proviene de virus que han sido co-cultivados con ameba o con sus huéspedes, aunque la metagenómica ahora permite buscar y caracterizar virus no cultivados. Por ejemplo, un estudio de 2018 de un equipo liderado por JGI descubrió virus gigantes directamente en el suelo por primera vez. Este estudio aplicó un proceso de pasos múltiples para extraer, almacenar y luego filtrar los datos de la proteína principal de la cápside (MCP) para identificar los virus NCLDV. Los investigadores de JGI aplicaron previamente este enfoque para descubrir un nuevo grupo de virus gigantes denominados "Klosneuviruses".

Miembros previamente conocidos de los linajes virales en el grupo NCLDV infectan principalmente protistas y algas, y algunos de ellos tienen genomas en el rango de megabase. El autor principal y coautor del estudio, Frederik Schulz, científico investigador del grupo de Woyke, utilizó el MCP como código de barras para filtrar fragmentos de virus, reconstruyendo 2,074 genomas de virus grandes y gigantes. Se identificaron más de 50,000 copias del MCP en los datos metagenómicos, dos tercios de los cuales podrían asignarse a linajes virales, y predominantemente en muestras de ambientes marinos (55%) y de agua dulce (40%). Como resultado, el espacio de proteínas del virus gigante creció de 123,000 a más de 900,000 proteínas, y la diversidad de virus en este grupo se expandió 10 veces de solo 205 genomas, redefiniendo el árbol filogenético de los virus gigantes.

Reprogramación metabólica de una estrategia común para virus grandes y gigantes

 

Otro hallazgo significativo del estudio fue una estrategia común empleada por virus grandes y gigantes. La reprogramación metabólica, explicó Schulz, hace que el huésped funcione mejor bajo ciertas condiciones, lo que luego ayuda al virus a replicarse más rápido y producir más progenie. Esto puede proporcionar un impacto a corto y largo plazo en el metabolismo del huésped en general, o en las poblaciones de huéspedes afectadas por condiciones ambientales adversas.

La predicción de las funciones en los 2,000 nuevos genomas de virus gigantes llevó al equipo a descubrir una prevalencia de funciones codificadas que podrían impulsar el metabolismo del huésped, como los genes que juegan un papel en la absorción y el transporte de diversos sustratos, y también genes de fotosíntesis, incluidas potenciales bombas de protones impulsadas por luz. "Estamos viendo que esta es probablemente una estrategia común entre los virus grandes y gigantes basada en el metabolismo predicho que está codificado en los genomas virales", dijo. "Parece ser mucho más común de lo que se había pensado anteriormente".

Woyke señaló que a pesar de la cantidad de genomas ensamblados con metagenoma (MAG) reconstruidos a partir de este esfuerzo, el equipo aún no pudo vincular 20,000 proteínas de cápside principales de virus grandes y gigantes a ningún linaje de virus conocido. "Reconstruir genomas de virus gigantes completos, casi completos o parciales reconstruidos a partir de secuencias ambientales sigue siendo un desafío e incluso con este estudio es probable que solo arañemos la superficie de lo que hay allá afuera. Más allá de estos 2,000 MAG extraídos de 8,000 metagenomas, todavía hay mucha diversidad de virus gigantes que nos estamos perdiendo en los diversos ecosistemas. Podemos detectar muchos más MCP de los que podemos extraer MAG, y aún no encajan en el árbol genómico de la diversidad viral ".
"Esperamos que esto cambie no sólo con la disponibilidad de nuevos conjuntos de datos de metagenomas, sino también con la clasificación y secuenciación complementaria de virus de células individuales junto con sus huéspedes unicelulares", agregó Schulz.

 

Fuente: https://jgi.doe.gov/here-there-everywhere-large-giant-viruses-abound-globally/

 

 ETH Zurich es una universidad de ciencia y tecnología cuya creación se remonta al año 1855, pero actualmente se auto-concibe como un centro de innovación y generación de conocimiento basado en  los valores suizos de libertad y responsabilidad individual, espíritu emprendedor y mentalidad abierta. En ETH Zurich, los estudiantes descubren un entorno ideal para el pensamiento independiente y los investigadores un clima que inspira el máximo rendimiento. Situada en el corazón de Europa, pero forjando conexiones en todo el mundo, ETH Zurich es pionera en soluciones efectivas para los desafíos globales de hoy y de mañana.

Un estimado colega nos ha enviado ejemplos del trabajo de investigación de esta universidad plasmados en un artículo de difusión publicado el 3 de enero de 2020 en su boletín digital y escrito por  Samuel Schlaefli. Veamos de qué se trata…

Entre otras muchas cosas, los investigadores de ETH Zurich están buscando nuevos materiales para sentar las bases de estructuras vivas que respondan a su entorno. Su objetivo es crear infraestructuras autosuficientes que puedan controlar su estado e incluso repararse a sí mismos.

Cuando Eleni Chatzi no está ocupada leyendo documentos técnicos sobre puentes vibrantes, infraestructuras inteligentes e ingeniería basada en datos, disfruta sumergirse en novelas de ciencia ficción. "Me gusta reflexionar sobre ideas no convencionales e imaginar un mundo que está por venir", dice Chatzi, profesora de mecánica estructural en ETH Zurich. De hecho, hay un halo de ciencia ficción cuando habla de aplicaciones que su investigación podría llevar algún día. Una de esas visiones futuristas son los puentes que crecen de un puñado de semillas y consisten completamente en material orgánico.

Esta ingeniera civil de 38 años, cuyo cátedra recibió recursos del fondo Albert Lück-Stiftung desde 2010, se especializa en monitoreo de salud estructural. Chatzi diagnostica la salud de presas, puentes, turbinas eólicas, aviones y vehículos utilizando sensores, algoritmos que convierten y procesan señales, y aprendizaje automático. Actualmente, los ingenieros tienen que instalar externamente los sensores necesarios para medir la tensión, la deformación, la aceleración, el viento y la tensión, o incorporar estos dispositivos en el diseño estructural inicial. "Sin embargo, esto suele ser un gasto adicional y un factor disruptivo, especialmente en los sitios de construcción", explica Chatzi. Los equipos tienen que instalar innumerables cables para transmitir los datos medidos a una computadora central para su análisis. "Es por eso que nos gustaría desarrollar infraestructuras y máquinas con inteligencia intrínseca que sean conscientes de su estado incluso sin sensores montados externamente", dice Chatzi.

Hormigón consciente

 

Una clase de materiales sin precedentes proporciona la base para este tipo de infraestructura autoconsciente, y los investigadores de todo el mundo han estado ocupados explorando sus misterios durante los últimos años. Un ejemplo es el hormigón intrínseco auto-sensorial. Mezclado con fibras de carbono, nanotubos de carbono y polvo de níquel, este material controla su estado de forma autónoma para proporcionar información sobre grietas, humedad o cargas inusualmente pesadas. Estos datos se obtienen de la estructura aplicando voltaje y midiendo constantemente la resistencia eléctrica.

Una segunda línea de investigación en materiales con propiedades de autocuración apunta en una dirección similar. El año pasado, en un proyecto inspirado en la fotosíntesis de las plantas, los investigadores estadounidenses presentaron un polímero que puede repararse a sí mismo al reaccionar con dióxido de carbono en el aire circundante. Otros grupos están trabajando con bacterias que forman cal cuando se exponen al agua de lluvia y otra humedad. Agregados al concreto, pueden sellar pequeñas grietas por sí mismos. Se están realizando experimentos con redes microvasculares que liberan fluidos "curativos" cuando ocurre una lesión. Respondiendo como el organismo humano a una herida en la piel, se polimerizan para llenar las fracturas.

Incorporando funciones biológicas

"Estamos viendo una fusión de la ciencia de los materiales y la biología", dice Mark Tibbitt, profesor del Laboratorio de Ingeniería Macromolecular de ETH Zurich. Señala que en el pasado, los ingenieros químicos y otros habían buscado en la naturaleza principalmente la inspiración para imitar propiedades como la capacidad de la flor de loto para repeler el agua. "Hoy, estamos tratando de incorporar funciones biológicas en los materiales".

Estos esfuerzos son impulsados ​​por los avances en la ciencia de los materiales y la biotecnología. La ingeniería del ADN y los nuevos métodos de biología molecular, como la edición del gen CRISPR / Cas, ahora pueden servir para introducir nuevas funciones biológicas en las células con fines muy específicos. La fabricación aditiva con impresoras 3D permite un diseño de material basado en datos de alta resolución. Combinando conceptos de varios campos (ingeniería química, química de polímeros, ciencia de materiales y biología de sistemas), la investigación de Tibbitt tiene como objetivo desarrollar polímeros blandos similares a tejidos para aplicaciones biomédicas.


"Lo fascinante de los organismos vivos es que perciben su entorno, reaccionan a él e incluso se curan a sí mismos cuando se lesionan. Queremos inculcar estas cualidades en materiales e infraestructuras", dice Tibbitt. Él cree que las aplicaciones futuras podrían incluir plantas de interior que limpian el aire y cambian el color de sus hojas para llamar la atención sobre la calidad del aire, y edificios que cambian con las estaciones para mantener un clima interior confortable.

Tibbitt se reunió con Eleni Chatzi hace un año en un evento para explorar vías de investigación radicalmente nuevas. Aunque los dos trabajan en escalas muy diferentes, a menudo hablan de los mismos conceptos. Los temas recurrentes incluyen materiales que pueden "curarse" a sí mismos. Recientemente, comenzaron a fomentar el diálogo entre los investigadores de ETH sobre materiales e infraestructuras de vida, autodetección y autocuración. Científicos de materiales, ingenieros químicos, civiles y eléctricos, biólogos e informáticos se han unido con el objetivo de  desarrollar materiales que funcionen a diferentes escalas desde el principio en lugar de escalarlos en una etapa posterior. "ETH Zurich es el centro perfecto para este ambicioso proyecto porque tiene mucha experiencia en todas las áreas clave", dice Tibbitt. Un taller inicial y un simposio están programados para la primavera de 2020 para que los expertos discutan el asunto. La idea es definir preguntas de investigación y luego lanzar los primeros proyectos transdisciplinarios.


Vivir con ambientes animados.

Esta es una nueva vía de investigación en la que Chatzi y Tibbitt se han embarcado, y en esta etapa hay muchas más preguntas que respuestas. Una gran pregunta es cómo garantizar la seguridad y la estabilidad cuando las infraestructuras desarrollan una vida propia. Otra es la forma en que los humanos y los animales reaccionarán a un entorno diseñado que consiste en organismos vivos. ¿Y qué sucede si un organismo sintético de un nuevo material de construcción se filtra a las aguas circundantes? "Tenemos que pensar en preguntas bioéticas y preocupaciones de seguridad desde el primer día", dice Tibbitt.

 

Tales riesgos también presentan grandes oportunidades: la producción de concreto representa alrededor del ocho por ciento de las emisiones globales de CO2 de la actualidad. Franjas enteras de playas arenosas están siendo sacrificadas por el auge global de la construcción. Muchos vertederos están llenos de escombros de edificios demolidos. Las infraestructuras orgánicas con ciclos de material cerrados, como puentes hechos de fibra vegetal notablemente robusta, ofrecen una alternativa sostenible. Si están dañados, podrían repararse a sí mismos. Al final de su vida útil, podrían simplemente dividirse en componentes compostables individuales.

Fuente:

https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/01/biodegradable-bridges.html

 

 

 

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