The technique vastly speeds up understanding of how the proteins function and how to target drugs.
Photo: The silicone microfluidic chip has an array of 1,568 reaction chambers. Channels etched in the chip connect the chambers to control pipes attached to the top.
Figuring out how a protein or enzyme works, and understanding how genetic mutations affect these molecules that are fundamental to life, can often take years. Researchers must alter hundreds of the molecule’s amino acid building blocks one-by-one, produce each mutated enzyme in the lab and test how each mutation affects the enzyme’s ability to carry out its job. Now, a glass chip etched with tiny channels could reduce that time to mere hours by allowing researchers to test more than a thousand mutations at a time. A 22 July paper in Science describes how the new system, called High-Throughput Microfluidic Enzyme Kinetics (HT-MEK), could provide a faster way for scientists to study disease-causing proteins, develop enzymes that break down environmental toxins and understand the evolutionary relationships between different species.
Synchronizing gene expression in complex eukaryotic communities is challenging. Here we introduce a synthetic system inspired by bacteria response to antibiotics that robustly converts auxin and salicylic acid rhythms into synchronized gene expression across cell populations.
Synchronization is an attractive phenomenon found in nature. Complex systems, such as bird flocs, social and ecological networks, and biological timekeepers show coherent behavior across scales. Furthermore, synchronization is critical for our brain function, stability of social interactions, and even the survival of entire ecosystems because it ensures equilibrium in an often challenging environment.
Naturally, this beautiful phenomenon has long attracted bioengineers on the quest of designing smart synthetic biology strategies capable of coordinating whole living consortia for biotechnological, industrial, and therapeutic applications. In recent years, substantial efforts have been made to engineer synchronization within and across bacterial communities with examples of genetic LCD-like ‘biopixels’ and coordinated cell killing, among others. However, the engineering of synchronous dynamics in complex eukaryotic systems has proven very challenging.
In our article (https://www.nature.com/articles/s41467-021-24325-z), we leverage a bacterial strategy for antibiotic stress response to build minimal synthetic systems in yeast Saccharomyces cerevisiae, capable of synchronizing individual eukaryotic cells in a dynamic environment.
Investigación y desarrollo de metodologías para el análisis del riesgo de efectos por contaminantes atmosféricos en los ecosistemas españoles. El objetivo general de la tesis, enmarcada en la línea de investigación de análisis de riesgo de la contaminación atmosférica sobre los ecosistemas mediterráneos, es investigar y desarrollar metodologías para el análisis del riesgo de efectos […]
En el artículo anterior, explicamos como las abejas polinizan y porque son tan importantes en la polinización. En este artículo, estaremos hablando sobre otro peculiar polinizador, el murciélago. Hablaremos sobre datos curiosos de los murciélagos incluyendo datos sobre la navegación y sus hábitos alimenticios. Además de esto, discutiremos el rol de los murciélagos en los agroecosistemas. Finalmente, discutiremos el rol de los murciélagos en la polinización.
Los murciélagos, seres peculiares
¿Qué es un murciélago? Un murciélago es cualquier miembro del único grupo de mamíferos capaces de volar (Wilson,2020). De acuerdo con una publicación del Bat Conservation International (2021): “Los murciélagos han estado en la Tierra durante más de 50 millones de años. Con más de 1.400 especies, son el segundo orden más grande de mamíferos y están ampliamente dispersos en seis continentes.” El nombre científico de los murciélagos es Chiroptera , que en griego significa “ala de mano “lo que les permite cambiar de dirección de una manera rápida y les permite poder atrapar insectos en el aire(Nuñez, s.f). “Los murciélagos son especies clave de las que otra fauna y flora dependen en gran medida para la fertilización, la polinización, la dispersión de semillas y el control de las poblaciones de insectos”(Irving et al., 2021).
Por otra parte, según el Servicio Forestal del Yunque (s.f ):”los murciélagos es que son los únicos mamíferos nativos que quedan en Puerto Rico.” Asimismo, los expertos dicen que en Puerto Rico existen 13 especies de murciélagos de los cuales 11 especies son nativas del Bosque Tropical El Yunque. Las especies de murciélagos que se encuentran en el Bosque Tropical El Yunque son las siguientes:
Si desean conocer más sobre los murciélagos, les recomiendo el siguiente video:
Navegación de los murciélagos y sus hábitos alimenticios
¿Cómo los murciélagos pueden ver? Para responder a esta pregunta, primero debemos definir el concepto de la ecolocalización la cual según una publicación de Elizabeth Hagen: “La ecolocalización es el uso de ondas sonoras y ecos para determinar dónde están los objetos en el espacio. Los murciélagos usan la ecolocalización para navegar y encontrar comida en la oscuridad” (2009). ¿Pero cómo los murciélagos lo hacen? De acuerdo con una publicación del Servicio de Parques Nacionales de Estados Unidos (s.f):
Producen ondas sonoras a frecuencias superiores al oído humano, llamadas ultrasonido. Las ondas sonoras emitidas por los murciélagos rebotan en los objetos de su entorno. Luego, los sonidos regresan a los oídos de los murciélagos, que están finamente sintonizados para reconocer sus propias llamadas únicas. Si deseas conocer sobre como los murciélagos hacen la ecolocalización, accede al siguiente enlace donde podrás ver cómo funciona: https://youtu.be/K-zrBaIt-38
Añadiendo a este punto: “Los cantos de murciélagos varían enormemente entre especies, lo que les permite distinguir sus voces entre otros murciélagos en el vecindario” (Langley,2021). Langley añade que dichos llamados o cantos también son específicos para un lugar en particular y el o los tipos de presas que estén presentes en dicho lugar. Por ejemplo, el murciélago barbastelle(Barbastella barbastellus), conocido como “el primer susurrador de polillas conocido del mundo” se ha adaptado para burlar los mecanismos morfológicos de las polillas tigres(Arctiidae), las cuales poseen unas orejas que les ayuda a escuchar los cantos de varios depredadores como los murciélagos (Dell’Amore,2010).
Pero ¿Qué comen los murciélagos? Es curioso saber que la gran mayoría de los murciélagos del mundo consumen insectos, flores, néctar y polen lo que llevara a cabo la polinización de ciertos cultivos agrícolas como hablaremos a continuación. (Bradford,2018,).Asimismo, Bradford nos explica que existen murciélagos que consumen la sangre de otros animales principalmente de ganado y ciervos, que encuentran utilizando sensores especializados de detección de calor cerca de sus narices. Ahora bien, ¿Cuál es el rol de los murciélagos en los agroecosistemas? A continuación, responderemos esta pregunta.
El rol de los murciélagos en los agroecosistemas
¿Cuál es el rol de los murciélagos en los agroecosistemas? Como discutimos anteriormente, casi un 70% de las especies de murciélagos del mundo, consumen insectos. (TED-Ed,2014). Pero ¿Cuál es la aportación de los murciélagos a la agricultura? Te sorprendería saber que solo un tres por ciento de las especies de insectos del planeta son catalogados como nocivos en la agricultura (Killingsworth Environmental,2019). Los murciélagos ayudan a mantener las poblaciones de estos insectos plagas bajo control pues actúan como depredadores naturales (Boyles et al., 2011).
¿Qué hay de polinización? La forma de las flores que polinizan los murciélagos es muy peculiar. Tanto así que estas flores poseen las siguientes características (Fleming et al., 2009):
Estas flores poseen estructuras llamadas antesis nocturna.
Coloración monótona (es decir, blanco o verde).
Olor a humedad.
Flores a menudo ubicado en ramas o troncos de árboles (coliflor) o suspendido en tallos largos (flagelifloria).
Flores tubulares o radialmente simétricas, a menudo del tipo “brocha de afeitar”, que producen cantidades relativamente grandes de néctar rico en hexosa.
Abordando al último punto, investigaciones científicas revelan que:
Algunas plantas han desarrollado técnicas que aprovechan este sistema de sonar y permiten que los murciélagos detecten mejor las flores, como hacer que sus pétalos sean más cóncavos, formando una superficie más reflectante que puede rebotar más ecolocalización hacia el murciélago (Makowski,2020). De acuerdo con una publicación del Servicio Forestal del Yunque (s.f ):
¡Más de 500 especies de plantas dependen de los murciélagos para polinizar sus flores, incluyendo especies de mangó, plátano, cacao, durián, guayaba y agave! (Sin este proceso de polinización, no tendríamos el tequila). Sí deseas ver como el murciélago poliniza el agave, accede al siguiente enlace https://www.youtube.com/watch?v=XUjx8rswzn8
Asimismo: “Los murciélagos polinizan muchas plantas de alto valor socioeconómico, incluida la mayoría de los cactus columnares (Cactaceae) en México, que han sido utilizados por humanos como alimento y materiales durante miles de años” (Tremlett et al., 2019).
En resumen, los murciélagos son muy importantes en los ecosistemas del planeta. Es cierto que algunas especies puedan causar daños económicos, sin embargo, creo que, sin ellos, el manejo de muchas plagas y la polinización de muchos cultivos se vería afectada. Entiendo que perder a este ser vivo, podría ser devastador no solo para la ecología, sino para la producción de alimentos. A nivel mundial, las poblaciones de murciélagos están siendo afectadas por múltiples factores como la deforestación, la perdida de biodiversidad de insectos y entre otros factores(O’Shea et al., 2016).Es por esta razón, que debemos implementar estrategias para conservar a este ser tan importante.
Boyles, J. G., Cryan, P. M., McCracken, G. F., & Kunz, T. H. (2011). Economic Importance of Bats in Agriculture. Science, 332(6025), 41–42. https://doi.org/10.1126/science.1201366
Boyles, J. G., Cryan, P. M., McCracken, G. F., & Kunz, T. H. (2011). Economic Importance of Bats in Agriculture. Science, 332(6025), 41–42. https://doi.org/10.1126/science.1201366
Fleming, T. H., Geiselman, C., & Kress, W. J. (2009). The evolution of bat pollination: a phylogenetic perspective. Annals of Botany, 104(6), 1017–1043. https://doi.org/10.1093/aob/mcp197
Irving, A. T., Ahn, M., Goh, G., Anderson, D. E., & Wang, L. F. (2021). Lessons from the host defences of bats, a unique viral reservoir. Nature, 589(7842), 363–370. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03128-0
O’Shea, T. J., Cryan, P. M., Hayman, D. T., Plowright, R. K., & Streicker, D. G. (2016). Multiple mortality events in bats: a global review. Mammal Review, 46(3), 175–190. https://doi.org/10.1111/mam.12064
Tremlett, C. J., Moore, M., Chapman, M. A., Zamora‐Gutierrez, V., & Peh, K. S.-H. (2019). Pollination by bats enhances both quality and yield of a major cash crop in Mexico. Journal of Applied Ecology, 57, 450–459. https://doi.org/10.1111/1365-2664.13545
Investigadores e investigadoras del Centro de Sistemas Biológicos de Dresden y del Hyman Lab del Instituto Max Planck han caracterizado el envejecimiento de los condensados de proteínas con técnicas reológicas experimentales. El estudio [1] concluye que los condensados se comportan como vidrios de Maxwell para cualquier edad del mismo. Estos vidrios de Maxwell son un caso particular de los materiales viscoelásticos, explicados a continuación.
Los materiales viscoelásticos exhiben propiedades líquidas (viscosas) y propiedades sólidas (elásticas). La viscosidad es, grosso modo, la fricción interna entre los componentes del fluido, por lo que conlleva pérdidas de energía en forma de calor. La parte elástica se encarga de almacenar energía cuando se aplica una fuerza deformadora en el material. Una vez la fuerza desaparece, la energía elástica se encarga de reformar la estructura interna y devolverlo al estado inicial. Así, los materiales viscoelásticos no recuperan completamente su forma inicial porque parte de la energía se pierde en su propia viscosidad.
Ejemplos típicos de materiales que presentan esta física son los metales a altas temperaturas, el hielo, algunos polímeros y componentes celulares. Medir sus propiedades es relativamente fácil, al igual que en el estudio [1], consiste en someter al material a distintas deformaciones para estudiar las fuerzas internas que se producen. El modelo físico más simple que permite estudiar como se disipan las fuerzas en el tiempo cuando se aplica una cierta deformación es el modelo de Maxwell.
Modelo de Maxwell
Este modelo supone que la parte elástica y viscosa son completamente separables. Si aplicamos una deformación constante el modelo predice que la fuerza elástica actúa de manera instantánea, elevándola hasta un cierto valor constante. Después, actúa la viscosidad se encarga de disipar las fuerzas hasta que llegan a un equilibrio mecánico. En la Figura 1 representamos la predicción del modelo de Maxwell para una placa de hielo en la que se ha colocado encima una masa para simular el ejemplo anterior.
Figura 1: Predicción del modelo de Maxwell de la evolución de las fuerzas por unidad de superficie en pascales (eje vertical) con respecto al tiempo en microsegundos (eje horizontal). Los parámetros escogidos son los correspondientes al experimento de Jellinek, H. H. G. et al., 1956 [2].
Tal y como puede verse, ocurre todo lo mencionado anteriormente. Normalmente, se define un tiempo de relajación característico de cada material como el tiempo en el que las fuerzas se disipan un 74%, aproximadamente. En el caso del hielo el tiempo de relajación calculado es 0.11 ms.
Experimento
A pesar de que el modelo de Maxwell tiene ciertas limitaciones reproduce a la perfección la reología de los condensados de proteínas para todas las edades del condensado. El estudio midió la respuesta del condensado a la difusión, coalescencia con otros condensados y mecánica al aplicarse una fuerza periódica a uno de sus extremos. A continuación se recogen los principales resultados:
Los condensados jóvenes presentan una difusión más rápida que los maduros, por lo que su velocidad de movimiento es mayor.
Los condensados jóvenes tardan menos en fusionarse con otros condensados que los maduros indicando una mayor viscosidad.
Al aplicar una fuerza periódica y a medida que el condensado envejece, su tiempo de relajación aumenta, implicando una menor viscosidad y mayor elasticidad.
Juntando las conclusiones del estudio encuentran un hilo conductor: los condensados jóvenes son más viscosos (líquidos) que elásticos (sólidos), mientras que los maduros son más elásticos que viscosos. Por otro lado, los sistemas que forman cristales se caracterizan porque su envejecimiento depende del tiempo de relajación y porque la solidificación lleva asociada una pérdida de la capacidad de movimiento. Estos procesos físicos han sido observados en los condensados de proteínas y modelados por el modelo de Maxwell, por lo que los autores proponen que en estos sistemas se formen los llamados vidrios de Maxwell.
Repercusiones biológicas
Los condensados de proteínas biológicos pueden tener distintas funciones a nivel celular. Por ejemplo, los gránulos P tienen la función de regular la expresión génica en algunas especies. Como se ha visto en el estudio de Jawerth L. et al. [1], los condensados de proteínas pueden ser descritos como vasos de Maxwell aunque, como la reología revela propiedades viscoelásticas esperadas de un fluido Maxwell para un solo tiempo de relajación, pero a distintas edades los tiempos de relajación varían, podemos referirnos a ellos como un vidrio Maxwell, que incorpora el envejecimiento de los fluidos y los vasos Maxwell.
En biología no se ha caracterizado bien el comportamiento similar a los vidrios. Sin embargo, este estudio [1] ofrece una nueva visión del comportamiento bioquímico y mecánico de los condensados proteicos. Estos, en situaciones de estrés, en vez de romperse (como ocurre en geles), pueden funcionar como sensores de tensión de la célula, y acoplar las tensiones a los procesos bioquímicos. Esto se puede traducir en un funcionamiento de ralentización celular en determinadas situaciones y a la vez ofrecer una respuesta rápida en situaciones cambiantes.Es necesario continuar con estudios puente entre la física (reología) y la biología, para alcanzar una mejor comprensión de los procesos mecánicos y bioquímicos de las células, estudios sobre los tiempos de relajación (relacionados con mínimos de energía en el envejecimiento de los condensados), y contextualizarlos en los ensamblajes de proteínas de orden superior, según indican los autores del estudio [1].
Bibliografía
[1] JAWERTH, Louise, et al. Protein condensates as aging Maxwell fluids. Science, 2020, vol. 370, no 6522, p. 1317-1323.
[2] JELLINEK, H. H. G.; BRILL, R. Viscoelastic properties of ice. Journal of Applied Physics, 1956, vol. 27, no 10, p. 1198-1209.
Quizá la frase más repetida como reivindicación de la importancia de la biología evolutiva es “En biología nada tiene sentido si no es a la luz de la evolución” (Dobzhansky, 1973). Más de dos siglos después del nacimiento de Charles Darwin, las repercusiones de la teoría de la evolución ya son evidentes en muchas facetas […]
Una nueva investigación revela que los niveles de la proteína RTP801 se encuentran aumentados en la formación hipocampal de estos pacientes.
La enfermedad de Alzheimer es una dolencia degenerativa en la cual las células nerviosas (neuronas) del cerebro de una persona y las conexiones entre ellas se degradan progresivamente, causando una grave pérdida de memoria, deficiencias intelectuales y deterioro de las habilidades motoras y de comunicación, entre otros efectos nocivos.
Una nueva investigación revela que los niveles de la proteína RTP801 se encuentran aumentados en la formación hipocampal en muestras postmortem de pacientes de la enfermedad de Alzheimer y en modelos animales de esa dolencia. Los resultados denotan que dicha proteína está relacionada con la severidad neuropatológica de la enfermedad.
El estudio lo han liderado unos investigadores del Instituto de Neurociencias de la Universidad de Barcelona (UB). Se titula «RTP801/REDD1 contributes to neuroinflammation severity and memory impairments in Alzheimer’s disease». Y se ha publicado en la revista académica Cell Death and Disease.
Administering gene-editing treatment directly into the body could be a safe and effective way to treat a rare, life-threatening condition.
Preliminary results from a landmark clinical trial suggest that CRISPR–Cas9 gene-editing can be deployed directly into the body to treat disease. The study is the first to show that the technique can be safe and effective if the CRISPR–Cas9 components — in this case targeting a protein that is made mainly in the liver — are infused into the bloodstream. In the trial, six people with a rare and fatal condition called transthyretin amyloidosis received a single treatment with the gene-editing therapy. All experienced a drop in the level of a misshapen protein associated with the disease. Those who received the higher of two doses tested saw levels of the protein, called TTR, decline by an average of 87%.
El aumento de la población mundial está provocando que la demanda de proteína se incremente. Al mismo tiempo, cada vez hay más conciencia de la insostenibilidad de las fuentes empleadas en la actualidad, dominadas por proteínas animales. El problema radica, en parte, en las grandes extensiones de tierra y las elevadas cantidades de agua que requiere la ganadería y el impacto sobre el medio ambiente que genera.
Ante esta situación, la industria alimentaria está buscando alternativas a las fuentes tradicionales de proteína que puedan ser más sostenibles y al mismo tiempo adecuadas desde un punto de vista nutricional.
En cualquier caso, no podemos olvidar que ya disponemos en nuestro mercado de proteína de gran calidad, como la de las legumbres, que resultan sostenibles, saludables y económicas.
A pesar de ello, la población demanda fuentes alternativas, lo que promueve la innovación y generación de nuevos productos por parte de la industria alimentaria. Veamos algunas de las fuentes de proteína que están surgiendo.
6 de julio de 2021. Curso de verano de la URJC. Online y gratuito. 0,4 ECTS. Ha pasado un año desde que la infección por coronavirus, causante de la COVID-19, se declarara pandemia mundial, y que cambiaran por completo nuestros hábitos de vida, alimentación, salud y estado socio-económico. Para reducir el riesgo y mejorar la […]
