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Premio Excellence

Parece que esto no acaba, esta vez ha sido Emociones Encadenadas cuyo blog tenéis aquí http://emocionesencadenadas.wordpress.com/, quien nos ha nominado al premio Excellence. Así que mil gracias por la nominación y aquí viene mi lista de nominados:

Filosofía contemporánea

(http://filosofiacontemporanea.wordpress.com/)

Caleidoscopio (http://navidalex.wordpress.com/)

En la luna de Babel (http://enlalunadebabel.com/)

Akantilado (http://akantilado.wordpress.com/)

¡Cienciacinante! (http://ciencinante.wordpress.com/)

Tras las puertas (http://traslaspuertas.wordpress.com/)

Freepassport2travel(http://freepassport2travel.wordpress.com/)

Senderos de la historia (http://senderosdelahistoria.wordpress.com/)

El efecto paraguas (http://elefectoparaguas.wordpress.com/)

Cien poemas zen (http://cienpoemaszen.wordpress.com/)

Las reglas son:

– Pegar la imagen del premio

– Escribir un agradecimiento

– Nominar otros 10-15 blogs

Evolución

Y bien, te estarás preguntando ¿Qué es la evolución? ¿No es eso de los bichos que cambian? ¿Lo que hacían en pokémon más o menos?CC_2267223_meme_otros_la_teoria_de_la_evolucion_segun_ash_ketchum

Bueno, mi humilde experiencia me dice que, al contrario que con la teoría de la relatividad, todo el mundo cree tener una concepción relativamente acertada de este concepto, cuando realmente no lo es.

La evolución es, en teoría, un proceso por el cual los seres vivos cambian para adaptarse a un medio cambiante, ¿No?

Bien, según esta definición, cuando una larva sufre una metamorfosis está evolucionando, ¿Es esto evolución?

Pues no, en primer lugar, evolucionan las especies, son las poblaciones de individuos las que van a sufrir cambios que llevarán a identificarla como otra especie en relación a otra población de individuos.

Los individuos nacen, pero no cambian, a menos que sufran procesos como la recombinación genética con otro individuo (cosa bastante común en el alocado mundo microscópico) uno muere siendo lo mismo que fue al nacer.

Pero es esta capacidad, la capacidad de morir y de reproducirse, la que convierte al individuo en la unidad que es seleccionada.

Imaginemos una población de favicons donde nace un individuo de color rojo, puede ser que este color favorezca su supervivencia, que la obstruya o que no le afecte en lo más mínimo.evolución1

Imaginemos que, de repente, a nuestra población llega un depredador que detecta a sus presas por el color verde de estas. En este caso los individuos verdes morirán, la especie formada por estos se extinguirá, a menos que esta población presente individuos de color rojo. Entonces la especie se adaptará y sobrevivirá.evolución2

Esto introduce dos elementos nuevos en el juego: la variación y la especiación.

La variación se debe a mutaciones. Las mutaciones son cambios heredables en el material genético que pueden producirse por numerosas causas (errores en procesos comunes, exposición a mutagénicos, fallos en la reparación del ADN… etc.).

Por otra parte, la especiación es cuando una población de una determinada especie da lugar a una nueva especie. Esta especiación puede ser alopátrida, cuando una barrera geológica serpara una población en varias de tamaño parecido, peripátrida, cuando la nueva especie surge de pequeñas poblaciones periféricas a la gran población original, simpátrida, cuando la nueva especie surge dentro de la propia población. Esta especiación puede ser progresiva, es decir, producirse con lentitud, o saltacional, producirse con rapidez.

Antes de ver como funciona esto, hagamos un resumen.

Primero.

Los genes mutan, los individuos son seleccionados y las especies evolucionan. Al menos en principio.

Segundo.

La evolución es moldeada por cuatro fuerzas:

– Mutaciones: que generan variabilidad.

– Selección: que disminuye variabilidad.

– Deriva: que genera variabilidad. Deriva genética son cambios aleatorios de alelos, (por ejemplo, cuando la mutación roja no alteraba la supervivencia del favicon)

– Migración: que disminuye variabilidad. Cuando hay dos poblaciones en contacto, los genes de ambas poblaciones (el pool genético de ambas) terminan siendo parecidos.

Bien, imaginemos entonces que, en un continente, se producen una serie de inundaciones que dan lugar a una isla donevolución 4de parte de nuestra población de favicons termina aislada. En esta isla hay unos pocos favicons “fundadores” siendo la mayoría de color rojo. Con el paso del tiempo los verdes terminarán desapareciendo en la isla, al ser menos que los rojo (cuanto aguanten es arena de otro costal porque en nuestra isla esto ocurre al azar), mientras que en el continente la situación es a la inversa.

Esto es lo que se denomina “Efecto fundador”, es decir, que la variabilidad de una población depende mucho de la variabilidad de la población inicial cuando ésta es de tamaño reducido. Suele venir acompañada de una depresión endogámica, al existir poca variabilidad en esta población inicial se produce mucha endogamia y, con ello, la aparición de numerosas enfermedades. Esto último dará lugar a un cuello de botella, una muerte en masa de la cual unos pocos sobrevivirán para legar su genotipo a los descendientes.

Pero sigamos, un buen día, llega un depredador que empieza a alimentarse de la población de favicons del continente, los favicons empiezan a desaparecer… Hasta que aparece un mutante que presenta cuernos para defenderse. Este individuo, mejor adaptado, pasa esta característica a sus descendientes y, ¡Pum! la especie se ha adaptado a la nueva situación. Ahora es el depredador el que está en una situación peliaguda, pero en su población también aparece otra mutación, de forma que tiene unos tentáculos con los que luchar contra sus presas… Así aparece el concepto de La carrera de la reina roja, es decir, en una interacción depredador-presa, a nivel evolutivo sus participantes deben “correr”, es decir, cambiar, adaptarse, a toda velocidad para mantenerse en esa misma relación, tal y como en el País de las Maravillas sus habitantes deben correr todo lo que puedan para permanecer en un lugar.

¿Qué pasaría si isla y continente volvieran a estar conectados? Pues depende, probablemente los favicons rojos, al no haber sentido el filtro d ela evolución, mueran por culpa de la competencia de sus primos continentales y los depredadores (como numerosos animales insulares), puede que se mezclen con los favicons continentales si su genoma no ha divergido demasiado, puede asentarse definitivamente como otra especie ocupando un nicho ecológico diferente o se desplazados a éste por culpa d ela susodicha competencia…

La vida es impredecible.

Bioinformática

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Nunca envíes a un humano a hacer el trabajo de una máquina. Agente Smith, él sabía de lo que hablaba, un ser humano cometería muchos errores y tardaría años en realizar los cálculos necesarios para analizar experimentos de genómica.

A principios del siglo XXI, con la secuencciación del genoma humano y otros menos comerciales, la aparición de técnicas de alto rendimiento y los ordenadores de mesa con fondos descargables, los biólogos se encontraron con una avalancha de información que sólo una máquina podía ordenar y filtrar.

Miles y miles de secuencias de ADN, ARN y proteínas se podían ahora analizar y buscar diferencias estadísticamente significativas en cientos de especies, individuos o clases.

La bioinformática se preocupa de dotar a los especialistas en ciencias biológicas de técnicas que permitan el análiss de una gran cantidad de datos. Por ejemplo, el análisis de los resultados de un RNA-seq, que secuencia y cuantifica los ARN de una célula, sería

Visualización de los resultados del RNA-seq. De esta manera podemos observar que genes se expresan en determinadas condiciones y cuales no.
Visualización de los resultados del RNA-seq. De esta manera podemos observar que genes se expresan en determinadas condiciones y cuales no.

una tarea descomunal para un grupo de seres humanos, sin embargo, para un computador con el potencia necesario, es cosa de entre unas horas y una tarde.

Análisis de secuencias. Se pueden construir árboles filogenéticos o averiguar la función de una región de la proteína entre muchas otras cosas.
Análisis de secuencias. Se pueden construir árboles filogenéticos o averiguar la función de una región de la proteína entre muchas otras cosas.

Lo mismo se pude decir si queremos analizar las relaciones filogenéticas entre diversas especies, la mayoría de secuencias proteínas tiene más de 100 aminoácidos que deben ser comparados uno por uno. Cualquier persona tardaría días en construir un árbol filogenético, pero con el software adecuado es cosa de unos minutos.

En la imagen que aparece al incicio de la entrada se pueden ver los resultados de un microarray. Básicamente se utiliza para lo mismo que el RNAS-Seq, aunque actualmente cada vez está más en desuso, pero hayq ue admitir que los resultados son espectaculares y arrojan mucha información sobre la expresión génica. A un ser humano le costaría analizar aquellos genes que se expresa, se reprimen y se mantienen constantes, pero esto no es así para una máquina.

Para concentrar esfuerzos son muchos los consorcios, tanto públicos como privados, que se unen para crear superordenadores que presneten una mayor capacidad de procesamiento para poder filtrar, ordenar y analizar una mayor cantidad de datos. Esto es necesario si queremos estudiar una entidad, como una célula, como un todo y no como la simple unión de sus partes, de ahí que el avance bioinformático sea vital para comprender sistemas complejos como los estudiados por la biología.

De hecho, la aparición de la bioinformática está estrechamente vinculado a la revoluciónd elas -ómicas que vivimos actualmente, ya que estas disciplinas necesitan d epotentes computadores y complejos algoritmos que permitan diferenciar y analizar datos interesantes de entre toda una oleada de documentos.

Es por ello por lo que las futuras investigaciones en el campo de la biología molcular pasan por la mejora en disciplinas con nombres tan esotéricos como minería de datos u optimización de algoritmos de compilación, siendo fundamentales para desarrollar una nueva oleada de desucbrimientos.

Epigenética

¿Cómo es que los gemelos no son idénticos al 100%? ¿Por qué a pesar de tener protoncogenes no desarrollo un tumor? ¿Existe una memoria biológica, como en los viedeojuegos de Assasins Creed?

gemelos-identicos
¿Cuántas diferencias veis entre estas dos gemelas?

La epigenética se encarga de estudiar como el ambiente puede alterar la expresión del material genético. Una forma más cercana de explicarlo es cómo nuestro estilo de vida puede afectar a nuestra salud e incluso a la de nuestros descendientes.

La expresión de nuestros genes se puede ver alterada de diversas maneras, la transcripción del ARN puede bloquearse o activarse, las proteínas pueden sintetizarse o degradarse, el ARN puede degradarse o cambiar de forma y el ADN puede metilarse, fosforilarse, acetilarse… etc.

La epigenética se preocupa especialmente de estos últimos cambios,

En la saga de Assassins Creed se juega con la posibilidad de que los recuerdos puedan alamacenarse en los genes.
En la saga de Assassins Creed se juega con la posibilidad de que los recuerdos puedan alamacenarse en los genes.

ya que son más susceptibles de pasar por la línea germinal. Imaginemos que al tomar leche se metilan determinados genes mediante diversas señales, una de esas señales llega a tus gametos y, voilá, tu descendencia nacerá con al menos un alelo metilado de esos genes.

No debes preocuparte, la gran mayoría de los alimentos y situaciones en tu día a día afectan a estas cosas y los niños siguen naciendo igualmente, ¿No?

En humanos, por ejemplo, se observó que los nietos d epersonas que habían sobrevivido en campos de exterminio nazis presentaban rasgos de estrés post-traumático, a pesar de haber nacido después de la segunda guerra mundial. Al analizar sus genes se observó que muchos genes activos en estas situaciones se encontraban transcribiendose a toda máquina ¿Por qué? Pues al parecer, sus abuelos, sufrieron ese estrés post-traumático al estar embarazados de sus padres, lo que provocó estrés en le desarrollo del feto, de forma que los padres adquirieron también ese estrés que, de la misma forma, pasaron a sus hijos. Estudios con resultados similares se han realizado en pacientes que han sufrido maltratos en el estadio infantil, lo cual demuestra la importancia de un correcto desarrollo en nuestros infantes y que las madres embarazadas estén en las mejores condiciones posibles.

También se ha observado que son numerosos los virus que alteran la metilación, siendo las plantas tremendamente útiles para el estudio de estos mecanismos a nivel molecular.

De hecho, en nuestros genes todavía hay información para dar lugar a una extremidad propia d eun anfibio, pero gracias a eventos de regulación epigenética durante el desarrollo nuestras manos terminan con el aspecto que vemos actualmente, excepto en el caso de las malformaciones.

Muchos han visto en la epigenética la revancha de Lamarck sobre Darwin, ya que ahora sabemos que nuestro modod de vida puede alterar de múltiples maneras a nuestra descendencia. Sin embargo, cabría no sacar las cosas de quicio, aunque sea cierto que nuestro modod de vida deja una impronta genética en nuestro linaje, esto no quiere decir que podamos recordar como nuestros antepasados asesinaban templarios durante las cruzadas… Al menos por ahora.

No, en serio, sal ya a la calle y deja la consola.

Introducción a la revolución de las -ómicas

“Ómicas”, suena raro, ¿Verdad? Como futurista…

Quizás si digo medicina personalizada unos pocos recuerden algo, pero términos como genómica, proteómica o metabolómica pueden resultar algo abstractos para varios sectores de la sociedad. Y, sin embargo, están teniendo un papel fundamental en la revolución que está sufriendo la biología en el siglo XXI.

Cuando se le añade el sufijo “-ómica” a una palabra se quiere indicar que el enfoque que se sigue para estudiar la susodicha palabra es holístico. Vaya, otra palabreja. Un enfoque holístico es aquel que tienen en cuenta el todo del sistema para comprenderlo a partir de las características emergentes, aquellas que surgen cuando estudias algo como un todo. Por ejemplo, la inteligencia no se puede explicar a partir d euna o unas pocas neuronas, pero si tratamos con un ser humano la cosa cambia… Si no, que se lo digan a los psicólogos.

omica
Resolviendo el genoma. Miles de pares de bases son leídas, así que los investigadores, más bien los ordenadores, deben ensamblar todas las lecturas para dar lugar a un genoma secuenciado.

Pero volvamos a lo nuestro, ahora ya sabemos que la genómica estudia el genoma, la proteómica, todas las proteínas del organismo y la metabolómica, el metabolismo al completo. Existen muchos tipos de ómicas más o menos especializadas, como la epigenómica, la transcriptómica o el micrbioma. Estos enfoques incluyen interaccione,s repsuestas, señalización, regulación… etc.

Ya os podéis imaginar que un estudio de este calibre requiere, primero, una gran capacidad de computación, y, segundo, una serie de parámetros que nos permitan el conseguir datos fiables a partir de toda la información disponible.

La imagen es sacada de un artículo científico. Es una red que representa todas las interacciones conocidas entre las moléculas de una neurona a partir de la lietaratura existente. De Ma´Avi et al (2011).
La imagen es sacada de un artículo científico. Es una red que representa todas las interacciones conocidas entre las moléculas de una neurona a partir de la lietaratura existente. De Ma´Avi et al (2011).

Ahí entran la bioestadística, la bioinformática y las matemáticas. De hecho, la aparición de estas ómicas a proveido el advenimiento de toda una serie de disciplinas casi de ciencia ficción. Una de ellas es la biología sintética, que pretende crear sistemas biológicos con comportamientos deseados por el ser humano. Otra, más de mi gusto, es la biología de sistemas, que pretende sistematizar todas las interacciones dentro de un organismo siguiendo modelos matemáticos, informáticos, químicos… etc.

El poder, por fin, tener en cuenta toda la complejidad de los seres vivos está llevando, por ejemplo, a que numerosas empresas, con las potentes técnicas de secuenciación masiva, empiecen a ofrecer servicios por los que te calculan las probabilidades que tienes de padecer ciertos tipos de cáncer, obesidad, alzheimer… etc. Secuenciando el genoma del individuo y analizando los alelos que presenta en determinados genes y su interacción.

Además, esto permite que podamos conocer la maquinaria biológica de un individuo a un detalle molecular, de tal manera que podemos dar razón a la tremenda variabilidad que presnetan los tratamientos a las enfermedades. Es decir, podemos conocer que tipo de

En la película Gattaca se planteaba como sería un mundo donde todos pudieramos conocer al instante, y sin ningún tipo de legislación, nuestro genoma.
En la película Gattaca se planteaba como sería un mundo donde todos pudieramos conocer al instante, y sin ningún tipo de legislación, nuestro genoma.

tratamiento será el más idóneo para un paciente en base a su genoma y su expresión.

En el campo de la agricultura, la ganadería y la acuicultura el impacto es similar, de hecho la aplicación de estas técnicas está permitiendo que se empiecen a investigar plantas que no han sufrido procesos de domesticación debido a la dificultad de tratar con ellas, como el pino, con el objetivo de utilizarlas en la creación de biofueles.

Técnica características de estas disciplinas son el RNA-seq, que secuencia todo el ARN mensajero de una célula para cuantificarlo. La secuenciación masiva, todavía cara, pero actualmente por 1000 € en una par de semanas tienes tu genoma en un papel, si tienes prisa por unos 10000 € en una tarde presenta un resultado similar. ChIP-on-chip, para concoer todas las proteínas que pueden unirse al ADN e interactúan con él. Ensayos de doble híbrido para conocer si dos proteína interactúan entre sí. O espectrometría de masas para conocer la secuencia aminoacídica de las proteínas.

En definitiva, una explosión de información descomunal sobre sistemas tremendamente complejos y con aplicaciiones innumerables.

Principios de genética

¿Por donde podemos empezar? ¿Qué es realmente el ADN? El ADN (o DNA en su versión inglesa, por si se me escapa alguna vez) o ácido desoxirribonucleico es la molécula en la cual los seres vivos almacenan información. Es en esta molécula donde están presentes las instrucciones para la formación de todas las proteínas de un organismo y su regulación.
Dependiendo del organismo, el ADN estará en uno u otro lugar. Si tratamos con un organismo procariota, el ADN estará en un nucleoide (o core) mientras que si tratamos con un organismo eucariota estará presente en el núcleo.

Si vemos de cerca el tejido de nuestro favicon, veremos sus células y, en los núcleos, unos grumos que, al acercarno, vemos que son moléculas de ADN.
Si vemos de cerca el tejido de nuestro favicon, veremos sus células y, en los núcleos, unos grumos que, al acercarnos, vemos que son moléculas de ADN.

Este ADN se puede presentar condensado o relajado, por ello hablamos de heterocromatina y de eucromatina respectivamente. En las zonas en las que el ADN esté más condensado (en las zonas heterocromáticas) no se expresarán genes, mientras que en las zonas más relajadas si pueden expresarse genes.
Este ADN va a estar ordenado en dominios de bucle en procariotas y en nucleosomas que forman una estructura de collar de cuentas que forman cromosomas en eucariotas.
Si nos acercamos veremos que existen unas moléculas, denominadas bases nitrogenadas, que van a formar una secuencia. Estas bases se aparean unas con otras estabilizando la estructura. Las bases son guanina (G), citosina (C), adenina (A) y timina (T), en el ARN en vez de timina hay uracilo (U). Estas 4 bases nitrogenadas son las letras del idioma biológico.
Generalmente, en las células el ADN está presente como ADN bicatenario, con dos hebras antiparalelas. Y puede ser tanto circular como lineal. También existen virus con ADN monocatenario e incluso con ARN como molécula que guarda la información. Es por ello por lo que la mayoría de organismos presentan enzimas (proteínas catalizadoras de reacciones químicas) que degradan estas moléculas.
Existen muchos tipos de moléculas de ADN, por ejemplo, podemos encontrarnos con plásmidos, muy frecuentes en procariotas, que es material de ADN que está en el citoplasma y que suele presentar una estructura circular y genes de resistencia a antibióticos.
Pero volvamos al ADN por antonomasia, el que se encuentra en el núcleo de eucariotas y el nucleoide de procariotas.
Antes decíamos que esta molécula puede estar condensada o no, formando heterocromatina o eucromatina, lo cual nos hace pensar que pueden existir diversas isoformas (distintas estructuras de una misma molécula) del ADN.
Existen 3 isoformas hasta ahora conocidas del ADN: el A-ADN, el B-ADN y el Z-ADN.

Las tres estructuras posibles del ADN.

El más común en las células es el B-ADN, siendo esta isoforma la que se transcribe (el ADN que va a presentar genes que puedan transcribirse), sin embargo, también existen zonas con Z-ADN, en las cuáles no se van a trancribir genes, ya que las moléculas que reconocen genes en el B-ADN no van a poder detectarlos en el Z-ADN al presentar una estructura distinta.
¿Existen moléculas capaces de transcribir genes en el Z-ADN? En la biología todo es posible, sin embargo, el Z-ADN es mucho más compacto que el B-ADN, con lo que es más difícil el separar las hebras de ADN para para transcribir los genes que se encuentran ahí.
¿Qué es la transcripción? Es el proceso por el cuál los genes (la unidad básica que va a dar lugar a proteínas, al menos en principio) van a dar lugar a ARN, que puede ser traducido a proteínas mediante el mecanismo de traducción.

Las letras negras representan el “Dogma de la Biología Molecular” clásico, y, en rojo, las nuevas funciones descubiertas a día de hoy.

La transcripción es distinta en procariotas de eucariotas, siendo más sencilla por lo general en los primeros.
Unas moléculas denominadas factores de transcripción van a reconocer secuencias específicas del ADN, los promotores, de forma que se van a unir a ellas y permitirán que la ARNpolimerasa pueda leer la secuencia y dar lugar a una molécula de ARN.

La ARN polimerasa irá añadiendo bases nitrogenadas apareándolas con las del ADN, de forma que se va sintetizando el ARN mensajero.

Aquí podéis ver de forma simplificada la transcripción de una secuencia. La hebra que interactúa con el ARN mensajero es la cadena molde, y la que codifica la secuencia del ARN mensajero es la hebra codificante, que es la que se muestra en los archivos de secuencia del ADN.

En eucariotas existirá un tratamiento postranscripcional del ARN formado, al existir intrones y exones (los intrones son secuencias que van a ser eliminadas y los exones, las secuencias que se conservan en el ARN), además se añadirá una cadena poli-A(numerosas adeninas) al extremo 3´ y una estructura de caperuza al extremo 5´.

Este ARN será traducido por los ribosomas, quienes recorreran la secuencia de ARN mensajero, formando la proteína añadiendo ARN transferente con anticodones complementarios a los codones de

dicha secuencia. Los codones son grupos de tres nucleótidos, de forma que tres nucleótidos codifican para un aminoácido en especial.

Además, existen codones sinónimos, es decir, codones que codifican para un mismo aminoácido.

codigo_genetico
Aquí podéis ver el código genético y como traducir los codones en aminoácidos.

Tras formarse la proteína, los ribosomas se separan de la molécula de ARN, que será degradada y la proteína se dirige a un lugar u otro de la célula.

En procariotas numerosos ribosomas traducen a la vez un mismo ARN mensajero, siendo la traducción un proceso que se inicia al poco de la transcripción del ARN. En eucariotas son los ribosomas del Retículo Endoplasmático los que van a traducir el ARN mensajero.

Otro esquemita, esta vez de la traducción. Cada anticodón de los ARN transferente reconoce a un anticodón (por apareamiento de bases) y añade un aminoácido específico a la proteína en formación, y, debido al núcleo, este proceso no va a ser cotransduccional.

Como os podéis imaginar, todo este proceso es muy complejo, estando tremendamente regulado por toda clase de enzimas, genes, señalizadores… etc.

Es también muy costoso, de ahí que sea necesario que esté tan regulado.

Un proceso aún más regulado es la replicación que, como no, es indeciblemente más compleja en eucariotas que en procariotas.

En procariotas, existe una secuencia, el origen de replicación, en el que se forma un cebador, un fragmento de ARN con los que empieza la replicación. En ese lugar la ADN polimerasa y numerosos factores reguladores se unen y, a partir de ahí, gracias a la acción de topoisomerasas (que relajan o comprimen las hebras), la helicasa (que las abre) y otras proteínas más, va creando dos cadenas nuevas a partir de las dos anteriores. De esta forma se crean dos moléculas de ADN con dos hebras.índice                                          En eucariotas hay más origenes de replicación, al ser sus genomas de mayor tamaño, además, al tener la polimerasa actividad ADN polimerasa sólo en dirección 5´-3´ y ser un genoma lineal, una hebra se va replicando de forma discontinua, dando lugar a los denominados fragmentos de Okazaki, con lo cual serán necesarias más enzimas para que estos fragmentos se unan, para que las hebras se mantengan estables, para que no aparezcan errores, para insertar los cebadores… etc.

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