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miércoles, 21 de noviembre de 2012

La paradoja del dedo de Hume

Primer plano del dedo gordo del pie de la estatua de David Hume. Colección personal del autor.


Si uno va a Edimburgo, probablemente visitará la calle conocida como Royal Mile. Es el equivalente a la Rambla de Alicante o a la Gran Vía de Madrid. Al comienzo de dicha calle podrá observar una imponente estatua de bronce dedicada al filósofo David Hume. La gran figura de color verde muestra a un Hume extremadamente serio, cubierto con una toga que deja ver su torso desnudo y sosteniendo un libro. Pero probablemente lo que más llame la atención es el dedo gordo de su pie derecho: es de un brillante dorado y está completamente pulido.

David Hume fue un pensador escocés del siglo XVIII. Junto con John Locke y George Berkeley forma la terna filosófica que dio lugar a lo que se llamó Empirismo Británico. Hume era un escéptico que luchó durante toda su vida contra la superstición y está considerado como uno de los pilares del actual pensamiento científico occidental. Su obra más importante se titula "Tratado de la naturaleza humana" y en ella intenta crear una ciencia del hombre que examinaría las bases psicológicas de la naturaleza humana. Según Hume no existían las ideas innatas y el conocimiento se adquiría a través de la experiencia. Se opuso vehementemente a los racionalistas como el filósofo Descartes. Para Hume, era el deseo, más que la razón, lo que gobernaba el comportamiento humano. Una de sus frases más celebres es Reason is, and ought only to be the slave of the passions (La razón es, y solo debería ser, la esclava de las pasiones).

Retrato de David Hume realizado por Allan Ramsay en 1766. El filósofo tenía entonces 55 años. No cabe duda de que parece mucho más simpático que el personaje representado en la estatua. Origen de la imagen: Wikipedia


En 1995, es decir hace tan sólo 17 años, se erigió dicha estatua. ¿A qué se debe que su dedo gordo del pie derecho esté tan brillante y pulido? Pues porque la gente lo toca. Pero hay otras estatuas en Edimburgo y ninguna de ellas tiene alguna de sus partes tan brillantes y pulidas. Cuando pregunté en la oficina de turismo el porqué de dicho pulido tan selectivo la señorita me dijo con un fuerte acento escocés -Oh! That's the lucky toe!- (Traducción: ¡Ese es el dedo de la suerte!). Resulta que desde que se inauguró la estatua los estudiantes de filosofía van a tocar el dedo gordo del pie de Hume con la esperanza de que algo de su conocimiento se transfiera a sus mentes y tener suerte en los exámenes. Resumiendo, uno de los principales pensadores escépticos ha acabado siendo el objeto de una superstición contra las que tanto luchó en vida.

Esta historia viene al caso porque ayer leí un interesante ensayo en la revista Trends in Microbiology titulado “Science denial: a guide for scientists”. Está escrito por Joshua Rosenau del National Center for Science Education estadounidense y es una guía para debatir con aquellos que niegan las evidencias científicas y creen en las modernas supersticiones, como por ejemplo los defensores de la homeopatía, los que niegan la evolución o los que afirman que las vacunas son peligrosas y no previenen las enfermedades.

Lo que yo he sacado en claro de dicho ensayo es que es mejor persuadir que enfrentar. A veces se olvida que muchas evidencias científicas parecen contrarias al sentido común. Imaginemos a cualquier persona del siglo I al que le decimos que la tierra es redonda. Seguramente nos tomaría por locos. Pues algo parecido ocurre ahora con los avances antes mencionados. Actualmente hay muchas personas que viven en comunidades para los que la negación de la evidencia científica puede ser una muestra de la identidad de grupo, por lo que para ellas el riesgo de ostracismo social dentro de su grupo es probablemente más costoso que cometer un error científico garrafal. Los científicos y los divulgadores científicos deben de tener en cuenta esa circunstancia cuando tratan de captar la atención de esas audiencias tan peculiares.

Árbol evolucionista desde el punto de vista "creacionista". Según esa doctrina el origen de todos los males de la sociedad. El ingeniero creacionista Richard Elmedorf piensa que si la evolución es destruida, sus ideas caerán. Origen de la imagen: Trends in Microbiology


Si uno intenta divulgar la ciencia a esos grupos de manera agresiva, como por ejemplo usando parodias o bromas contra esos grupos, probablemente será rechazado. Existe otra opción que es divulgar a través de aquellos que puedan compartir una cierta identidad social con ese grupo. Esos "mensajeros"(sic)que pueden tener una opción de romper a través de esos grupos de "negacionistas científicos" son los que comparten una cierta identidad social con ellos. De hecho, la mera existencia de esas personas ya socava la creencia de que un individuo que pertenezca a ese grupo no puede aceptar la ciencia. Cuando ellos discuten cómo acomodan su entendimiento científico y su identidad social están presentando una ruta hacia la aceptación de la ciencia por el resto del grupo.

En el artículo se habla del ejemplo de Francis Collins, antiguo director del proyecto Genoma Humano y actual director del National Institutes of Health de los Estados Unidos. Collins es un cristiano evangélico pero él ha hablado en numerosas ocasiones en apoyo de la Evolución o de la investigación con las células madres. Para Collins, el problema no es "Soy cristiano evangélico, No puedo aceptar la evolución", sino "Soy cristiano evangélico, ¿cómo puedo aceptar la evolución?". Este tipo de razonamiento puede ser aplicado para otros grupos, así por ejemplo podríamos rehacer la pregunta de esta guisa: "Soy ecologista ¿cómo puedo aceptar los transgénicos?"

Resumiendo, mejor convencer que ridiculizar.

Post scriptum: Hoy nos hemos desayunado con la noticia de que cada vez hay menos estudiantes que eligen estudios científicos en Europa (en 10 años hemos pasado de un 24,4% al 21,4%), cuando el objetivo de la UE para esa década era incrementar los porcentajes en un 15%. O sea, en lugar de ir hacia delante hemos ido hacia atrás. Eso significa que estamos haciendo algo rematadamente mal (me incluyo porque soy docente y seguro que algo de culpa tengo).

Esta entrada participa en el XVIII carnaval de la Biología alojado en Ameba Curiosa y en el II carnaval de las humanidades que organiza Leet Mi Explain

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Rosenau, J. (2012). Science denial: a guide for scientists Trends in Microbiology, 20 (12), 567-569 DOI: 10.1016/j.tim.2012.10.002

lunes, 12 de noviembre de 2012

Breaking Bad: Got Flu? La metanfetamina reduce la replicación del virus de la gripe A



Si un día la policía pilla a Walter White, el personaje principal de Breaking Bad, el artículo publicado en PLOS ONE podría permitir a su abogado desarrollar una línea de defensa bastante curiosa:Señoría, mi cliente no estaba traficando con drogas, estaba vendiendo un antigripal muy efectivo.

Estructura de la Metanfetamina. Fuente: Wikipedia


El descubrimiento ha sido llevado a cabo por tres investigadores taiwaneses: Yun-Hsiang Chen, Kuang-Lun Wu, y Chia-Hsiang Chen. El problema que habían abordado era el siguiente. La metanfetamina (meta) es una droga adictiva que afecta a unos 35 millones de personas en todo el mundo. Además de los grandes daños neurológicos que causa, el consumo de meta también disminuye la efectividad del sistema inmune, por lo que es un factor de riesgo en infecciones como el VIH o el virus de la hepatitis C. Así que se preguntaron que pasaría con el virus de la gripe, uno de los principales virus pandémicos. Este virus infecta el epitelio pulmonar y la forma de administración de la meta es por inhalación. ¿Se facilitaría la transmisión vírica? ¿se desarrollarían peores síntomas gripales en los drogadictos?

Para responder a dichas preguntas tomaron unos cuantos cultivos de células epiteliares de pulmón (línea A549) y las expusieron a metanfetamina. Luego las infectaron con virus de la gripe A/WSN/33 (H1N1). Tras un tiempo, analizaron el número de virus producidos en la progenie, la expresión de proteínas virales, y la expresión de proteínas celulares "defensivas" como el interferon. La sorpresa fue que se encontraron con que la metanfetamina disminuía la propagación del virus y la susceptibilidad de las células a ser infectadas. Observaron una disminución significativa en la síntesis de proteínas virales que no era debida a una acción de la respuesta por interferón en las células hospedadoras, lo que indicaba que la meta interfería directamente con el ciclo del virus.

La metanfetamina reduce la formación de halos de lisis en un cultivo de células del epitelio de pulmón. Las células se incubaron con distintas concentraciones de meta y luego fueron infectadas con un virus dela gripe H1N1. En A podemos ver el aspecto de las placas en el que puede observarse que el número de calvas disminuye y son más pequeñas a las dosis más altas de meta. En B se muestra el gráfico que recoge el número relativo de calvas virales producidas en los cultivos semejantes a los mostrados en la fotografía superior. En el cultivo control no se añadió meta. Fuente: Chen et al.


El mecanismo molecular concreto de la interferencia con la replicación del virus no está claro. Los autores especulan con que la meta al ser metabolizada en los lisosomas celulares provoca una alcalinización en el interior de dichas vesículas y que quizás eso sea la causa de que se altere el ciclo viral, ya que el virus también "pasa" por dichas vesículas, pero reconocen que deben de hacerse más estudios para caracterizarlo. Lo que está claro es que este estudio ha abierto una nueva línea para buscar o desarrollar compuestos similares a nivel estructural para que puedan ser desarrollados como antivirales.


Esta entrada participa en el XIX carnaval de la Química que aloja Leet Mi Explain y en el XVIII carnaval de la Biología alojado en Ameba Curiosa

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Chen YH, Wu KL, & Chen CH (2012). Methamphetamine reduces human influenza a virus replication. PloS one, 7 (11) PMID: 23139774

jueves, 8 de noviembre de 2012

Vida = Nutrición + Relación + Reproducción + Evolución + ... Cooperación

La bacteria Azoarcus tolulyticus. Fuente: Microbezoo


De niños nos suelen enseñar que las funciones básicas de la vida son la nutrición, la relación y la reproducción. Posteriormente aprendemos que además hay que añadir la evolución. Bueno, pues hay un nuevo término en la ecuación: la cooperación.

Cuando en un contexto biológico nos hablan de cooperación inmediatamente pensamos en las simbiosis como la del cangrejo ermitaño y la anémona, o la formada entre hongos y algas en los líquenes. También podemos pensar en términos cooperativos cuando hablamos de la evolución desde los organismos unicelulares a los multicelulares. Estos últimos presentan diversas ventajas adaptativas como por ejemplo la división de tareas: tubo digestivo, neuronas, músculo, gametos, etc. Incluso podemos llegar a pensar en cooperación y reparto de tareas a nivel intracelular. Así, el DNA porta la información genética, las proteínas son las que levan a cabo las reacciones catalíticas, y los lípidos los que forman membranas. Esta claro que la cooperación permite el desarrollo de la complejidad.

Es evidente que un ser vivo "hace" una serie de cosas que lo diferencian de la materia inanimada. Así que es lógico asumir que el primer ser vivo que apareció en este planeta hace unos cuantos miles de millones de años también hacia lo mismo que los actuales. Pues bien, parece ser que también presentaba la capacidad de "cooperación" como una propiedad intrínseca.

Uno de los actuales hipótesis que intentan explicar cómo pudo surgir la vida en este planeta es la conocida como "mundo RNA". La molécula de RNA es capaz de realizar dos funciones vitales al mismo tiempo: puede almacenar información genética y puede realizar funciones catalíticas como ribozimas. Durante un periodo de la historia de este planeta había moléculas de RNA capaces de auto-replicarse y que mutaban evolucionando hacia formas con una mayor eficacia autorreplicativa. Con el tiempo el papel de guardián de la información genética pasó al DNA y las funciones catalíticas a las proteínas. El RNA se quedó como una especie de Caronte conectando a ambos mundos (o de "chico de las fotocopias" si queremos expresarlo de manera más prosaica).

Sic transit gloria mundi a escala molecular. Origen de la imagen: Universidad Berkeley


Evidentemente, aún quedan muchas lagunas por rellenar en esa hipótesis. Se comienza a entender como pudo haber sido la química prebiótica que diera lugar a los nucleótidos, los monómeros del RNA, y como estos podrían haber formado pequeños polímeros. A nivel experimental, la selección del RNA más eficiente en un proceso de replicación fue comprobada gracias a los experimentos con el fago Qb realizados por Manfred Eigen y su grupo. Simplemente ponían en un tubo unas cuantas moléculas de RNA con diferentes secuencias, replicasa del fago y nucleótidos. Según las condiciones de replicación unas veces la secuencia más eficiente era una y otras veces era otra. Era un ejemplo perfecto de Selección Natural bioquímica en un tubo de ensayo. El pequeño RNA viral se comportaba como un auténtico "gen egoista".

El significado evolutivo de los experimentos de Manfred Eigen. Tenemos una población diversa de moléculas de RNA (1). Se seleccionan aquellas capaces de hacer alguna función (2) y se replican (3). Poco a poco se va consiguiendo que toda la población de RNAs tengan la misma secuencia y funcionalidad (4 y 5). Hacer CLICK en la imagen para ampliarla. Origen de la imagen: Universidad Berkeley


En los experimentos de Eigen, el RNA no se auto-replica, necesita una enzima de naturaleza proteica. Y aquí es donde aparece un problema por ahora no resuelto. Un RNA con actividad de ribozima capaz de auto-replicarse requiere una molécula larga y compleja, mucho más de lo que parece posible con los actuales conocimientos de química prebiótica. Además hay otro problema, un RNA auto-replicante debe poseer una tasa de mutación lo suficientemente baja como para no perder la información que porta y al mismo tiempo competir por los recursos contra otros RNAs "parásitos" que se puedan aprovechar de sus habilidades.

Un reciente trabajo publicado en Nature parece haber encontrado una respuesta al problema. En el escenario propuesto, los RNAs auto-replicantes no solo hacen copias de si mismos (egoísmo molecular), sino que también son capaces de actuar sobre otros "RNA replicadores" estableciendo un hiperciclo. Esa propiedad física surge de manera espontánea, no hace falta diseñar a las moléculas para que lo hagan. El sistema experimental utilizado ha sido una ribozima de la bacteria Azoarcus, que tiene la capacidad de autoensamblarse cuando es fragmentada. Esta ribozima puede mutarse de manera que puede haber variantes "egoístas" que sólo autoensamblan los fragmentos suyos y no los de otra variante. O también pueden aparecer diferentes variantes de fragmentos de dicha ribozima que pueden actuar de forma cooperativa sobre otras variantes. Es decir, la ribozima 1 ayuda al ensamblaje de la ribozima 2, la cual actúa sobre el ensamblaje de la ribozima 3 y esta a su vez ayuda al ensamblaje de la ribozima 1.

La aparición de un hiperciclo. a, Una molécula replicadora primordial (R) aumenta su propio autoensamblaje a partir de moléculas usadas como sustrato (S) en un ciclo autocatalítico simple (comportamiento replicativo egoista). a Como la replicación es imperfecta aparecen mutaciones lo que significa que la molécula original se diversifica y tendremos un grupo de moléculas autorreplicantes relacionadas entre si, cada una promoviendo su propia síntesis, pero también la de las otras. La introducción de preferencias (bias) en la especificidad de los replicadores da estructura a la red y puede llevar a subsistemas egoístas (c) o a hiperciclos cooperativos (d). Esos hiperciclos son autocatalíticos desde un punto de vista global, pero son mucho más resistentes a la acumulación de mutaciones, permitiendo a los replicadores especializarse y adquirir nuevas funciones. Las flechas rojas gruesas indican incremento de eficacia en el ensamblaje de los replicadores, las flechas punteadas decrecimiento. Fuente: Nature


Lo que han encontrado es que si se establece uno de esos hiperciclos cooperativos, los RNAs que forman parte de ellos pueden desplazar por completo a los RNAs que sólo se autoensamblan de manera egoísta. Es decir, la cooperación molecular entre fragmentos pequeños de RNA puede ayudar a la aparición de más largos y complejos RNAs. Y esto es una propiedad física intrínseca a este tipo de sistemas autoorganizativos. Como siempre ocurre en Ciencia, una buena respuesta genera un montón de nuevas preguntas. Por ejemplo ¿cómo estas redes cooperativas se desarrollan en el tiempo? ¿la complejidad de un hiperciclo aumenta con la eficiencia que muestra, o se simplifica? ¿cómo interaccionaban esos RNA prebióticos con otras moléculas de su entorno? ¿cómo competían con otros RNAs? y evidentemente ¿cómo surgió el primer hiperciclo de RNAs?

Diseño de ribozimas con actividad recombinasa capaces de realizar un ensamblaje covalente cooperativo de forma espontánea a partir de fragmentos. A la izquierda se muestra la estructura secundaria de la ribozima de Azoarcus que puede ser fragmentada en tres regiones para obtener así cuatro oligómeros (X, W, Y, Z) capaces de autoensamblarse en una sola molécula de longitud completa. A la derecha se muestra la estructura tridimensional de dichos fragmentos y de la ribozima completa una vez ensamblada. El ensamblaje puede ser de forma espontánea (self-assembly), pero una vez realizado la ribozima ayuda a que se ensamblen más fragmentos de manera más rápida. Fuente: Vaidya et al. Nature.


¿Y por qué tienen que ser tres ó más los componentes de un hiperciclo para que esté funcione mejor? Se pueden establecer hiperciclos de dos. Por ejemplo, la ribozima 1 ayuda a ensamblarse a la ribozima 2 que a su vez ayuda al ensamblaje de la ribozima 1. Un hiperciclo tan simple también es estable. Y si dejamos actuar a la evolución lo que se encuentra es que la recombinación comienza a jugar un papel y pueden aparecer moléculas que sean más eficientes en la replicación que las originales. El problema con dos componentes es que hay una restricción ya que nunca se puede dejar de lado las propiedades de auto-replicación y de ribozima, así que el sistema es bastante sensible al efecto de mutaciones que degraden la información genética y que no permitan una de las dos funciones. Un hiperciclo de tres o más componentes permite que haya un mayor número de combinaciones, y por lo tanto más grados de libertad y menor riesgo de que la mutación pueda hacer perder una de las dos propiedades. No solo eso, al haber más jugadores se permite la posibilidad de que incluso aparezcan nuevas propiedades. Es decir, puede empezar a aparecer el reparto de tareas a nivel molecular.

Experimento en el que se hace competir a sistemas "egoístas" (líneas rojas) contra un sistema cooperativo (líneas verdes). El rendimiento de RNA total W•X•Y•Z mide si un sistema es mejor que otro en unas determinadas condiciones. Si los subsistemas se incuban de manera separada (líneas quebradas rojas y verdes) se favorece el comportamiento egoísta. Pero cuando se ponen todos los subsistemas juntos en el mismo tubo (líneas continuas rojas y verdes), lo que ocurre es que el sistema cooperativo es el que compite mejor. Fuente: Vaidya et al. Nature.


Los autores sugieren que el establecimiento de estas redes cooperativas podrían permitir la síntesis de pequeños RNAs gracias a la acción de una ribozima, y a su vez estos pequeños RNAs podrían permitir la replicación de dicha ribozima. Una ventaja de este tipo de sistemas es que no requiere que haya enlaces covalentes para desarrollar grandes estructuras macromoleculares.

Enlaces relacionados: El dilema del prisionero, la cooperación molecular y el origen de la vida en Francis (th)E mule Science's News.

Esta entrada participa en el XXXVI carnaval de la Física que aloja Gravedad Cero, en el XIX carnaval de la Química que aloja Leet Mi Explain y en el XVIII carnaval de la Biología alojado en Ameba Curiosa

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Attwater J, & Holliger P (2012). Origins of life: The cooperative gene. Nature, 491 (7422), 48-9 PMID: 23075847

Vaidya N, Manapat ML, Chen IA, Xulvi-Brunet R, Hayden EJ, & Lehman N (2012). Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators. Nature, 491 (7422), 72-7 PMID: 23075853