Avances Tecnologicos en la biologia.docx

El aporte de la tecnología a la biología A lo largo de la historia, el desarrollo de la tecnología ha impactado notablemente en el quehacer científico. En el campo de la biología, específicamente, el desarrollo disciplinar (conceptual y procedimental) ha ido siempre de la mano del desarrollo tecnológico. En el siglo XVIII, el surgimiento de los microscopios permitió observar cosas y seres totalmente desconocidos e inexplicables en esa época. Al aumentar la capacidad de la visión humana hasta lo inimaginable, surgieron nuevas ideas, como la de que todos los seres vivos están compuestos por células. En 1895 se descubrió una forma de radiación electromagnética capaz de atravesar cuerpos opacos y de impresionar películas fotográficas: los rayos X. Con el desarrollo de esta técnica comenzó un período de avances sin precedentes en la historia de la biología, disciplina cuyo avance estaba limitado por las tecnologías existentes en ese momento. En 1953, gracias a la difracción de rayos X, se logró uno de los conocimientos científicos más significativos: la estructura de doble hélice del ADN. Este modelo científico marcó un hito en la biología molecular, y tiene profundas consecuencias conceptuales, experimentales y tecnológicas. Nació así una nueva tecnología: la del ADN recombinante, mediante la cual se puede cortar, duplicar, identificar, secuenciar o manipular secuencias de genes. Esta tecnología ha permitido, por ejemplo, crear organismos genéticamente modificados. Finalmente, gracias a los avances tecnológicos, se gestó y llevó a cabo el proyecto más controvertido y ambicioso de la biología actual: el Proyecto Genoma Humano, mediante el cual se ha logrado leer el mapa genético humano. La magnitud de este proyecto promete revolucionar el futuro de una manera tan profunda que algunos han propuesto nombrar este siglo como el "siglo de la biología". Si bien los nuevos conocimientos reportan beneficios directos en numerosas y diversas áreas como las de medicina, ecología o agricultura, sus consecuencias éticas, sociales, legales impactan a toda la sociedad. Algunos de estos debates ya han llegado a las aulas: temas como la clonación, la amniocentesis, o los organismos genéticamente modificados son de actualidad y nuestros alumnos deben ser parte activa de la construcción de nuevas maneras de relacionarnos con la ciencia.

1Genoma del pollo y nuevas posibilidades en el estudio del cáncer Miembros del Grupo de Investigación en Informática Biomédica de Barcelona han participado en un gran proyecto que ha logrado descifrar el genoma del pollo, el primero que se secuencia de un ave. Esto supone un gran avance científico en el estudio de los virus y el cáncer, de la evolución de los vertebrados y también tendrá gran repercusión para la industria agroalimentaria.

El grupo de investigación científica está integrado por científicos del Instituto Municipal de Investigación Médica (IMIM) de Barcelona, de la Universidad Pompeu Fabra (UPF) y del Centro de Regulación Genómica (CRG). Es el único grupo español de investigadores que ha participado en este proyecto científico. Este es el primer genoma de ave secuenciado y su posición estratégica en el árbol evolutivo, entre mamíferos y peces, lo convierte en una fuente de información única para el estudio de los vertebrados. Dado que las aves pertenecen al grupo de los arcosauromorfos, que incluye también a los cocodrilos y a los dinosaurios, ésta es la secuencia genómica analizada que más nos acerca a los dinosaurios. Según la nota de prensa publicado por el IMIM, la UPF y el CRG, la secuenciación, análisis y descifrado del genoma del pollo la ha realizado el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma del Pollo, formado por unos 50 centros y laboratorios de investigación de todo el mundo. Según los resultados del estudio realizado en laboratorio, el 60% de los genes del pollo corresponden a genes humanos similares. Se estima que en la evolución, el genoma del ave y del ser humano comenzaron a diferenciarse hace 310 millones de años. Este último hallazgo científico podrá jugar un papel importante en el estudio de los virus y el cáncer, ya que el primer virus oncogénico fue identificado en gallina. Por otra parte, el estudio comparativo de los genomas de diferentes especies abre una línea de investigación que puede llevar a descubrir aspectos nuevos de la biología humana y la m edicina.

Nanotecnologia y nuevos tratamientos contra el cancer Según un artículo en Technology Review, esta semana por primera vez un equipo de investigación de la empresa Nanospectra Biosciences (un spinoff de la Rice University) ha logrado un avance científico que permitirá crear una "bala mágica", algo que los investigadores trabajando en tratamientos contra el cáncer llevan años intentando desarrollar. La idea es crear un tipo de bala que selecciona y destruye células cancerígenas. El equipo de Nanospectra ha logrado desarrollar nanpartículas de cristal bañadas en oro capaces de invadir un tumor y, cuando se calientan a través de un sistema remoto, capaces de destruirlo. La clave del alto grado de efectividad de este nuevo avance se deriva de las dimensiones de las partículas. Las nanopartículas tienen un diámetro de 150 nanometros, que según el equipo de Nanoespectra, es el tamaño ideal para que puedan atravesar los vasos sanguíneos agujereados de un tumor. Esto podría permitir que las partículas se acumulasen en el tumor más que en otros tejidos. Cuando se dirigen rayos de luz infrarrojos a la localización del tumor, bien desde el exterior, o bien a través de una sonda, las partículas absorben la luz y se calientan. El resultado es que los tumores se calientan más que los otros tejidos alrededor, y se mueren.

En el primer estudio realizado por la empresa, los tumores en ratones injertados con las nanopartículas desaparecieron a los seis días después de aplicarles el tratamiento de los rayos infrarrojos. Aunque la aplicación de rayos infrarrojos de luz ha sido utilizada en el campo de la medicina como una herramienta para mostrar imágenes, este nuevo avance científico supone la primera vez que se aplican rayos infrarrojos para calentar a los tejidos. En teoría, este nuevo avance tecnológico podría ayudar a eliminar aquellos tumores que caracterizan el cáncer de pecho, próstata y pulmón. La nanotecnología se sumaría así a otros tratamientos contra el cáncer más convencionales como la quimioterapia y la radioterapia. Y, según el presidente de Nanospectra Donald Payne, este nuevo método sería una "herramienta mucho menos tóxica para la caja de herramientas de los cirujanos".

Sensores magnéticos para atacar virus. Científicos del Scientists del Argonne National Laboratory han desarrollado un nuevo tipo de sensor magnético capaz de detectar a biomoléculas. El aparato se basa en la medición de la relajación browniana de nanopartículas magnéticas conectadas a biomoléculas. Esta técnica podría ofrecer aplicaciones para el campo de la medicina y la detección de bacteria y virus en el medioambiente. Seok-Hwan Chung y su equipo miden el cambio en la susceptibilidad magnética de las nanopartículas en un campo magnético alternante. La susceptibilidad depende del tiempo necesario para que los giros magnéticos de las nanopartículas se relajen a su alineación original después de eliminar el campo magnético. Existen dos tipos de relajación magnética: en la relajación tipo Browniano las partículas giran en solución debido a su energía termal, mientras que en la relajación de Néel los movimientos internos dipolos de las partículas g iran. La relajación de Néel normalmente ocurre en las partículas menores de 10 nanometros, mientras que la relajación Browniana predomina en las partículas más grandes. Las técnicas sensoras que miden tiempos de relajación de Néel ya existen, pero no son capaces de distinguir entre objetivos distintos con propiedades similares.

Los nanotubos de carbón ofrecen nuevas técnicas de terapia genética Gracias a los últimos avances científicos en la biología y la medicina, se han logrado identificar muchos de los genes relacionados con ciertas enfermedades, y actualmente investigaciones utilizan estos nuevos conocimientos para desarrollar nuevos tratamientos para dichas enfermedades. Se cree que se podría reemplazar genes defectuosos o ausentes a través de la implantación en células humanas desde el exterior del mismo tipo de gen. Este proceso no resulta

sencillo porque, como el ADN no puede traspasar las membranas células, se requiere la ayuda de un transportador. Ejemplos de este tipo de transportador incluyen un virus, un lisosoma o péptido especial. Un equipo europeo de investigadores ha desarrollado un nuevo método para introducir el ADN en células de mamíferos a t ravés de nanotubos de carbón modificados. Los nanotubos de carbón son estructuras diminutas con forma de aguja y fabricados con átomos de carbón. Para utilizar nanotubos como transportador de genes, era necesario modificarlos. El equipo de investigadores logró enlazar al exterior de los nanotubos de carbón varias cadenas hechas de átomos de carbón y oxígeno cuyo lateral consiste en un grupo de aminos cargados positivamente ( – NH3+). Esta pequeña alteración hace que los nanotubos sean solubles. Además, los grupos cargados positivamente atraen a los grupos de fosfatos cargados negativamente en el esqueleto del ADN. Al utilizar estas fuerzas electrostáticas atractivas, los científicos lograron fijar de forma sólida plásmidos al exterior de los nanotubos. Luego contactaron los híbridos de nanotubo-ADN con su cultivo celular de células de mamífero. El resultado fue que los nanotubos de carbón, junto con su cargamento de ADN, entraron dentro de la célula. Imágenes de microscopio electrónico mostraron la forma en la que los nanotubos penetraron la membrana celular. Los nanotubos no dañan a las células porque, a diferencia de los anteriores sistemas de transporte genética, no desestabilizan la membrana al penetrarla. Una vez dentro de la célula, los genes resultaron ser funcionales. El uso de nanotubos de carbón como transportador no se limitará al transplante de genes. Nuevos avances científicos lograrán que sea posible el transporte de medicamentos y el desarrollo de otras nuevas técnicas médicas.

Teléfonos móviles con Energía Solar Los últimos avances en la nanotecnología han hecho posible la fabricación de células solares flexibles y de bajo coste. Hasta tal punto que pronto los teléfonos móviles, o teléfonos celulares, podrán recargarse con energía solar. Según MIT Technology Review, científicos de Konarka Technologies en Lowell, MA, han inventado una nueva forma de célula solar con la que se componen tiras de plástico fino de unos 10 cm. por 5cm (parecido a la cinta de video) capaces de convertir la luz en electricidad. Al unir unas cuantas de estas tiras, se puede generar potencia capaz de hacer funcionar un pequeño ventilador. Hasta ahora la energía solar requería paneles de silicona costosos y complicados. La gran ventaja de este nuevo avance tecnológico es que la fabricación de esta nueva clase de cinta solar cuesta mucho menos (menos que la mitad) y resulta mucho más sencilla. El método de fabricación se parece más al proceso de una imprenta que al proceso tradicional y altamente complejo de producción de energía solar.

Dado que las nuevas células pesan menos y son más flexibles, se podrán introducir dentro de todo tipo de superficie, incluido ordenadores portátiles y teléfonos móviles. Si se mezclasen las células solares con pintura de automóviles, el sol podría utilizarse para recargar la batería del coche del futuro: los coches híbridos, lo que reduciría a su vez, la cantidad de combustible consumido por dichos coches. A largo plazo incluso, este tipo de células solares podrían cubrir edificios enteros, suministrando energía eléctrica a todos sus ocupantes. Todavía se desconoce si un día las células solares serán suficientemente eficientes como para competir con otras energías como la nuclear, la eólica o la de carbón. Pero el nuevo tipo de células solares hace que por primera vez tal objetivo es alcanzable. El tiempo dirá si gracias a este nuevo avance tecnológico, la energía solar termina por imponerse sobre las alternativas actuales.

Organismos genéticamente modificados (OGM) – Alimentos Transgénicos Hay algunos de los avances tecnológicos y científicos que han contribuido con la mejora en la calidad de vida, pero esto no es así para toda la población y es ahí donde se generan diversos debates sobre hasta qué punto son beneficiosos. En esta contienda se encuentran los alimentos transgénicos u organismos genéticamente modificados (OGM) que son organismos que se les altera el material genético (ADN) de modo artificial. La biotecnología moderna permite transferir genes seleccionados individualmente de un organismo a otra y entre especies no relacionadas para aumentar la protección de los cultivos mediante la introducción de resistencia a enfermedades causadas por insectos o virus a los vegetales, y una mayor tolerancia a los herbicidas. En Argentina, los OGM más conocidos son la soja, el maíz y el algodón. Los objetivos de la biotecnología son: Mejoramiento de rasgos agronómicos, como características morfológicas, resistencia a plagas y enfermedades y tolerancia a her bicidas o a condiciones ambientales adversas. Modificación en la composición de los cultivos, para generar alimentos más sanos y nutritivos, o productos más aptos para determinadas aplicaciones industriales. Empleo de plantas para fabricación de moléculas de interés industrial. Las ventajas son: Los genes que se incorporan pueden provenir de cualquier especie, emparentada o no. Se puede introducir un único gen nuevo preservando en su descendencia el resto de los genes de la plata original. Es un proceso mucho más rápido que el de me joramiento por entrecruzamiento.

Producen tejidos humanos con ayuda de la electricidad (NC&T) La técnica, desarrollada en la Universidad de Manchester, usa campos eléctricos para construir las capas de células que forman un tejido. El Dr. Gerard Markx, de la Escuela de Ingeniería Química y Ciencia Analítica de tal universidad, ha puesto a punto el método, basado en un fenómeno llamado dielectroforesis. El Dr. Markx y sus colegas han demostrado que esta técnica funciona, y han creado ya algunas estructuras simples en el laboratorio. Si logran perfeccionarla lo bastante, entonces puede que un día sea posible crear artificialmente médula ósea fuera del cuerpo, y producir cualquier tipo de sangre. El Dr. Markx y su equipo de investigación, que incluye a científicos de la Facultad de Ciencias Naturales de la universidad, han creado hasta ahora tejidos de 200 micras de espesor empleando este método. Se cree que puede tener el potencial para producir médula ósea "a la carta". La función de la médula ósea en el cuerpo es la producción de sangre. La parte más productiva de la médula ósea se piensa que es disfuncional en pacientes que padecen de enfermedades como la leucemia. El tejido se produce empleando una serie de láminas de vidrio con microelectrodos grabados en su superficie. Una solución que contiene las células se pone en contacto con las láminas; entonces se generan campos eléctricos entre los electrodos haciendo circular una pequeña corriente alterna a través de ellos. De manera similar a como son atraídas las limaduras de hierro a los polos de los imanes, las células son atraídas a las regiones entre los electrodos. Cuando las células se acumulan en contacto, se establecen capas de c élulas que forman el tejido. El uso de la electricidad permite un mayor control sobre la posición de las células que las técnicas convencionales. Variando el voltaje y usando electrodos de formas diferentes, pueden posicionarse y apilarse células formando cualquier patrón. También es viable emplear diferentes campos eléctricos para atraer tipos diferentes de células. Y, más importante aún, éstas pueden mantenerse vivas y activas. Las dimensiones de los microelectrodos usados varían entre 50 y 250 micras, y pueden posicionarse de muchas maneras.

Nuevo biomaterial repara tejido humano dañado Un nuevo biomaterial diseñado para reparar tejidos humanos dañados no se arruga cuando se estira. La invención de nanoingenieros en la Universidad de California, San Diego marca un avance significativo en la ingeniería de tejidos porque imita más estrechamente las propiedades del tejido humano nativo.

Shaochen Chen, profesor en el departamento de nanoingeniería de la Escuela Jacobs de Ingeniería de la UC San Diego, espera que los futuros parches de tejido, que se utilizan para reparar las paredes dañadas del corazón, vasos sanguíneos y la piel, por ejemplo, serán más compatibles con tejidos humanos nativos que los parches disponibles en la actualidad. El nuevo biomaterial fue creado mediante una nueva plataforma de biofabricación que Chen está desarrollando. Esta técnica utiliza espejos ligeros, controlados con precisión y un sistema informático de proyección para construir andamios tridimensionales con patrones bien definidos de cualquier forma para ingeniería de tejidos.

Últimos avances en investigaciones con células madre Uno de los campos más innovadores de las últimas investigaciones en medicina es la posible aplicación de células madre para crear tejidos que se puedan utilizar en tratamientos médicos e intervenciones quirúrgicas. Pero hasta ahora los científicos no habían logrado la transformación en tejidos de las células madre. Ahora esto podría cambiar con la ayuda de un nuevo avance tecnológico desarrollado por la empresa Cartilix cuyo equipo de investigación ha creado un sistema que permite que materiales polímeros dirijan el crecimiento y desarrollo de las células madre, actuando como un andamio. Según el artículo publicado en la revista, los científicos están desarrollando unos geles poliméricos que se implantarían dentro de las articulaciones de pacientes con artritis actuando como andamios sobre los cuales las células madre de la medula ósea del paciente formarían un nuevo cartílago. Las células madre saldrían de la sangre que suele entrar en la zona de la articulación durante el proceso de implantación. Una vez formado el nuevo tejido, el polímero se biodegradaría. El objetivo es que este avance en el tratamiento de personas con artritis permita que los pacientes "recuperen su propio cartílago" y evitan la implantación de un prótesis mediante cirugía, según el consejero delgado de Cartilix. Las células madre necesitan recibir ayuda, o "pistas", de su entorno - incluyendo factores de crecimiento secretados por otras células y fuerzas mecánicas de atracción - para transformarse en células más maduras y tejidos. Los andamios podrían aportarles esta ayuda, según Jennifer Elisseeff, profesora de biomedicina e ingeniería de la John Hopkins y miembro del grupo de científicos que han fundado Cartilix. "Con la ayuda de estos andamios pretendemos imitar lo que las células suelen ver en el cuerpo". En este sentido los geles poliméricos tendrán factores de crecimiento que fomentan el desarrollo del tipo de c artílago requerido. Según el artículo, estamos a muchos años de aplicar tratamientos basados en células madre, pero este último avance c ientífico puede ofrecer una clave para futuras investigaciones por esta vía.

Nueva técnica de biología sintética

Una nueva técnica de biología sintética mejora la producción microbiana de combustible diésel Unos investigadores del Instituto de Bioenergía JBEI (Joint BioEnergy Institute) del Ministerio de Energía (DOE) estadounidense han desarrollado una nueva técnica de biología sintética gracias a la cual se han logrado mejoras significativas en la producción microbiana de un combustible biodiésel limpio, ecológico y renovable. Esta nueva técnica, denominada DSRS (dynamic sensor-regulator system), puede detectar cambios metabólicos en los microbios durante la producción de combustibles o productos químicos basados en ácidos grasos y controlar la expresión de los genes que afectan a la producción. El resultado de una demostración fue un aumento de hasta tres veces e n la producción microbiana de biodiésel a partir de glucosa. Para crear su DSRS, los investigadores se centraron en una cepa de bacterias Escherichia coli (E. coli) modificadas genéticamente en e l JBEI para producir combustible diésel directamente a partir de la glucosa. La introducción del DSRS en la cepa de E.coli productora de biodiésel mejoró la estabilidad de dicha cepa y triplicó la producción de combustible, alcanzando el 28 por ciento del máximo teórico. Con nuevas mejoras en la técnica, la producción debería aumentar más aún. El DSRS se debería poder aplicar también a la producción microbiana de otros productos químicos, tanto basados en ácidos grasos como de otros tipos. El artículo que describe esta investigación, titulado "Design of a dynamic sensor-regulator system for production of FAbased chemicals and fuels", ha sido publicó en la revista Nature Biotechnology.

El pegamento más fuerte - Gheckoskin Los pies del gecko inspiran el desarrollo de un pegamento asombroso que puede sostener 317,5 kg en una pared lisa Durante años, los biólogos han estado atónitos por el poder de los pies del gecko, que permiten que estos lagartos de 142 gr produzcan una fuerza adhesiva equivalente a llevar unos 4 kg hacia arriba por una pared sin resbalar. Ahora, un equipo de científicos de polímeros y un biólogo de la Universidad de Massachusetts Amherst han descubierto exactamente cómo lo consigue, lo que les ha llevado a inventar "Geckskin", un dispositivo que puede sostener 317,5 kg en una pared lisa. El candidato doctoral Michael Bartlett del laboratorio de ingeniería y ciencias de los polímeros de Alfred Crosby, perteneciente a la Universidad de Massachusetts Amherst, es el autor principal del artículo que describe el descubrimiento en la edición en línea actual de la revista Advanced Materials. Además de su impresionante capacidad de adhesión, el dispositivo se puede soltar sin apenas esfuerzo y es posible reutilizarlo muchas veces sin que pierda su efectividad.

Estas propiedades ofrecen la posibilidad de contar con materiales sintéticos que permitan sujetar y soltar fácilmente en paredes objetos pesados de uso diario como televisiones u ordenadores, además de otras aplicaciones médicas e industriales, entre otras, señala Crosby. Según los autores, nunca antes se había conseguido esta combinación de propiedades a estas escalas. Crosby añade: "Nuestro dispositivo Geckskin tiene alrededor de 0,01 m2, aproximadamente la medida de una tarjeta y puede sostener una fuerza máxima de alrededor de 318 kg adherido a una superficie lisa como el cristal".

Vasos sanguíneos sintéticos Los investigadores cultivan nuevos vasos sanguíneos Unos vasos sanguíneos sintéticos que se pueden hacer con antelación y almacenar hasta que llegue el momento de la cirugía podría ayudar a los pacientes que se sometan a cirugía cardíaca y hemodiálisis, entre otros. Laura Niklason, anestesióloga e ingeniera biomédica de la Universidad de Yale, y sus colaboradores han cultivado unos vasos sanguíneos utilizando células humanas y los han probado en babuinos, demostrando que no provocan rechazo inmunológico y evitan las complicaciones comunes de los vasos sintéticos, tales como la coagulación, la ruptura o la contracción con el paso del tiempo. Los investigadores esperan que estos estudios demuestren que los vasos son lo suficientemente seguros como para recibir el permiso de la Food and Drug Administration (FDA) de los EE.UU. para iniciar los ensayos clínicos. Durante la cirugía de bypass, los médicos que buscan eludir las arterias bloqueadas por lo general utilizan los vasos de una pierna o un brazo del paciente . Pero las personas que padecen enfermedades vasculares o que ya se han sometido anteriormente a otras operaciones pueden no disponer de vasos adecuados. Las otras opciones tienen complicaciones: los injertos de donantes a menudo son rechazados por el sistema inmunológico del receptor, los vasos artificiales de plástico presentan unas tasas elevadas de formación de coágulos sanguíneos y otros problemas, y los vasos desarrollados a partir de tejido del propio paciente t ardan más de seis meses en madurar. Niklason afirma haber resuelto este problema. Utilizando una técnica que desarrolló en el MIT en la década de 1990, los investigadores combinaron unas estructuras tubulares con células musculares lisas. Las células segregan colágeno y otras moléculas de tejido conectivo entorno a la estructura, formando los vasos sanguíneos. Una descompuesta la estructura, los vasos se lavan con un detergente que elimina las células, dejando solo los tubos fibrosos de colágeno. Puesto que los tubos no contienen células vivas, no desencadenan ninguna respuesta inmunológica y tienen una vida útil de más de un año.