DESARROLLAN UN MÉTODO MAS EFICAZ PARA EL PROCESO DE TRANSFECCIÓN EN CÉLULAS

Investigadores del Instituto Politécnico de la Universidad de Nueva York (NYU-Poly) y el Colegio de Odontología de la Universidad de Nueva York (NYUCD) han desarrollado un método que es cinco veces más eficiente en la introducción de ADN en las células que los métodos comerciales de hoy. Este nuevo complejo es un híbrido péptido-polímero, montado a partir de dos vectores separados y menos eficaces que se utilizan para introducir ADN en las células.

Los hallazgos fueron el resultado de un proyecto de investigación colaborativo realizado por el Dr. Seiichi Yamano de la NYUCD y el Dr. Jin Montclare de la NYU - Poly. El resultado del estudio podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la función de los genes y mejorar la terapia génica en última instancia.

Los vectores son esencialmente los vehículos que llevan el material genético dentro la célula. Los vectores no virales tales como los diseñados en este estudio se utilizan para la transfección (introducción de material genético extraño en una célula). Pero la transfección no es tan fácil, las células están preparadas para mantener moléculas extrañas fuera del núcleo. Incluso si el plásmido transportado logra penetrar la membrana celular, el citoplasma dentro de la célula tiene medidas de seguridad para detener cualquier molécula que quiera entrar en el núcleo.

Tradicionalmente, los científicos han diseñado virus para llevar a cabo la transfección, pero los virus son problemáticos porque las células que los reconocen como objetos extraños y desencadenan la respuesta inmune. La transfección por virus es extremadamente costosa y presenta numerosas dificultades para el procesamiento en masa. Por otro lado, los vectores no virales no activan el sistema inmune y se fabrican y modifican fácilmente para entregas seguras y más eficaces. Su inconveniente es que generalmente son efectivos sólo por cortos períodos en la transfección, así como otras formas de expresión génica.

Para este proyecto, Yamano y Montclare emparejaron una versión modificada del CPP VIH-1 (mTat) con PEI (un vector no viral particularmente eficaz para la entrega de oligonucleótidos). Al combinar mTat y PEI, se construyó un nuevo vector no viral, más eficaz que el mTat o el PEI individualmente. Ellos probaron su vector reactivo tanto in vitro (en placa Petri), así como por aproximadamente siete meses en un organismo vivo (in vivo).

GENETISTAS CONSIGUEN AVANCES SIGNIFICATIVOS EN ÁLAMOS MODIFICADOS GENÉTICAMENTE

Genetistas forestales en la Universidad Estatal de Oregón (OSU) han creado álamos genéticamente modificados que crecen más rápido, tienen resistencia a las plagas de insectos y son capaces de mantener la expresión de los genes insertados durante al menos 14 años.

El avance podría ser especialmente útil en las industrias del papel y la pulpa, y en la industria emergente de los biocombustibles que podría basarse en las plantaciones de álamos híbridos.

Los investigadores afirman que el uso comercial de dichos árboles podría hacerse con álamos que también han sido modificados genéticamente para ser estériles por lo que sería improbable que sus características se propaguen a otros árboles.

El desarrollo de árboles masculinos estériles se ha demostrado en el campo. La esterilidad femenina aún no se ha realizado pero debería ser factible, dijeron. Sin embargo, no está claro si los organismos reguladores podrían permitir el uso de estos árboles, con la esterilidad como un factor clave para su mitigación.

Steven Strauss, un distinguido profesor de la biotecnología forestal en la OSU afirma que en términos del rendimiento de madera, salud y productividad de las plantaciones, estos árboles transgénicos podrían ser muy importantes, pues los experimentos de campo y la continua investigación mostraron resultados que superaron las expectativas.

Un estudio a gran escala con 402 árboles de nueve eventos de inserción rastreó el resultado de colocar el gen Cry3Aa en álamos híbridos. La primera fase se llevó a cabo en pruebas de campo entre 1998 y 2001, y en 14 años desde entonces, el estudio continuó en un "banco de clones" en la OSU para asegurar que las características valoradas fueran retenidas con la edad.

Todos los árboles fueron retirados o cortados a la edad de dos años antes de tener la edad suficiente para florecer y reproducirse, con el fin de evitar cualquier flujo de genes en poblaciones de árboles silvestres.

Con esta modificación genética, los árboles fueron capaces de producir una proteína insecticida que ayudó a protegerlos contra el ataque de insectos, pues estos pueden hacer que los árboles sean más vulnerables a otros problemas de salud. Este método ha demostrado ser eficaz como medida de control de plagas en otras especies de cultivos como el maíz y la soja, lo que resulta en una reducción sustancial en el uso de plaguicidas y una disminución de las pérdidas de cultivos.

Los álamos híbridos, que por lo general se cultivan en densas hileras en terreno llano, son especialmente vulnerables a las epidemias de insectos. La aplicación manual de plaguicidas es cara y son dirigidos a una amplia gama de insectos, en lugar de sólo a los insectos que atacan a los árboles.

Varios de los árboles transgénicos en este estudio también habían mejorado significativamente sus características de crecimiento. En comparación con los controles, los árboles transgénicos crecieron en promedio un 13% más después de dos temporadas de cultivo, y en el mejor de los casos, un 23%.

Algunos de los trabajos también usaron un clon de álamo tolerante a la sequía, otra ventaja en lo que puede ser un futuro clima más cálido y seco.

Los cultivos anuales como el algodón y el maíz ya se cultivan habitualmente como productos trangénicos con genes de resistencia a insectos. Los árboles, sin embargo, tienen que crecer y vivir por años antes de la cosecha y están sometidos a múltiples generaciones de ataques de plagas de insectos. Es por eso que la protección manipulada contra insectos puede ofrecer un mayor valor comercial, y, por lo tanto, las pruebas extendidas eran necesarias para demostrar que los genes de resistencia todavía se expresarían más de una década después de la siembra .

Según Strauss, algunos álamos híbridos genéticamente modificados ya se utilizan comercialmente en China, pero ninguno en los Estados Unidos. El uso de árboles transgénicos en los EE.UU. todavía se enfrenta a obstáculos regulatorios. Los organismos reguladores son propensos a requerir extensos estudios sobre el flujo de genes y sus efectos sobre los ecosistemas forestales, los cuales son difíciles de llevar a cabo.

Strauss aboga por la modificación de los genes de esterilidad entre los árboles como un mecanismo para controlar el flujo de genes, lo que unido a una mayor investigación ecológica podría ofrecer un camino socialmente aceptable para su despliegue comercial .

CIENTÍFICOS LOGRAN UN GRAN AVANCE PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE DIMINUTAS ALGAS MARINAS MEDIANTE SU MANIPULACIÓN GENÉTICA

Los investigadores de la Institución Scripps de Oceanografía en la Universidad de California en San Diego han desarrollado un método para mejorar en gran medida la producción de biocombustibles en pequeñas algas marinas.

En la búsqueda por disminuir la dependencia humana sobre el consumo tradicional de combustibles fósiles, y con ello el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono y sus efectos perjudiciales sobre el medio ambiente, encontrar combustibles económicamente viables de fuentes biológicas ha sido difícil de alcanzar.

Un obstáculo importante en la investigación de biocombustibles de algas circunda la producción de aceites lipídicos, las moléculas de grasa que almacenan energía que puede ser producida para biocombustible. Una paradoja ha obstaculizado la producción de biocombustibles económicamente eficiente porque las algas producen los aceites deseados principalmente cuando se mueren de hambre. Sin embargo, si se limitan los nutrientes, no crecen bien. Con una dieta robusta las algas crecen bien, pero producen carbohidratos en lugar de los lípidos deseados para biocombustible.

En un avance significativo que elimina el obstáculo, Emily Trentacoste y sus colegas utilizaron una serie de datos de expresión genética (transcriptómica) para enfocarse a una enzima específica dentro de un grupo de algas microscópicas conocidas como diatomeas (Thalassiosira pseudonana). Mediante un "knock-down" por ingeniería metabólica de las enzimas reductoras de grasa, llamadas lipasas, los investigadores fueron capaces de aumentar los lípidos sin comprometer el crecimiento. Las cepas genéticamente alteradas que desarrollaron, dicen los investigadores, podrían ser producidas ampliamente en otras especies.
Emily Trentacoste afirma que estos resultados demuestran que las manipulaciones metabólicas específicas pueden utilizarse para aumentar la acumulación de moléculas relevantes para combustible sin efectos negativos sobre el crecimiento, demostrándose que la ingeniería en esta vía es un enfoque único y práctico para aumentar los rendimientos de lípidos.
Además de reducir el costo de la producción de biocombustibles por el aumento del contenido lipídico, el nuevo método ha llevado a avances en la velocidad de producción de biocombustible a partir de algas debido al proceso de selección eficaz utilizado en el nuevo estudio.
El mantenimiento de altas tasas de crecimiento y la acumulación de alta biomasa es imprescindible para la producción de biocombustibles de algas a grandes escalas económicas, señalan los autores.

AUMENTAN LA PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS VALIOSOS EN CIANOBACTERIAS MEDIANTE LA MANIPULACIÓN GENÉTICA DE SU RELOJ BIOLÓGICO

Engañar el reloj biológico de las algas a permanecer en su franja temporal diurna puede aumentar dramáticamente la cantidad de compuestos valiosos que estas plantas marinas pueden producir cuando se cultivan bajo luz constante.

Esa es la conclusión de un experimento que encontró que cuando se detenían los relojes biológicos de las cianobacterias en su franja temporal diurna, la cantidad producida de varias biomoléculas aumentó hasta en un 700 por ciento en cultivo bajo luz constante.

Carl Johnson, profesor de Ciencias Biológicas en la Universidad de Vanderbilt ,afirma que mediante la manipulación de los genes del reloj biológico de cianobacterias se puede aumentar la producción de biomoléculas de gran valor comercial. En los últimos 10 años, él y sus colaboradores han descubierto la manera de detener los relojes circadianos en la mayoría de las especies de algas y en muchas plantas superiores, por lo que la técnica debe ser de aplicación general.

Parar el reloj biológico podría tener importantes beneficios económicos: Las microalgas se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones comerciales que van desde medicamentos contra el cáncer a los cosméticos, bioplásticos, biocombustibles y nutracéuticos. Además, las empresas de biotecnología están actualmente irrumpiendo en establecer biofábricas que utilizan microorganismos para crear una amplia variedad de sustancias que son demasiado difíciles o costosas de sintetizar utilizando métodos químicos convencionales. Muchos de ellos se basan en los microorganismos con relojes biológicos.

En 2004, Johnson fue miembro del equipo que determinó la estructura molecular de una proteína del reloj circadiano por primera vez. El trabajo subsecuente determinó el mecanismo entero del reloj biológico en las cianobacterias, el más simple en la naturaleza. Los investigadores descubrieron que el reloj se componía de tres proteínas: KaiA, KaiB y KaiC. El conocimiento detallado de la estructura del reloj biológico les permitió determinar cómo encender y apagar el reloj. 

En este ultimo estudio, los investigadores descubrieron que dos componentes del reloj, KaiA y KaiC, actúan como interruptores que encienden y apagan los genes diurnos y nocturnos de la célula. Han llamado a esta regulación como "yin-yang ". Cuando KaiA se produce en grandes cantidades y KaiC en cantidades más pequeñas, el 95% de los genes de la célula que son activos durante el día están encendidos , y el 5% de los genes de la célula que funcionan durante la noche están desactivados. Sin embargo, cuando KaiC es aumentada y KaiA disminuida, entonces los genes diurnos se apagan y los genes nocturnos se encienden.

Como resultado de ello, el profesor Johnson piensa que todo lo que se tiene que hacer para bloquear el reloj biológico en su franja temporal diurna es regular genéticamente la expresión del gen KaiA, que es una simple manipulación genética en las cianobacterias.

Para ver qué efectos tiene esta capacidad en la habilidad de las bacterias para producir compuestos comercialmente importantes, los investigadores insertaron un gen de la insulina humana en algunas de las células de cianobacterias, un gen para una proteína fluorescente (luciferasa) en otras células y un gen para la hidrogenasa, una enzima que produce gas de hidrógeno, en otras. Ellos encontraron que las células con los relojes bloqueados producian 200% más de hidrogenasa, 500% más insulina y 700% más de luciferasa cuando se las cultivó bajo luz constante que cuando los genes se insertaron en las células con los relojes biologicos que funcionaban normalmente.

MEDIANTE EL COCULTIVO DE BACTERIAS DE DOS TIPOS DISTINTOS Y COMPLEMENTARIOS, CIENTÍFICOS LOGRAN GENERAN ELECTRICIDAD

Las células bacterianas usan una impresionante gama de estrategias para crecer, desarrollarse y mantenerse. A pesar de su pequeño tamaño, estas máquinas especializadas interactúan unas con otras en formas intrincadas.

En una nueva investigación llevada a cabo en el Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona, Jonathan Badalamenti, César Torres y Rosa Krajmalnik-Brown exploran las relaciones de dos formas bacterianas importantes, lo que demuestra su capacidad para producir electricidad mediante la coordinación de sus actividades metabólicas. El grupo demuestra que la bacteria del azufre Chlorobium sensible a la luz verde puede actuar en conjunto con la Geobacter, bacteria generadora de electricidad. El resultado es una forma de generación de electricidad con respuesta a la luz.

Badalamenti , autor principal del proyecto, afirma que la Geobacter no es sensible por sí mismo a la luz, porque no es un organismo fotosintético. Por el contrario, la Chlorobium  si es fotosintética e incapaz de llevar a cabo la forma de respiración necesaria para la producción de electricidad. Pero al poner estos dos organismos juntos, se obtiene tanto una respuesta a la luz y la capacidad para generar corriente.

Los electrones que la Geobacter adquiere de su compañera fotosintética Chlorobium se pueden medir y se recogen en forma de electricidad, usando un dispositivo conocido como celda de combustible microbiana (MFC por sus siglas en ingles), una especie de batería biológica.

Las celdas de combustible microbianas pueden algún día llegar a generar electricidad limpia de diversas corrientes de residuos orgánicos, simplemente mediante la explotación de las capacidades de transferencia de electrones de diversos microorganismos.

En este estudio, los investigadores exploran la posibilidad de aumentar la producción de electricidad en MFC mediante el examen de la función de respuesta a la luz de la Chlorobium. La configuración experimental resultante, en el que las bacterias sensibles a la luz juega un papel en la generación de energía, se conoce como celda fotoelectroquímica microbiana (MPC por sus siglas en ingles).
Los resultados experimentales del estudio sugieren el siguiente escenario: las bacterias Chlorobium recogen la energía de la luz con el fin de fijar el dióxido de carbono e impulsar su metabolismo. Durante las fases oscuras; sin embargo, las bacterias se sostienen cambiando la fotosíntesis por una fermentación oscura, utilizando la energía que han almacenado. Acetato se produce como un subproducto metabólico de esta fermentación en fase oscura.
Durante los períodos de oscuridad, la bacteria Geobacter gana electrones desde el acetato producido a través del metabolismo de la Chlorobium, transfiriéndolos al ánodo del MPC, produciendo de este modo corriente eléctrica. Cuando las dos comunidades bacterianas se ven obligadas a interactuar, quedaba claro que la Chlorobium estaba ayudando a alimentar a la Geobacter, de una manera sensible a la luz.
Los autores señalan que una de las ventajas atractivas de su estudio es que en vez de tener que medir los metabolitos o crecimiento celular ya sea microscopicamente o por medio de intermediarios químicos, el construir un sistema de cocultivo en el que una de las lecturas es la electricidad permite controlar el metabolismo en el sistema en tiempo real.
Otras cuestiones se referían a si la presencia de la Chlorobium puede proporcionar beneficios para la Geobacter en cultivos que ocurren naturalmente, no confinados en un MFC. En experimentos libres de ánodos el grupo demostró que la supervivencia misma de la Geobacter a falta de otras fuentes de electrones dependía de la presencia del acetato derivado de la Chlorobium.
Además de establecer un mecanismo para la generación de energía eléctrica sensible a la luz en un MFC o MPC, las investigaciones apuntan al potencial de estudios similares para esclarecer una serie de interacciones microbianas productoras de energía.

OBTIENEN NUEVOS METABOLITOS CON POSIBLES PROPIEDADES ANTIBIÓTICAS MEDIANTE LA MANIPULACIÓN GENÉTICA DE UN HONGO

Investigadores de la Universidad Estatal de Oregón (OSU) han descubierto que un gen en un hongo común actúa como un regulador maestro y eliminándolo se ha abierto el acceso a una gran cantidad de nuevos compuestos que nunca antes habían sido estudiados con el potencial para identificar nuevos antibióticos.

Los científicos lograron encender un interruptor genético que habría silenciado a más de 2.000 genes de este hongo, el patógeno de cereales Fusarium graminearum. Hasta ahora, esto ha evitado la producción de nuevos compuestos que pueden tener propiedades útiles sobre todo para el uso en la medicina y quizás también en la agricultura, la industria o en la producción de biocombustibles.

Michael Freitag , profesor asociado de bioquímica y biofísica en la Facultad de Ciencias de la OSU afirma que alrededor de un tercio del genoma de muchos hongos siempre ha estado silenciado en el laboratorio. Además, muchos hongos tienen propiedades antibacterianas y no fue casualidad que la penicilina fuera descubierta de un hongo, y que los genes de estos compuestos están por lo general en las zonas silenciosas de los genomas. El hallazgo debe abrir la puerta al estudio de docenas de nuevos compuestos, y probablemente se verá bioquímica que nunca se ha visto antes.

En el pasado, la búsqueda de nuevos antibióticos por lo general se realizaba cambiando el entorno en el que un hongo u otra forma de vida crecían, y ver si esos cambios generaban la formación de un compuesto con propiedades antibióticas.

El problema es que con los enfoques del pasado ya se ha encontrado la mayoría de los compuestos con propiedades antibióticas, y es por eso que se ha tenido que buscar en otros lugares como los respiraderos de aguas profundas o corales para encontrar algo nuevo. Ahora se puede realizar cambios en la expresión de todo el genoma de los hongos, y asi poder ver toda una nueva gama de compuestos que ni siquiera se sabía que existían.

El gen que se ha eliminado en este caso regula la metilación de las histonas, las proteínas alrededor de las cuales se enrolla el ADN. La creación de un mutante sin este gen por parte de los investigadores permitió la nueva expresión o sobreexpresión de alrededor del 25 por ciento del genoma de este hongo, y la formación de muchos metabolitos secundarios.

El gen que se ha eliminado, llamado kmt6, codifica un regulador principal que afecta a la expresión de cientos de vías genéticas. Se ha conservado a través de millones de años, en formas de vida tan diversas como plantas, hongos, moscas de la fruta y seres humanos.

El descubrimiento de nuevos antibióticos es cada vez más importante, dicen los investigadores, debido a que las bacterias, parásitos y hongos son cada vez más resistentes a los medicamentos más antiguos.

Este estudio abrirá la puerta a la futura ingeniería epigenética de grupos de genes que generan compuestos bioactivos, por ejemplo, micotoxinas putativas, antibióticos y materias primas industriales.

DISEÑAN LEVADURA CON UN AUMENTO EN SU PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE MEDIANTE LA INSERCIÓN DE UN CONJUNTO DE GENES BACTERIANOS

Científicos informaron que han diseñado levaduras para consumir ácido acético, un subproducto no deseado del proceso de conversión de hojas, tallos y otros tejidos de las plantas, en biocombustibles. La innovación aumenta el rendimiento de etanol a partir de fuentes lignocelulósicas en aproximadamente un 10 por ciento.

La lignocelulosa es el material fibroso que compone los tejidos estructurales de las plantas. Es una de las más abundantes materias primas en el planeta y, ya que es rico en carbono es una fuente atractiva de biomasa renovable para la producción de biocombustibles.

La levadura Saccharomyces cerevisiae es buena en la fermentación de azúcares simples (tales como aquellas encontradas en los granos de maíz y caña de azúcar) para producir etanol. Pero persuadir a la levadura para que se den un festín de tallos y hojas de las plantas no es tan fácil. Hacerlo a escala industrial requiere una serie de medidas costosas, uno de los cuales consiste en separar la hemicelulosa, un componente clave de la lignocelulosa.

El profesor Yong-Su Jin de la Universidad de Illinois, quien dirigió la investigación, junto con Jamie Cate de la Universitdad de California en Berkeley, afirman que si se descompone la hemicelulosa, se obtiene xilosa y ácido acético. Entonces es posible diseñar levaduras para fermentar la xilosa. Sin embargo , el ácido acético es un compuesto tóxico que mata a la levadura. Esto es uno de los mayores problemas en la producción de etanol celulósico.

En un estudio anterior, se diseñó una S. cerevisiae para consumir de manera más eficiente la xilosa. Esto mejoró la producción de etanol, pero el proceso generó un exceso de NADH, una molécula de transferencia de electrones que es parte de la circulación energética de todas las células. La acumulación de ácido acético también mató a gran parte de la levadura.

Después de discutir el problema con Jin, Cate tuvo una idea, tal vez el equipo podría inducir a la levadura a consumir el ácido acético. Ese proceso también podría utilizar el excedente de NADH a partir del metabolismo de la xilosa.

Mediante la revisión de estudios anteriores, la investigadora postdoctoral Na Wei descubrió que otro organismo, una bacteria, podría consumir ácido acético. Ella identificó las enzimas que catalizaban este proceso y vio que uno de ellos no sólo convierte el ácido acético en etanol, sino también utilizaría el excedente de NADH a partir del metabolismo de la xilosa.

Sin embargo, el equipo no estaba preparado para empezar a poner los genes en la levadura. Primero tuvieron que determinar si sus esfuerzos eran propensos a tener éxito. Uno de los problemas que identifica Cate con la levadura, es que ha evolucionado para hacer una cosa muy bien y cuando se inicia la adición de estos nuevos genes en lo que ya está establecido, no es obvio que va a trabajar en adelante.

Para tener una mejor idea de la viabilidad de la idea, el estudiante graduado Josh Quaterman utilizó simulaciones por ordenador para ver cómo la adición de los nuevos genes al repertorio metabólico de la levadura afectaría la producción de etanol. Sus cálculos indican que la vía que Wei había identificado impulsaría la producción de etanol.

A continuación, Wei hizo el laborioso trabajo de la inserción de los genes deseables en la levadura, un proceso que tomó varios meses. Cuando se probó la levadura, vio que produce un 10% más etanol que antes, de acuerdo con cálculos de Quaterman. En otros experimentos , ella demostró que la nueva levadura estaba, de hecho, haciendo algo del etanol a partir del acetato.

El profesor Jin considera que el avance ayudará a aquellos quienes se centran en otras etapas del proceso de producción de biocombustibles. Además, los genetistas y los que participan en el pretratamiento puede dejar de preocuparse por encontrar formas de eliminar el ácido acético a partir de lignocelulosa.

CREAN NANOPOROS SELECTIVOS PARA SU FUTURO USO EN TERAPIA GÉNICA Y EN LA ADMINISTRACIÓN DE FÁRMACOS

Una célula viva está construida con barreras para impedir la entrada de moleculas del exterior y los investigadores están constantemente tratando de encontrar la manera de hacer pasar moléculas hacia dentro. El profesor Giovanni Maglia de la Universidad Católica de Lovaina y su equipo han diseñado unos nanoporos que actúan como unas puertas giratorias selectivas a través de la membrana lipídica de una célula. Los nanoporos podrían ser utilizados en la terapia génica y la entrega de fármacos.

Todas las células vivas están encerradas por una membrana lipídica que separa el interior de la célula del medio ambiente exterior. La afluencia de moléculas a través de la membrana celular está estrechamente regulada por proteínas de membrana que actúan como portales específicos para el tráfico de iones y nutrientes. Las proteínas de membrana también pueden ser utilizadas por las células como armas. Dichas proteínas atacan a una célula haciendo hoyos (nanoporos) en las membranas celulares de los enemigos. Los iones y moléculas escapan desde los agujeros, causando finalmente la muerte celular.

Los investigadores están tratando de utilizar nanoporos para hacer pasar ADN o proteínas a través de las membranas. Una vez dentro de una célula, la molécula de ADN podría reprogramar la célula para una acción particular. El profesor Maglia explica que ahora se es capaz de diseñar nanoporos biológicos, pero la parte difícil es la de controlar con precisión el paso de moléculas a través de los nanoporos. No se quiere que el nanoporo deje pasar todo; por el contrario, se quiere limitar la entrada de información genética específica en células específicas.

El Profesor Maglia y su equipo tuvieron éxito en el diseño de un nanoporo que funciona como una puerta giratoria para moléculas de ADN. Ellos han introducido una puerta giratoria selectiva para ADN en la cima de la nanoporos. Llaves específicas de ADN en solución se hibridan a la puerta de ADN y se transportan a través de la nanoporos. Una segunda llave de ADN en el otro lado de la nanoporos libera luego la información genética deseada. Un nuevo ciclo puede entonces comenzar con otra pieza de ADN siempre y cuando se tenga la llave correcta. De esta manera, el nanoporo actúa simultáneamente como un filtro y una cinta transportadora.

En otras palabras, se ha diseñado un sistema de transporte selectivo que se puede utilizar en el futuro para administrar medicamento en la célula. Esto podría ser de uso particular en la terapia génica, lo que implica la introducción de material genético en células degeneradas con el fin de desactivarlas o reprogramarlas. También podría ser utilizado en la entrega de fármacos, que implica la administración de la medicación directamente en la célula.

BACTERIAS GENÉTICAMENTE MODIFICADAS, POTENCIALES HERRAMIENTAS PARA LA PRODUCCIÓN DE AZÚCARES RAROS

La producción de azúcares raros ha sido muy costosa hasta ahora. Un estudio reciente de doctorado indica que su producción puede hacerse significativamente más eficiente con la ayuda de bacterias modificadas genéticamente. Esto reduce los precios y permite su uso más versátil en la medicina, por ejemplo.

La industria ya está haciendo uso de azúcares raros como edulcorantes bajos en calorías y como precursores de medicamentos anticancerígenos y antivirales. Sin embargo, su elevado coste ha impedido su investigación y  su uso: no es posible aislar cantidades significativas de azúcares raros directamente de la naturaleza, y por lo tanto su producción ha sido cara.

La eficiencia de la producción de azúcar se puede aumentar a través de la ingeniería genética. En su reciente tesis doctoral, Anne Usvalampi, estudió la producción microbiana de  tres azúcares raros: xilitol , L-xilulosa y L-xilosa con la ayuda de bacterias modificadas genéticamente.

Usvalampi afirma que han añadido algunos genes a las bacterias, por lo que producen las enzimas requeridas, y con su ayuda, los azúcares raros deseados. Los resultados fueron prometedores. La producción de xilitol fue considerablemente más eficiente que lo que previamente se ha logrado mediante el uso de bacterias, y la L-xilosa se ​​fabricó por primera vez sin grandes cantidades de subproductos. En comparación con la síntesis química, las bacterias demostraron ser significativamente mejores en la producción de L-xilulosa y L-xilosa.

Usvalampi y su grupo usaron como precursor la D-xilosa, que es una parte de la hemicelulosa que se puede extraer a partir de maderas duras. Este azúcar fue utilizado para la fabricación de xilitol con la ayuda de Lactococcus lactis, a la que el gen de la xilosa reductasa de la Pichia stipitis se le fue empalmado. A continuación, el xilitol se utiliza para producir L-xilulosa con Escherichia coli, a la que se le añadió el xilitol-4-deshidrogenasa de Pantoea ananatis. Por último, se utilizó L-xilulosa para producir L-xilosa con la ayuda de E. coli, en la que el gen L-fucosa isomerasa de la bacteria había sido sobreexpresado​​.

El xilitol es conocido por su efecto preventivo contra la caries, pero nuevos estudios indican que también es útil en la prevención de infecciones del oído en los niños. Anne Usvalampi cree que muchos nuevos usos se pueden encontrar para los azúcares raros, especialmente en la industria farmacéutica , una vez que sus precios puedan reducirse gracias a nuevos y más eficientes métodos de producción. Ya en la actualidad existe evidencia de que el azúcar rara manosa puede ser utilizado en el tratamiento de diversas infecciones y heridas.

CREAN BACTERIAS CON PROTEINAS A MANERA DE JERINGUILLAS MICROSCÓPICAS PARA LA INSERCIÓN DE PROTEÍNAS TERAPÉUTICAS A CÉLULAS HUMANAS

Científicos del Centro Nacional de Biotecnología (CNB) del CSIC de España han obtenido una patente en los Estados Unidos que les permite utilizar bacterias no patógenas. Las bacterias (E.coli) modificadas tienen en su membrana unas proteínas a modo de jeringuilla con las que son capaces de inyectar anticuerpos de pequeño tamaño (nanoanticuerpos) y otras proteínas con potencial terapéutico (p.ej. enzimas) a células humanas, evitando de esta manera la barrera que representa la membrana plasmática de la célula. 

En el caso de usar nanoanticuerpos, estos se podrían unir dentro de la célula a una proteína diana que participase en un proceso patológico para inactivar su función. 

Para comprobar la viabilidad de esta tecnología, el grupo dirigido en el CNB por el doctor Luis Ángel Fernández introdujo estos nanoanticuerpos en el citoplasma de células humanas demostrando que se unían especificamente a su proteína diana.

Una de las principales ventajas de este sistema es que la producción de los nanoanticuerpos la realiza la propia bacteria de manera continua, lo que podría reducir el coste y el número de dosis necesario para administrar estos anticuerpos de forma efectiva. 

Fernández recalca además su seguridad, ya que la inyección de los anticuerpos por parte de E. coli no conlleva ni la invasión de la células por parte de las bacterias ni la transferencia de manterial genético, al contrario que lo que ocurre con virus modificados. 

El objetivo actual de este grupo de investigación es combinar estas jeringas moleculares en bacterias "probióticas" con nuevas modificaciones de forma que actuasen en el intestino y otras mucosas del organismo como auténticos "microrrobots" dirigidos tanto para la detección como el tratamiento in situ de lesiones de tipo inflamatorio o tumoral.

DISEÑAN NUEVA VÍA METABÓLICA PARA CONVERTIR MAS EFICIENTEMENTE LOS AZÚCARES EN BIOCOMBUSTIBLES

Investigadores de la UCLA, en Estados Unidos, han creado una nueva vía metabólica sintética para descomponer la glucosa que podría conducir a un aumento del 50% en la producción de biocombustibles.

La nueva vía está destinada a sustituir la vía metabólica natural conocida como glucólisis, una serie de reacciones químicas que casi todos los organismos utilizan para convertir los azúcares en los precursores moleculares que las células necesitan. La glucólisis convierte cuatro de los seis átomos de carbono que se encuentran en la glucosa en moléculas de dos átomos de carbono conocidas como acetil-CoA, un precursor para los biocombustibles como el etanol y butanol, así como de los ácidos grasos, aminoácidos y productos farmacéuticos. Sin embargo, los dos carbonos de glucosa restantes se pierden como dióxido de carbono.

La glucólisis se utiliza actualmente en biorefinerias para convertir los azúcares derivados de la biomasa vegetal en biocombustibles, pero la pérdida de dos átomos de carbono por cada seis se considera como una obstáculo importante en la eficiencia del proceso. La vía glucolítica sintética del equipo de investigación de la UCLA convierte los seis átomos de carbono de la glucosa en tres moléculas de acetil-CoA sin que se pierdan en dióxido de carbono.

El investigador principal es James Liao, quien afirma que esta vía sintética resolvió una de las limitaciones más importantes en la producción de biocombustibles y biorrefinería: la pérdida de un tercio del carbono.

Esta ruta sintética utiliza enzimas que se encuentran en varias vías distintas en la naturaleza.

El equipo la probó por primera vez y confirmó que la nueva vía trabajaba in vitro. Luego, manipularon genéticamente a bacterias E.coli para utilizar la nueva vía metabólica y demostraron la conservación completa de los carbonos. Las moléculas de acetil-CoA resultantes se pueden utilizar para producir un compuesto químico deseado con una mayor eficiencia de carbono. Los investigadores llamaron a su nueva vía híbrida como "glucólisis no oxidativa" o NOG .

Los investigadores también observaron que esta nueva vía de síntesis podría ser utilizada con muchos otros tipos de azúcares, que en cada caso tienen diferentes números de átomos de carbono por molécula, y ningún carbono se desperdiciaría.

Igor Bogorad, uno estudiante graduado del laboratorio de Liao, afirma que para biorefinación, una mejora del 50% en el rendimiento sería un enorme aumento y el NOG puede ser una buena plataforma con diferentes azúcares para una conversión del 100% a acetil-CoA. Además prevee que NOG tendrá aplicaciones de amplio alcance y abrirá nuevas posibilidades debido a la manera en que podemos conservar el carbono.

Los investigadores también sugieren que esta nueva vía podría ser utilizada en la producción de biocombustibles utilizando microorganismos fotosintéticos.

PRUEBAN VACUNAS ENCAPSULADAS EN NANOPARTÍCULAS PARA SU ADMINISTRACIÓN DIRECTA EN SUPERFICIES MUCOSAS

Muchos virus y bacterias infectan a los humanos a través de superficies mucosas, como aquellos en los pulmones, el tracto gastrointestinal y el tracto reproductivo. Para ayudar a combatir estos patógenos, los científicos están trabajando en vacunas que pueden establecer una línea de defensa en las superficies mucosas.

Actualmente las vacunas pueden ser administradas a los pulmones a través de un aerosol, pero los pulmones a menudo se deshacen de la vacuna antes de que pueda provocar una respuesta inmune. Para superar esto, los ingenieros del MIT han desarrollado un nuevo tipo de nanopartícula que protege a la vacuna un tiempo suficientemente largo para generar una respuesta inmune fuerte, no sólo en los pulmones, sino también en las superficies mucosas lejanas del sitio de vacunación, tales como el tracto gastrointestinal y reproductivo.
Estas vacunas pueden ayudar a proteger contra la influenza y otros virus respiratorios, o prevenir las enfermedades de transmisión sexual como el VIH, el virus del herpes simple y el virus del papiloma humano, dice Darrell Irvine, profesor del MIT y líder del equipo investigación. Él también está estudiando el uso de las partículas para ofrecer vacunas contra el cáncer y otras enfermedades infecciosas.
Sólo un puñado de vacunas para mucosas han sido aprobadas para uso humano, el ejemplo más conocido es la vacuna contra la polio "Sabin", que se administra por vía oral y se absorbe en el tracto digestivo.

Para crear mejores formas de administración de tales vacunas, Irvine y sus colegas se basaron en una nanopartícula que ellos desarrollaron dos años atrás  Los fragmentos de proteína que componen la vacuna están encerradas en una esfera de varias capas de lípidos que químicamente están unidas la una a la otra, haciendo a las partículas más duraderas en el interior del cuerpo.

Esto permite a las partículas resistir la desintegración una vez que alcanzan los pulmones. Con este embalaje más resistente, la vacuna de proteína permanece en los pulmones el tiempo suficiente para que las células inmunitarias recubran la superficie de los pulmones las agarren y entreguen a las células T. La activación de las células T es un paso crítico para que el sistema inmune forme una memoria de las partículas de la vacuna.
En estudios con ratones, los investigadores encontraron que los antígenos del VIH o cáncer encapsulados en nanopartículas fueron absorbidos por las células inmunes con mucho más éxito que aquellas sin ser encapsuladas en nanopartículas.

El VIH no infecta a los ratones, por lo que para poner a prueba la respuesta inmune generada por las vacunas, los investigadores infectaron los ratones con una versión del vaccinia virus (VV) que fue diseñado para producir la proteína del VIH.

Los ratones vacunados con nanopartículas fueron capaces de contener rápidamente el virus y evitar que se escapen a los pulmones. VV se propaga a los ovarios antes de la infección, pero los investigadores encontraron que el VV en los ovarios de los ratones vacunados con nanopartículas fue indetectable, mientras que las concentraciones virales importantes se encontraron en ratones que recibieron otras formas de la vacuna.

Los ratones que recibieron la vacuna de nanopartículas perdieron una pequeña cantidad de peso después de la infección, pero luego se recuperaron completamente, mientras que era 100 por ciento letal para los ratones que recibieron la vacuna no encapsulada.

Los investigadores también encontraron una fuerte presencia de células T de memoria en las superficies mucosas distantes, incluso en los tractos digestivo y reproductivo. Irvine advierte además que a pesar de que la inmunidad en las mucosas distantes después de la vacunación en una superficie mucosa también se ​​ha visto en los seres humanos, todavía se está indagando si los patrones observados en ratones se reproducen completamente en humanos.

Las partículas también mantienen la promesa para la administración de vacunas contra el cáncer. Para probar esto, los investigadores implantaron en los ratones tumores de melanoma que fueron diseñados para expresar la ovoalbúmina. Tres días más tarde, se vacunaron los ratones con ovoalbúmina. Ellos encontraron que los ratones que recibieron la vacuna en nanopartículas rechazaron por completo los tumores, mientras que los ratones que recibieron la vacuna no recubierta, no lo hicieron.

Otros estudios deben realizarse con tumores más difíciles, dice Irvine. En el futuro, las pruebas con vacunas dirigidas a las proteínas expresadas por las células cancerosas serían necesarias.

NUEVA TÉCNICA PARA LA PRODUCCIÓN DE GASOLINA MICROBIANA MEDIANTE INGENIERÍA METABÓLICA

Durante muchas décadas, los seres humanos han confiado en los recursos fósiles para producir combustibles líquidos como la gasolina, diesel, y muchos productos químicos industriales y de consumo para el uso diario. Sin embargo, el aumento de las tensiones en los recursos naturales, así también los problemas ambientales como el calentamiento global han provocado un gran interés en el desarrollo de formas sostenibles de obtener combustibles y productos químicos.

En anteriores trabajos de investigación,  a través de ingeniería metabólica (rama de la ingeniería genética) de Escherichia coli, se han producido algunos resultados en la producción de alcanos de cadena larga, que constan de 13 a 17 átomos de carbono, adecuados para reemplazar el diesel. Sin embargo , no ha habido ningún informe sobre la producción microbiana de alcanos de cadena corta, un posible sustituto de la gasolina.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por el profesor coreano Sang Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular en el Instituto Superior Coreano de Ciencia y Tecnología ( KAIST ) informó, por primera vez, el desarrollo de una nueva estrategia para la producción de gasolina microbiana a través de ingeniería metabólica sobre cepas de E. coli.

El equipo de investigación modificó el metabolismo de ácidos grasos para proporcionar los derivados de ácidos grasos que son más cortos que los metabolitos de ácidos grasos intracelulares normales, y se introdujo una nueva ruta sintética para la biosíntesis de alcanos de cadena corta. Esto permitió el desarrollo de una cepa de E. coli capaz de producir gasolina por primera vez.

En el trabajo publicado en Nature, los investigadores coreanos describen estrategias detalladas para la detección de las enzimas asociadas con la producción de ácidos grasos, el diseño de enzimas y rutas biosintéticas de ácidos grasos para concentrar el flujo de carbono hacia la producción de ácidos grasos de cadena corta, y la conversión de los ácidos grasos de cadena corta a sus correspondientes alcanos (gasolina) mediante la introducción de una nueva vía sintética y la optimización de las condiciones de cultivo. Por otra parte , el equipo de investigación mostró la posibilidad de producir ésteres grasos y alcoholes mediante la introducción de las enzimas responsables en la misma cepa.

El profesor Sang Yup Lee afirmó ademas que es sólo el comienzo de los trabajos para la producción sostenible de la gasolina. El título es bastante bajo debido al bajo flujo metabólico hacia la formación de ácidos grasos de cadena corta y sus derivados. Actualmente están trabajando en aumentar el título, el rendimiento y la productividad de biogasolina. 

LOGRAN GENERAR ELECTRICIDAD CON MICROORGANISMOS PRESENTES EN AGUAS RESIDUALES

Ingenieros de la Universidad de Stanford han desarrollado una nueva forma de generar electricidad a partir de aguas residuales utilizando microbios cableados que actúan como minicentrales naturales mientras digieren los desechos animales y vegetales.

En un artículo publicado en «Proceedings of the National Academy of Sciences», sus autores, Yi Cui, investigador de materiales, Criddle Craig, ingeniero ambiental, y Xing Xie, científico interdisciplinario, explican la invención de esta batería microbiana.

Su objetivo es que el invento pueda ser aplicado en lugares como plantas de tratamiento de aguas residuales, o donde se descomponen los contaminantes orgánicos, en zonas muertas de lagos y costas, donde la escorrentía de fertilizantes y otros residuos puede reducir los niveles de oxígeno y afectar a la vida marina.

Por el momento, el prototipo diseñado no supera el tamaño de una pila y presenta dos electrodos, uno positivo y otro negativo, además de una botella con agua residual. Con ese caldo, unidas al electrodo negativo, un tipo inusual de bacterias forman un festín con los desechos orgánicos y producen una electricidad que es captada con el electrodo positivo de la batería. «Lo llamamos la pesca de electrones», explicó Craig.

Durante años, los científicos han sabido de la existencia de los denominados microbios exoelectrogénicos: organismos que han evolucionado en ambientes sin ventilación y desarrollado la capacidad de reaccionar con los minerales de óxido en lugar de respirar oxígeno. Así, durante los últimos doce años, diversos grupos de investigación han intentado utilizar estos microbios como biogeneradores que crearan energía de forma eficiente.

En el electrodo negativo, las colonias de microbios se aferran a los filamentos de carbono, que sirven como conductores eléctricos. Craig aclaró que han podido observar que estos microorganismos hacen nanocables para librarse del exceso de electrones. Esos electrones fluyen hacia el electrodo positivo, fabricado con óxido de plata, que los atrae.

Los investigadores estiman que la batería microbiana puede llegar a extraer el 30 por ciento de la energía encerrada en las aguas residuales, lo que sería parecido a la eficacia de las mejores células para convertir la energía solar en electricidad.

De cara al futuro, uno de los retos, según los investigadores, será encontrar un material barato pero eficaz para el nodo positivo. El uso del óxido de plata es demasiado caro para su uso a gran escala, ahora estan buscando un material más práctico, aunque les llevará algo de tiempo.

POSIBLE VACUNA CONTRA LA MALARIA ELABORADA A PARTIR DE PARÁSITOS ATENUADOS MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA

Un estudio podría ofrecer esperanza de una nueva vacuna de patógenos vivos-atenuados contra la malaria. Este estudio sugiere que los parásitos de la malaria modificados genéticamente (GAP) que son atenuados a través de precisas supresiones de genes podrían ser utilizados como una vacuna que protege contra la infección de la malaria. Esto significa que la versión inofensiva (atenuada) del parásito podría interactuar con el cuerpo de la misma manera como la versión infecciosa , pero sin posibilidad de causar enfermedad. La vacunación con GAPs  podría inducir respuestas inmunitarias robustas que protegen contra una futura infección con malaria.

Según la Organización Mundial de la Salud , hubo 219 millones de casos documentados de la malaria en el 2010, causando la muerte de hasta 1,2 millones de personas en todo el mundo. Tratamientos antipalúdicos están disponibles para reducir el riesgo de infección, pero hasta el momento no existe una vacuna eficaz contra la enfermedad.

El mes pasado, un equipo de científicos anunció los resultados de un ensayo con un nuevo tipo de vacuna contra la malaria, una preparación de parásitos debilitado por radiación. El ensayo mostró resultados prometedores , pero el método de la vacunación no era óptimo, requiriendo administración intravenosa y múltiples dosis altas. Este nuevo estudio describe un método de atenuación a través de la ingeniería genética en lugar de la radiación, que ofrece esperanza para una vacuna más consistente que da una mejor protección.
Stefan Kappe, Ph.D., autor principal del artículo y profesor de Seattle BioMed afirma que la malaria es una de las principales causas de muerte en el mundo, y pone en peligro el 40 por ciento de la población mundial, pero aún no existe una vacuna efectiva. En este trabajo se muestra que los parásitos genéticamente modificados son una opción viable y prometedora para el desarrollo de una vacuna contra la malaria, y actualmente están diseñando la próxima generación de cepas atenuadas del parásito con el objetivo de entrar en los estudios clínicos en breve.
Por primera vez, los investigadores crearon una versión debilitada del parásito de la malaria humana mediante la alteración de su ADN. Ellos probaron la seguridad del nuevo parásito modificado mediante inyección de seis voluntarios humanos a través de picaduras de mosquitos. Cinco de los seis voluntarios no mostraron infección con el parásito, sugiriendo que la nueva técnica genética tiene potencial como la base para una vacuna contra la malaria.
Stefan Kappe tambien cree que este enfoque ofrece un nuevo camino para hacer una vacuna de protección contra la malaria que puede que supere las limitaciones de los intentos de desarrollo previos. Los parásitos genéticamente modificados potencialmente proporcionan un acercamiento potente y escalable a la vacunación contra la malaria.

PRODUCEN POR PRIMERA VEZ CÉLULAS MADRE EMBRIONARIAS EN RATONES VIVOS ADULTOS

Por primera vez, un equipo científico ha conseguido que células adultas de un organismo vivo retrocedan en su desarrollo evolutivo hasta recuperar características propias de células madre embrionarias. 

Liderado por Manuel Serrano, director del programa de Oncología Molecular del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), los resultados revelan además que estas células madre embrionarias obtenidas directamente en el interior del organismo tienen una capacidad de diferenciación más amplia que las conseguidas mediante cultivo in vitro.

Las células madre embrionarias son la principal apuesta para la futura medicina regenerativa. Son las únicas capaces de generar cualquier tipo celular de los cientos que conforman un organismo adulto, por lo que constituyen el primer paso para la curación de enfermedades como alzhéimer, párkinson o diabetes. No obstante, este tipo de células tiene una brevísima existencia, limitada a los primeros días del desarrollo embrionario, y no existen en ninguna parte del organismo adulto.

Uno de los mayores hitos en la reciente investigación biomédica fue el protagonizado por Shinya Yamanaka, quien al conseguir crear en el laboratorio células madre embrionarias abrió un nuevo horizonte en la medicina regenerativa. Sin embargo, el nuevo trabajo ha dado un paso más al conseguir lo mismo que el científico japonés, pero esta vez dentro del propio organismo, en ratones, sin necesidad de pasar por placas de cultivo in vitro.

El primer desafío de los investigadores del CNIO fue reproducir el experimento en un ser vivo. Usando técnicas de manipulación genética, crearon ratones en los que se puede activar a voluntad los cuatro genes de Yamanaka. Estos factores se expresan de forma inducible por doxiciclina (un antibiótico), de forma que se pueden controlar cuándo van a expresarse simplemente añadiendo doxiciclina al agua de bebida de los ratones.Así, cuando activaron estos genes, observaron que las células adultas fueron capaces de retroceder en su desarrollo evolutivo hasta células madre embrionarias en múltiples tejidos y órganos.

En comparación con las células obtenidas con la técnica desarrollada por Yamanaka, la células madre obtenidas ahora representan un estadio embrionario aún más temprano, con mayores capacidades de diferenciación. De hecho, los autores fueron incluso capaces de inducir la formación de estructuras pseudoembrionarias en las cavidades torácica y abdominal de los ratones.

Estos pseudoembriones presentaban las tres capas propias de los embriones, estructuras extraembionarias como el saco vitelino e incluso signos de formación de células sanguíneas. Estas células madre son mucho más versátiles que las células de Yamamaka, cuya potencialidad genera las distintas capas del embrión, pero nunca tejidos que sustentan el desarrollo de un nuevo embrión, como la placenta.

Los autores subrayan que las posibles aplicaciones terapéuticas del trabajo aún están lejos, pero sugieren que pueden significar un cambio en el rumbo de las investigaciones con células madre en la medicina regenerativa o en la ingeniería tisular. Por el momento, los científicos no han conseguido injertar con éxito células diferenciadas provenientes de células madre generadas in vitro.

María Abad, miembro del equipo, opina que, a partir de ahora, lo ideal sería inducir la reprogramación in vivo dentro de tejidos dañados y que sea allí donde esas células se diferencien. Con esto se evitaría la extracción de células, la reprogramación y diferenciación al tipo celular deseado in vitro, y el transplante.

La científica además sostiene que estas células madre sobreviven también fuera de los ratones, en cultivo, por lo que podrían, además, manipularlas en el laboratorio. Finalmente, el siguiente paso es estudiar si estas nuevas células madre son capaces de generar de una forma más eficiente distintos tejidos, como páncreas, hígado o riñón.

DESCUBREN LEVADURAS EN LA PATAGONIA CAPACES DE ACUMULAR METALES CONTAMINANTES

El equipo dirigido por Maria Rosa Giraudo de van Broock, investigadora principal del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente de Argentina, encontró nuevas especies de levaduras autóctonas de la Patagonia capaces de acumular metales en entornos altamente acidificados.

A partir del año 2004 el grupo de Giraudo comenzó a analizar la biodiversidad presente en el Río Agrio y el Lago Caviahue. El río, que nace en el Volcán Copahue y al llegar a la meseta forma el Lago Caviahue, tiene un gradiente de pH único: en la naciente los valores oscilan entre 0,5 y 1 y a lo largo de su curso el pH aumenta gradualmente hasta neutralizarse.

Los ambientes acuáticos ácidos como este poseen metales disueltos en concentraciones elevadas que resultan tóxicos para plantas y animales. Algunos microorganismos están adaptados a este entorno gracias a sus características metabólicas y presentan una elevada tolerancia a distintos metales, por lo que serían buenos candidatos para utilizar en procesos de remediación de suelos ácidos contaminados con estas sustancias.

Ademas, los métodos químicos tradicionales son sólo efectivos para altas concentraciones de metales, pero no a bajas, por lo que el uso de estas levaduras podría ser un complemento que mejore el tratamiento disponible.

En total se aislaron 32 especies, agrupadas en nueve géneros que fueron ordenados según su grado de adaptación y tolerancia a seis metales –cadmio, cobalto, cobre, litio, níquel y zinc– y se midió su capacidad para acumularlos.

Los resultados obtenidos muestran una clara disminución en la concentración de metal en varios casos, hecho que resulta alentador ya que hasta el momento los medios acidificados no eran recomendados para procesos de biorremediación.

Una cepa de la especie nueva Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de cobre por gramo de levadura. Cryptococcus sp. 2 retuvo 36,25 mg de níquel y 62,28 mg de zinc por gramo, mientras que Lecythophora sp. fue capaz de remover 67,11 mg de zinc por gramo de levadura.

La remediación se basa en el uso de procesos de degradación químicos o biológicos para eliminar sustancias contaminantes que puedan comprometer seriamente el uso de recursos como el agua para consumo humano. El estudio en profundidad de las interacciones entre microorganismos y metales es fundamental para desarrollar métodos de remoción, recuperación o detoxificación de metales pesados y radionucleidos, es decir, elementos químicos con configuración inestable que al desintegrarse emiten radiación.

Edgardo Donati, investigador del CONICET experto en biorremediación comenta que los proyectos de biorremediación de bajo costo, alta eficiencia y diseñados para el tratamiento de problemas específicos son importantes para la sociedad ya que aportarían soluciones concretas y alcanzables en términos locales para la remediación de aquellas contaminaciones que inevitablemente provocan un serio impacto ambiental, con consecuencias no sólo para el ecosistema, sino además para la sociedad en su conjunto. Por ultimo, ésta línea de investigación puede tener otras aplicaciones como el uso de levaduras en procesos de biolixiviación, donde se usan estos microorganismos para recuperar metales como oro y cobre.

DESARROLLAN ARROZ TRANSGÉNICO EFICAZ CONTRA EL ROTAVIRUS

Un equipo de investigadores liderado por Yoshikazy Yuki, de la Universidad de Tokio, ha desarrollado una forma de arroz transgénico que contiene un anticuerpo contra el rotavirus, un patógeno que, según la Organización Mundial de la Salud (OMS) causa más de 500.000 muertes de niños al año por la diarrea que inducen.

El trabajo ha consistido en incorporar al arroz, mediante la bacteria Agrobacterium tumefaciens, un gen que expresa el dominio variable de un anticuerpo específico contra rotavirus que se encuentra en las llamas; además de la tecnología del RNAi para suprimir la producción de las principales proteínas de almacenamiento endógenos de arroz. 

En los experimentos, los ratones que comieron del arroz, tanto los normales como los que tenían un sistema inmunitario deficiente, quedaron protegidos contra los rotavirus o en todo caso, se vio disminuida la carga viral.

Se ha visto que las semillas de arroz así conseguidas mantienen esta propiedad durante un año después de ser almacenado y que aguantan una cocción de media hora a 94°C. 

El objetivo del trabajo es claro: ayudar a prevenir y tratar la enfermedad, complementándose con las vacunas que, recientemente, se han desarrollado contra el rotavirus, y que la OMS aconseja que se incorporen a la cartera sanitaria básica de los países afectados.

Si estas vacunas funcionaran al 100% el nuevo arroz no haría falta, pero por razones que aún no están claras –aunque se apunta a una debilidad del sistema inmune debido a la desnutrición- los preparados funcionan peor en países pobres que en los ricos, con tasas de protección que caen hasta el 50%.

Yuki advierte que el producto aún no ha sido ensayado en humanos, lo que implica que la posibilidad de que llegue su uso está a una década vista.

CREAN MINICEREBROS A PARTIR DE CÉLULAS MADRE HUMANAS PARA EL ESTUDIO DE ENFERMEDADES NEUROLÓGICAS

El desarrollo del cerebro humano es uno de los grandes misterios de la biología, pero un grupo de investigadores austriacos y británicos presentan una técnica para generar tejido cerebral que ayudará a avanzar en su estudio.

El equipo, liderado desde el Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, ha conseguido crear organoides cerebrales partiendo de un cultivo de células madre pluripotentes. 

Jürgen Knoblich, del IMBA afirma que han generado un neuroectodermo, una capa de células de la que se deriva el sistema nervioso. Los fragmentos de este tejido se mantienen en un cultivo tridimensional y se embeben en gotas de un gel que actúa de andamiaje para que pueda crecer. Para favorecer la absorción de los nutrientes, se transfirieron después las gotas de gel a un biorreactor giratorio, y en unas tres o cuatro semanas ya estaban formadas y definidas las regiones cerebrales.

En los organoides cerebrales resultantes se pueden diferenciar regiones como corteza cerebral, retina, meninges o el plexo coroideo (porción del encéfalo que forma el líquido cefalorraquídeo).

Después de dos meses de desarrollo, los minicerebros alcanzan su tamaño máximo, aunque pueden sobrevivir indefinidamente,en la actualidad hasta 10 meses, en el biorreactor giratorio. Según los investigadores, probablemente, y de momento, no crecen más debido a la falta de un sistema de circulación eficaz que lleve los nutrientes y el oxígeno al interior del organoide. 

En cualquier caso, estos tejidos cerebrales en 3D se asemejan a las primeras etapas de formación del cerebro humano, por lo que facilitan los estudios sobre la evolución de este órgano esencial. Además, el método permite estudiar algunas enfermedades neurológicas humanas de una forma que no lo hacen los modelos con ratas u otros animales de laboratorio, cuyo cerebro es menos complejo.

En concreto, los investigadores han logrado identificar y modelar con su técnica un trastorno que afecta el desarrollo normal del cerebro: la microcefalia, que conduce a tener un cerebro más pequeño en las personas que lo padecen. Los autores sugieren que las células defectuosas que aparecen en los pacientes no experimentan el mismo crecimiento en los ratones, lo que podría explicar por qué los modelos en animales han sido incapaces de recoger la gravedad de este trastorno como se observa en los seres humanos.

UNA PRODUCCIÓN MÁS EFICIENTE DE BIOCOMBUSTIBLE MEDIANTE EL SILENCIAMIENTO DE UN GEN EN LA VÍA DE BIOSÍNTESIS DE LA LIGNINA

La limitada disponibilidad de combustibles fósiles estimula la búsqueda de diferentes fuentes de energía. El uso de biocombustibles es una de las alternativas. Los azúcares derivados de los granos de los cultivos agrícolas se pueden utilizar para producir biocombustible, pero estos cultivos ocupan suelos fértiles necesarios para la producción de alimentos y piensos.

Las plantas de crecimiento rápido como el álamo, eucalipto o varios residuos de hierba, como el rastrojo de maíz y el bagazo de caña no compiten y pueden ser una fuente sostenible de biocombustibles. Una colaboración internacional de científicos han identificado un nuevo gen en la vía de biosíntesis de la lignina, un importante componente de las paredes celulares secundarias de plantas, que limita la conversión de biomasa en energía.

Estos hallazgos abren el camino a nuevas iniciativas de apoyo a una economía de base biológica. Sally M. Benson, director del Stanford University's Global Climate and Energy Project cree que este emocionante y fundamental  descubrimiento proporciona una vía alternativa para modificar la lignina en las plantas y tener el potencial de aumentar considerablemente la eficiencia de la conversión de cultivos energéticos para biocombustibles.

La pared celular de una planta se compone principalmente de lignina y moléculas de azúcar, tales como la celulosa. La celulosa se puede convertir en glucosa, que luego se puede utilizar en un proceso de fermentación clásica para producir alcohol, similar a hacer cerveza o vino. La lignina es un tipo de cemento que incorpora las moléculas de azúcar y por lo tanto da firmeza a las plantas. Por desgracia, la lignina reduce gravemente la accesibilidad a las moléculas de azúcar para la producción de biocombustibles. La lignina tiene que ser eliminada a través de un proceso medioambientalmente inamistoso que consume energía. Las plantas con una menor cantidad de lignina o con  lignina de más fácil descomposición pueden ser un verdadero beneficio para la producción de biocombustibles y bioplásticos. Lo mismo es cierto para la industria del papel que utiliza las fibras de celulosa para producir papel.

Durante muchos años los investigadores han estado estudiando la vía de biosíntesis de lignina en las plantas. Incrementando la percepción de este proceso se puede conducir a nuevas estrategias para mejorar la accesibilidad a las moléculas de celulosa. Utilizando el modelo de planta Arabidopsis thaliana, los científicos han identificado una nueva enzima en la vía de biosíntesis de la lignina. Esta enzima llamada cafeoil shikimato esterasa (CSE), cumple un papel fundamental en la biosíntesis de lignina. El silenciamiento del gen CSE, dió lugar a 36% menos de lignina por gramo de material de tallo. Además, la lignina restante tenía una estructura alterada. Como resultado, la conversión directa de la celulosa en glucosa a partir de la biomasa de la planta sin tratamiento previo aumentó cuatro veces, a partir de 18% en las plantas de control a 78% en las plantas mutantes.

Estas nuevas perspectivas ahora se pueden utilizar para proteger poblaciones naturales de cultivos energéticos como el álamo, eucalipto, mijo u otras especies de pastos. Alternativamente, la expresión del gen CSE puede modificarse por ingeniería genética en cultivos energéticos. Una cantidad reducida de lignina o una estructura de lignina adaptada puede contribuir a una conversión más eficiente de la biomasa a energía.

DESARROLLAN NUEVOS FÁRMACOS DE ARN PARA TRATAR GENES ANTES INALCANZABLES

Una nueva clase de medicamentos permitiría a los médicos despertar genes que no rinden como deberían en pacientes que no tienen otras opciones de tratamiento en la actualidad.
La start-up RaNA Therapeutics de Boston en Estados Unidos, está desarrollando una nueva clase de medicamento capaz de potenciar la actividad de genes que pueden estar silenciados o poco activos y por lo tanto pueden causar enfermedades. El medicamento usaría una pequeña molécula parecida al ARN que bloquea la función de una molécula de ARN larga que impide la expresión del gen en cuestión.
Al activar los genes, los medicamentos de RaNA podrían hacer algo completamente nuevo, según Jeannie Lee, bióloga molecular de la Facultad de Medicina de la Universidad de Harvard en Estados Unidos, y fundadora científica de la empresa. La mayoría de los fármacos funcionan cambiando la función o estabilidad de un producto genético, bloqueando una enzima demasiado activa, por ejemplo. Las terapias actuales actúan sobre algo que ya se ha expresado, explica Lee, en la actualidad no existen métodos para activar un gen silenciado.
La tecnología de RaNA, que aún está en fase de ensayo con animales de laboratorios, podría usarse para tratar tanto cánceres como enfermedades genéticas raras. A menudo, parte de los cambios que tienen lugar en una célula cancerosa incluyen el silenciado de los genes supresores de tumores. Y en algunas enfermedades genéticas, un gen normal puede estar silenciado por alguna anomalía, o simplemente tener una expresión débil.
El enfoque de RaNA también podría servir para atacar enfermedades metabólicas complejas. En el caso de la diabetes y de otras enfermedades metabólicas, hay muchos objetivos distintos identificados, así que la posibilidad de entrar dentro y activar selectivamente un único gen tendrá aplicaciones terapéuticas muy amplias.
En experimentos de laboratorio, RaNA ha logrado toda una gama de efectos sobre la expresión de los genes, desde la multiplicación aumento por cuatro hasta la multiplicación por cien. Varía de gen a gen y no es inusual que la expresión se multiplique por diez.

UNA NUEVA PROTEÍNA DESCUBIERTA CON UN VASTO POTENCIAL PARA EL TRATAMIENTO DEL CÁNCER Y OTRAS ENFERMEDADES

En la investigación del cáncer, el descubrimiento de una nueva proteína que juega un papel importante en el cáncer es como encontrar una llave y un mapa del tesoro: seguir las pistas y con el tiempo podría haber una gran recompensa. Al menos esa es la esperanza de un nuevo estudio que descubrió una nueva proteína llamada  proteína transportadora de ceramida-1 fosfato (CPTP), un hallazgo que podría conducir al desarrollo de nuevos fármacos para tratar una variedad de cánceres y otras enfermedades relacionadas con la inflamación y la trombosis o coagulación de la sangre.

El equipo descubrió que la CPTP regula los niveles de lípidos biológicamente activos, que son moléculas tales como ácidos grasos, que a menudo desempeñan un papel en la señalización celular. Este estudio determinó que la función principal de la CPTP es para el transporte de ceramida-1-fosfato (C1P), un lípido que ayuda a regular el crecimiento celular, la supervivencia, la migración y la inflamación. Específicamente, el C1P aumenta la producción de eicosanoides proinflamatorios, potentes moléculas de señalización que contribuyen a la inflamación crónica en enfermedades tales como el cáncer, el asma, la aterosclerosis y la trombosis.

Según Charles Chalfant, líder del equipo, es posible que se haya identificado el blanco más nuevo para el tratamiento del cáncer debido al importante papel que esta proteína juega en un número de funciones celulares, y podría tener grandes implicaciones para una variedad de enfermedades como el cáncer que son causadas por la inflamación.

Los investigadores fueron capaces de determinar la composición de los lípidos bioactivos regulados por la CPTP. Residiendo en el citoplasma, el equipo encontró que la CPTP regula el catabolismo del C1P, un proceso que rompe la molécula con el fin de liberar su energía. También demostraron que la CPTP transporta el C1P a la membrana celular donde ayuda a sintetizar eicosanoides a partir de ácidos grasos en la membrana.

Confirmación de una década de investigación del laboratorio de Chalfant, los científicos proporcionan más pruebas de que el C1P regula al grupo IVA fosfolipasa A2, una enzima que promueve la inflamación a través de la producción de un ácido graso conocido como ácido araquidónico. La liberación de ácido araquidónico a través de la activación de esta enzima via el C1P ,se demostró desencadena la producción de eicosanoides. Estos descubrimientos ayudan a explicar la relación reportada entre la ceramida quinasa, la enzima responsable de la producción del C1P, y el mal pronóstico en pacientes con cáncer de mama, lo que sugiere además que el alivio de la inflamación sistémica puede conducir a un mejor pronóstico y una mejor respuesta al tratamiento.

Chalfant espera poder utilizar este conocimiento de la estructura de la CPTP con el fin de encontrar moléculas pequeñas y otros medios que puedan bloquear esta proteina. Los usos inmediatos de tales agentes terapéuticos pueden ser el restablecimiento de la coagulación en pacientes con traumatismos mediante el mantenimiento de los niveles de eicosanoides específicos que median en la coagulación de la sangre. Sin embargo, con más investigación, él y su equipo esperan definir exactamente cómo se produce la CPTP de manera que se pueda regular su producción y potencialmente desarrollar nuevos tratamientos para una variedad de enfermedades.

SIMPLIFICAN EL PROCESO PARA GENERAR CÉLULAS MADRE A PARTIR DE CÉLULAS ADULTAS HUMANAS

Científicos del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB) y del Salk Institute de California (EE UU), liderados por Juan Carlos Izpisúa Belmonte, han descubierto un nuevo método que facilita el proceso de obtención de células madre a partir de células adultas humanas.

El equipo de Izpisúa demuestra que la receta para obtener células madre inducidas (células iPS) es mucho más versátil de lo que se creía. De hecho, los autores han reemplazado por primera vez un gen que se creía imposible de sustituir, lo que facilitará el proceso de obtención de células madre por métodos más seguros que potencialmente se podrán trasladar a la práctica clínica.

Las células iPS ofrecen dos ventajas muy importantes: se pueden crear a partir de células del mismo paciente, evitando así el rechazo immunológico, y no implican la destrucción de embriones sobrantes de tratamientos de fecundación in vitro. Hasta la fecha se creía que solo se podían producir estas células utilizando una fórmula muy estricta que no permitía ninguna variación, limitando así su potencial para la aplicación terapéutica.

En el año 2006, el equipo investigador japonés dirigido por Shinya Yamanaka descubrió un método para obtener células madre pluripotentes a partir de células diferenciadas adultas de ratón, que se denominaron células iPS. En 2007, el mismo grupo obtuvo con el mismo método células iPS a partir de células humanas. 

El método del grupo japonés consiste en introducir en las células cuatro factores de transcripción que se han conocido desde entonces como ‘factores Yamanaka’. Los científicos han utilizado con éxito esta receta para transformar, en el laboratorio, células procedentes de la sangre, la piel y de otros tejidos en células pluripotentes que pueden dar lugar a células de cualquier órgano del cuerpo.

Aunque las células iPS serían teóricamente muy útiles en medicina regenerativa, la metodología utilizada para generarlas conlleva muchos problemas asociados, por ejemplo, dos de los factores utilizados en la receta son oncogenes, por lo que aún está lejos su utilización en pacientes.

Ahora, los expertos han dado un enfoque totalmente nuevo a esta línea de investigación y han descubierto que se puede lograr la pluripotencia mediante un fino balance de genes necesarios para la diferenciación celular, es decir, genes que instruyen a las células para especializarse en líneas particulares, como pueden ser células de la piel o de la sangre.

Antes de estos experimentos, la mayoría de investigadores en este campo intentaba sustituir los factores clásicos de reprogramación por otros que se presentaran de manera natural en las células madre embrionarias.

El equipo de Izpisúa se aproximó al problema de una manera innovadora. Así, los investigadores se dieron cuenta de que los cuatro ‘factores Yamanaka’ no eran necesarios, ya que la pluripotencia se podía lograr alterando el balance de genes presentes en las células adultas y que intervienen en la especificación del linaje celular.

En este trabajo han identificado nuevos genes, no descritos anteriormente como inductores de la reprogramación ni típicos de células madre, que permiten reprogramar las células somáticas a un estado de pluripotencia. Este hallazgo podría conducir al diseño de protocolos de reprogramación más seguros y reducir el riesgo de transformación oncogénica.

Los autores han demostrado que más de siete genes adicionales son capaces de participar en el proceso de reprogramación de fibroblastos humanos a células iPS, y lo más importante: han demostrado por primera vez que todos los ‘factores Yamanaka’ pueden ser sustituidos.

El hecho de que un factor como OCT4, previamente considerado característico de células madre, pueda ser sustituido conlleva la posibilidad de que las células madre generadas de esta manera sean fundamentalmente distintas a las obtenidas por otras metodologías, lo que para los investigadores podría traducirse en un mejor comportamiento en términos de seguridad o funcionalidad.

Los hallazgos ofrecen la posibilidad de identificar en un futuro inmediato pequeñas moléculas (fármacos) capaces de reemplazar OCT4 en el proceso de la reprogramación celular. De esta manera evitar el uso de metodologías empleadas hasta la fecha, que dificultan el uso de las células reprogramadas en terapias de sustitución celular. Así pues, el uso de fármacos podría suponer la generación de células iPS mediante estrategias seguras aptas para su traslación a la clínica.