Archivos Mensuales: septiembre 2020
Coronavirus: 7 avances científicos que se han logrado gracias a los (enormes) esfuerzos de investigación provocados por la pandemia
Aunque la «cura anticovid-19» aún no exista, las inyecciones millonarias de dinero y el incansable trabajo de investigadores orientados a la lucha contra el coronavirus ya han cambiado a la ciencia.
Hemos escuchado las palabras «coronavirus» y «covid-19» tantas veces a lo largo de este 2020 que es posible perder la perspectiva del tiempo.
En verdad no pasó ni un año desde que en Wuhan, China, se reportaron los primeros casos de una extraña enfermedad infecciosa y apenas van 6 meses desde que se declaró la pandemia.
«Aunque parezca una eternidad, es muy poco tiempo para grandes desarrollos en investigación, al menos desde el punto de vista técnico», dicen a BBC Mundo Begoña Sanz y Gorka Larrinaga, profesores del Departamento de Fisiología Humana en la Universidad del País Vasco, España.
Y, sin embargo, está sucediendo.
«La verdad es que en el campo de la investigación está suponiendo un grandísimo estímulo en diferentes terrenos», con «muchísimos cambios punteros y revolucionarios», afirma a BBC Mundo el doctor en genética y biología celular Miguel Pita.
Las profundas crisis sociales, económicas y sanitarias provocadas por la pandemia han llevado a que la lucha contra el coronavirus SARS-CoV-2 cuente con inversiones millonarias y con el incansable trabajo de miles de científicos de todo el mundo.
Es así que en esta campaña global sin precedentes por encontrar la «cura anti covid-19», al menos siete aspectos de la ciencia ya han cambiado, según distintos especialistas.
1. Colaboración de equipos
«El coronavirus ha supuesto la colaboración de muchos equipos. Y esa es una muy buena noticia«, dice Pita, quien también es profesor e investigador de genética de la Universidad Autónoma de Madrid.
«Los investigadores tienden a colaborar mucho», agrega, «pero la pandemia ha supuesto una llamada adicional y se han colocado los resultados a disposición muy rápidamente de todos los grupos».
Begoña Sanz y Larrinaga coinciden con Pita.
«Lógicamente, la presión ejercida por la gravísima situación sanitaria y socioeconómica mundial ha hecho que la colaboración de muchas facultades, grupos y centros de investigación haya aumentado», así como también «se hayan creado redes de colaboración«, explican.
2. Secuenciación del virus
Una de estas áreas de colaboración científica internacional es también una de las que registra «grandes progresos», según Pita.
«De forma somera y para que se entienda, diría que en el terreno de la bioinformática ha habido grandes novedades por cómo se están analizando y estudiando las secuencias del material genético de cada virus que infecta a una persona y que permiten ver cómo evoluciona el virus con el paso de las generaciones».
Desde que China reportó a la Organización Mundial de la Salud (OMS) la existencia del nuevo coronavirus a finales de diciembre de 2019 hasta los primeros días de septiembre, investigadores de todo el mundo han registrado 12.000 mutaciones en su genoma, de acuerdo a la revista científica Nature.
Y el número crece cada día.
En palabras de Pita: «La comunidad científica ha puesto sus mejores medios al servicio de esta investigación aumentando mucho la capacidad de cálculo y tenemos revisiones constantes de los cambios genéticos del coronavirus».
3. Diagnóstico ultrarrápido
Uno de los grandes desafíos de la covid-19 ha sido (y aún es) detectar a las personas infectadas para poder aislarlas y así contener mejor el contagio de la enfermedad.
En este aspecto, Pita destaca «el desarrollo de técnicas para el diagnóstico muy potentes utilizando herramientas de edición genética, que es un elemento muy trascendente de la genética hoy en día».
El investigador da dos ejemplos que ya han demostrado ser eficaces y pronto estarán disponibles para efectuar diagnósticos «ultrarrápidos».
Por un lado, menciona técnicas de diagnóstico que, si bien son «algo menos sensibles» que la llamada prueba PCR o hisopado, tiene la ventaja de ofrecer resultados inmediatos.
Por otra parte, agrega, están las «técnicas de diagnóstico diferencial para distinguir entre el SARS-CoV-2 y otros virus, algo que tiene notable importancia para el correcto diagnóstico de los pacientes y, por tanto, para la elección del tratamiento».
4. Vacuna histórica
El hecho de que este coronavirus y la enfermedad que provoca sean nuevos hace que aún existan muchos vacíos de conocimiento a sus alrededores. Pero hay algo que los especialistas tienen claro: la única forma de lograr la inmunidad colectiva es con una vacuna.
«Desde luego, el primer gran avance será la obtención de una vacuna eficaz y segura que pueda administrarse a la población de forma masiva», afirman Begoña Sanz y Larrinaga.
A lo que agregan: «Si, tal como se dijo desde la OMS, esto ocurriera durante el año 2022, aunque pueda parecernos lejano, sería un enorme éxito puesto en el contexto del tiempo que se ha tardado en obtener otras vacunas y poder llevarlas a gran parte de la población mundial».
En efecto, el plazo habitual de desarrollo de vacunas es de 15 a 20 años. Ahora podría reducirse a 1 año, quizás 1,5.
Así lo afirma un estudio publicado el mes pasado en la Revista de la Asociación Médica Estadounidense (JAMA, por su sigla en inglés) y liderado por Paul Offit, especialista en inmunología estadounidense famoso por haber cocreado una vacuna contra el rotavirus.
En sus palabras, la vacuna contra el SARS-CoV-2 está yendo a una «velocidad endiablada«.
Pero lo novedoso no está solo en los tiempos, sino también en las distintas metodologías empleadas para su diseño, «algunas de ellas con características que nunca se habían considerado», dice Pita.
«Son vacunas que, si se prueban eficaces, el proceso de producción industrial resultaría más rápido que en las vacunas con diseños clásicos, algo muy útil en una situación como la actual», agrega.
De acuerdo al estudio liderado por Offit, se están empleando dos metodologías de desarrollo novedosas en el campo de la vacunación.
Por un lado, están las vacunas de ARN mensajero (ARNm), las cuales «nunca se han utilizado comercialmente para prevenir infecciones«, afirma el estudio. Tal es el caso de aquellas que están diseñando las compañías Pfizer y BioNTech juntos, y la de Moderna.
La otra metodología se basa en el uso de una familia de virus del resfriado común modificados genéticamente. Ejemplo de ellos son las vacunas en las que trabajan la Universidad de Oxford con AstraZeneca y la de Johnson & Johnson.
«De manera similar a las vacunas de ARNm, no hay vacunas disponibles comercialmente para prevenir enfermedades humanas usando esta estrategia. Más bien, su uso clínico se ha limitado a una vacuna autorizada contra la rabia animal», asegura el estudio publicado en JAMA.
Según Offit y los otros autores, distintos factores como «la trágica naturaleza de una pandemia en curso han creado un caldo de cultivo fértil para la innovación».
Y continúan: «Aunque se desconoce el éxito final de un candidato o candidatos a vacuna, es probable que los cambios en el campo de la vacunación que han traído estas circunstancias exigentes hayan llegado para quedarse«.
5. Otros tipos de tratamientos
Además de ir a contrarreloj para crear una vacuna, hay investigadores trabajando en el desarrollo de tratamientos para los pacientes con covid-19.
Por ejemplo, Begoña Sanz y Larrinaga publicaron un artículo en el sitio de divulgación The Conversation donde mencionan «otro tipo de tratamiento que podría ser útil en pacientes covid para evitar llegar a la etapa más crítica de la enfermedad«, dicen a BBC Mundo.
«Se trata de administrar a los pacientes la proteína a la que se une el virus para poder penetrar en la célula. La proteína administrada va disuelta en el plasma y, si el virus se une a esta en vez de a la que se encuentra en las células, entonces no invade más tejidos y prevenimos la gravedad de la enfermedad», explican.
En otras palabras, la estrategia consiste en «engañar» al coronavirus.
Según Begoña Sanz y Larrinaga, «este método, que se encuentra en fase 2 de experimentación, podría abrir un nuevo campo en el tratamiento de otras enfermedades víricas, no solo la covid-19«.
6. Prácticas de higiene
«Otro gran avance, que no está directamente relacionado con la investigación que hacemos en nuestros laboratorios pero que es fundamental para el futuro, es que hayamos conseguido introducir en la cultura de nuestra ciudadanía ciertos hábitos de higiene y prevención que sirvan para contener esta y otras epidemias provocadas por virus», afirman Begoña Sanz y Larrinaga.
Tal es el caso del uso de mascarillas en zonas concurridas en tiempos de epidemia («algo que es frecuente ver en grandes urbes de países asiáticos») y «evitar acudir a lugares de concentración de gente y espacios cerrados cuando uno está con una enorme congestión o con síntomas gripales», dicen.
De hecho, estudios en distintos países ya están demostrando que las medidas tomadas para prevenir el contagio de covid-19 han hecho que la temporada de enfermedades respiratorias y virales sea menos extendida y mortal.
Por ejemplo, una investigación publicada el mes pasado en la Revista Médica Británica (BMJ, por su sigla en inglés) analizó los datos de resfriados, gripes y bronquitis de 500 clínicas en Inglaterra y descubrió que en promedio se registraron nueve veces menos casos que en el mismo periodo de los 5 años anteriores.
7. La importancia de la ciencia
Para Mercedes Jiménez Sarmiento, bioquímica del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas de España, «un cambio profundo a raíz de la pandemia es que la sociedad ha comprendido que la solución pasa por la ciencia«, dice a BBC Mundo.
La ciudadanía, explica, «ha querido saber de salud y de ciencia, y lo ha hecho directamente de los expertos. Estos, a su vez, se han esforzado en querer comunicar mejor la ciencia debido a la demanda de información de calidad por parte de los periodistas y de la sociedad».
Jiménez Sarmiento destaca que «comunicar ciencia no es fácil»: «Son contenidos complejos con lenguaje específico, y además avanza despacio y sobre evidencias a menudo no obvias, que se van modificando cuando aparecen demostraciones nuevas. Y eso es difícil de aceptar».
Por eso cree que «ha sido un gran avance mutuo de la ciencia y de la sociedad, porque ahora están más cerca que nunca y deben apoyarse«.
Los extraordinarios avances científicos que ganaron los «Oscar de la Ciencia»
El bioquímico David Baker (izda), la neurobióloga Catherine Dulac (centro) y el matemático Martin Hairer (dcha) son tres de los premiados. | BBC
US$3 millones de dólares por descubrir dónde está el instinto paternal en el cerebro de un ratón.
Puede parecer trivial, sin embargo, este avance científico es extraordinario porque puede ayudar a comprender mejor los roles que adoptamos los seres humanos y cómo funcionan las conductas parentales de hombres y mujeres.
La investigación, liderada por la neurobióloga francesa Catherine Dulac, de la Universidad de Harvard, Estados Unidos, es una de las ganadoras de los Breakthrough Prizes, los premios científicos más grandes del mundo, los llamados «Oscar de la Ciencia», patrocinados por el fundador de Facebook, Mark Zuckerberg, y otros emprendedores de Silicon Valley.
Este jueves se anunciaron los laureados de este año. Todos ellos son científicos que han respondido en sus investigaciones «a las preguntas más profundas sobre las ciencias de la vida, la física y las matemáticas», dijo la fundación que otorga los galardones.
«En una época en la que la importancia de los logros científicos resuena en todo el mundo con más urgencia que nunca, los Breakthrough Prizes continúan su tradición de nueve años de honrar los descubrimientos más profundos y transformadores», señaló la organización.
Veamos cuáles fueron algunos de esos logros.
DISEÑAR NUEVAS PROTEÍNAS
El bioquímico David Baker, de la Universidad de Washington y del Instituto Médico Howard Hughes, EE.UU., fue premiado por desarrollar una tecnología que permite diseñar proteínas que nunca antes se han visto en la naturaleza.
Esta herramienta permitirá que los investigadores puedan crear nuevas proteínas que ayuden a combatir enfermedades, tal vez capaces de neutralizar la covid-19, reveló la Fundación Breakthrough Prize.
«Poder diseñar proteínas desde cero para hacer exactamente lo que uno quiere, en lugar de modificar lo que encontramos a nuestro alrededor, es como la transición para salir de la Edad de Piedra», dijo Baker.
El ADN del feto Yuk Ming Dennis Lo, de la Universidad China de Hong Kong, recibió el premio Breakthrough por descubrir que el ADN del feto está presente en la sangre materna y que, además, la sangre fetal puede usarse para comprobar posibles trastornos genéticos en el feto.
Así, puede ayudar a preparar a los médicos ante cualquier necesidad especial o tratamiento que un niño pueda necesitar después del nacimiento.
MISTERIOS DE LA ENERGÍA OSCURA
El trabajo de los físicos Eric Adelberger, Jens H. Gundlach y Blayne Heckel, de la Universidad de Washington, EE.UU., fue premiado por crear unos instrumentos extremadamente precisos para desentrañar misterios sobre la gravedad y la energía oscura. Gracias a ellos se podrán poner a prueba algunas teorías de Einstein.
Un aspecto interesante de este grupo de científicos experimentales es que lograron probar hipótesis sobre las leyes fundamentales de la física en espacios pequeños, sin la necesidad de equipos grandes que cuestan miles de millones de dólares.
El Eöt-Wash Group -así se llama el equipo- ha estado trabajando en temas relacionados con la gravedad desde 1986, tratando de verificar, entre otras cosas, si es la fuerza fundamental más débil o si existe una «quinta fuerza» aún más débil.
LAS MITOCONDRIAS Y EL PARKINSON
Richard J. Youle, de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, fue premiado por encontrar una vía de control de calidad que limpia las mitocondrias dañadas y, por lo tanto, puede proteger contra la enfermedad de Parkinson.
Las mitocondrias, en el interior de las neuronas, son las partes de las células que generan energía. Los errores en su funcionamiento pueden ser clave en la progresión del Parkinson.
La investigación de Youle descubrió que, en pacientes que tenían una forma hereditaria de la enfermedad, se habían mutado genes que impiden que las mitocondrias dañadas se eliminen como ocurre en las células normales. Las mitocondrias dañadas se han relacionado con la enfermedad de Parkinson desde la década de 1970.
«BURBUJAS DE FERMI»
La física de partículas Tracy Slatyer, conocida por su trabajo «cazando» materia oscura en nuestra galaxia, recibió el premio por sus contribuciones a la astrofísica de partículas.
Esta científica ayudó a descubrir modelos de materia oscura, y también las llamadas «burbujas de Fermi», unas estructuras nunca antes vistas que son réplicas del estallido de un agujero negro.
Estas enormes estructuras, que fueron halladas gracias al telescopio espacial de rayos gamma Fermi -de ahí su nombre- evidencian el nacimiento de estrellas hace millones de años.
LAS MATEMÁTICAS MÁS DIFÍCILES
En la categoría de matemáticas, Martin Hairer, del Imperial College de Londres, Reino Unido, recibió el Breakthrough por sus estudios en las ecuaciones diferenciales parciales estocásticas. Y sí, es tan complicado como suena.
Es una de las partes de las matemáticas más difíciles de entender porque incluye términos que involucran eventos muy aleatorios, como el ruido ambiental o los millones de transacciones bursátiles que se producen a diario.
Gracias a su trabajo, muchos investigadores se han vuelto a interesar por este tipo de ecuaciones, que permiten resolver algunos problemas con eventos aleatorios que aparentemente no tendrían solución.
Científicos logran la primera secuencia completa de un cromosoma humano
Científicos en Estados Unidos han establecido, por primera vez, la secuencia completa de ADN de un cromosoma humano X, sin interrupciones ni espacios entre sus telómeros y con un nivel de precisión sin precedentes, revela un estudio publicado hoy por la revista Nature.
La investigación, desarrollada por la Universidad de California Santa Cruz, representa un hito importante para este área y ha sido posible gracias a los nuevos avances tecnológicos, destaca en un comunicado su principal autora, Karen Miga.
Aunque el actual genoma humano es el más completo generado hasta la fecha, presenta espacios en su secuencia de ADN e interrupciones de extremo a extremo (de telómero a telómero), incluso después de dos décadas de logros significativos, señala Miga.
Para superar estas trabas, los expertos recurrieron a una técnica pionera, desarrollada por la misma UC Santa Cruz, que permite «lecturas ultra-largas» a través de la llamada «secuenciación por nanoporos».
Esta técnica secuencia ADN al detectar el cambio en el flujo de corriente de las moléculas individuales de ADN a su paso por el agujero minúsculo (nanoporo) de una membrana.
Las secuencias repetitivas, recuerda la autora, son comunes en todo el genoma y esta característica siempre ha planteado retos, ya que la mayoría de las tecnologías existentes producían «lecturas» de secuencias relativamente cortas, que, después, se debían ensamblar como un puzzle para completar el genoma.
Esas secuencias repetitivas, prosigue, generan muchas «lecturas cortas» que parecen casi idénticas, como una «gran extensión de cielo azul en un puzzle», pero no aportan pistas sobre cómo encajan las piezas o cuántas repeticiones hay.
«Antes creíamos que estas secuencias con abundantes repeticiones eran indescifrables, pero ahora hemos dado pasos de gigante en la tecnología de secuenciación. Con la secuenciación por nanoporos obtenemos lecturas ultra-rápidas de cientos de miles de bases de pares que pueden abarcar todo un área de repetición», explica Miga.
Un genoma humano sin vacíos o espacios -completo de telómero a telómero- abre nuevas posibilidades para los investigadores, pues pueden explorar nuevas regiones del genoma para buscar asociaciones entre variaciones de secuencias y enfermedades, al tiempo que ofrece pistas sobre la biología humana y la evolución, celebran los expertos.
«Estamos empezando a detectar que algunas de esas regiones donde había espacios en la secuencia de referencia son las que, de hecho, presentan más variaciones en poblaciones humanas, así que nos hemos perdido mucha información que podría ser importante para comprender la biología humana y enfermedades»
Científicos logran un nuevo microscopio cuántico que registra el flujo de luz
Científicos de Israel han logrado un avance drástico en el campo de la ciencia cuántica: un microscopio cuántico que registra el flujo de luz, permitiendo la observación directa de la luz atrapada dentro de un cristal fotónico, algo hasta ahora solo posible en simulaciones por ordenador.
Se trata de un nuevo microscopio electrónico 4D, el primero de su tipo en Israel y uno de los pocos en el mundo. El sistema proporcionará una gama de capacidades sin precedentes en la investigación de física y materiales habilitada al tener una resolución espacial y temporal excepcional simultáneamente accesible, según sus autores, del Instituto Tecnológico Technion-Israel, que describen el nuevo dispositivo en Nature.
“Hemos desarrollado un microscopio electrónico que produce, en muchos aspectos, la mejor microscopía óptica de campo cercano del mundo. Con nuestro microscopio, podemos cambiar el color y el ángulo de luz que ilumina cualquier muestra de nanomateriales y mapear sus interacciones con electrones, como demostramos con cristales fotónicos “, explicó el profesor Ido Kaminer, primer autor del estudio. “Esta es la primera vez que podemos ver la dinámica de la luz mientras está atrapada en nanomateriales, en lugar de depender de simulaciones por computadora”, agregó el doctor Kangpeng Wang, un postdoc en el grupo y primer autor del artículo.
Es probable que este avance tenga un impacto en numerosas aplicaciones potenciales, incluido el diseño de nuevos materiales cuánticos para almacenar bits cuánticos con mayor estabilidad. Del mismo modo, puede ayudar a mejorar la nitidez de los colores en los teléfonos celulares y otros tipos de pantallas.
“Tendrá un impacto aún mayor una vez que investiguemos materiales nano / cuánticos más avanzados. Tenemos un microscopio de muy alta resolución y comenzamos a explorar las siguientes etapas”, explicó el profesor Kaminer en un comunicado. “Por ejemplo, las pantallas más avanzadas del mundo actual utilizan la tecnología QLED basada en puntos cuánticos, lo que permite controlar el contraste de color en una definición mucho más alta. El desafío es cómo mejorar la calidad de estos pequeños puntos cuánticos en superficies grandes y hágalos más uniformes. Esto mejorará la resolución de la pantalla y el contraste de color aún más de lo que permiten las tecnologías actuales “.
El microscopio electrónico de transmisión ultrarrápido en el laboratorio AdQuanta del profesor Kaminer tiene un voltaje de aceleración que varía de 40 kV a 200 kV (acelera los electrones al 30-70% de la velocidad de la luz), y un sistema láser con pulsos inferiores a 100 femtosegundos a 40 vatios. El microscopio de transmisión electrónica ultrarrápido es una configuración de sonda de bomba de femtosegundo que utiliza pulsos de luz para excitar la muestra y pulsos de electrones para sondear el estado transitorio de la muestra. Estos pulsos de electrones penetran en la muestra y la representan. La inclusión de capacidades multidimensionales en una configuración es extremadamente útil para la caracterización completa de objetos a nanoescala.
En el corazón del avance radica el hecho de que los avances en la investigación de interacciones ultrarrápidas de luz libre de electrones han introducido un nuevo tipo de materia cuántica: “paquetes de ondas” cuánticos de electrones libres. En el pasado, la electrodinámica cuántica (QED) estudió la interacción de la materia cuántica con los modos de luz de la cavidad, que ha sido crucial en el desarrollo de la física subyacente que constituye la infraestructura de las tecnologías cuánticas. Sin embargo, todos los experimentos hasta la fecha solo se han centrado en la luz que interactúa con los sistemas de electrones unidos, como átomos, puntos cuánticos y circuitos cuánticos, que están significativamente limitados en sus estados de energía fija, rango espectral y reglas de selección. Sin embargo, los paquetes cuánticos de ondas de electrones libres no tienen tales límites. A pesar de las múltiples predicciones teóricas de nuevos y excitantes efectos de la cavidad con electrones libres, no se ha observado previamente ningún efecto de la cavidad fotónica para los electrones libres, debido a los límites fundamentales en la fuerza y ??la duración de la interacción.
El profesor Kaminer y su equipo han desarrollado una plataforma experimental para el estudio multidimensional de interacciones de electrones libres con fotones a escala nanométrica. Su microscopio único logró registrar mapas ópticos de campo cercano utilizando la naturaleza cuántica de los electrones, que se verificaron al observar oscilaciones Rabi del espectro electrónico que no pueden explicarse por la teoría clásica pura.
Las interacciones de fotones de cavidad libre de electrones más eficientes podrían permitir un fuerte acoplamiento, síntesis de fotones de estado cuántico y nuevos fenómenos cuánticos no lineales. El campo de la microscopía electrónica y las áreas adicionales de la física de electrones libres pueden beneficiarse de la fusión con las cavidades fotónicas, permitiendo microscopía electrónica ultrarrápida a baja dosis de materia blanda u otros materiales sensibles al haz.
Avances cientificos 