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Biología Molecular

Aprovecha científico mexicano mecanismos de la medusa para iluminar procesos biológicos

Hace más de 20 años se descubrió que una serie de genes que codifican para proteínas fluorescentes son la causa por las que algunas medusas producen destellos verdes. Desde entonces su uso se ha expandido notablemente entre los científicos, no sólo para crear otros organismos fluorescentes, transfiriendo el gen de un organismo a otro, sino para estudiar diversos procesos biológicos.

El mexicano Enrique Balleza es uno de los más interesados en este tema, y desde el Departamento de Biología Molecular y Celular de la Universidad de Harvard realiza su investigación postdoctoral para caracterizar el tiempo de activación de múltiples proteínas fluorescentes aisladas, con ingeniería genética, de la medusa.

medua para iluminar procesos biológicos

Lo anterior debido a que estas proteínas requieren de cierto tiempo para su activación. Es decir, las proteínas no fluorescen inmediatamente después de su producción y requieren, muchas de ellas, varias decenas de minutos antes de emitir luz.

El hecho de que las proteínas fluorescentes de la medusa no requieran de factores adicionales para fluorescer es lo que las vuelve herramientas tan valiosas en el estudio de procesos celulares y moleculares.

“Por ejemplo, si queremos conocer en qué parte de la célula se ubica cierta proteína, podemos marcarla pegándole una proteína fluorescente”, comenta el doctor Balleza, quien es miembro de la Red de Talentos de Mexicanos en el Exterior Capítulo Boston.

“Mis medidas muestran que algunas de las proteínas fluorescentes que utilizamos se activan en sólo algunos minutos. Con estas proteínas de ultra rápida maduración podemos estudiar fenómenos que antes no se podían debido al lento proceso de activación de las proteínas antes usadas”, señala el doctor, quien realizó su doctorado en el Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM.

Este avance permite adentrarse en nuevas fronteras de la biología molecular y celular, al comprender la relación dinámica entre los genes de un organismo en procesos celulares rápidos a partir del uso de proteínas fluorescentes de rápida maduración, con lo que ayudará a comprender mejor las interacciones genéticas dentro de las células.

Otra aplicación de estos elementos es conocer en qué momento distintas proteínas son producidas y utilizadas por los organismos. En general, los genes no producen proteína todo el tiempo ya que su actividad temporal está regulada por factores externos o internos a la célula. Así, al pegarle al gen cuya dinámica se quiere conocer un gen que codifique para una proteína fluorescente, es posible identificar el momento exacto en el que se activa y transcribe dentro de la célula. (Agencia ID).

Fuente: www.invdes.com.mx

Determinada la importancia de una proteína en el párkinson

José Pichel Andrés/DICYT.  Madrid.

Una investigación del Instituto de Biología Funcional y Genómica (IBFG, centro mixto del CSIC y la Universidad de Salamanca) ha descubierto que la deficiencia en la proteína PINK1, implicada en algunos casos de la enfermedad de Parkinson, reprograma el metabolismo energético celular, lo que afecta a la supervivencia de las neuronas. Asimismo, encuentra que este mismo efecto, en células con capacidad de división, contribuye a la proliferación celular. La investigación ha sido publicada hoy en la revista científica Nature Communications.

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PINK1 es una proteína quinasa que se encuentra mutada en algunos enfermos de párkinson, especialmente en una forma juvenil, una variante de la enfermedad que se manifiesta a edades tempranas. Sin embargo, “se sabe muy poco sobre las funciones de esta proteína, por lo que decidimos estudiarla para contribuir a identificar posibles nuevas dianas terapéuticas contra el párkinson, ya que en la actualidad los tratamientos no son completamente eficaces”, señala en declaraciones a DiCYT Juan Pedro Bolaños, catedrático de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Salamanca en el IBFG y coordinador del estudio.

Esta “proteína centinela” detecta si hay algún daño en la mitocondria, el orgánulo que produce la energía de las células, para activar un programa de destrucción selectiva y así evitar que el problema se propague. Precisamente, “el daño en la mitocondria es uno de los eventos previos a la sintomatología del párkinson, una enfermedad considerada comomitocondriopatía”. Por eso, las neuronas que portan mutaciones en PINK1 no son capaces de reconocer que hay un problema en la mitocondria, no lo resuelven y terminan por tener una deficiencia energética que compromete su viabilidad.

Los científicos utilizaron ratones knockout para esta proteína, es decir, animales que no la expresan, para comprobar si su ausencia altera el metabolismo celular. Tanto en las células aisladas (in vitro), como en el ratón vivo (in vivo), observaron un fuerte aumento en la velocidad del consumo de glucosa a través de la vía glucolítica (o glucólisis), una forma de transformación de glucosa en energía.

Más tarde entendieron que este fenómeno se debía a una reprogramación metabólica. La mitocondria dañada, si no consigue reparar la alteración que sufre, comienza a producir mayores cantidades de las denominadas “especies reactivas de oxígeno”, lo que a su vez activa directamente un factor de transcripción conocido como HIF1, que se encarga de incrementar la expresión de genes que estimulan y ejecutan la vía glucolítica.

 Diversas consecuencias

Este fenómeno tiene importantes consecuencias pero muy diferentes en función del tipo celular. En las células que no se dividen, o postmitóticas, como las neuronas, el incremento de la velocidad de la glucólisis provoca la disminución de otra vía alternativa del metabolismo de la glucosa: la vía de las pentosas-fosfato, una vía metabólica “encargada de mantener el estado redox de la célula, es decir, de protegerla frente al estrés oxidativo”. Sin esa protección, las neuronas mueren, así que este mecanismo contribuye a explicar por qué las neuronas dopaminérgicas (es decir, aquellas cuyo neurotransmisor primario es la dopamina) mueren por estrés oxidativo, como ocurre en el párkinson.

Otra situación muy distinta es la de las células que sí se dividen, en las que los investigadores observaron, con sorpresa, que se producía el efecto contrario: un incremento de la glucólisis que promueve proliferación. En este caso, “la deficiencia de PINK1 reprograma el metabolismo y sostiene la proliferación celular”, resume Bolaños.

En definitiva, el artículo publicado por el IBFG en Nature Communications descubre, por un lado, un mecanismo de muerte neuronal asociado a la enfermedad de Parkinson y, por otro y de forma inesperada, la importancia de PINK1 en división celular, un fenómeno cuyas implicaciones fisiopatológicas aún quedan por resolver.

Papel en neurodegeneración y cáncer

En principio, estos dos efectos (muerte neuronal y división celular) no tienen nada que ver entre sí; sin embargo, en algunos estudios anteriores se ha asociado cáncer con párkinson juvenil causado por las mutaciones en PINK1. “Hasta ahora no se ha prestado mucha atención a una posible relación entre PINK1 y cáncer”, apunta Bolaños, pero este estudio revela cómo la ausencia de esta proteína contribuye a una proliferación celular fuera de control, principal característica de los tumores; así, no sería descabellado pensar en continuar con esta línea de investigación. Hay casos en los que a una proteína implicada en cáncer se le ha descubierto posteriormente un papel en neurodegeneración. Esta vez puede suceder al revés: una proteína conocida en párkinson podría estar relacionada con el progreso de los tumores.

Por otra parte, los resultados de este trabajo refuerzan una de las líneas de investigación del equipo de Juan Pedro Bolaños, que desde hace años viene estudiando la relación existente entre metabolismo energético y estrés oxidativo. “Nosotros pensamos que el consumo de glucosa por vía glucolítica en neuronas sanas tiene que ser moderado para preservar la glucosa en mantener el estado redox por la vía de las pentosas-fosfato. Esto implica que la energía que necesitan las neuronas la obtienen a partir de precursores metabólicos alternativos, algunos suministrados por los astrocitos”, otras importantes células del sistema nervioso.

 Fuente: http://www.larazon.es/

Un sensor amplifica la firma óptica molecular 100.000 millones de veces

Apto para las menores de 20 átomos

Expertos en nanofotónica de la Universidad Rice han creado un exclusivo sensor que amplifica la firma óptica de las moléculas por cerca de 100 mil millones de veces. El dispositivo podría identificar con precisión la composición y estructura de las moléculas individuales que contienen menos de 20 átomos.

Nanofotónica

Foto: RICE UNIVERSITY

  El nuevo método de imagen, que se describe en Nature Communications, utiliza una forma de espectroscopia Raman en combinación con un amplificador óptico intrincado pero de masa reproducible. Los investigadores en el Laboratorio para Nanofotónica de Rice (LANP) dijeron que el sensor de una sola molécula es aproximadamente 10 veces más potente que los dispositivos conocidos.

   “Nuestra investigación y la de otros grupos durante varios años ha sido el diseño de sensores de una sola molécula, pero este nuevo enfoque ofrece ventajas con respecto a cualquier conocido anteriormente,” dijo la directora del LANP Naomi Halas, científico principal del estudio. “El sensor ideal de una sola molécula sería capaz de identificar una molécula desconocida, incluso una muy pequeña, sin ninguna información previa sobre la estructura o la composición de esa molécula. Eso no es posible con la tecnología actual, pero esta nueva técnica tiene ese potencial”.

   El sensor óptico utiliza la espectroscopia Raman, una técnica iniciada en la década de 1930 que floreció después de la llegada del láser en la década de 1960. Cuando la luz incide sobre una molécula, la mayor parte de sus fotones rebotan o pasan directamente a través de una pequeña fracción – menos de uno en un millón de millones – y se absorben y reemiten en otro nivel de energía que se diferencia de su nivel inicial. Mediante la medición y el análisis de estos fotones re-emitidos a través de la espectroscopia Raman, los científicos pueden descifrar los tipos de átomos en una molécula, así como su disposición estructural.

   Los científicos han creado una serie de técnicas para impulsar las señales Raman. En el nuevo estudio, el estudiante graduado de LANP Yu Zhang utiliza una técnica con dos láser coherentes llamada ‘espectroscopia Raman coherente anti-Stokes’ o CARS. Mediante el uso de CARS en conjunto con un amplificador de luz formado por cuatro pequeños nanodiscos de oro, Halas y Zhang fueron capaces de medir las moléculas individuales de una manera nueva y poderosa. LANP ha denominado a la nueva técnica ‘CARS mejorado de superficie’ o SECARS.

   “La configuración de dos láser coherentes en SECARS es importante porque el segundo láser proporciona una amplificación adicional,” dijo Zhang. “En una configuración de láser único convencional, los fotones pasan a través de dos pasos de absorción y re-emisión, y las firmas ópticas se amplificaron por lo general alrededor de 100.000.000-10000000000 veces. Mediante la adición de un segundo láser que es coherente con el primero, la técnica SECARS emplea un proceso multifotón más complejo”.

   Otro componente clave del proceso SECARS es el amplificador óptico del dispositivo, que contiene cuatro discos de oro diminutos en una disposición en forma de diamante. La brecha en el centro de los cuatro discos es de unos 15 nanómetros de ancho. Debido a un efecto óptico llamado un “resonancia de Fano,” las firmas ópticas de moléculas atrapadas en esa brecha se amplificaron dramáticamente debido a la recolección de luz eficaz y la señal de propiedades de dispersión de la estructura de cuatro discos.

   Las aplicaciones potenciales para SECARS incluyen los sensores químicos y biológicos, así como la investigación en metamateriales.

“La amplificación es importante para la detección de moléculas pequeñas debido a que cuanto más pequeña es la molécula, más débil es la firma óptica,” dijo Halas. “Este método de amplificación es el más potente demostrado, y podría ser útil en experimentos en los que las técnicas existentes no pueden proporcionar datos fiables.”

Fuente: http://www.europapress.es/ciencia/

Investigadores del IBSAL de Salamanca desarrollan nueva tecnología a para tratar a pacientes con mieloma múltiple

Un grupo de investigadores del Grupo de Biología Molecular y Celular del Instituto de Investigación Biomédica de Salamanca (IBSAL) ha desarrollado, en colaboración con el Hospital 12 de Octubre, una tecnología “absolutamente nueva” a nivel mundial para prever recaídas en pacientes con mieloma múltiple.

Foto: Europa press

Este trabajo, llevado a cabo por científicos que también pertenecer al Grupo Español de Miolema (GEM), ha sido dirigido por el profesor de la Universidad de Salamanca adscrito al IBSAL y miembro de la Unidad de Biología Molecular del Hospital de Salamanca, Ramón García.

En él se analiza la secuenciación “masiva o profunda”, que detecta hasta una célula maligna entre un millón de sanas y que facilita una “mejora valoración de los resultados de tratamientos de cáncer de médula ósea.

Este método “muy novedoso” reconoce qué pacientes tienen mayores posibilidades de recaer y cuáles pueden incluso hasta interrumpir el tratamiento por haber superado ya con éxito la enfermedad, ha explicado el doctor Ramón García, en presencia del director de la Unidad de Biología Molecular del Hospital de Salamanca, Marcos González, y el director del IBSAL, Rogelio González Sarmiento.

Gracias a este avance, que ha sido posible gracias a una inversión de entre 200.000 y 250.000 euros, se podrá incidir en los tratamientos de quienes previsiblemente recaerán y en el resto reducirlos, o incluso retirarlos.

En estos segundos casos ayudará a la “comodidad” del paciente y al ahorro del sistema, ya que el coste mensual del tratamiento para los pacientes se sitúa en unos 10.000 euros por cada persona.

Actualmente, los laboratorios de los hospitales de Salamanca y del 12 de Octubre ya están adaptados para esta estrategia que, junto con nuevas técnicas de citometría y el empleo de técnicas de imagen, permitirá “recortar tratamiento y su toxicidad y acercarnos a la curación”, ha apuntado el IBSAL en la información aportada a Europa Press en el encuentro con los medios de los investigadores del proyecto.

Ramón García ha explicado que esta enfermedad tiene una incidencia de cinco casos por cada 100.000 habitantes y año, con unos 7.000 u 8.000 pacientes actualmente en el país. En Salamanca se registran 20 pacientes nuevos al año, unos 150 en el conjunto de Castilla y León, y entre 1.500 y 2.000 en España, ha remarcado el director del estudio.

Fuente: http://www.europapress.es/