El viroma oral humà: un tret personal i persistent

Les tècniques d’alt processament de dades han donat lloc a les anomenades “òmiques”, començant per la genòmica. Aplicades a l’estudi de microorganismes permeten aconseguir dades impossibles a través del cultiu axènic clàssic. Així doncs, hom parla del “microbioma” com del conjunt de microorganismes existents en un determinat hàbitat. El “viroma” seria, específicament, el conjunt de virus. En un article inclòs en el número de setembre de la revista ISME, un grup de científics californians presenta un estudi sobre la població global de virus de la cavitat oral d’unes vuit persones.

El Laboratori de David T. Pride

El laboratori del doctor David Pride realitza estudis sobre el rol de la microbiota comensal humana en la fisiologia i patologia humanes. Encara que sota el terme de microorganismes, inclouen fongs, arqueons, bacteris i virus, el grup de Pride es dedica especialment als darrers i, més concretament, als de la cavitat oral. Dels virus que trobem en la cavitat oral humana, la majoria són virus bacterians, és a dir que infecten els bacteris de la cavitat oral i no pas les cèl·lules de la mucosa. Des de fa dècades, hom postula que aquests virus bacteriòfags juguen un paper en el control de la placa bacteriana dentària i d’altres poblacions bacterianes de la boca. Com responen els bacteris a l’atac d’aquests virus és un altre focus d’interès per a Pride, per exemple pel que fa als sistemes CRISPRs que confereixen els bacteris una immunitat adaptativa contra infeccions víriques.

L’estudi que publica ISME fou completat el setembre del 2013. El signen Shira R. Abeles (Departament de Medicina de la Universitat de Califòrnia de San Diego), Refugio Robles-Sikisaka, Andrew G. Lum, Julia Salzman (del Departament de Patologia), Tobias K. Boehm (del Col·legi de MKedicina Dental de la Western University of Health Sciences) i el mateix David Pride.

Una mostra de vuit persones durant 60 dies

Per a l’estudi foren recrutades vuit persones sense relació entre elles. Durant un període de 60 dies, cada 6 dies (11 mostrejos en total) se’ls prengueren mostres de saliva.

Els virus d’ADN de la cavitat oral humana

L’anàlisi metagenòmica es circumscrivia als virus d’ADN, restant exclosos, doncs, els virus d’ARN. La qüestió principal a respondre era el grau d’especificitat individual del viroma i els canvis que s’hi produïen en l’individu al llarg dels dies.

Entre les conclusions de l’estudi, destaquen:
- hi ha un conjunt de virus que són presents en totes les mostres analitzades.
- hi ha una forta associació entre els genotips vírics i els diferents individus. L’associació és més forta que no pas la que hom ha trobat en altres estudis sobre bacterioma oral. D’aquesta manera, el viroma oral humà sembla un tret força personalitzat.
- una part substancial dels virus que eren presents en un subjecte o ho eren en totes les 11 mostres analitzades al llarg dels 60 dies. D’altres tenien una presència més transitòria.
- més enllà de les diferències personal, existeixen uns patrons de població viral associats al sexe de cada individu. Aquesta especificitat de sexe ja havia estat descrita per al bacterioma.

L’estabilitat general de la població vírica i el seu caràcter específic de cada individu assenyalen, per a Abeles et al., que els virus juguen un paper important en l’ecosistema oral humà. Estudis amb poblacions més amples, i que relacionin els diferents grups de virus amb les cèl·lules hostes (humanes, fúngiques, bacterianes o arqueòniques), permetran aprofundir més en la qüestió, i entendre el possible rol positiu dels virus bacteriòfags en el manteniment de la salut oral.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Ávila, Bhargava, Hairer, Mirzakhani: Medalles Fields 2014

Cada quatre anys, els anys senars no divisibles per 4, amb motiu del Congrés Internacional de la Unió Matemàtica Internacional, s’atorguen, en nombre de dos, tres o quatre, les Medalles Internacionals per Descobertes Destacades en Matemàtiques, conegudes com a “Medalles Fields” en honor de John Charles Fields (1863-1932). El límit d’edat per ésser nominat són 40 anys. Enguany, coincidint amb el Congrés de Seül, s’han concedit quatre medalles: Artur Ávila (*Rio de Janeiro, 29.6.1979), Manjul Bhargava (*Hamilton, Ontario, 8.8.1974), Martin Hairer (*14.11.1975) i Maryam Mirzakhani (*Tehran, 5.1977).

Artur Ávila

Ha rebut la medalla per “les seves profundes contribucions a la teoria de sistemes dinàmics, que han canviat el rostre del camp, emprant la poderosa idea de la renormalització com a principi unificador

Artur Ávila Cordeiro de Melo ja guanyà als 16 anys una medalla d’or a la Olimpiada Matemàtica Internacional de Toronto, el juliol del 1995. Becat a l’Instituto Nacional de Matemática Pura e Aplicada, s’hi va doctorar en el 2001, amb una tesi dirigida per Wellington de Melo (*17.11.1946). En el 2003 ingressà en el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i, actualment, té la doble ciutadania brasilera i francesa. Amb Svetlana Jitomirskaya es va fer conegut en el 2005 per resoldre l’anomenat “problema dels deu martinis”, és a dir demostrar que l’espectre de l’operador quasi-Mathieu, amb aplicacions en física quàntica, és un conjunt de Cantor per a valors irracionals d’alfa, i pel qual vint-i-cinc anys abans Barry Simon havia promès convidar a deu martinis a qui ho resolgués.

El nom d’Avila apareix com a co-autor en nombroses publicacions recents sobre sistemes dinàmics: dinàmiques unidimensionals reals i complexes, billars plans, dinàmiques hiperbòliques parcials.

Manjul Bhargava

Ha rebut la medalla per “desenvolupar poderosos mètodes nous en la geometria de nombres, que aplicà al comptatge d’anells de petit rang i a limitar el rang mitjà de corbes el·líptiques“.

Manjul Bhargava és fill de químic i matemàtica (Mira Bhargava). Els seus pares, naturals d’Índia, el tingueren a Hamilton (Ontàrio), però després la família es traslladà a Long Island, NY, on la mare trobà la seva actual posició a la Hofstra University. Als 14 anys, Manjul Bhargava ja havia completat els cursos de matemàtica i informàtica de l’ensenyament secundari. Ingressà a Harvard, i fou reconegut amb el Morgan Prize abans i tot de graduar-se, en el 1996. A Princeton, sota la supervisió d’Andrew Wiles (conegudíssim per la demostració del darrer teorema de Fermat), es va doctorar en el 2001. Ocupa pràcticament des de llavors la càtedra R. Brandon Fradd de matemàtiques a Princeton.

Martin Hairer

Ha rebut la medalla per “les seves destacades contribucions a la teoria d’equacions diferencials parcials estocàstiques i, en particular, per la creació d’una teoria d’estructes de regularitat per aquestes equacions“.

Martin Hairer, de ciutadania austríaca, es va formar a la Universitat de Ginebra. Sota la supervisió de Jean-Pierre Eckmann, s’hi va doctorar en el 2001 amb la tesi “Comportment Asymptotique d’Équations à Dérivées Partielles Stochastiques“. A través de HairerSoft, ha desenvolupat programari informàtic per a l’edició de so. En el 2013 ocupà la Càtedra Règia de Matemàtiques de la Universitat de Warwick, creada per la reina Elisabet II amb motiu del 60è aniversari de la seva entronització.

Maryam Mirzakhani

Ha rebut la medalla per “les seves destacades contribucions a la dinàmica i geometria de superfícies riemannianes i als llurs espais de mòduls“.

Maryam Mirzakhani (مریم میرزاخانی) destacà ja de ben jove, i per això ingressà en l’escola superior femenina Farzanegan, de Tehran, adscrita a l’Organització Nacional per al Desenvolupament de Talents Excepcionals (NODET). Després passà a la Universitat Sharif de Tecnologia (Tehran), on es graduà en matemàtiques en el 1999. Féu els estudis de doctorat a la Universitat de Harvard, sota la supervisió de Curtis McMullen (*21.5.1958), que tot just havia guanyat la medalla Fields en el 1998. Defensà la tesi, titulada “Simple geodesics on hyperbolic surfaces and the volume of the moduli space of curves“, en el 2004.

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari

La sonda Rosetta visita 67P/Churyumov-Gerasimenko

Després de 10 anys de viatge d’ençà que fou llençada el març del 2004 en un cohet Ariane 5, i després d’haver realitzat aproximacions a Mart (2007), a 2867 Šteins (setembre del 2008) i a 21 Lutetia (juliol del 2010), la sonda Rosetta arriba finalment al seu objectiu, el cometa 67P/Churuymov-Gerasimenko. El passat 29 de juliol feia aquesta fotografia:

Com que ara se situa a unes 3,9 unitats astronòmiques del Sol, el cometa roman actiu i el nucli cometari es veu amb claredat. Com ja s’apreciava en imatges del passat 14 de juliol, és un nucli cometari bilobulat. Lo més probable és que aquest cos sigui el producte de la fusió de dos nuclis, encara que aquesta curiosa forma sigui el resultat de pertorbacions gravitatòries, o de les inhomogeneïtats en l’evaporació del glaç de l’escorça. En la dimensió més ampla, el petit planeta fa uns 4 km.

El febrer del 1959 aquest cometa adquirí, arran d’un encontre amb Júpiter, les seves característiques orbitals actuals. Llavors el cometa era encara desconegut. No fou descobert fins l’11 de setembre del 1969, quan Svetlana Ivanova Gerasimenko, de l’Alma-Ata Astrophysical Institute, realitzà astrofotografies a la percaça del cometa 32P/Comas Solà. Gerasimenko lliurava les fotografies a l’anàlisi de Klim Ivanovic Churyumov, que interpretà un dels punts registrats com a corresponent al 32P/Comas Solà. Churyumov repassà les fotografies de nou quan ja era a Kiev i, el 22 d’octubre, notà que l’objecte assenyalat no podia ser el 32P/Comas Solà, ja que era a 1,8º de distància angular de la posició esperable. L’exam d’altres fotografies permeté trobar finalment el veritable 32P/Comas Solà, amb la qual cosa es deduïa que l’altre era un cometa prèviament desconegut.

Mentre escrivim aquestes línies, la sonda Rosetta és a 736 km del petit planeta. Hi arribarà el 6 d’agost, quan entrarà en òrbita. Començarà llavors una missió d’escrutini del cometa. El novembre del 2014, deixarà caure el mòdul Philae, que ancorarà en la superfície del petit planeta mitjançant un sistema d’arpons.

Publicat dins de 1. L'Univers | Envia un comentari

Brot de pesta bubònica a Yumen, al nord-oest de Xina

Els mitjans de comunicacions es feien ressò aquests dies d’un brot de pesta bubònica a la ciutat de Yumen (玉門). A conseqüència del brot el 16 de juliol es va morir una persona de 38 anys. La víctima mortal hauria contret la malaltia en menjar carn de marmota salvatge. De fet, és el perfil de brots similars que han tingut lloc en territori de la R. P. Xinesa: zona rural o semirural i focus d’infecció procedent de la fauna salvatge. A Qinghai, en el 2009, hi hagué 12 casos diagnosticats, amb 3 morts. A Sichuan, en el 2012, en un altre brot hi va morir una altra persona.

Yumen és una ciutat de majoria han, en l’àrea lingüística del nord-mandarí, amb una població d’unes 100.000 persones. El nom de la ciutat vol dir “Porta de Jade”. Cal no confondre-la amb la “Porta de Jade” que, situada a uns 400 km a l’oest de la ciutat, marcava els límits del País del Centre. Les dues Yumen, en tot cas, fan part d’una antiga ruta comercial (la denominada Ruta de la Seda). El clima és el típic dels deserts freds, amb una precipitació molt reduïda, i concentrada en un estiu calorós, amb hiverns llargs i freds, un un permanent contrast entre les temperatures diürnes i les nocturnes. En els anys 1930, l’antiga ruta de caravanes fou succeïda per una carretera moderna, complementada amb el ferrocarril, que l’uneix, d’una banda, a Lanzhou i, de l’altra, a Ürümqi. Administrativament, és un comtat urbà, integrat en la prefectura urbana de Jiuquan, dins de la província de Gansu. En el 1939, hom començà a perforar pous petroliers a la conca de Jiuquan i, des del 1949, l’economia de la zona hi ha estat marcada. Yumen disposa de pous petroliers i d’una refineria, a més de centrals tèrmiques i eòliques. Una part de l’activitat industrial s’orienta a l’agricultura (processament de productes agrícoles, fabricació de fertilitzants químics), però també a la fabricació de maquinària i de materials de construcció.

Les autoritats sanitàries han posat en quarentena unes 151 persones que haurien estat en contacte amb la víctima mortal, i han restringit la circulació en les zones on residien o hi circulaven habitualment, cosa que ha afectat unes 30.000 persones. Les autoritats municipals han previst un fons d’1 milió de yuans per a fer-hi una campanya de vaccinació.

L’agent causal de la pesta bubònica és Yersinia pestis, un gammaproteobacteri. El vector és la picada de puces de rossegadors. Gràcies als antibiòtics i als equipaments moderns (d’assistència circulatòria, ventilatòria o renal), la malaltia és tractable, sempre que hom comenci el tractament el més aviat possible després de l’aparició dels primers símptomes (malestar general, febre, mal de cap, inflamació de nòduls limfàtics). La incidència anual de la pesta bubònica és de 1000-3000 casos, amb desenes de morts cada any.

Publicat dins de 6. La Civilització | Envia un comentari

“Pelagornis sandersi”, un au de més de 6 metres d’envergadura

Un dels articles científics més comentats de la setmana és el que Daniel T. Kspeka ha publicat a la revista PNAS i que du per títol “Flight performance of the largest volant bird”. Dan Tsepka, del National Evolutionary Synthesis Center de Durham (North Carolina) basa el seu estudi en un fòssil soterrat fa més de trenta anys en el decurs d’unes obres al Charleston International Airport. A partir d’aquest espècimen, Tsepka descriu Pelagornis sandersi, per a la qual estima una envergadura de 6,4 metres. L’envergadura és la distància que va de la punta d’una ala a la punta de l’altra durant el vol. És sabut que algunes espècies de pterosaures (Hatzegopteryx, Quetzalcoatlus) arribaren a envergadures de 10-11 metres. Però en les aus actualment, el valor més elevat d’envergadura el trobem en la colònia d’albatros Diomedea exulans de Bird Island (South Georgia), amb valors mitjans de 3,1 metres (i un valor individual verificat de 3,7 metres). Entre les espècies fòssils d’aus, Argentavis magnificies arribava a una envergadura estimada, sense comptar-hi plomes, de 4 metres.

Pelagornis sandersi va viure fa uns 25 milions d’anys, en l’època catiana de l’Oligocè. Ksepka analitza en el seu article l’únic espècimen conegut, actualment dipositat al Charleston Museum. De fet, el nom de “sandersi” fa referència a Albert Sanders, qui dirigí els treballs del 1983 que trobaren aquest fòssil. En la modelització de Ksepka, P. sandersi era un au voladora, malgrat la seva massa total, de 22-40 kg (Diomedea exulans rarament passa dels 13 kg). Segurament, si atenem a la brevetat de les potes, tan sols podia volar quan es llençava des de penyasegats. En el vol podia assolir una velocitat de 60 km/h.

Rèplica d’un esquelet de “Pelagornis miocaenus”. Els pelagorniformes sorgiren en el paleocè tardà, i les darreres espècies del grup s’extingiren al final del Pliocè tardà. Les “dents” d’aquestes aus modernes d’aspecte primitiu eren en realitat projeccions òssies del premaxilar i de la mandíbula. Foren el grup d’aus marines més rellevant durant el Cenozoic, i la seva desaparició va deixar un forat ocupat per altres ordres d’aus (esfenisciformes, procel·lariformes, pelecaniformes, caradriformes).

Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

La variació intraspecífica de “Phyolloscopus trochiloides”, el mosquiter verd

En quin moment, una variació entre poblacions deixa d’ésser intraspecífica i passa a ésser interespecífica sol resoldre’s amb la possibilitat de creuament fèrtil entre les poblacions. Si el creuament és possible, som davant de la mateixa espècie. Si no, no. Hi ha casos, naturalment, intermedis. Però un cas particularment interessant és l’anell de races. Per exemple, en el mosquiter verd hom distingeix cinc subespècies, el grau de creuament possible entre les quals no és uniforme.

Un mosquiter verd, de Sikkim. La major diversitat dins d’aquesta “espècie” té lloc al voltant de la Meseta Tibetana

Podem esquematitzar la biogeografia del mosquiter verd així:

Al sud del Tibet, la gradació és contínua. Hi ha diverses variants, però entre elles el creuament és possible, i hi ha franjes de transició entre la subespècie “plumbeitarsus” (vermell), “obscuratus” (taronja), la “trochiloides” (groc), la “ludlowi” (verd) i la “viridanus” (blau). Al nord del desert de Gobi, però, on contacte i conviuen les subespècies “plumbeitarsus” i la “viridanus”, el creuament entre elles no és possible. De fet, cal considerar-les espècies diferents. Aquest és un exemple clàssic d’anell de races.

Quina és la base genòmica d’aquesta complex de subespècies? Miguel Alcaide, Elizabeth S. C. Scordato, Trevor D. Price i Darren E. Irwin han publicat a Nature un article sobre l’anell de Phylloscopus trochiloides.

Un dels objectius de la seva recerca genètica és contrastar com realment s’ha diversificat aquesta espècie. Realment som davant d’una variació clinal contínua, producte d’un flux genètic continu en les regions meridionals? O hi ha interrupcions del flux genètic que condueixen realment a l’aïllament genètic entre els “plumbeitarsus” i els “viridanus” de la Sibèria Central?

Per fer-ho han recorregut a anàlisis genòmiques globals, i no pas d’un conjunt limitat de marcadors genètics. En termes generals, els resultats assenyalen que realment hi ha hagut un flux genètic continu en l’espècie, i que si “plumbeitarsus” i “viridanus” són aïllats, és senzillament perquè es trobaven originàriament, respectivament, en els extrems occidental i oriental del continu genètic.

Però aquests són els termes generals. En particular, Alcaide et al. es troben amb signes d’interrupcions pretèrits en el flux genètic. És gràcies a aquestes interrupcions que la variació contínua dóna lloc a subespècies ornitològicament distingibles. A més, la separació entre “plumbeitarsus” i “viridanus” no és absoluta, i les anàlisis genòmiques mostren signes de creuaments ocasionals.

Així, en el passat, en les regions occidentals de l’Himàlaia s’hauria produït un “gap”. Ha estat l’expansió posterior de “ludlowi” d’una banda, i de “trochiloides” de l’altra la que hauria tancat aquest “gap” després amb la formació d’una població híbrida. Si el “gap” hagués perdurat més en el temps, ja no s’hauria pogut tancar.

Pel que fa al creuament entre les dues formes siberianes, es tracta d’un creuament limitat i asimètric. L’aïllament entre les dues espècies no és complet, però sembla que hi ha mecanismes que actuen contra aquesta introgressió gènica, a través d’incompatibilitats amb el rerefons gènic.

En tot cas, hom confirma l’interès de les poblacions del mosquiter verd per entendre els mecanismes d’especiació, d’aparició de noves espècies.

Publicat dins de 4. L'Animal | Envia un comentari

Premis Kavli 2014 en astrofísica (Guth, Linde, Starobinsky), nanociència (Ebbesen, Hell, Pendry) i neurociència (Milner, O’Keefe, Raichle)

Astrofísica, nanociència i neurociència són les tres àrees del coneixement premiades cada any pel Premi Kavli de l’Acadèmia Noruega de Ciències i Lletres. Cada guardó suposa 1 milió de dòlars USA. Avui, Nils Christian Stenseth, president de l’Acadèmia, ha enumerat els guardonats d’enguany. El Premi Kavli d’astrofísica ha anat a parar a Alan H. Guth, Andrei D. Linde i Alexei A. Starobinsky pel seus treballs pioners en la “teoria de la inflació còsmica”. El Premi Kavli de nanociència el compartiran Thomas W. Ebbesen, Stefan W. Hell i John B. Prendry, per contribucions “en el camp de la nano-òptica, que han trencat creences sobre les limitacions intrínseques de la resolució de la microscòpia òptica”. El Premi Kavli de neurociència el rebran Brenda Milner, John O’Keefe i Marcus E. Raichle, “per la descoberta de la xarxes cerebrals especialitzades en la memòria i la cognició”. Són tots noms ben consagrats en l’àmbit de la cosmologia, la nano-òptica i la neurofisiologia, respectivament.

Guth, Linde, Starobinsky i la teoria de la inflació còsmica

Alan Guth (*New Brunswick, New Jersey, 27.02.1947) es va graduar en física en el MIT en el 1968. En el 1979 començà a treballar en la teoria de la inflació còsmica. Actualment ocupa la càtedra Victor Weisskopf de física del MIT. Sobre “l’univers de Guth”, ja vam parlar en una ocasió anterior.

Andrei Dmitriyevich Linde (*Moscou, 02.03.1948) es va graduar a la Universitat Estatal de Moscou i es va doctorar en l’Institut Físic Lebedev de Moscou (1975). Ha fet contribucions cabdals en la teoria de la inflació còsmica. Sobre “l’univers inflacionari caòtic autoreproduït eternament existent” de Linde, ja vam parlar també en el seu moment. Actualment ocupa la càtedra Harald Trap Friis de física a la Stanford University.

Alexei Alexandrovich Starobinsky (*Moscou, 19.04.1948) es va graduar a la Universitat Estatal de Moscou (1972) i es va doctorar a l’Institut Landau de Física Teòrica (1975). Pioner en la teoria de la inflació còsmica des del 1979. Actualment, continua treballant en l’Institut Landau.

La inflació còsmica postula que en els primers moments de l’univers hi hagué una fase d’expansió exponencial. Aquesta inflació inicial és la responsable de l’aspecte uniforme a molt gran escala que presenta el nostre univers.

Ebbesen, Hell, Prendry i les noves perspectives en la microscòpia òptica

Thomas Ebbesen (*Oslo, 30.01.1954) es va diplomar a la Universitat d’Oberlin i a la Universitat Paris VI Pierre-et-Marie-Curie. Físico-químic de formació, el seu treball de tesi ja es dedicà a qüestions foto-físico-químiques. A partir del 1988 treballà en el NEC, al Japó, on s’interessà en al·lòtrops del carboni com els ful·lerens, el grafè o els nanotubs. Fou al NEC que demostrà la possibilitat de la transmissió extraordinària de llum a través de forats de dimensions inferiors a la longitud d’onba de la pròpia llum. Professor a la Universitat de Strasburg, la seva recerca s’orienta a la físico-química de les interaccions llum-matèria a escales nanomètriques.

Stefan W. Hell (*Arad, Transilvània, 23.12.1962) es va doctorar en física a la Universitat de Heidelberg (1990), sota la direcció de Siegfried Hunklinger, amb la tesi “Imatges de microstructures transparents en un microscopi confocal”. Al Laboratori Europeu de Biologia Molecular (EMBO) de Heidelberg Va fer importants contribucions a la microscòpia confocal, que han conduït al desenvolupament del microscopi 4Pi. Actualment és un dels directors de l’Institut Max Planck de Química Biofísica.

John B. Pendry (Manchester, 04.07.1943) es va graduar en ciències naturals a Cambridge. Actualment és professor de física teòrica de l’estat sòlid en l’Imperial College, de Londres. El seu treball amb metamaterials ha tingut una forta influència en la teoria de superlents. Probablement, però, sigui més conegut pels seus esforços teòrics en la construcció de dispositius d’invisibilització

D’acord amb l’òptica clàssica, el poder de resolució màxim de la microscòpia òptica era limitat per la longitud d’ona de la llum visible. La llum visible presenta un rang de longitud d’ona de 400 a 700 nm. Comptant la radiació ultraviolada (microscopi d’ultraviolat), hom pensava que el límit teòric no podia anar més enllà dels 200 nm. Això va fer que, del 1939 en endavant, hom treballés en el desenvolupament de microscopis electrònics per aconseguir resolucions superiors. No obstant, el treball amb nanomaterials fa possible el disseny de microscopis òptics amb poders de resolució més elevats. No cal dir de la rellevància que aquestes tècniques poden tindre en els propers anys, per exemple, en biologia cel·lular. En efecte, si la microscòpia electrònica permet conèixer l’ultrastructura cel·lular amb complicades preparacions, una microscòpia òptica de molt alta resolució permetria anar més enllà i, a més, examinar sistemes biològics in vivo.

Milner, O’Keefe, Raichle i les bases neuronals de la memòria

Brenda Milner (*Manchester, 15.07.1918) es va graduar en psicologia experimental en el 1939. Fou pionera, en el 1954, en l’adscripció al lòbul temporal de funcions intel·lectuals, particularment en el processament de la memòria. També fou pionera en els estudis sobre la lateralització funcional del cervell humà, és a dir de la participació diferencials dels dos hemisferis cerebrals en diverses funcions cognitives. Manté actualment vincles amb l’Institut Neurològic de Montréal.

John O’Keefe es va graduar en el City College of New York i es va doctorar a la McGill University. Treballà inicialment en tècniques que permetessin el registre de l’activitat d’una neurona aïllada en animals vius. És conegut sobretot per la descoberta de les “cèl·lules de lloc”, neurones de l’hipocamp implicades en tasques de memòria en rosegadors. Aquesta descoberta el conduí a postular que el paper funcional de l’hipocamp era la de constituir un mapa cognitiu per a la memòria espacial. Actualment és professor en l’Institut de Neurociència Cognitiva del University College of London.

Marcus E. Raichle és conegut per les seves aportacions en l’aplicació de la tomografia de positrons (PET) i la ressonància magnètica (fMRI) al seguiment de la funció normal i patològica del cervell. És professor de la Washington University School of Medicine, de Saint Louis (Missouri).

Publicat dins de General | Envia un comentari

El tràfic intracel·lular de colesterol i el reciclatge d’integrines implicades en la migració cel·lular

Carles Enrich, del Departament de Biologia Cel·lular, Immunologia i Neurociències de la Facultat de Medicina de la UB, acaba de publicat a la revista Cell Reports un article sobre el paper del colesterol en el tràfic intracel·lular de la sintaxina 6 i d’altres proteïnes rellevants en els processos de migració cel·lular. El comunicat de la UB explica que l’estudi mostra com un excés tisular de lipoproteïnes de baixa densitat (LDL) estimularia la mobilitat cel·lular, i cal considerar-lo en tractar les bases bioquímiques de la metàstasi. L’estudi és cosignat com a primers autors per Meritxell Reverter i Carles Rentero.

Línies cel·lulars amb alteracions en el metabolisme del colesterol com a model d’estudi

Els investigadors utilitzen dues línies cel·lulars que presenten una inhibició de l’exportació del colesterol des dels endosomes, que comporta una caiguda dels nivells de la xarxa de vesícules relacionades amb l’aparell de Golgi (TGN en l’acrònim anglès). D’una banda, empren línies cel·lulars CHO (d’ovari de hàmster xinès, Cricetulus griseus) amb una mutació en el gen NPC1. De l’altra, línies de fibroblasts humans (Homo sapiens) amb mutació en el mateix gen. El gen NPC1 fou descrit originàriament com el gen responsable de la malaltia de Niemann-Pick de tipus C1. La base cel·lular de la malaltia és, efectivament, un trastorn del transport intracel·lular dels esfingolípids, que tendeixen a acumular-se en tots els tipus cel·lulars i que comporta afectacions en el sistema nerviós central, el fetge, la melsa, etc.

Emprant aquestes línies cel·lulars, Reverter et al. mostren com l’alteració en els nivells de colesterol de les endomembranes que connecten els endosomes amb les vesícules del trans-Golgi afecta el transport de diferents proteïnes. La sintaxina 6 (Stx6) tendeix a acumular-se en els endosomes de reciclatge (caracteritzats per la presència de proteïnes com la VAMP3, la transferrina i la Rab11).

L’augment de la interacció entre Stx6 i VAMP3 en els endosomes de reciclatge provoca una alteració en el reciclatge de diferents proteïnes, entre elles les integrines αVβ3 i α5β1. A través de les integrines o directament per la mateixa Stx6, es produeix una alteració en la regulació de la migració cel·lular.

El rol de colesterol queda comprovat en una sèrie d’experiments. Així quan, farmacològicament, hom restaura els nivells de colesterol en les endomembranes del trans-Golgi, la localització de l’Stx6 reprèn les pautes dels tipus cel·lulars normals. En canvi, si hom es limita a inhibir la proteïna VAMP3, no s’aconsegueix el mateix efecte.

En termes generals, com més elevats són els nivells de colesterol en les membranes dels endosomes de reciclatge, major és la tendència de l’Stx6 a quedar arrestada en aquest compartiment cel·lular. Això fa que Reverter et al. concloguin que “la regulació dels nivells de colesterol en els límits entre el trans-Golgi i els endosomes de reciclatge, juntament amb un subconjunt de proteïnes de transport de membranes, SNARE (com la VAMP3) sensibles al colesterol, poden jugar un paper regulador en la migració i invasió cel·lulars“.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

L’agent etiològic de la malaltia de Kawasaki: una toxina fúngica transportada pels vents

En el 1967, Tomisaku Kawasaki va descriure la síndrome mucocutània de nòduls limfàtics que porta el seu nom. La malaltia de Kawasaki es el resultat d’un atac autoimmune generalitzat sobre els vasos sanguinis. Constitueix la primera causa de malaltia cardíaca adquirida en infants. Hom la considera una malaltia infecciosa, però la identificació de l’agent causal no ha estat possible. La revista PNAS publicava la setmana passada un article de Xavier Rodó et al.

que assenyala que l’agent causal d’aquesta malaltia arriba al Japó des de la Xina nord-oriental a través de vents troposfèrics.

La malaltia de Kawasaki al Japó

La malaltia de Kawasaki fou descrita originàriament al Japó, com una vasculitis aguda infantil, amb una mortalitat de l’1% vinculada a l’afectació de les artèries coronàries. Si bé hom ha pogut descriure la base autoimmune de la patologia, no es coneix encara quin és l’agent causal.

Xavier Rodó, Jane C. Burns, Daniel R. Cayan, W. Ian Lipkin, Yosikazu Nakamura, Hiroshi Tanimoto i Josep-Anton Morguí dissenyaren una recerca per rastrejar l’agent causal de la malaltia, si més no, al Japó. En la recerca, comptaren amb el suport de Roger Curcoll, Marguetire Robinson, Joan Ballester, Brent L. Williams, Mara Couto-Rodriguez i Riteu Uehara. Els investigadors pertanyen a l’Institut Català de Ciències del Clima, al Departament de Pediatria del Rady Children’s Hospital de San Diego, l’Scripps Institution of Oceanography, la Mailman School of Public Health of Columbia University i l’Hospital Mèdic Jichi, de Togichi (Japó).

Els investigadors empraren un model de dispersió de partícules damunt les dades històriques de diferents ciutats japoneses sobre la incidència de malaltia de Kawasaki. El Japó va viure tres grans epidèmies de malaltia de Kawaski, en els anys 1979, 1982 i 1986. Des del 1987 no s’ha viscut al Japó episodis com aquells, però la malaltia continua siguent la principal cardiopatia infantil adquirida. Alhora, analitzaren la composició genètica de mostres d’aerosols corresponents a aquest període.

Els resultats

Els autors situen l’origen de l’agent etiològic de la malaltia de Kawasaki al Japó en comarques cerealístiques de Manxúria. El període d’incubació seria de 6 hores a 2 dies (en la majoria de casos de menys de 24 hores). Això lliga amb la hipòtesi d’una toxina o d’un antigen, en detriment de la hipòtesi d’un agent infecciós.

Els autors remarquen les diferències en la composició de la microbiota troposfèrica (en contraposició amb la microbiota d’aerosols superficial) que coincideixen amb els períodes de major incidència de malaltia de Kawasaki. Centren l’atenció en Candida sp. que suposa, en termes genètics, el 54% dels fongs presents en els aerosols tropisfèrics.

De fet, un dels models animals per estudiar la malaltia de Kawasaki es basa en la infecció deliberada amb Candida. Rodó et al. consideren que l’agent etiològic de la malaltia de Kawasaki podria ser una toxina fúngica. Les grans superfícies de monocultiu cerealístic serien un focus de producció d’aquesta toxina, que es dispersaria, a través dels corrents d’aire de la troposfera mitjana i alta, a grans distàncies. Que la toxina en qüestió desencadeni la malaltia de Kwasaki i el curs que aquesta prengui depèn, naturalment, de molts factors. Rodó et al. proposen, en resum, que “una resposta immune idiosincràsica, influïda per la genètica del pacient i desencadenada per una exposició ambiental a un agent transportat pel vent, resulta en la síndrome clínica coneguda com a malaltia aguda de Kawasaki“.

La malaltia de Kawasaki es defineix com una febre de 5 o més dies de durada associada amb, si més no, quatre dels següents cinc canvis: 1) conjuntivitis no-supurativa bilateral; 2) un o més canvis de les membranes mucoses de les vies respiratòries altes, inclosa l’envermelliment de la gola, ressecament de llavis, envermelliment de llavis i llengua d’aspecte de maduixa (imatge); 3) un o més canvis de braços i cames, inclosos envermelliment, inflament, descamació al voltant de les ungles i descamació generalitzada; 4) erupció polimorfa, principalment en el tronc; 5) dilatació de nodes limfàtic en el coll a més de 1,5 cm.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari

Dues bases addicionals per a l’ADN

Enginyeria genètica:. El Laboratori Romesberg fa temps que treballa amb una expansió del codi genètic de l’ADN. És sabut que l’ADN és un polímer línial de quatre tipus diferents de nucleòtids: A, C, G i T. Amb dos nucleòtids artificials més, d5SICS (S) i dNaM (B), s’ampliaria aquest codi. La doble cadena d’ADN es basa en l’aparellament A-T i C-G. L’ADN artificial de Romesberg presenta doncs un tercer aparellament, P-N. L’ADN artificial resultat és capaç de replicar naturalment (Lingjun et al., 2014). Introduït en una soca del bacteri Escherichia coli, és capaç de passar de generació en generació (Malyshev et al., 2014). El Laboratori Romesberg vol en darrer terme aprofitar aquesta ampliació de la densitat informativa de l’ADN, la qual cosa requerirà un ambiciós programa d’enginyeria dels sistemes de transcripció i traducció de la informació genètica, i del metabolisme dels mononucleòtids.

Els nucleòtids de l’ADN

L’àcid desoxirribonucleic (ADN) consisteix en un polímer linial unidireccional de nucleòtids. Encara que existeixen molècules genòmiques d’ADN monocatenari en virus, els genomes cel·lulars són integrats per molècules bicatenàries d’ADN. La doble cadena (doble hèlix) d’ADN es manté per la formació específica de ponts d’hidrogen entre les bases nitrogenades que caracteritzen cada tipus de mononucleòtid. Els constituents de l’ADN són el nucleòtid d’adenina (A), el nucleòtid de timina (T), el nucleòtid de guanina (G) i el nucleòtid de citosina (C). L’adenin-nucleòtid i el guanin-nucleòtid són nucleòtids purínics; el timin-nucleòtid i el citosin-nucleòtid són nucleòtids pirimidínics. La complementarietat C-G, amb tres ponts d’hidrogen, és més resistent a la desnaturalització que no pas la complementarietat A-T.

Parells de nucleòtids no-naturals (UBPs)

Els quatre desoxinucleòtids esmentats no són els únics presents en l’ADN. La modificació de nucleòtids forma part del metabolisme normal de l’ADN, i també és causa de mutacions genètiques. Tot i amb tot, les seqüències genòmiques poden descriure’s com un alfabet de quatre lletres, A, C, T i G. Gràcies a una maquinària proteica complexa, aquesta seqüència gènica es plasma en informació biològica, començant per la seqüència aminoacídica que constitueix l’estructura primària de les proteïnes. L’anomenat “codi genètic” depèn de tota aquesta maquinària.

En l’ADN bicatenari, la unitat d’informació bàsica és el parell nucleotídic. Els parells nucleotídics naturals són A-T i G-C. La maquinària proteica, de fet, en distingeix quatre possibilitats, A-T, G-C, T-A i C-G, que poden escriure més senzillament com a A, G, T i C. Per què són aquestes molècules i no unes altres les que conformen l’ADN ha estat a bastament discutit. En l’àcid ribonucleic (ARN), per comptes de timidin-nucleòtid, trobem uracil-nucleòtid, però això no altera la base quaternària de la seqüència nucleica.

Sí que ho farien, en canvi, l’addició de parells nucleotídics no-naturals (UBPs, en l’acrònim anglès). El laboratori de Romesberg ha desenvolupat un parell de nucleòtids format per desoxi-5SICS-nucleòtid (d5SICS) i dNaM-nucleòtid (dNAM). Es tracta de bases nitrogenades de natura hidròfoba. Per comptes dels ponts d’hidrogen que trobem en els parells A-T i G-C, en aquest parell (que podem representar com a S-B) el vincle es realitzen a través de forces de Van der Waals. El laboratori de Rombesberg ha comprovat com el parell S-B és eficientment amplificat per PCR i transcrit a ARN en un sistema in vitro.

El repte de traslladar material gènic de “sis tipus de nucleòtids” a un organisme viu passa per:
1- cal que en el medi intracel·lular hi hagi una quantitat suficient dels nucleòtids no-naturals, de la mateixa manera que hi ha dATP, dTTP, dGTP i dCTP.
2- cal que les polimerases d’ADN endògens siguin capaces de reconèixer aquests nucleòtids i repliquin fidelment les seqüències gèniques que les contenen.
3- cal que els nucleòtids no-naturals no siguin modificats per les condicions químiques i enzimàtiques del medi intracel·lular.

Per superar el primer repte, Malyshev et al. han fet que una soca d’Escherichia coli incorpori un transportador de dNTPs d’algues. Aquest transportador també funciona amb d5SISCTP i dNAMTP). El segon i tercer reptes són superats gràcies a la pròpia maquinària del bacteri.

Malyshev et al. transformaren aquesta soca amb un plàsmid que conté parells d5SICS-dNaM en la seva seqüència. Els autors comproven que el plàsmid és replicat en E. coli de manera efectiva, i sense que hi hagi una minva considerable de la taxa de creixement cel·lular. El bacteri resultant, doncs, és, en paraules dels autors, “el primer organisme que propaga establement un alfabet genètic expandit“.

Publicat dins de 3. La Vida | Envia un comentari