El primer beso se dio hace 4.500 años en Mesopotamia / Moléculas biológicas viajando por el espacio / Evolución de las enzimas asociadas al sistema CRISPR
10/07/2023 SMadminEscritas y relatadas por Juan Manuel Igea
Presidente del Comité de Humanidades
de la Sociedad Española de Alergia e Inmunología Clínica
«El médico que solo sabe medicina, ni medicina sabe»
José de Letamendi y Manjarrés (1828-1897)
Algunas de las noticias científicas más importantes ocurridas en los últimos meses y que nada tienen que ver directamente con la medicina, pero que sería bueno que usted, como médico, conociera
El primer beso se dio hace 4.500 años en Mesopotamia
Un curioso artículo recién publicado ha perseguido el origen del beso en las sociedades humanas y ha encontrado que, a partir de una serie de fuentes escritas en cuneiforme de las primeras sociedades mesopotámicas, besarse ya era una práctica bien establecida hace 4.500 años en Oriente Próximo y probablemente mucho antes. Esto ha cambiado la idea de que el beso labial se hubiera originado en el sur de Asia hace 3.500 años —como señalaba un estudio anterior—, desde donde se pensaba que se había extendido a otras regiones.
Los investigadores indican que, en las numerosas tablillas de arcilla escritas en cuneiforme que han sobrevivido hasta nuestros días procedentes de la antigua Mesopotamia, hay ejemplos claros de que los besos se consideraban parte de la intimidad romántica en la antigüedad, al igual que parte de las relaciones entre amigos y familiares, por lo que no debemos considerar al beso una costumbre originada exclusivamente en una sola región, sino que parece haberse practicado en múltiples culturas antiguas a lo largo de varios milenios. De hecho, investigaciones realizadas en bonobos y chimpancés, los parientes vivos más cercanos a los seres humanos, han demostrado que las dos especies se besan, lo que puede sugerir que la práctica del beso es un comportamiento fundamental de algunos primates, incluidos los seres humanos.
Además, en el artículo se especula sobre que la práctica del beso podría haber intervenido en la transmisión de microorganismos, como el virus del herpes simple, pero de ningún modo ser un desencadenante biológico repentino de la propagación de ciertos microorganismos patógenos. Si la práctica del beso estaba extendida y bien establecida en una serie de sociedades antiguas, es probable que los efectos del beso en términos de transmisión de patógenos hayan sido más o menos constantes y no puntuales.
Un interesante estudio que indica que el beso no es un invento cultural, sino probablemente un fenómeno biológico que nos acompaña desde hace millones de años a muchos primates.
Referencia bibliográfica:
Arboll TP, Rasmussen SL. The ancient history of kissing. Science. 2023; 189:688-690. https://doi.org/10.1126/science.adf0512
Moléculas biológicas viajando por el espacio a bordo de un asteroide
Una de las noticias que más revuelo ha causado en el ámbito científico en los últimos meses ha sido el descubrimiento de moléculas biológicas en la superficie de Ryugu, un asteroide de 430 m de diámetro que gira alrededor del Sol en períodos de unos 400 días.
El hallazgo tuvo lugar del siguiente modo. La Agencia Japonesa de Exploración Espacial envío al espacio una nave robótica llamada Hayabusa 2 que aterrizó en el asteroide mencionado en febrero de 2019, recogió muestras de su superficie con varios vehículos Rover y partió de nuevo hacia la Tierra nueve meses después. Ya en nuestro planeta, otro equipo japonés, de la Universidad de Hokkaido, analizó dos de las muestras recogidas por la sonda espacial de tan solo 38,4 y 37,5 miligramos. El material recogido en Ryugu se sumergió en agua caliente a 105 ºC durante 20 horas y luego en ácido clorhídrico y, finalmente, se analizaron los posos resultantes en busca de moléculas orgánicas y bases nitrogenadas mediante cromatografía líquida y espectrometría de masas de alta resolución.
En las dos muestras se encontraron dos moléculas orgánicas: el uracilo y la vitamina B3 (niacina). El uracilo es nada menos que una de las cuatro bases nitrogenadas que componen el ARN, una molécula imprescindible para la vida. La vitamina B3 o niacina es una vitamina hidrosoluble que actúa como coenzima de los dinucleótidos NAD y NADP, ambos esenciales para el metabolismo de las células y la reparación de los ácidos nucleicos.
No es la primera vez que se han encontrado sustancias propias de la vida en la superficie de los asteroides, pero se trataba de cuerpos celestes que habían caído a la Tierra y, por tanto, podrían haberse contaminado con tales sustancias en la atmósfera o la superficie terrestre. No obstante, ya circulaba ampliamente la idea de que en los meteoritos podía haber muchas sustancias orgánicas producidos por la acción de los rayos cósmicos sobre los compuestos ricos en carbono presentes en estos meteoritos y que fuera la lluvia primigenia de meteoritos producida al principio de la vida de nuestro planeta la que llenara su superficie de este tipo de sustancias que después dieron lugar a la vida. Pero el estudio presente descarta por completo la contaminación, al ser muestras recogidas directamente de un asteroide aún en órbita y utilizar un procedimiento analítico estricto.
Conviene aclarar que el meteorito Ryugu se formó por la acumulación de fragmentos ocurrida después de un impacto sufrido contra un asteroide de mayor tamaño que se creó durante el origen del sistema solar, hace 4.560 millones de años, en el cinturón principal de asteroides. Se cree que Ryugu migró hace cinco millones de años a su órbita actual, cerca de la Tierra, desde donde los científicos japoneses han conseguido acceder a su superficie.
Se trata, sin duda, de un estudio muy notable que nos acerca más al origen de la vida en la Tierra, quizás surgida a partir de esas múltiples moléculas biológicas cocinadas en los meteoritos con la energía de los rayos cósmicos y que, tras depositarse en la superficie de un planeta con la temperatura adecuada y provisto de agua líquida, como el nuestro, se ensamblaron en circuitos autocatalíticos para dar lugar a la vida.
Referencia bibliográfica:
Oba Y, Koga T, Takano Y et al. Uracil in the carbonaceous asteroid (162173) Ryugu. Nat Commun 14, 1292 (2023). https://doi. org/10.1038/s41467-023-36904-3.
Evolución de las enzimas asociadas al sistema CRISPR
CRISPR-Cas es un sistema revolucionario de edición genética que utiliza una enzima llamada Cas9 para modificar el ADN de forma precisa y eficiente. Se basa en un mecanismo natural que las bacterias y las arqueas utilizan para defenderse de los virus. CRISPR es el nombre en forma de acrónimo de unas secuencias repetitivas presentes en el ADN de estos microorganismos procariotas. Entre esas repeticiones se guardan fragmentos de material génico procedentes de virus que infectaron a los antepasados del microorganismo, lo que les permite reconocer una infección anterior y defenderse de ella cortando el ADN de los invasores mediante las proteínas Cas asociadas a estas repeticiones.
Los científicos han aprovechado ahora este sistema para realizar modificaciones génicas en una amplia gama de organismos, incluidos los seres humanos, las plantas y los animales. Es precisamente la habilidad de reconocimiento de las secuencias de ADN de este sistema lo que lo hace útil para la edición genética. La tecnología CRISPR-Cas permite hoy en día cortar y pegar trozos de material génico en cualquier célula, lo que posibilita su utilización para editar el ADN. Este sistema ha transformado la biología molecular, al brindar una herramienta de edición genética más accesible, rápida y económica, con enormes implicaciones en la investigación científica, la medicina y la agricultura.
Un grupo internacional de investigación liderado por el español Raúl Pérez-Jiménez y en el que han participado otros numerosos científicos españoles ha reconstruido por primera vez ancestros de un sistema CRISPR de hace 2.600 millones de años y ha estudiado su evolución a lo largo del tiempo.
Este equipo llevaba años tratando de encontrar nuevas versiones de sistemas CRISPR-Cas con propiedades distintas en los lugares más recónditos del planeta. Para ello, exploraron sistemas de diferentes especies que habitan en entornos extremos o se aplicaron técnicas de diseño molecular para modificarlos. Han realizado reconstrucciones ancestrales de proteínas y genes de organismos extintos para observar qué cualidades tienen y si son utilizables en aplicaciones biotecnológicas. Es un viaje en el tiempo llevado a cabo por medio de técnicas bioinformáticas. Una forma radicalmente diferente de encontrar nuevos sistemas es buscarlos en el pasado, que es precisamente la base de esta investigación.
Los resultados de esta metodología que se han publicado en este artículo apuntan a que los sistemas antiguos revitalizados no solo funcionan, sino que son más versátiles que las versiones actuales y podrían tener aplicaciones revolucionarias que mejoren nuestra capacidad de modificación de genes enfermos o subóptimos. Además, el estudio ha observado que el sistema CRISPR-Cas se ha ido haciendo más complejo a lo largo del tiempo, lo cual es una señal de su carácter adaptativo, ya que se ha ido amoldando a las nuevas amenazas de virus que las bacterias han sufrido a lo largo de la evolución. La presión selectiva de los virus ha ido moldeando a lo largo de miles de millones de años una maquinaria rudimentaria que era poco selectiva al principio hasta convertirla en un sofisticado mecanismo de defensa.
Otra posible ventaja del uso de estos sistemas CRISPR antiguos es que los sistemas actuales están adaptados para funcionar dentro de una bacteria, pero cuando el sistema se utiliza fuera de ese entorno, por ejemplo, en células humanas, el sistema inmunitario lo rechaza. Existen, además, determinadas restricciones moleculares que limitan el uso de los modernos sistemas CRISPR. Sin embargo, en los sistemas ancestrales algunas de estas restricciones desaparecen, lo que les confiere una mayor versatilidad para nuevas aplicaciones.
En resumen, un estudio muy relevante que ha buscado en el más remoto pasado soluciones para una técnica moderna y revolucionaria.
Referencia bibliográfica:
Alonso-Lerma B, Jabalera Y, Samperio S et al. Evolution of CRISPR- associated endonucleases as inferred from resurrected proteins. Nat Microbiol 8, 77–90 (2023). https://doi.org/10.1038/s41564-022- 01265-y.
El primer mapa del cerebro de un animal
Hasta ahora solo habíamos podido cartografiar célula a célula tres pequeños sistemas nerviosos de unos cientos de neuronas de animales sencillos. Pero el equipo encabezado por el biólogo español Albert Cardona ha conseguido cartografiar el cerebro completo de la larva de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), un sistema con 3.016 neuronas y 548.000 conexiones entre ellas. Este pequeño cerebro es capaz de hacer que la larva navegue por gradientes de luz o de olores, busque y encuentre alimentos y disponga de recuerdos a corto y a largo plazo, lo que hace que la larva sea animal autosuficiente. La larva de la fruta es incluso capaz de detectar en su interior avispas parásitas y consumir alimentos ricos en alcohol, como fruta fermentada, para matarlas.
Para cartografiar este pequeño pero eficaz cerebro, los investigadores se basaron en un estudio anterior en el que otros científicos extrajeron con unas pinzas el sistema nervioso de una larva de mosca de la fruta, lo cortaron en unas 5.000 rebanadas ultrafinas y las observaron con un microscopio electrónico. El equipo actual ideó un programa informático que les ha permitido unir de forma precisa aquellas imágenes y navegar por ese espacio tridimensional. De este modo, han observado la presencia de 93 tipos de neuronas diferentes y una integración multisensorial e interhemisférica generalizada, con una arquitectura muy recurrente, una retroalimentación abundante de neuronas descendentes y múltiples nuevos circuitos. Una observación notable es que los circuitos más recurrentes del cerebro tengan que ver con las neuronas de entrada y salida del centro de aprendizaje.
El estudio ha encontrado, además, que la arquitectura del cerebro de la larva se parece mucho a las de las modernas redes neuronales artificiales, como ResNet, DenseNet y U-Net, empleadas en programas informáticos de aprendizaje automático. Pero en estas redes neuronales artificiales, cada capa de neuronas se conecta solamente con la siguiente, y en el cerebro de la larva la conexión puede saltarse capas intermedias, una diferencia que podría ser muy significativa. Y no solo eso. El cerebro de la larva, dotado de esas 3.000 neuronas, puede establecer conexiones en bucle, muy parecido a como lo hacen las redes neuronales artificiales LSTM, que se utilizan en miles de millones de computadoras a diario.
Este enorme trabajo nos acerca al conocimiento de otros cerebros más sofisticados. De hecho, ya se está trabajando en el proyecto internacional de estudiar las conexiones del cerebro del ratón, una empresa que tardará al menos 10-15 años en llevarse a cabo y que costará entre 500 y 1.000 millones de dólares en su fase preliminar. Y en un futuro más lejano podrá abordarse el estudio de las conexiones del cerebro humano, dotado de la asombrosa cantidad de 86.000 millones de neuronas, una empresa aún en exceso complicada para nuestra capacidad tecnológica actual. Los investigadores de este trabajo confían también en que el conocimiento del cerebro de la larva de la mosca dé lugar a nuevos sistemas de inteligencia artificial, con un aprendizaje automático más poderoso que los actuales y, de hecho, ya cuentan con informáticos que se están inspirando en estos circuitos cerebrales.
Magnífico trabajo el de este equipo del laboratorio de Biología Molecular de Cambridge, en Reino Unido, que sin duda nos acerca más al conocimiento de los sistemas nerviosos de los animales y de quiénes somos y cómo pensamos.
Referencia bibliográfica:
Winding M, Pedigo BD, Zlatic M et al. The connectome of an insect brain. Science, 2023, 379, n.º 6636. https://doi.org/10.1126/science. add9330.
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