A partir de la pregunta acerca de cómo se distribuye una proteína que tiene un rol clave en el desarrollo embrionario, un equipo que conjuga a físicos y biólogos logró determinar la forma de medir cómo se difunde una sustancia en un medio. Los resultados se publicaron en Plos Computational Biology.

De manera parecida a cómo se desparrama la tinta en el agua, se distribuyen las proteínas dentro del ambiente de la célula, pero no sólo rebotan contra las moléculas de agua, sino que a veces se quedan pegadas a ellas. Pero, en este caso, la tasa en que se desparraman es diferente.
De manera parecida a cómo se desparrama la tinta en el agua, se distribuyen las proteínas dentro del ambiente de la célula, pero no sólo rebotan contra las moléculas de agua, sino que a veces se quedan pegadas a ellas. Pero, en este caso, la tasa en que se desparraman es diferente.

El hecho de que a partir de una sola célula pueda formarse un organismo complejo, como, por ejemplo, un insecto, un ave o un mamífero, siempre ha causado intriga en el ámbito científico. Y muchos son los investigadores que han intentado desentrañar los mecanismos involucrados. La pregunta central es cómo se diseña el plano del cuerpo.
En pos de responder esa pregunta, genetistas y biólogos interesados en la génesis embrionaria recurrieron a los organismos menos complejos, como la mosca de la fruta. Uno de los aspectos más indagados es de qué modo el embrión “distingue� regiones a lo largo del eje del cuerpo, desde la parte que será la cabeza hasta lo que será la cola del animal (eje anteroposterior). Se sabe que la distribución no uniforme (como gradiente) de una proteína cumple un rol fundamental. Se conocía el tiempo que le llevaba al embrión establecer el gradiente, pero ese valor era, en apariencia, incompatible con mediciones independientes de la velocidad de difusión de la proteína.
En los últimos años, algunos aportes provinieron de la física, tanto desde el punto de vista del desarrollo de nuevas técnicas de observación y medición como del de modelos matemáticos que buscan capturar la cambiante y multifacética realidad biológica. Ambos aspectos están relacionados: el resultado de cualquier medición es interpretado en el marco de un modelo, y el uso de un modelo equivocado puede llevar a una interpretación incorrecta de las observaciones. Este ir y venir entre experimento y modelado llevó a la doctora Silvina Ponce Dawson, profesora en el Departamento de Física de Exactas UBA, y su equipo, a mostrar que las mediciones sobre la difusión de la proteína eran compatibles con el tiempo que le lleva al embrión establecer su gradiente.
“Estudiamos, desde el punto de vista teórico, las etapas tempranas del desarrollo del embrión de mosca, y cómo se va estableciendo el plan del cuerpo�, relata Ponce Dawson, y prosigue: “Hay sustancias que se distribuyen en forma no homogénea dentro del embrión y que, a su vez, permiten encender y apagar genes, y facilitar que se produzcan otras proteínas�.
En la formación del embrión, participa una proteína muy estudiada, denominada Bicoid, que se difunde en forma azarosa en el interior de las células y actúa como factor de transcripción: se une al ADN y ayuda a que se transcriba, de manera de permitir que se generen otras proteínas. “Se habían publicado algunos resultados sobre el gradiente en que se distribuía la proteína Bicoid, pero no se entendía bien cómo se producía esa distribución no homogénea dentro del embrión�, señala la investigadora, quien, junto con su equipo, logró determinar cómo se difunde esa proteína, y los resultados fueron publicados en Plos Computational Biology. La primera autora del trabajo es Lorena Sigaut, y también firman el artículo los doctores John E. Pearson y Alejandro Colman-Lerner.
En efecto, en 2007 un equipo de investigadores midió por primera vez la difusión de Bicoid en embriones, mediante técnicas ópticas. El valor estimado resultó demasiado lento comparado con los experimentos que mostraban tiempos más cortos. Asimismo, pruebas posteriores mediante otras técnicas ópticas dieron valores diferentes.

Silvina Ponce Dawson.
Como la tinta en el agua
La difusión de una sustancia siempre se produce en forma aleatoria: una gota de tinta en el agua se desparrama de manera desigual. “Si se mira al microscopio, es un movimiento azaroso en el que las moléculas de tinta van chocando con las de agua, unas salen para un lado, y otras, para el otro�, explica Ponce Dawson, que ha estudiado esos fenómenos.
De manera parecida a cómo se desparrama la tinta en el agua, se distribuyen las proteínas dentro del ambiente de la célula, pero no sólo rebotan contra las moléculas de agua, sino que a veces se quedan pegadas a ellas. Pero, en este caso, la tasa en que se desparraman es diferente.
“Hace unos años habíamos observado que, cuando las sustancias difunden, el tiempo que se mide es diferente según se mire al individuo o a una población�, señala la investigadora. Si la proteína va a pegarse en un sitio, y éste se encuentra ocupado, sigue de largo. Entonces, la velocidad en que se dispersa una molécula va a depender de qué es lo que estén haciendo las otras.
El equipo que lidera Ponce Dawson encontró que la tasa varía según la técnica óptica que se aplique. De esa forma, se pudo explicar la divergencia de varios órdenes de magnitud en los valores estimados del coeficiente de difusión de la proteína Bicoid. La investigadora destaca: “La tasa de difusión es más lenta si uno sigue a un individuo que si mira a toda la población. De acuerdo con nuestro modelo, el tiempo que le lleva establecerse al gradiente está dado por esta última que es más rápida. De este modo el tiempo de formación del gradiente medido en forma experimental es compatible con las primeras mediciones de la difusión de Bicoid, que equivalen a seguir a un individuo�.
Si la técnica empleada permite supervisar la forma en que se difunde una población de moléculas, se observa un reemplazo permanente de sitios que son ocupados, liberados y ocupados nuevamente por otros individuos. Pero si la técnica sólo permite seguir la trayectoria de una molécula individual, cuando ésta se detiene, porque se pega en un sitio, resulta necesario esperar a que se despegue y siga su recorrido. De este modo, la velocidad de dispersión de una molécula individual va a ser menor que la velocidad en que se mueve el conjunto.
Los investigadores validan sus hipótesis mediante simulaciones numéricas del comportamiento de las moléculas. Y simulan las distintas técnicas ópticas que permiten seguir el movimiento del conjunto o el de moléculas individuales. Se simula el experimento, y se aplica fluorescencia a lo que se quiere medir, ya sea a todo el volumen, o a un individuo aislado. De este modo, se obtiene la tasa a la que se desplaza el individuo, y la tasa a la que se desparrama la población.
En resumen, la pregunta por las divergencias en la velocidad de distribución de una sustancia parecería quedar saldada. Es un ejemplo de cómo la física, mediante simulaciones computacionales y ecuaciones matemáticas, intenta aferrar una realidad que parece inasible.
De todos modos, son muchos los interrogantes que aún permanecen acerca de los patrones involucrados en el desarrollo embrionario.

Fuente: UBA

http://nexciencia.exactas.uba.ar/desarrollo-embrionario-proteinas-biologia-computacional-silvina-ponce-dawson-alejandro-colman-lerner-lorena-sigaut

Científicos argentinos formulan una teoría que predice la robustez de las redes naturales y que podría ayudar al armado de redes artificiales

Mariano Sigman y Andrés Babino, investigador independiente y becario doctoral, respectivamente, del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA-CONICET) lograron, a partir de analizar conexiones cerebrales, determinar de qué manera deberían estructurarse las redes artificiales para prevenir fallas catastróficas.

El trabajo, realizado en conjunto con investigadores de Brasil, Estados Unidos y España y publicado en la revista Nature Physics, logró demostrar por qué las redes naturales conservan su robustez, algo que la teoría fallaba en predecir.

Hasta el momento la teoría de red de redes pronosticaba errores catastróficos en las redes naturales que no se evidencian en la práctica. Desde las redes neuronales hasta las interacciones ecológicas, todas mantienen su robustez por selección natural, explica Babino.

Las claves principales de esta robustez son, como grafica Sigman, por un lado que la comunicación de las redes es mediada por nodos centrales – hubs – y que al conectarse se da el fenómeno de redundancia, es decir una duplicación de los datos y elementos que utiliza la red para que la falla de una no implique la caída del conjunto. “Esto produce redes de menos rango –mismo numero de cables con menos nodos conectados-, pero representa mayor robustez en cada conexiónâ€�, agrega.

Cuando conectan dos redes que aisladas son robustas, las debilidades de una red pueden propagarse a las zonas fundamentales de la otra y lograr penetrar en sitios que estaban protegidos, por ejemplo indica Sigman, “la red de datos y la red eléctrica que dependen una de otra y si se cortan los datos, la distribución de energía se interrumpe�, agrega.

Andrés Babino, becario doctoral en FCEN, UBA-CONICET

Para llegar a estas conclusiones, el grupo de trabajo analizó conexiones cerebrales de una base de datos públicos, recabados de distintos estudios neurológicos –set de datos-. Uno es el deResting State -estado de reposo- en el que los sujetos son sometidos a resonancia magnética funcional con los ojos cerrados y se les pide que no piensen en nada. “En ese estado mental presentan un patrón de activación cerebral estereotipado y comprobamos que tiene las propiedades predichas por esta nueva teoría�, dice Babino.

“También se verifica en otro set de datos, llamado de tarea dual -dual task-, en el que el sujeto tiene que hacer dos cosas al mismo tiempo, con imágenes y sonidos, eso genera una red atencional distinta, un patrón de activación distinta. Y esta nueva red, también satisface la predicción de la teoría�, concluye.

Este nuevo modelo que analizó conexiones cerebrales puede permitir estudiar nuevos set de datos de otras redes neuronales, o de redes de ecología –redes tróficas-, y utilizarse para el armado de redes robustas humanas que alejen la posibilidad de las fallas catastróficas.

Nota: María Bocconi / CONICET

Fuente: El Otro Mate

http://www.elotromate.com/ciencia/descubren-como-evitar-fallas-en-redes-a-partir-de-analizar-conexiones-cerebrales/

Investigadores del INTA y del Conicet hallaron que las plantas identifican a aquellas con características genéticas similares y cooperan entre sí. De lo contrario, compiten por la luz. La investigación fue recientemente publicada en la revista científica “New Phytologist�.

De acuerdo con la investigación, las plantas pueden reconocer a sus parientes por la forma de su cuerpo y actúan en consecuencia.
“Suena increíble, pero las plantas pueden reconocer a sus parientes por la forma de su cuerpo y actúan en consecuencia�, aseguró María Crepy –técnica del INTA Concepción del Uruguay, Entre Ríos, e investigadora del Conicet–. Junto a Jorge Casal –investigador del Conicet y jefe del Laboratorio de Fisiología Molecular de Plantas del Instituto Leloir–, los especialistas analizaron el comportamiento de Arabidopsis thaliana, una especie de crucífera muy usada como modelo en estudios de fisiología vegetal.

Así, descubrieron que las plantas se reconocen mediante señales químicas de las raíces y, además, distinguen si las vecinas son parientes o no a través de receptores de luz, llamados fotorreceptores. La investigación fue recientemente publicada en la revista científica “New Phytologist�.

“La luz reflejada por cada planta –explicó Casal– configura un perfil de luz y de sombras que funciona como un sello de identidad que puede ser visto por otras plantas mediante foto receptores y distinguir, así, el parentesco de sus vecinas�.

El estudio reveló que cuando las plantas tenían características genéticas similares cada una direccionaba el crecimiento de sus hojas hacia fuera de la hilera, minimizando la interferencia con sus vecinas. En cambio, si los perfiles genéticos eran diferentes, en lugar de cooperar entre ellas, competían por la luz.

“Es un resultado muy sorprendente� aseguró Casal, quien además integra el Instituto de Investigaciones Fisiológicas y Ecológicas Vinculadas a la Agricultura (IFEVA) de la Facultad de Agronomía de la UBA. Y agregó: “Las plantas nos enseñan que si nos ponemos de acuerdo, resignar un poco de sí puede redundar en un beneficio para todos�,

Esta información determina que, en vez de competir por el espacio y por el acceso a la luz, cooperan entre sí para aprovecharlo, no individual, sino colectivamente.

Es decir, cuando las plantas cooperan entre sí, amontonan sus propias hojas de modo que se sombrean entre ellas y, como todas hacen lo mismo, se reduce el sombreado mutuo. Como consecuencia, cuando todas las plantas de la hilera apartan sus hojas de las vecinas, cada una rinde más en producción de semillas “Este beneficio colectivo es mayor que el costo individual�, puntualizó Casal.

Esta investigación abre un nuevo camino en la agricultura y su manejo. Así lo entendió Casal para quien “este descubrimiento permite mejorar el rendimiento de los cultivos en un menor espacio y con mayor producción de granos�.

Fuente: Argentina.Ar

http://www.argentina.ar/temas/ciencia-y-tecnologia/34452-descubren-que-las-plantas-son-solidarias-con-sus-pares

Un grupo de profesionales entrerrianos generaron un método para producir ingredientes farmacéuticos de uso oncológico y tratar el cáncer de pulmón y vejiga a partir de agua y la Vinca, una planta que se cultiva en la provincia.

El procedimiento permitirá dejar de importar casi el 90 por ciento de ingredientes que provienen de China e India, reemplazará materiales tóxicos por agua y reducirá costos de producción y tiempos de procesamiento.

La iniciativa obtuvo el primer premio en la categoría fitomedicina en el Concurso Nacional de Innovaciones Innovar 2014, reveló hoy la titular de Erioimagen S.A., Carolina Larrazábal.

Erioimagen es una pyme de Entre Ríos que genera soluciones a demandas de innovación en el sector farmacéutico, alimenticio y de la salud, y el proyecto premiado es un método que utiliza agua para extraer de una planta ingredientes con los cuales se elabora medicación oncológica.

Con excelentes resultados, ya se realizaron estudios en hojas y flores de la planta comúnmente llamada Vinca para producir ingredientes farmacéuticos activos que se prevé comercializar en laboratorios con aprobaciones en Europa y Estados Unidos, y competir con ingredientes farmacéuticos importados y extraídos con solventes orgánicos y de alto impacto ambiental, explicó la especialista.

“Entre Ríos es una de las principales provincias agropecuarias del país, pero hay que investigar en la región nuevas aplicaciones en cuanto al agro, y en los últimos tres años veo al sector privado con mucha iniciativa a raíz del empuje que dan las líneas que propone el Estado», dijo Larrazábal.

Fuente: Telam

http://www.telam.com.ar/notas/201412/89867-entre-ros-medicacin-oncolgica-planta.html

El proyecto, premiado en la última edición del Congreso Internacional Solar Cities, en Buenos Aires, apunta a “revivir� cursos de agua al mismo tiempo que delimita áreas navegables.

Sebastián Zanetti, un estudiante avanzado de arquitectura en la UBA

Además de delimitar las áreas de navegación, una boya alimentada por energía solar podría enriquecer con oxígeno cursos de agua que necesitan saneamiento. Así lo imagina Sebastián Zanetti, un estudiante avanzado de arquitectura en la UBA, quien por su idea acaba de ser premiado en el 5to Congreso Internacional Solar Cities, celebrado en el Centro Metropolitano de Diseño (CMD) de Buenos Aires.

“Busqué diseñar un elemento que se lo pueda situar en un espacio, y que no necesite más que el sol para funcionar�, dijo Zanetti a la Agencia CyTA-Leloir. Zanetti recibió el galardón en la categoría “estudiantes de arquitectura� del Concurso Nacional de Ideas para la incorporación de sistemas fotovoltaicos en áreas urbanas, que se organizó en el marco del congreso.

Zanetti planteó el diseño de la boya “oxigenadora�, a la que apodó Agua Viva, sobre la cuenca bonaerense Matanza-Riachuelo, considerada en 2013 uno de los diez sitios más contaminados del mundo según el Instituto Blacksmith y la Cruz Verde Suiza. Sin embargo, aclaró, el proyecto “es adaptable a cualquier sistema natural o artificial que lo requiera�.

El modelo propuesto consiste en una boya flotante equipada con un panel fotovoltaico, el cual alimenta tres bombas sumergidas que oxigenan el agua mediante circulación y aspersión (rociado). El proceso rompe la película impermeable acuosa y aumenta la superficie de contacto con el aire, explicó Zanetti, aunque no descarta que también se pueda conseguir un efecto de oxigenación similar a través de otros dos mecanismos: bombeando aire hacia el agua para formar burbujas o produciendo turbulencia en la superficie mediante palas rotatorias. “Podrían incluso combinarse las tres posibilidades�, aventuró.

Funcionarios y técnicos de la Agencia de Protección Ambiental de la Ciudad de Buenos Aires se reunieron días atrás con Zanetti para explorar la factibilidad de que el proyecto funcione tal como se lo plantea, aunque en las bases del concurso se admite que una idea premiada no necesariamente se lleva a la práctica.

Para Zanetti, de todas formas, el interés mostrado ya es motivo de orgullo. Ideas como la premiada “muestran que las energías renovables, además de sus beneficios conocidos (como no generar emisiones de gases de efecto invernadero), son capaces de adaptarse a diversas situaciones o incluso, en algunos casos, ser la única respuesta o, al menos, la más adecuada�, dijo.

Agua Viva, boya “oxigenadora�, lámina del proyecto

Fuente: Agencia CyTA-Leloir

http://www.agenciacyta.org.ar/2014/12/un-estudiante-disena-una-boya-que-oxigena-rios-contaminados/

Un prototipo de batería de litio desarrollado en el INIFTA podría convertir a Argentina en uno de los pocos países del mundo capaces de producir una tecnología con enorme potencial

Por NICOLAS MALDONADO – Frente al progresivo agotamiento del petróleo -al que los pronósticos más optimistas le dan como mucho 50 años más- una de la alternativas más promisorias para los vehículos son los motores eléctricos, que dependen de baterías muy potentes para ofrecer cierta autonomía funcional. De ahí que el litio, el mineral en que se basan esas baterías, sea considerado por muchos expertos como la clave de la próxima revolución energética, y un recurso que ubica a nuestro país en una extraña posición. Y es que si bien Argentina posee, junto a Bolivia y Chile, sus mayores reservas del mundo, carece aún de tecnología suficiente para sacar buen provecho de él. Es en ese contexto que el trabajo de un pequeño grupo de investigadores platenses concita por estos días una enorme atención. Tras haber logrado sintetizar el material activo (el alma de las baterías), científicos del Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas de La Plata concentran gran parte de las expectativas argentinas por multiplicar el valor de sus reservas de litio convirtiéndose en el primer fabricante de baterías en Latinoamérica y uno de los pocos a nivel mundial. Para dar una idea del negocio que está en juego basta tener en cuenta que la tonelada de litio en bruto, tal como hoy lo vende en gran medida nuestro país, se paga unos 300 dólares en el mercado internacional. Pero si ese litio es purificado en carbonato de litio (para alcanzar la concentración que exige la industria) su precio asciende a unos 6 mil. Cada batería de litio para un auto eléctrico (que tiene apenas 10 kilos) cuesta en 15 y 20 mil. Con todo, no se trata solo del mercado automotriz. Desde que en 1991 Sony lanzó la primera batería recargable de ion-litio, su uso se ha extendido a un gran número de dispositivos eléctricos, desde motos a teléfonos celulares. Aun así sólo un puñado de países han logrado hasta ahora desarrollar la tecnología suficiente para su fabricación: Japón, Estados Unidos, Corea y China, el último de los cuales domina hoy el mercado mundial gracias a litio extraído en nuestro país. “Antes de mitad del año que viene ya se estarían produciendo baterías de litio en Argentina, algo que muy pocos países del mundo están hoy en condiciones de hacerâ€�

EL ALMA DE LA BATERIA

“Nosotros ya veníamos trabajando con otro tipo de baterías experimentales cuando en 2011 la presidenta de la Nación habló de la necesidad de incorporarle valor agregado a las reservas de litio de nuestro país. Fue en ese momento que la Universidad de La Plata nos asignó un proyecto con 120 mil pesos de presupuesto en dos años para empezar a investigar en materiales activos para baterías de litio. Y aunque era poca plata considerando que sólo una fábrica en China invierte 10 millones por año en investigación, a nosotros nos permitió abordar el tema en serio por primera vez�, cuenta el doctor Arnaldo Visintin, director del proyecto desarrollado en el INIFTA bajo la órbita de la facultad de Ciencias Exactas de la UNLP y el CONICET. El alma de una batería de litio, el material activo -objeto de la investigación emprendida por el equipo de Visintin- es a la vista una película que se aplica en forma de pintura sobre la sucesión de placas de ánodos y cátodos que conforman la batería. De su composición depende el potencial de ésta para cargar y transmitir energía en forma estable, un secreto que las empresas que poseen la tecnología no están dispuestas a compartir. Gracias a un acuerdo de cooperación internacional que la Universidad de La Plata tenía con la República Checa, uno de los integrantes del equipo (el doctor Jorge Thomas, actual jefe del Laboratorio de Baterías de Litio del INIFTA) pudo viajar a ese país para trabajar con un grupo científico que ya venía trabajando en el tema. Fue a partir de esa experiencia que se pudo incorporar el conocimiento con el que luego se logro desentrañar la “cocina fina� de ese material. “Tuvimos que hacerlo por nuestra cuenta porque a ese nivel nadie te comparte ninguna información, pero en poco tiempo obtuvimos material activo para fabricar ánodos y cátodos con una efectividad similar a los de las baterías de litio de Sony. Pero además estamos trabajando ya en forma experimental con otras compuestos que tienen hasta cuatro veces más capacidad que los que existen hoy en mercado�, cuenta Visintín.

UNA FABRICA Y UNA PLANTA PILOTO

Cuando en su búsqueda por desarrollar baterías de litio el equipo platense comenzó a obtener resultados alentadores, el Fondo para la Investigación Científica y Tecnológica de la Nación le otorgó un nuevo proyecto de investigación y desarrollo; esta vez con un presupuesto de 4 millones de pesos pero también una dura condición: asociarse con alguna empresa privada dispuesta a invertir un capital similar. “Empezamos a buscar empresas que pudieran interesarse, pero nadie se la quería jugar -cuenta Visintin-. Incluso firmas muy prestigiosas nos dijeron que preferían seguir importando baterías de China. Por fortuna conocimos a un empresario cordobés que fabrica baterías de plomo ácido y quería dar un salto tecnológico, con el que empezamos a trabajar junto a otro equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Córdoba�. En base al material activo aportado por el grupo del INIFTA y un convenio con la República Checa que facilitó los planos para la instalación industrial, esa empresa, que se llama Sol.ar, está construyendo ya una fábrica de baterías de litio en Córdoba. “Si todo marcha como esperamos, antes de mitad del año que viene ya se estarían produciendo baterías de litio de 100 ampers hora en Argentina, algo que muy pocos países del mundo están hoy en condiciones de hacer�, asegura el doctor Visintin. Con todo, la futura fábrica de Córdoba -acaso la primera de su tipo en Sudamérica- no sería el único fruto de un proyecto de investigación iniciado con apenas 60 mil pesos como capital inicial. Interesada en el potencial que ofrece esta tecnología, el año pasado se sumó la firma Y-TEC, un consorcio integrado por YPF y el CONICET, que ya está construyendo un centro de investigación en Catamarca y una planta piloto en la Destilería La Plata. “Lo que nosotros desarrollamos es un prototipo de batería de laboratorio, que si bien sabemos que funciona es necesario pasar ahora a una escala mayor -explica el doctor Jorge Thomas-. Eso es precisamente lo que vamos a hacer en Y-TEC: producir el material activo de las baterías, ya no en unos pocos gramos, sino por kilos, el paso previo para dominar la escala industrial y arrancar con la fabricación de baterías de litio en el país�.

Fuente: El Dia

http://www.eldia.com.ar/edis/20141221/Litio-clave-revolucion-energetica-cientificos-platenses-buscan-capitalizar-informaciongeneral2.htm