Pasión al aire

¡Hola de nuevo, Imperio! Soy Carlos, el estudiante veinteañero de Ingeniería Biomédica. Como les hablé en el primer artículo en el que colaboré, podrían esperar artículos (que espero que les resulten entretenidos y enriquecedores) sobre biomedicina y música. El primero fue de lo primero, así que el segundo es de lo segundo… y hasta del primero. =)

Existimos muchísimas personas totalmente adictas a la música. A la buena música, claro. ¿A ti qué te gusta? ¿El rock, el metal, el pop, disco, rap, hip-hop o qué?. En general, sea lo que sea que escuches, si eres apasionado estoy seguro que más de una vez has imaginado que estás en un concierto multitudinario, tocando junto con tu banda favorita, el sólo de guitarra más difícil de la canción que más te emociona. En mi caso, en ocasiones me convierto en Kirk Hammet tocando el solo de Creeping Death o en James Hetfield dándole a Orion.

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¿Insectos espías?

Según una publicación en Medical Daily, investigadores de la Case western Reserve University comprobaron que la energía química interna (me imagino yo por parte de las reacciones llevadas a cabo por su metabolismo) de los insectos puede ser convertida en energía eléctrica suficiente como para proveer energía para sensores, aparatos de grabación y hasta el control del mismo insecto, utilizando sólo la alimentación normal del insecto como fuente de combustible, sin baterías, luz o movimiento del insecto. Con esto darían vida a los famosos insectos súper espías que luego salen en películas. Sigue leyendo

Vectores Moleculares: Jugando con los genes

Pregúntale a un matemático y te hablará de un elemento de un espacio vectorial; un físico, por su parte, te hablará de la representación de una magnitud física con módulo y dirección; si le pides su opinión a un médico te dirá de los organismos que transportan un patógeno de un huésped a otro sin ser infectados ellos mismos (como los mosquitos del dengue). Los Biólogos Moleculares tienen otra acepción de la palabra “vector”, y la verdad es que es, por mucho, la más divertida de todas (reclamo de mewcero en 3, 2, 1…).

Para un biólogo los vectores son moléculas de DNA usadas como transporte para transferir nuevo material genético a una célula. Lo interesante de los vectores es que con ellos puedes insertar segmentos nuevos de DNA a organismos que anteriormente no los tenían, es decir, modificar genéticamente a los seres vivos, ¡lo cual te abre una infinita gama de posibilidades! Desde lograr hacer plantas más resistentes a las sequías para mejores cosechas hasta bacterias que produzcan insulina humana (un milagro para muchos pacientes de diabetes) o incluso bacterias que coman moscas (sí, bacterias que coman moscas). A la tecnología de modificar genéticamente organismos se le llama ingeniería genética.

Hay muchos tipos de vectores, como los plásmidos, cósmidos, cromosomas artificiales etc. A mi parecer, los más sencillos de comprender son los plásmidos, que son moléculas circulares de DNA relativamente pequeñas en las cuales se insertan los genes que se quieren transferir; de este modo, introduciendo el plásmido en una célula se introducen los genes. Aunque hay muchos tipos de vectores, todos tienen en común tres componentes:

° Origen de la replicación, es decir, una secuencia que le indica a la célula que tiene que duplicar el vector, pues estos se insertan en pequeñas cantidades y se requiere que haya suficientes para  que las células los pasen células hijas.

Esquema muy simplificado de la inserción de un plásmido. El plásmido se inserta en una bacteria que no lo tiene (en rojo el material genético de la bacteria), luego es replicado en la bacteria y, al dividirse, pasa a las células hijas.

° Un sitio múltiple de clonación, que es un segmento con numerosas secuencias pequeñas que tienen la particularidad de ser cortadas por unas enzimas especiales llamadas “de restricción”. ¿Para qué cortar? Para poder insertar los genes que queremos meter en el vector. Me explico: si tu cortas un sitio de clonación en un plásmido con determinada enzima de restricción, y con la misma enzima recortas el gen que quieres introducir, puedes pegar el gen en el plásmido justo en el sitio en que lo cortaste, y lo que hace esto muy útil es que no puedes pegar ahí otro gen que haya sido cortado con otra enzima, de tal modo que cortando con las enzimas adecuadas, puedes colocar el gen que quieras en el sitio que quieras y no en otro lugar.

° Un marcador selectivo, que es un gen que permite seleccionar fácilmente a los organismos en que la inserción del vector fue exitosa. Por ejemplo, si se agrega el gen de resistencia a la ampicilina como marcador selectivo en una colonia de bacterias, basta con hacer los cultivos en un medio con ampicilina para que sólo aquellas bacterias en que los genes fueron correctamente insertados sobrevivan.

Además, no solo puedes insertar genes, sino que cualquier bioparte que quieras. Una bioparte es un segmento de DNA que cumple cierta función determinada. Por ejemplo, hay biopartes encargadas de regular la expresión de los genes que están insertando con un vector, y los genes mismos son un tipo de biopartes.

Sin embargo, insertar genes en un nuevo organismo es todo un arte. No es tan sencillo como agarrar pedazos de DNA y aventarlos dentro de una célula. No. Para que funcionen, se necesita más que eso:

Primero que nada, tienes que conseguir insertar en gen en un vector. Para esto, debes extraer el DNA del organismo en que se encuentra el gen que quieres utilizar, ampliarlo por una técnica especial que copia sólo la parte que quieres del DNA llamada PCR, recortar el gen con enzimas de restricción, hacer un corte de restricción al vector e insertar el gen en él.

Segundo, debes garantizar su expresión. No por haber conseguido que un gen entre a un organismo significa que éste lo va a utilizar correctamente. Puede darse el caso de que no lo utilice para nada, o peor aún, que lo use de forma descontrolada y loca. Para regular la expresión de los genes debemos utilizar otro tipo de biopartes llamadas promotores, cuya función es regular la expresión de un gen. Hay promotores que se activan mediante estímulos químicos, como el famoso caso de los operones (de los cuales probablemente les hable en entradas posteriores); otros muy sofisticados se regulan por otros estímulos como la incidencia de luz sobre la célula. Con la gran variedad existente de promotores puedes jugar con la expresión de genes bajo diferentes condiciones: hacer que cuando le agregues cierta sustancia al medio de cultivo de unas bacterias un gen se active y otro se apague, o que ambos se activen, o ambos se apaguen… en fin, las posibilidades son muy grandes.

Esquema del uso de un plásmido. Primero se tiene el vector molecular con su marcador selectivo, su origen de la replicación y un sitio múltiple de clonación con sitios de corte para tres enzimas diferentes (generalmente se tienen sitios para más). Se tiene también el DNA genómico de un organismo con tres genes que se quieren pasar al plásmido. Estos genes se recortan utilizando una de las tres enzimas de restricción para las que tiene sitio el plásmido, se cortan dichos sitios también en el plásmido y se insertan los genes en él. El resultado es un plásmido con los tres genes insertados. Recuerda que es válido también para otros vectores moleculares, y que además de genes se pueden insertar otras biopartes. Observa cómo utilizando adecuadamente las enzimas de restricción se pueden insertar los genes en el orden que se quiera.

Aparte de alimentos transgénicos o bacterias que produzcan insulina humana, hay otras aplicaciones de la ingeniería genética quizás no tan útiles pero definitivamente muy divertidas. He aquí algunos ejemplos de cosas divertidas que pueden hacerse con vectores moleculares:

Conejos fluorescentes

No es fotoshop, es un conejo al que le insertaron un gen y expresa la proteína verde fluorescente (GFP), obra de Eduardo Kac, un artista contemporáneo llamado a sí mismo "Bio artista".

Bacterias devora moscas.

Un grupo de jóvenes japoneses logró desarrollar bacterias E. coli capaces de comer moscas. En la liga viene más información.

http://2011.igem.org/Team:Kyoto

Pececitos de colores.

A estos ejemplares de pez cebra (Danio rerio) se les insertaron genes de proteínas fluorescentes diferentes. El resultado: peces de colores.

Al ser este un tema muy controversial en el sentido ético, quiero dar mi punto de vista. Muchas personas le tienen miedo a la modificación genética de los organismos vivos. Algunos dicen que es jugar a ser Dios, otros que es alterar el curso de la evolución y que es completamente antidarwinista, mientras que otros catastrofistas piensan que si modificamos genéticamente a los organismos terminaremos extinguiendo a la mayoría de las especies del planeta. Francamente yo soy mucho más optimista: no veo por qué sea jugar a ser Dios, si no lo es hacer una herramienta de madera o domesticar a un perro, que al final de cuentas es lo mismo: modificar a un organismo; ¿antidarwinista? La modificación genética es una posibilidad de variación y selección más, y se supone que así evolucionamos los seres vivos, además, aún así fuese antidarwinista (que según yo no lo es), estar en contra de ello sólo por esto es darle un tinte dogmático a la obra de Darwin, lo cual en ciencia no se vale; y por último, las especies van y vienen en el planeta, además no creo que los organismos modificados desplacen a los silvestres siempre que se tomen las precauciones necesarias: lo que en verdad mantengo la esperanza de que los organismos transgénicos extingan es el hambre en el mundo.

Adios, transbordadores, los extrañaremos.

“We choose to go to the moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard.”

JFK

Y lo lograron. Se llegó a la Luna en 1969, con Apolo 11; historia ya muy conocida. Ahí fue cuando la NASA se preguntó: ¿y ahora qué?

Como Estados Unidos había gastado mucho dinero en la guerra de Vietnam, a la NASA no le quedaron muchas opciones. Ya habían llegado a la Luna, así que decidieron experimentar más en el espacio; decidieron crear un nuevo programa cuyos objetivos se centrarían en órbitas cercanas a la tierra. Ahí podrían hacer muchos experimentos científicos y luego crearían la estación espacial y lanzarían el Hubble. Así empezaron los transbordadores.

Después de muchas propuestas, se decidió crear un transbordador que tuviera un orbitador que al despegar se deslice y aterrice horizontalmente. Se crearon varios prototipos (ninguno de los cuales lograba lo que se quería), hasta que llegó el Enterprise (muy obvio de donde viene el nombre). El Enterprise no podía ir al espacio, pues no tenía motores en él. Se usó para pruebas siendo lanzado de un avión. El diseño agradó y se hizo el Columbia, ya con motores.

El transbordador espacial consta de un  tanque externo que tiene combustible (la gran cosa naranja). El combustible es de hidrógeno y oxígeno líquido que al combinarse crean mucha energía para que la nave se eleve. También tiene 2  tanques más pequeños con otro combustible. Primero se liberan los tanques chiquitos, que se recuperan y son reusables (la recuperación en si es toda una odisea y un trabajo muy peligroso). El tanque grande se libera después, y ese se pierde, pues se deshace. También cuenta, evidentemente con el orbitador, donde está la tripulación y esa es la que llega después. Para que al entrar en la atmósfera de la Tierra el calor no haga explotar al orbitador, tiene muchas (hablo de miles) de piececitas de cerámica que cubren al orbitador. Además de que cuenta con motores. Es muy interesante el proceso de hacer una nave. Se hacen en diferentes lugares los tanques y el transbordador está guardado usualmente en el Kennedy Space Center en Cabo Cañaveral (Florida). Se traen todas las partes al edificio de ensamble, que es un gran edificio con el logo de la NASA. Ahí, como su nombre lo indica, se ensambla todo, pero se pone ya en una posición vertical. Luego llega una maquina pesada y grande que transporta el transbordador al pad de lanzamiento. A pesar de estar cerca, toma horas hacer esto, pues el vehículo va a una velocidad de menos de 1 milla por hora, para que todo se quede en su lugar.

Regresando a historia, en 1981 el Columbia salió en su primera misión al espacio, siendo todo un éxito. Se creó el Challenger después.

Lograron muchas misiones los transbordadores (se construyeron el Discovery y el Atlantis), hasta que tuvieron su primer accidente. El Challenger en 1986 explotó. Lo que pasó es que en la fecha de lanzamiento había mucho hielo, y el hielo hizo que una parte del transbordador no funcionara como debería. Fue una tragedia, pues nadie sobrevivió.

Después de recuperarse del accidente, la NASA creó al Endeavor. El Endeavor fue creado con mucho cuidado, procurando no cometer errores, y salió muy bien. Lo lanzaron al espacio y no pasó nada malo.

Después se lograron misiones importantes, se hizo la estación espacial internacional, con ayuda de muchos otros países, el lanzamiento (y reparación) del Hubble, visitas al MIR (estación espacial rusa que servía para hacer experimentos hasta que la destruyeron pues cumplió su propósito).

Fueron buenos años, a pesar de que después también se perdió al Columbia, ya que al entrar en la atmósfera algunas de sus piezas de cerámica se desprendieron durante su misión y todo explotó al entrar en la Tierra. Años pasaron y de nuevo, se checó todo y luego el Discovery fue lanzado nuevamente, siguiendo con el programa.

Pero este programa ya ha acabado, el pasado 8 de Julio se lanzó Atlantis, para la última misión de los transbordadores espaciales.

Originalmente la NASA planeaba tener otro muy ambicioso (y en mi opinión hermoso) programa, llamado  Constelación. El ex presidente Bush ya había aceptado este programa, pero el nuevo presidente, Obama, acabó con él por razones económicas…

El programa Constelación consistía en hacer nuevamente cohetes, muy parecidos al Apolo, pero con mucha más tecnología. Tendrían una cápsula para orbitar, llamada Orión (donde estaría la tripulación) y para lanzarlos usar los vehículos de lanzamiento Ares I (el chiquito) y Ares V (el grande).

Era un programa ambicioso, pues, a diferencia del transbordador, este sí puede ir a la luna, e incluso a Marte.

Con este programa cancelado, el futuro de la NASA es extraño. Tienen planeado intentar vuelos comerciales, además de mandar muchos vehículos sin tripulación a Júpiter (misión Juno), ver acerca de la gravedad de la Luna (misión Grail) y buscar hoyos negros (misión NuStar).

Para más información, les recomiendo esto:

Acerca de transbordadores: http://www.youtube.com/watch?v=SvaG0xDdP8g

Acerca del futuro de la NASA: http://www.youtube.com/watch?v=hBnO8lJd2JU&feature=relmfu

Mangueras de luz

Por Yasab Ruiz Hernández

Es padre pasar por un parque en la noche. Es aún más padre pasar por ese parque cuando hay una fuente. Y es todavía más padre cuando el lugar de donde sale el agua está iluminado con luces de colores, de tal forma que toda la fuente se ve colorida.

Fountain of Light. Fotografía de Leszek.Leszczynski liberada bajo una licencia Creative Commons By 2.0.

La más grande de las fuentes de luz en el Parque de las Fuentes de Warsaw.

El agua actúa como un medio para que la luz viaje a través de ella. A lo largo de todo el chorro que sale de la fuente se desprenden gotas que dejan pasar los rayos de luz transmitidos por toda el agua que estuvo antes de ellas; nuestros ojos captan dichos rayos de luz, causando que veamos el hilo de agua completamente iluminado.

De acuerdo con la ley de refracción de Snell, cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, se desvía dependiendo de los índices de refracción del material por la expresión:

n1senθ1=n2senθ2.

Donde θ1 y θ2 son los ángulos que hacen los rayos con la vertical y n1 y n2 indican que tan rápido viaja la luz en cada medio.

Ahora, si la luz va de un medio donde viaja más lento a uno donde viaja más rápido, p. ej. del agua al aire, hay un cierto ángulo, llamado ángulo crítico en el cual la luz que intenta salir se refleja internamente hacia el mismo medio de donde intenta salir. En el chorro de agua, cuando se acerca a la zona de contacto con el aire, los rayos de luz se reflejan internamente, lo que permite a la luz seguir viajando a través del agua (salvo las gotas que se desprenden, en donde la luz sí puede salir).

Laser in fibre. Fotografía de Timwether liberada bajo una licencia Creative Commons By-Sa 3.0.

Láser rebotando a lo largo de un tubo de acrílico ilustrando la reflexión interna total en una fibra óptica multimodal.

Como ya se había mencionado en algún post anterior de este blog (Spectrum por tazale), la luz que vemos es parte del espectro electromagnético. Y podemos usar este espectro para mandar información o datos. Entonces, si utilizamos el fenómeno de la fuente de luz, en un material sintético, podemos hacer que la información se curve y viaje como nosotros decidamos.

Es en este punto donde nace la fibra óptica, que es una fibra transparente poco más delgada que un cabello humano, que actúa como una guía para transmitir luz entre los dos puntos de la fibra (como el chorro de agua). ¿Por qué es mejor que usar alambres, como de cobre o de acero para transmitir información? Porque transmite las señales con menos pérdida, permite enviar más datos por unidad de tiempo y no le afecta la influencia electromagnética.
Está fabricada de tal modo que el rayo de luz va viajando a través de la fibra como una serpiente que entra al tubo, se va a las paredes, vuelve al centro, se va a la otra pared y sigue (ver la imagen anterior).

Por la flexibilidad y capacidad que tenemos de manipularla, la fibra óptica tiene diversas aplicaciones. Se puede usar en las telecomunicaciones y transmisión de información porque es flexible y se puede manejar en forma de cables. Es muy efectiva para comunicaciones a gran distancia por su poca atenuación de la señal y en comunicaciones a corta distancia porque puede transmitir más datos que un cable eléctrico tradicional. Además, por su tamaño, por ser inmune a influencia electromagnética externa y por no requerir energía eléctrica para recibir la información es usada también en instrumentos de medición. Por último, por la capacidad de “doblar” la luz, se usa para observar lugares a donde la luz no llega directamente, como el estómago de una persona o el interior de una turbina; también utilizándose en adornos y sistemas de iluminación.

Colorful fibers - mirrored and cropped square por Memphisto en Wikimedia Commons, derivado del trabajo de 30041196@N06. Liberado bajo una Licencia Creative Commons By-Sa 2.0

Fibras ópticas transmitiendo colores.

Es muy atrayente e interesante ver como la humanidad tiende a observar un fenómeno, lo estudia y lo aplica en cosas que les puede servir. Como dijo Michu Kaku, publicado por Heroelago, nacemos científicos.