¿Te preocupa el medio ambiente? Hazte urbanita.

Mirando con un poco de perspectiva es fácil darse cuenta como la mayoría de la gente siempre hemos querido proteger el medio ambiente, pero no siempre ha estado igual de claro que es lo mejor para conseguir el objetivo. Un ejemplo: yo tenía en el instituto un profesor de ciencias, ecologista militante, que tenía un Nissan Patrol, tremendo armatoste que parecía más un carro de combate que un coche de uso diario. Argumentaba que ese vehiculo le permitía disfrutar de la naturaleza. El Nissan Patrol le permitía transitar por pistas forestales donde con otro tipo de coche no podría. Aunque ahora puede parecer una barbaridad, no hay nada objetable en su punto de vista. A mediados de los 80 todos estábamos preocupados por los sprays y la capa de ozono, pero todavía no nos habíamos concienciado con las emisiones de CO2, el cambio climático y muy poco sobre el impacto humano en las zonas protegidas. Por lo tanto ir todos los días al trabajo con una máquina de quemar gasolina y pasar el verano plantando la tienda de campaña en el primer prado que te apeteciera de los pirineos era una práctica común, por suerte en vías de extinción.

¿Un vehículo ecoológico?

Hoy, sorprendentemente, desde muchas organizaciones ecologistas no solo se defiende la agricultura ecológica, si no también un modelo basado en pequeñas explotaciones y en la vida en el campo ¿esto beneficia al medio ambiente? Sin entrar a valorar si una pequeña explotación es más sostenible medioambientalmente que una grande, vamos a centrarnos solo en el día a día. Imagina una familia de cuatro personas que viva en la ciudad y a la misma familia viviendo en el campo. En la ciudad vives en un edificio de apartamentos. En el campo en una vivienda unifamiliar. ¿alguna diferencia a parte de no tener que aguantar vecinos? El mayor consumo energético familiar es por climatización. Si vives en un edificio, en invierno, solo perderás calor por las paredes con ventanas hacia el exterior, ya que por los tabiques que den con el vecino no pierdes. En cierta forma compartes gastos aunque cada uno pague su factura. En una vivienda unifamiliar todas las paredes dan al exterior, lo que aumenta la pérdida energética global. Esto implica mayor factura de gas o de electricidad por persona, y por lo tanto, más emisiones de CO2.


Luego están las necesidades básicas. Asumimos que la familia que vive en el campo tiene una pequeña explotación y trabaja en casa (que no tiene por que ser el caso). De todas formas es imposible autoabastecerse, por lo tanto es necesario desplazarse tanto para comprar lo indispensable para el aseo, limpieza y alimentación, como para llevar a los niños a la escuela. En una ciudad las distancias a las necesidades básicas son más razonables y se pueden realizar andando o con transporte público. La gente que vive en el campo depende del coche para casi todo. Ya tenemos otra fuente de ahorro de emisiones. En los tiempos dorados de la burbuja inmobiliaria se pusieron de moda los bloques de adosados en las afueras de las grandes ciudades. Prometían entornos tranquilos lejos del ruido y del agobio del medio urbano y a una distancia razonable de todos los servicios que la ciudad ofrece. El problema es que el transporte público entre la ciudad y estos núcleos residenciales en la mayoría de ocasiones no existía, u ofrecía un servicio muy deficiente. Esto obligaba a depender en exclusiva del coche. Por lo tanto una familia que viviera a 30 km de la ciudad donde trabajaba y/o llevaba los niños a la escuela estaba obligada a hacer 60 km al día, contando que los horarios de trabajo fueran compatibles para compartir el vehiculo, si no, dos coches y 120 km al día. Contando 5 días por semana y 20 días al mes, haz números del costo económico y del impacto ambiental. Con razón decían que comprarte un adosado alegraba dos veces, una cuando te lo comprabas y otra cuando lo vendías y volvías a la ciudad.

Vamos al último punto, el espacio vital, o el trocito de planeta que necesitas para desarrollarte. Si vives en la ciudad, divide toda la gente que vive en tu edificio entre la superficie que ocupa. Ahora haz el mismo cálculo con una familia viviendo en el campo en una vivienda unifamiliar… obviamente utiliza más superficie la familia campestre. Otro cálculo sencillo. Calcula el espacio que tiene una persona que vive en el campo por el número total de habitantes del planeta. Te darás cuenta que no hay suficiente tierra emergida para todos. Vivir en el campo es un privilegio, no un derecho o algo que beneficie al planeta. Si puedes elegir, no sale a cuenta ambientalmente. Lo mejor para el planeta es que el mayor número de población viva en núcleos urbanos y que al campo o a la naturaleza de visita y con mucho respeto. Y un último detalle, mascotas pocas y pequeñas. Un Pastor Alemán puede consumir al año lo mismo que un todoterreno.


Yo por mi parte expreso mi amor por el planeta viviendo en un edificio de 14 pisos y además agradezco la suerte que tengo de poder ir al trabajo y al supermercado andando, minimizando así mi impacto ambiental. Aunque eso si, arriesgo a diario mi integridad física, esquivando coches en los pasos de cebra y bicicletas en las aceras.


Atencion Ciclistas: esta señal en el carril bici significa que  no teneis la preferencia y debeis ceder el paso ¿a que no es complicado?


PD1: Crisis del pepino. Parece confirmado que el origen del problema surge de una explotación ecológica. Lo dicho en el post. A pesar que la normativa de seguridad que tienen que cumplir los productos ecológicos y los convencionales es similar (con alguna salvedad como el nivel de micotoxinas), sigo insistiendo que los controles y la aplicación de esta normativa es mucho más laxa en las explotaciones ecológicas, y si no lo tienes claro, solo hay que ver el número de alertas alimentarias cada año. Independientemente del problema puntual con los pepinos.

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Peligros de la agricultura ecológica y prensa

Consumir agricultura ecológica entraña sus riesgos. La percepción que cualquier cosa con el apelativo de natural o ecológico es más sano, está más bueno o es más seguro, es falsa. De todo esto hablo largo y tendido en Los Productos naturales ¡Vaya Timo! que por cierto, sale de la imprenta el proximo 2 de Junio, por lo que no me extenderé en este post. No obstante, la actualidad manda. Se acaba de detectar en Alemania un brote de E. coli virulenta, que ha ocasionado una víctima y cuarenta hospitalizados. El problema se ha debido a consumir hortalizas sin lavar, y parece ser que el problema podría surgir de un fertilizante ecológico. Este extremo lo apunta la noticia enlazada, no obstante en el tagesshau alemán solo hablan de consumir fruta no lavada y no nombran a los productos ecologicos (gracias Andrés por el dato). Diremos que falta por confirmar. Independientemente de este hecho puntual, y normativa en mano, la agricultura ecologica presenta menos garantías de seguridad alimentaria que la agricultura convencional y muchisimas menos que los transgénicos, que deben superar exhausitivos análisis y controles. Uno de los motivos de peligrosidad de la alimentación ecológica es la querencia por los abonos naturales y el compost casero. Aunque parezca muy natural tener un podridero en el jardín, la práctica entraña peligros ambientales y sanitarios. Cualquier material no sirve para compostar, ya que se pueden producir compuestos contaminantes y pueden proliferar indiscriminadamente bacterias patógenas. Se confirme o no la relación de la agricultura ecológica en este caso en particular, no ha sido el primero, ni será el último. Solo hace falta recordar el brote debido a espinacas infectadas que afecto a la empresa estadounidense de productos ecológicos "Natural selection Foods" que causo 100 afectados y al menos un fallecimiento, o más fácil, analizar las alertas alimentarias detectadas cada año por la EFSA. 

Compost casero, fuente de riesgos microbiológicos.

Lo que me ha llamdo la atención no es la noticia en si, sino el enfoque que da la prensa cada vez que sucede una alerta alimentaria relacionada con agricultura ecológica. Comparémoslo con el caso de los transgénicos donde nunca se ha producido ningún problema sanitario ni medio ambiental. La prensa aprovecha cualquier oportunidad para lanzarse sobre ellos. Hace poco comenté como la noticia de que el gobierno quiere hacer un registro de agricultores que siembran transgénicos recibía apelativos de "lista negra", "obligar a los agricultores a retratarse y exponerse a la opinion pública". También se dio bombo y platillo a la noticia de que el glifosato, falsamente relacionado con las plantas transgénicas, producia malformaciones fetales. Cuando se demostró que el articulo había incurrido en irregularidades y que las conclusiones eran falsas, nadie publicó el desmentido. Solo hace falta irse a la hemeroteca de cualquier periodico y poner la palabra transgénicos. El 90% de las entradas lo relacionaran con denuncias de los ecologistas (aunque no tengan base) y menos de un 10% tendrán que ver con ciencia y tecnología. Ahora al revés. Hay un problema alimentario relacionado con la agricultura ecológica, ha fallecido gente, pero no hay titulares alarmistas contra la agricultura ecológica, no hay principio de precaución ni ninguna organización pide que quemen los campos. Como dijo Walter Matthau en "Primera Plana" : ¿Quién se lee el segundo párrafo?"  tienes que llegar al final para encontrar que la crisis puede estar relacionada con abonos ecológicos. Esta noticia no es la única. Continuamente hay un goteo de noticias que indican la escasa seguridad alimentaria de la producción ecológica, pero siempre pasan de puntillas. Y muchas veces si se publican reciben las iras de los productores ecológicos, acusándoles de ir contra su negocio. Un buen ejemplo de esto es cuando un equipo del programa el escarabajo verde encontro una partida de huevos ecológicos con un nivel de dioxinas muy superior al permitido.

Todo sea dicho, me parece bien que no haya ensañamiento con la agricultura ecológica en general por un caso en particular. Una alerta alimentaria puede surgir en cualquier situación y por diversas causas (aunque insisto, en producción ecológica tienes más números de que te toque), y me parece pueril por un caso poner en peligro todo un sector, pero por que los transgénicos, sin ningun problema en 16 años no merecen el mismo trato en la prensa. ¿Por qué cualquier rumor, o noticia no contrastada sirve como argumento para solicitar la prohibición de todos los transgenicos o dificultar nuevas autorizaciones?
Y como chiste final, greenpeace dando indicaciones sobre la bacteria en cuestión, como si supieran algo de ciencia. Lo digo por que si supieran no meterian tanto la pata en publicaciones y comunicados. Ya que siempre estan velando por la transparencia y la seguridad, como cuando editan la guia roja y verde, ¿Por qué no exigen que en el etiquetado de los productos ecológicos ponga: "Cada año se dan más incidencias por productos ecológicos que convencionales, consúmalo bajo su responsabilidad"?

Y avisar de los peligros de la Agricultura Ecológica ¿para cuando?

PD: Seguimos de gira. El viernes 27 de mayo a las 10:00 estaré en Torre-Pacheco (Murcia) hablando de transgénicos en las IV jornadas técnicas del melón.

PD2: La actualidad va más rápida que este modesto blog y mi capacidad de documentación es limitada. Brote de gripe aviar en una granja de producción ecológica en Holanda (gracias Mertxe).

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Resumen IV edición del carnaval de química.

Pues después de que por problemas de coordinación con la V edición ésta se alargara unas semanas más de lo que estaba previsto, todo llega a su fin y la IV edición del carnaval de química también. La cosa empezó un poco paradita, pero a partir de la segunda semana hubo un interesante repunte de aportaciones, y finalmente han quedado en la hermosa cifra de 18, agrupados de la siguiente manera (por temas y orden cronológico):

Química orgánica:
Scientia con: "Que horror... ha vuelto el Silicio", augurando un prometedor futuro para este elemento.
Una Investigadora en Apuros: "El Biobutanol ¿Una promesa de Futuro?(III)", seguimos hablando de futuro, en este caso de los biocombustibles y el posible uso del biobutanol obtenido a partir de microorganismos.
Coloide: "Complejos de coordinación, química organometálica y sus implicaciones en catálisis" una de las pocas e interesantes incursiones de este carnaval en la aplicaciones industriales de la química
Scientia: "La reina de la encapsulación molecular" y pocas, pero juntas, el patrón de la V edición nos habla de un tema que conoce muy de cerca la ciclodextrina y sus numerosas aplicaciones.






Química de productos naturales:
Scientia con : "A resveratrol muerto... hydroxytyrosol puesto" Aclarando mitos y verdades sobre los proyectos con alta actividad biológica.
Francis (th)E mule Science's News: "La cantidad de cafeína y de ocratoxina A en una taza de café" sobre la cantidad de diferentes compuestos en el café… y en la cerveza.






Química y biología:
Curiosidades de la Microbiología: "Bichos espaciales" Sobre lo mal que llevan el control de bacterias los astronautas, y lo molesto que puede ser un resfriado en microgravedad.
Curiosidades de la Microbiología: "Estreptomyces en las antenas, antibióticos en el capullo" Ecología química, o la intima relación entre streptomyces y la avispa “lobo de las abejas” europea.
Biounalm: "¿Cómo se diversifican las células gustativas para sentir diferentes sabores?" sobre el desarrollo del sistema gustativo.






Química y alimentación:
Por algún extraño motivo este tema parece ser patrimonio de un servidor, en esta ocasión he comentado los aspectos químicos de tres alimentos básicos como la leche, la harina y el pan.
Los Productos Naturales: " De leche y de proteínas (un post de química y arte) "
Los Productos Naturales: "Química de la harina"
Los Productos Naturales: "Pan y Quimica"






Historia, curiosidades y eventos:
Ese Punto Azul Pálido: "La Tabla periódica de los Comic-Books" Sobre una recopilación de menciones a elementos químicos en los comic-books (y que algunos seguimos llamando tebeos).
Una Investigadora en Apuros: "Esos científicos locos..." sobre la percepción que tiene la sociedad de los químicos.
Micro Gaia: "Semana Cultural en Sevilla, reina Mercedes" sobre el evento conciencia2011 en el campus Reina Mercedes.
Una Investigadora en Apuros: "El mejor químico de la historia en Elsevier (II)" Sobre la iniciativa de la editorial Elsevier de elegir al mejor químico de la historia.
Ese punto Azul Pálido: "La Influencia de la Mitología en la Ciencia (7ª parte)" Y finalmente, Dani Torregrosa nos hablo de los aspectos mitológicos de un elemento químico como el Tántalo.
Y esto ha sido todo amigos, no os perdais la V edición que aloja en Scientia.

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Pan y química

Hace poco hablábamos de todo lo que pasa desde el punto de vista químico desde que recolectamos el grano hasta que hacemos la masa, así como los diferentes tipos de harina. Lo que pasa desde que hacemos la masa hasta que horneamos el pan también tiene su miga. Para que la masa de lugar a un pan esponjoso y blando es necesario ponerle levadura. A pesar que el pan con levadura es conocido desde el antiguo Egipto, su difícil conservación y el hecho de que rápidamente pierda las propiedades ha hecho que a lo largo de la historia la mayoría de civilizaciones occidentales optaran por el pan ázimo. Curiosamente la palabra ázimo la relacionamos con la pascua judía ya que es uno de los alimentos participantes, pero etimológicamente la palabra ázimo no tiene nada que ver con el hebreo. Literalmente en griego significa “sin levadura”. El pan en la forma actual de barra empieza a elaborarse en París a finales del XVII, obteniéndose la levadura de los posos de las cubas de cerveza o de una masa anterior antes de cocerse. Normalmente la harina se conseguía del molino local y se horneaba una vez por semana, lo que implicaba que había que buscar alguna forma para que se mantuviera fresco más tiempo. Los aditivos panarios son casi tan antiguos como el pan. El primero fue la grasa o la manteca. La harina tiene menos de un 1% de grasa. Esta se concentra alrededor del gluten y favorece la plasticidad de la masa, además al tener una temperatura de fusión muy baja, al calentarse aumenta el volumen. La adición de un 3-5% de grasa aumenta el volumen final un 20%. En pastelería se consigue un efecto parecido añadiendo leche o huevos, aunque hay un montón de recetas tradicionales. Por ejemplo, la palabra ensaimada viene de saïm, apelativo balear de manteca de cerdo. Curiosamente el "saïm" se prepara a partir de la manteca en crudo, llamada sagí. En algunas partes a la bolleria preparada con "sagi" se le llama “ensaginada". Otros aditivos típicos para hacer la masa esponjosa son aminoácidos como la cisteína, que deshace los enlaces entre las moléculas de gluten y hace la masa más fluida, o enzimas como las proteasas, que rompen estas moléculas. Una curiosidad y una idea para la industria panaria. La cisteína es un aminoacido esencial, es decir, tenemos que ingerirlo por la dieta y su carencia puede causar problemas serios de salud. Sin embargo en algunos países esta prohibido su uso como aditivo y en otros hay que etiquetarlo con su correspondiente numero ¿Por qué una masa a la que se ha añadido cisteína para hacerla esponjosa no se anuncia como pan enriquecido con aminoácidos esenciales? ¿A que suena mejor que pan con aditivos? Pues las dos afirmaciones son correctas.

Cisteína, aditivo panario y aminoácido esencial

Dejamos la grasa, que engorda, y volvemos a la levadura. La levadura de panadería es la misma especie que se utiliza para el vino y para la cerveza, aunque a efectos prácticos las diferentes industrias han seleccionado las variedades que mejor se adaptan a sus necesidades, por lo que las variaciones entre una y otra levadura pueden ser más radicales que las que encontramos entre un gran danés y un chihuahua. La levadura es incapaz de digerir el almidón. Solo tiene enzimas para digerir mono y disacáridos, mientras que el almidón son cadenas largas. Cuando ponemos levadura en la masa en primera instancia consumirá el azúcar que encuentre y como hay poco le sacará el máximo partido oxidándolo hasta CO2, que son las burbujas que hacen subir la masa. En una cuba de mosto, donde hay abundancia de azúcares utilizables, las levaduras fermentaran en vez de respirar, produciendo alcohol mayoritariamente. Un truco para que la masa suba más es añadirle azúcar ya que posibilita que se produzca más CO2. Para que suba menos el truco es añadir sal, ya que inhibe el crecimiento de la levadura. Por eso las masas saladas suelen ser menos esponjosas. Cuando añadimos levadura química lo que hacemos es mezclar bicarbonato con un ácido (normalmente tartrato o citrato). En medio ácido el bicarbonato se descompone en CO2 y agua, por lo que ya tenemos las burbujitas que hacen falta para que suba la masa.


Y llegamos al horno. En las primeras fases el aumento de temperatura estimula la actividad de la levadura y la masa crece más rápida, pero esto dura poco, ya que cuando se superan los 60 ºC – 70 ºC la levadura muere. A esta temperatura, el almidón sufre un proceso llamado gelatinización y el agua penetra en su estructura. El gluten se desnaturaliza y se adhiere a la superficie del almidón, formando una red que impide que se escapen las burbujas. En la última fase del horneado, cuando la temperatura de la superficie alcanza los 200 – 220 ºC la superficie coge color marrón por la reacción de Maillard entre los azúcares y los aminoácidos.

Harina, levadura... y manteca de cerdo.

Y una vez horneado, el pan, como todo en esta vida, también envejece. En una hogaza recién hecha el almidón está desestructurado y rodeado de moléculas de agua, lo que le da la textura de pan fresco. Esta desestructuración es reversible, por lo que a medida que el pan madura el almidón tiende a recuperar su estructura y va expulsando las moléculas de agua, es decir, se va endureciendo. Este proceso se conoce como retrogradación del almidón. Añadir grasa o ablandadores frena este proceso, por eso la bollería suele aguantar un poco mejor. Almacenar el pan en una panera, protegido del aire, también frena esta pérdida de humedad. Parte del agua no se evapora por la corteza, sino que queda encapsulada en las estructuras de almidón que se han vuelto a formar, por lo que calentando el pan en el horno volvemos a cargarnos la estructura del almidón y liberamos este agua retenida. Volvemos a tener un pan aceptable, pero muy poco tiempo ya que la cantidad total de agua es mucho menor que en el pan recién hecho. Y tiene que ser poco a poco. En el microondas el agua se evapora de golpe y provoca que estas estructuras exploten, produciendo el típico pan flácido cual magdalena después de mojarse en café con leche (¿en que estabais pensando?). Al pan le pasa como al amor, segundas partes nunca fueron buenas. Tratar de recalentar una pasión antigua puede funcionar efímeramente, pero luego todo se hace todavía más duro.

PD1: Fuentes bien informadas apuntan a que el 2 de Junio sale de la imprenta "Los productos naturales ¡vaya timo!"

PD2: Y con esta entrada participo en la IV edición del carnaval de química, que hasta el 25 de mayo se aloja en este blog.

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Como resolver un problema matemático con ADN y una enzima

A pesar que puede sonar a ciencia ficción utilizar técnicas de biología molecular para solucionar problemas de matemáticas es algo que lleva años en marcha. El primero que sugirió la implementación de ordenadores moleculares fue Richard Feynman a finales de los 60, pero en aquel momento no habían herramientas para llevarlos a cabo. Leonard Adleman en 1994 fue el primero en resolver un problema matemático utilizando ADN y enzimas y demostró que es una herramienta increíble para resolver problemas complejos de combinatoria. Conviene recordar que un fragmento de ADN es una secuencia de caracteres con un alfabeto de 4 letras, mientras que los ordenadores utilizan un código de solo dos letras. La ventaja del ADN es que nos permite generar todas las posibles combinaciones de forma muy sencilla. Un matemático podría argumentar, y con razón, que la matemática utilizada no es elegante, ya que no diseña algoritmos refinados que nos den la solución correcta con el mínimo potencial de cálculo, sino que la solución se obtiene a lo bruto. Lo que hacemos es generar todas las combinaciones posibles a un costo de tiempo y recursos asumibles y utilizando biología molecular aislamos la solución correcta sin necesidad de complejos cálculos u operaciones. Feo matemáticamente, pero tremendamente eficaz. Para entenderlo mejor vamos a fijarnos en como se utilizó la computación con ADN por primera vez.

Diseño de un problema y oligonucleotidos utilizados (Fu, Biotechnol. journal; 2007)

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica omnipresente en cualquier laboratorio de biología y sirve tanto para pruebas forenses, para análisis de alimentos, como para ingeniería genética. Adleman utilizo la PCR para resolver un problema que se le resistía a los ordenadores de la época, el del camino hamiltoniano. El problema es tan fácil de describir como difícil de resolver: imaginémonos un número n de ciudades conectadas por carreteras de una sola dirección. ¿Podemos encontrar un camino empezando en una ciudad determinada y acabando en otra que visite todas las ciudades una vez y solo una vez? Los algoritmos existentes solo permitían resolverlo “a lo bruto”, es decir, probar todas las combinaciones una a una hasta dar con la correcta, lo que obligaba a utilizar una elevada potencia de cálculo. Utilizar ADN también es un algoritmo a lo bruto, pero nos permite encontrar la solución correcta de forma rápida. La estrategia a seguir es:


1.- Cada ciudad y carretera se representa por una secuencia de ADN de 20 letras (técnicamente, nucleótidos). Si el problema tiene 7 ciudades, la solución correcta será un fragmento de ADN de 7x20: 140 letras.

2.- ¿Como se definen las diferentes carreteras existentes? Imaginemos que la ciudad A y la B están unidas por una carretera. Las 10 primeras letras de un fragmento representaran a la ciudad A y las siguientes 10 a la ciudad B, de forma que si hay una carretera que une A y J la carretera se representará por un ragmento de ADN cuyas 10 primeras letras coincidirán con las de la carretera AB y las diez últimas serán propias de J. Esto tiene una particularidad. Obviamente las ciudades son cruces de carreteras, de forma que una persona llega a A por la carretera JA y luego va a B por la carretera AB. Esta es la gracia del sistema. Secuencias iguales (¡son cadenas dobles! lo más correcto sería decir complementarias) se enlazarán entre sí durante la reacción de PCR de forma aleatoria.


3.- Ya tenemos que cuando pongamos todos los fragmentos de ADN juntos se enlazaran de forma aleatoria, ahora nos toca separar la solución correcta de las demás. Chupado. La gracia del problema es definir la ciudad de salida y la de destino. La reacción del PCR necesita de dos secuencias de ADN que hagan de cebadores, es decir, que le digan a la enzima donde tiene que empezar y donde tiene que acabar de copiar. Por lo tanto esos cebadores representaran el principio y el final del problema. Amplificarán alatoriamente todas las soluciones… pero la buena será la que tenga 140 letras, algo que es muy fácil de ver por una técnica rutinaria como una separación de ADN por electorferesis en gel de agarosa. Luego secuenciando el fragmento de ADN ya tenemos el problema resuelto de una forma rápida y barata.

Ejemplo de encriptación utilizando ADN (Fu, biotechnol. Journal; 2007)

De la misma forma que un semiconductor sirve para decir si o no, actualmente se están desarrollando herramientas basadas en secuencias de ADN y de ARN catalíticas que sirven para diseñar puertas lógicas. El sistema se basa en que tenemos diferentes opciones para que una cadena de ADN tenga o no actividad enzimática (catalice una reacción química), lo que nos permite el diseño de circuitos. También podemos utilizar secuendias de ADN para encriptar mensajes o para almacenar información. ¿cómo? pues no es dificil. Podemos definir un codigo con combinaciones de las 4 bases de ADN y ese fragmento de ADN insertarlo en cualquier organismo, que será el que lleve la información. Para descifrarla necesitaremos saber que cebadores utilizar y el código para descifrarla. En general la tecnología de la computación con ADN es todavía es un bebé que está aprendiendo a hablar. Ya hay circuitos capaces de realizar operaciones de aritmética elementales y jugar al tres en raya, pero todavía falta para que la manzanita no este fuera decorando sino integrada en la circuitería del ordenador.

Ejemplo de puertas lógicas utilizando secuencias de ADN catalíticas. (Willner et al, Chem. Soc. Rev 2008)

PD: Y con esta entrada participo en la edicion 2.4 del carnaval de matemáticas, que en este mes de mayo se aloja en el blog seispalabras.

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Herramientas moleculares para el Diagnóstico

Hace poco hablábamos de cómo la aplicación de técnicas de biología molecular en medicina podía ayudar a definir que tratamiento es el más adecuado para cada paciente. No obstante esta no es la única aplicación molecular que puede servir para que la medicina sea cada vez más precisa.


Cuando un médico trata a un paciente el primer paso es evaluar sus síntomas y hacer el diagnóstico. Este paso a veces puede ser trivial. Si te rompes un brazo en la radiografía se ve que el hueso está roto. Además de las fracturas, hay un montón más de lesiones o problemas como tumores, malformaciones que directamente se ven. Los rayos X no son el único método para ver que está pasando dentro del cuerpo. Por ejemplo, la tomografía por emisión de positrones o PET hace uso de la propiedad que tienen las células cancerosas de consumir mucha más glucosa que una célula sana, por lo tanto usando glucosa marcada con radioactividad y un detector se puede determinar si hay alguna parte del cuerpo con una demanda anormalmente elevada de glucosa, que nos indicará un tumor. Un caso similar, pero para huesos, sería las gammagrafias con tecnecio metaestable. Sin necesidad de utilizar radioactividad, la resonancia magnetica nuclear (RMN) nos puede aportar imágenes del interior del organismo aprovechando la propiedad de spin del protón.



Gammagrafia (doi:10.4021/jocmr2010.05.364w)

  Otras veces lo que le pasa al paciente no se puede ver, pero la experiencia previa puede servir para indicar que está pasando. Muchas enfermedades tienen asociada una sintomatología inequívoca, una estacionalidad o pueden aparecer en forma de brotes o epidemias. Si estamos en temporada de gripe o de varicela y se presenta alguien con los síntomas típicos, no será necesario recurrir a otro tipo de ensayos para confirmar la presencia del virus. Incluso en caso de duda también hay pruebas sencillas que pueden ayudar a acertar el diagnóstico. Un fuerte dolor al girar el cuello distingue una meningitis de una gripe, un dolor agudo al apretar la zona correcta distingue una apendicitis de un dolor de estómago producido por una mala digestión.


Además los médicos cuentan también con un arsenal de pruebas analíticas para hacer diagnósticos certeros. Con una prueba enzimática muy sencilla se puede medir la actividad de las enzimas transaminasas en plasma sanguíneo. Estos enzimas no se encuentran en el plasma, por lo que en una persona sana esta actividad es residual. Si el análisis detecta alta actividad de esta enzima en sangre nos avisa de daño hepático o cardiaco. No solo la enzimología, también la microscopía puede ayudar. Una presencia anormalmente alta de reticulocitos (glóbulos rojos inmaduros) en la sangre o heces de color apunta a que se rifa una úlcera y tenemos todos los números. Un número alto de glóbulos blancos puede indicar una infección o una leucemia y las pruebas inmunológicas pueden detectar por ejemplo la presencia del VIH o de otras enfermedades víricas. Continuamente se publican nuevas pruebas o indicadores diagnósticos, por ejemplo, un valor anormalmente bajo de colesterol en sangre puede estar indicando algún tipo de tumor líquido.


A pesar de todo este conocimiento acumulado y que los médicos reales son mejores que House, que nunca acierta a la primera, todavía existen muchos casos en los que diferentes factores hacen difícil dar un diagnóstico correcto. Por ejemplo, algunas afecciones mentales o procesos de dolor crónico pueden fingirse con el fin de conseguir una baja laboral o estafar a una compañía de seguros. Otras enfermedades como la fibromialgia tienen unos síntomas bastante etéreos lo que provoca que algunas veces se conviertan en un cajón de sastre donde van a parar pacientes con dolor de origen indeterminado… y que quizás no tengan la misma enfermedad. También está el caso de dos enfermedades, con etiologías muy diferentes, tengan síntomas prácticamente iguales, lo que deja en manos del médico la difícil opción de elegir entre dos tratamientos muy diferentes, a sabiendas de que si no acierta, puede incluso agravar la enfermedad. Un ejemplo es la artritis reumatoide y la osteoartritis. Una enfermedad es autoinmune, mientras que la otra es debida al desgaste de los cartílagos, pero los síntomas son prácticamente idénticos.


Ejemplo de electroforesis 2D para identificar proteinas expresadas diferencialmente

Hoy en día la proteómica y la metabolómica nos permiten ver el contenido total de proteínas o de metabolitos en un determinado momento. Podemos coger muestras de tejido de pacientes en los que tengamos una evidencia directa que tienen una enfermedad o la otra y comparar el patrón de proteínas y de metabolitos con muestras de una persona sana. De esta forma podemos detectar si alguna proteína o metabolito aparece o desparece de forma notable y reproducible entre diferentes muestras, con lo que habremos encontrado un marcador de la enfermedad. Asociar una proteína o metabolito de forma inequívoca con una enfermedad gracias a técnicas de biología molecular permite que luego con un ensayo inmunológico que detecte la proteína o enzimático para el metabolito dar un diagnóstico preciso en casos complicados. En el ejemplo antes mencionado, la aparición de cantidades elevadas de una proteína llamada calprotectina es el indicador de la artritis reumatoide. Actualmente la investigación en el campo de marcadores diagnósticos es intensiva, sobre todo en el caso de marcadores tempranos de cáncer. Curiosamente, a nivel molecular todos los organismos son muy parecidos. Técnicas idénticas a las que acabo de describir, se pueden utilizar para predecir que árboles se adaptaran mejor en repoblación forestal.
Yo por mi parte tengo unos síntomas extraños de difícil diagnóstico. Oigo voces que no parecen provenir de ningún sitio, pero solo me pasa en los supermercados y grandes superficies. A veces siento como si una chica invisible me susurrara al oído: “gran oferta en nuestra sección de charcutería” ¿Qué me pasa doctor?.

PD: Con esta entrada participo en la IV edición del carnaval de biología que hospeda biounalm.

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Química de la harina

El pan nuestro de cada día, junto con la leche es el alimento más común del mundo occidental. El trigo y los cereales en general fueron las primeras plantas en ser domesticadas ya que las gramíneas salvajes de las que provienen eran muy abundantes en las sabanas donde medraba la especie humana hace unos cuantos milenios.

Poco después de domesticar los cereales el hombre aprendió a hacer harina. Si almacenas la semilla tal cual sale de la espiga esta puede enmohecer o germinar antes de tiempo, mientras que si molemos el grano para hacer harina ahorramos espacio y la conservación mejorará. Además luego podemos elaborar diferentes productos procesados, lease… hacer pan. Esta necesidad tan imperiosa de los molinos para convertir el grano en harina se convirtió en una forma de control por parte de los diferentes gobernantes. Si todo el mundo que cultivaba grano iba a necesitar molerlo… controlando el molino controlamos a los campesinos. En la mayoría de periodos de la historia los molinos eran una concesión de la iglesia, del rey o del señor feudal y la mejor forma de organizar la recaudación de impuestos.

Una estampa bucólica de la hacienda pública

La semilla de los cereales está formada por una cáscara externa, por una interna denominada salvado, por el germen o embrión y por el endospermo. Históricamente se ha optado por utilizar únicamente el endospermo lo que da lugar al pan blanco, mientras que el pan con salvado (pan negro o integral) era el reservado a las clases bajas ya que al incluir el salvado se aprovechaba más el grano y su elaboración era más barata. Curiosamente el salvado aumenta su contenido en fibra y en vitamina B, por lo que mejora sus cualidades nutricionales. No obstante esta asociación del pan blanco con las clases altas ha hecho que todavía se mantenga en el inconsciente la imagen de que cuanto más blanco es el pan, mejor calidad. Los romanos se dieron cuenta que si hacían el pan con la harina recién molida esta tenía un color amarillento, pero si la dejaban dos o tres meses, por la oxidación, se blanquea. Madurar la harina 3 meses a veces supone un problema, lo que ha provocado que se hayan utilizado todo tipo de aditivos para acelerar este proceso, desde el cloro gaseoso al bromuro de benzoilo o la azocarbonamida.

Vamos a meternos en harina, o en la química de la harina. La harina está formada básicamente por carbohidratos y proteínas. La proporción entre ellas determinará el tipo de harina y su uso. Las harinas integrales tienen alrededor del 13% de proteína y un 71% de carbohidratos y dan lugar a masas más duras, mientras que una harina refinada para uso en pastelería tiene solo un 7,5% de proteína y un 79,4% de carbohidratos dando lugar a masas muy blandas. Los azucares se encuentran en forma de gránulos de almidón. El almidón son cadenas largas de azúcares. Si estas cadenas son lineales se agrupa en forma de espiral y se llama amilosa, mientras que si tiene ramificaciones irregulares se llama amilopectina. La famosa patata transgénica Amflora tiene una modificación genética para aumentar su contenido en amilopectina, lo que mejora sus características… para la fabricación de papel. Esta estructura impide que el agua entre en los gránulos, impermeabilizando el germen. No obstante si calentamos el almidón se rompen algunos enlaces químicos, permitiendo que el agua se integre en la estructura en un proceso denominado gelatinización. Esta propiedad es la base de la utilización de la harina como espesante en salsas, guisos y sopas.

Cuanto más blanca... mas oxidada

Las propiedades del almidón son similares entre los diferentes cereales. Lo que ha hecho al trigo el rey de la harina es su composición en proteínas. Las principales proteínas solubles del trigo son las albúminas y las globulinas y las insolubles el gluten, formado por las gliadinas y la glutenina. Estas proteínas son las responsables de formar una masa elástica capaz de permitir que la masa suba sin romperse. La gliadina tiende a adoptar una estructura globular mientras que la glutenina es responsable de la elasticidad debido a que es rica en el aminoácido cisteína que puede formar un enlace químico denominado puente disulfuro entre dos cisteínas diferentes. A medida que aumenta el amasado estos puentes se van rompiendo y formando con otras moléculas, lo que aumenta la elasticidad de la masa. Las harinas maduradas también han perdido parte de estos enlaces y por eso son más esponjosas. Un pan con una harina joven tendrá una masa densa y compacta, con pocas burbujas y originará un pan más bajo. Hay diferentes aditivos con los que se puede jugar para hacer que la masa sea más o menos densa, o crezca más o menos… pero eso ya es harina de otro costal.

PD: Con esta entrada participo en la IV edición del carnaval de química, que se aloja en este  mismo blog.

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Lucha molecular contra la sequía

Ayer hablaba en amazings.es sobre las diferentes estrategias que siguen las plantas en condiciones naturales para hacer frente a la sequía. Las respuestas fisiológicas las conocemos bastante bien, por lo tanto la pregunta inmediata sería… ¿podemos aplicar esto para hacer cultivos tolerantes a sequía? Pues no es fácil, de hecho la selección artificial ha tenido un éxito moderado. Hay variedades de muchas especies de interés tolerantes a sequía… pero no suelen ser las que más salida comercial ni producción tienen. Tampoco hay plantas transgénicas en el mercado tolerantes a sequía (de momento, sigue leyendo).
Podemos pensar que como ya conocemos las moléculas responsables de hacer que las células toleren mejor a la sequía la aplicación a la agricultura es inmediata. Por ingeniería genética podríamos hacer plantas de cultivo que acumulen más osmolitos, o que sinteticen algún osmolito que de forma natural son incapaces de acumular y así hacer cultivos más tolerantes. Se ha intentado, y se sigue intentando, con muy poco éxito. El problema es que en la naturaleza las plantas tienen una regulación de la síntesis de osmolitos muy estricta, de forma que solo se sintetizan cuando hace falta y en el momento en que las condiciones ambientales son buenas, se corta en seco. Podemos hacer que la planta sintetice estos osmolitos, pero, de momento no somos capaces de hacer que la regulación sea tan buena (la evolución nos lleva varios millones de años de ventaja). ¿Cual es el problema? La síntesis de osmolitos es energéticamente muy costosa, si obtenemos plantas que acumulen más, o que esten siempre sintetizándolos, cuando llegue la sequía resistirán mejor, pero en condiciones normales estarán utilizando muchos de los recursos que necesitan para crecer o para acumular azúcares en el fruto o la semilla para producir osmolitos, con el resultado final que estas plantas suelen dar un rendimiento final de pena. No compensa la mejor tolerancia a la sequía. En agronomía a este factor se le llama el “Yield Penalty”, o penalización sobre el rendimiento. Sería como tener un coche que estuviera siempre revolucionado, cuando le metas la marcha saldrá disparado… pero mientras tanto está quemando gasolina de forma inútil. En algunos casos se han conseguido variedades que en laboratorio han funcionado bien y que la penalización sobre el rendimiento ha sido razonable… pero en campo han fracasado, por diferentes razones. En unos casos el aumento de la producción de osmolitos ocasiona alteraciones en el desarrollo normal. En otros el problema es más sutil. A veces en el laboratorio, a puerta cerrada y bien mimadita, la planta se porta como una campeona, pero cuando sale al campo a los bichitos les vuelve loco el exceso de osmolitos y se las zampan. No obstante, hacer ciencia consiste en volverse a levantar después de cada fracaso, y la búsqueda de variedades tolerantes continúa.


La sequía, una amenaza global.

Conocemos muy bien, a nivel molecular, la respuesta hormonal que se desencadena cuando la planta percibe la sequía. Todo depende de una hormona llamada ácido abcísico. Alterar esta respuesta hormonal de forma que la planta sea capaz de movilizarse con mayor rapidez puede suponer una mejora de entre un 5% al 10% sin afectar demasiado al rendimiento final. Parece que sea poca cosa, pero ahorrar un 5% en agua de riego supone un beneficio medioambiental enorme por aliviar la presión sobre los acuiferos, y por ende, menos emisiones de CO2. Existe otra estrategia más sutil, cuando la célula empieza a desecarse diferentes procesos celulares empiezan a fallar. La caída no es de todo o nada, sino que hay algunos procesos más sensibles que otros y que son los que van a caer primero. Si identificamos estos procesos (conocidos como factores limitantes) y en cierta forma los compensamos (simplemente, haciendo que el gen responsable de la enzima que falla se exprese más, o expresando una enzima que de alguna manera compense este proceso) podemos conseguir una mejora en la tolerancia a sequía. Sería como tener una presa en una crecida de un río en la que aparecen grietas. Si eres capaz de identificar y reparar la que va a reventar primero conseguirás más tiempo. Obviamente si la crecida continúa al final la presa reventará, pero si mientras tanto la crecida para, pues has evitado el problema. Durante este 2011 aparecerá en el mercado la primera variedad de maíz tolerante a sequía, fruto de una cuerdo de colaboración entre BASF y Monsanto. Esta variedad codifica un gen de bacterias (cspA) que codifica una proteína de unión a ARN, que parece ser un proceso que en maíz falla en condiciones de sequía. El tiempo dirá si esta variedad triunfa o no es admitida por los agricultores, que son los principales beneficiarios de esta tecnología. De toda manera, no hay que bajar la guardia, la lucha contra la sequía continúa.

El maíz tolerante a sequía, a punto de salir al mercado

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