Células como calculadoras vivientes

Ingenieros del MIT han transformado células bacterianas en calculadoras que pueden realizar operaciones logarítmicas, dividir y sacar raíces cuadradas, usando tres o menos piezas genéticas.

Ingenieros del MIT han creado circuitos de biología sintética que pueden realizar cálculos analógicos, tales como operaciones logarítmicas y raíces cuadradas en células vivas. Ilustración cortesía de los investigadores

Inspirados en el funcionamiento de los circuitos electrónicos analógicos, los investigadores crearon circuitos sintéticos de computación que combinan “piezas” genéticas existentes, o genes producto de la ingeniería, de forma novedosa.
Los circuitos realizan los cálculos de forma analógica, mediante la explotación de funciones bioquímicas naturales que ya están presentes en las células, en lugar de haberlas reinventado con lógica digital, lo que los hace más eficientes que los circuitos digitales que han creado la mayoría de los biólogos sintéticos.
Los cálculos analógicos son particularmente útiles para el diseño de sensores móviles para patógenos u otras moléculas, dicen los investigadores. Los sensores analógicos también se podrían combinar con circuitos digitales para crear células que pueden tomar una acción específica provocada por una concentración de ciertas moléculas, cuando se alcance un umbral específico.
Los investigadores, que llaman a su nuevo enfoque “biología sintética analógica”, piensan que puede dar lugar a un nuevo conjunto de circuitos fundamentales y aplicados, que podrían mejorar drásticamente la expresión génica, la detección molecular, y la computación.
Los circuitos se describen en un artículo publicado en la edición en línea de Nature.
Fuente: MIT

Frágil mega-galaxia es el eslabón perdido en la historia del cosmos

Dos jóvenes galaxias, que colisionaron hace 11 mil millones años, rápidamente están formando una galaxia masiva, cuyo tamaño es de unas 10 veces el de nuestra galaxia, la Vía Láctea, de acuerdo con una investigación dirigida por la Universidad de California (UC), Irvine.

Con la ayuda de varios telescopios, los astrónomos descubrieron la extraña y masiva fusión

 de dos galaxias, que tuvo lugar cuando el universo tenía sólo 3 mil millones de años

 (su edad actual es de 14 mil millones de años). Crédito de la imagen: ESA/NASA/JPL-Caltech/UC Irvine/STScI/Keck/NRAO/SAO.

La observación de la creación de un cuerpo estelar de corta duración de esa magnitud es extremadamente rara – el equivalente de descubrir el eslabón perdido entre los dinosaurios alados y los primeros pájaros, dijeron los científicos, que utilizaron el otrora poderoso telescopio espacial Herschel y observatorios de todo el mundo. La nueva mega-galaxia, llamada HXMM01, es la más brillante, más luminosa y más rica en gas de una fusión de galaxias de brillo submilimétrico que se conozca, dicen los autores.
HXMM01 está desapareciendo tan rápidamente como se ha formado, víctima de su propio nacimiento cataclísmico. A medida que las dos galaxias colisionaron, engulleron grandes cantidades de hidrógeno, lo que dejó a ese rincón del universo sin el gas que da origen a las estrellas.
El descubrimiento resuelve un enigma en la comprensión de cómo se desarrollaron las galaxias elípticas gigantescas en el universo temprano, y por qué dejaron de producir estrellas poco después. Otros astrónomos han teorizado que los agujeros negros gigantescos en el centro de las galaxias soplaron vientos muy fuertes que expulsaron el gas; sin embargo, el cosmólogo Asantha Cooray, líder del equipo de UC Irvine, dijo que él y sus colegas de todo el mundo han encontrado una prueba definitiva de que el rápido agotamiento de esas galaxias tiene su origen en las fusiones cósmicas y en el resultante consumo del hidrógeno.
La investigación se publica en Nature.
Fuente: University of California, Irvine.

Vacuna universal contra la gripe eficaz en animales

Un nuevo enfoque para la inmunización contra la gripe provocó una respuesta inmune más potente y de una mayor protección que las vacunas estacionales de la gripe, cuando se ensayó en ratones y hurones. El concepto de vacuna, desarrollada por científicos del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (NIAID), representa un importante paso en la búsqueda del desarrollo de una vacuna universal de la gripe – que proteja contra la mayoría o todas las cepas de la gripe, sin necesidad de una vacunación anual.

Cuando la ferritina (gris) se fusiona con la proteína hemaglutinina de la influenza (azul), se automonta en una esfera con 8 picos que sobresalen de su superficie. Crédito: NIAID

Los científicos diseñaron una vacuna experimental con la proteína ferritina, que se automonta en trozos microscópicos llamados nanopartículas, como componente clave. La ferritina se fusionó genéticamente con hemaglutinina (HA), que es la proteína se encuentra en la superficie del virus de la gripe, lo que resulta en una nanopartícula con ocho picos virales que sobresalen. Usando esto como la base para el antígeno de la vacuna, los investigadores crearon una vacuna experimental utilizando hemaglutinina de una cepa del virus de la gripe H1N1 de 1999 y evaluaron su capacidad de estimular una respuesta inmune en ratones. Una sola dosis de la vacuna experimental, con y sin el uso de un adyuvante, desencadenó una respuesta inmune en los ratones, comparable a dos dosis de la vacuna contra la gripe estacional. La vacuna experimental también fue activa contra una gama más amplia de cepas de virus de la gripe H1N1 que la vacuna estacional actual.
Los investigadores también probaron la capacidad de la vacuna experimental para proteger a hurones de la infección con una cepa de 2007 del virus de la gripe H1N1 – una cepa para la que no había sido diseñada específicamente. Un día después de la exposición al virus, los hurones que habían recibido la vacuna experimental presentaron niveles de virus de influenza significativamente más bajos que los que no fueron vacunados.
Aunque se necesitan más pruebas, el enfoque de nanopartículas de HA-ferritina se muestra prometedor para el desarrollo de vacunas de protección más amplia para la gripe, así como para otras enfermedades infecciosas, dicen los autores.
El estudio se publica en Nature.
Fuente: National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) 

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Nanopartículas purifican el agua, y se luego se recuperan con magnetismo

Una nueva nanopartícula desarrollada por ingenieros de la Universidad de Stanford ofrece un avance prometedor en el tratamiento de las aguas contamindasæ. Una vez en el agua, las nanopartículas sintéticas se pueden recuperar rápidamente por medio de imanes, a diferencia de las tecnologías similares existentes, que dejan demasiadas nanopartículas en el agua como para que sea considerada segura para uso humano.

La imagen muestra las nanopartículas carroñeras para el tratamiento del agua. Crédito de la imagen: Mingliang Zhang, Stanford School of Engineering

En años recientes, los ingenieros ambientales han buscado medios para desinfectar, descontaminar y desalinizar el agua contaminada con partículas activas a nanoescala, las que llaman “nanocarroñeras”. Pero el problema, desde un punto de vista técnico, es que es casi imposible recuperar las nanocarroñeras una vez que están en el agua.
Pero ahora, un equipo interdisciplinario de ingenieros de la Universidad de Stanford ha desarrollado un nuevo tipo de nanocarroñeras con un núcleo sintético que es ultrasensible al magnetismo, lo que permite la recuperación fácil y eficiente de prácticamente todas y cada una de las nanopartículas purificadoras.
En la actualidad hay tecnologías comerciales que utilizan nanopartículas formadas con un núcleo de óxido de hierro magnético, pero este material no es absolutamente sensible al magnetismo, y muchas nanocarroñeras permanecen en el agua, de manera que no se puede considerar segura para el consumo humano.
El avance de Stanford sustituye el óxido de hierro con un material sintético. El núcleo de las nuevas nanopartículas, realmente no se compone de un único material, sino que está formado por varias capas externas magnéticas de un material sintético, dispuestas a ambos lados de un centro de titanio.
En su estado natural, las nuevos nanocarroñeras no son magnéticas y no son atraídas por otro material magnético. Sin embargo, cuando se ven expuestas a un campo magnético fuerte, las direcciones opuestas de la fuerza magnética hace que las dos capas alrededor del centro de titanio se dispongan en un mismo sentido, lo que no solo las vuelve magnéticas, sino que se vuelven ultrasensibles al magnetismo.
En pruebas con nanocarroñeras recubiertas con plata, sumergidas en agua contaminada con la bacteria E. coli, con tan solo una dosis de plata de 17 partes por millón, el equipo ha logrado eliminar un 99,9% de las bacterias en sólo 20 minutos. Y han logrado extraer a prácticamente la totalidad de los nanocarroñeras en tan sólo cinco minutos de exposición a un imán permanente.
Después de haber demostrado un prototipo funcional, el equipo ahora está construyendo varias iteraciones de nanocarroñeras con diferentes reactivos exteriores para atacar contaminantes específicos, así como una nueva clase de nanocarroñeras que son un poco más grandes, y que pueden llevar bandas discretas de varios reactivos diferentes.
El hallazgo se publica en Nature Communications.
Fuente: Stanford Univeristy

Imagen detallada del Universo distante

Observando fijamente un pequeño trozo del firmamento por más de 50 horas con el telescopio ultra-sensible Very Large Array (VLA), un equipo de astrónomos por primera vez ha identificado las fuentes discretas que representan casi todas las ondas de radio que provienen de galaxias distantes. Encontraron que alrededor del 63% de las emisiones de radio de fondo provienen de galaxias con agujeros negros en sus núcleos, y que el 37% restante proviene de galaxias que tienen estrellas en rápida formación.

Imagen del VLA de una pequeña porción de espacio extragaláctico. En la imagen, los astrónomos identificaron cerca de 2.000 objetos discretos del Universo lejano. La imagen constituye únicamente alrededor de una millonésima parte de todo el firmamento. Crédito: Condon, et al, NRAO / AUI / NSF.

Jim Condon, del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), dijo que a lo largo de la última década se han mejorado muchísimo la sensibilidad y la resolución del telescopio VLA, y que antes no habían podido detectar las numerosas fuentes débiles que producen gran parte de la emisión de fondo.
Estudios previos han medido la cantidad de emisiones de radio procedentes del Universo distante, pero no han sido capaces de atribuir todas las ondas de radio a objetos específicos. En observaciones anteriores, la emisión de dos o más objetos débiles a menudo era borrosa o se mezclaba en lo que parecía ser una sola fuente más fuerte de ondas de radio.
En febrero y marzo de 2012, Condon y sus colegas estudiaron una región del firmamento que antes ya se había observado con el telescopio espacial Spitzer y con el VLA antes de su actualización. Cuidadosamente los investigadores analizaron y procesaron sus datos, y a continuación, produjeron una imagen que mostró los objetos individuales de radio-emisores dentro de su campo de visión.
Su campo de visión, en la constelación de Draco, abarcó alrededor de una millonésima parte de todo el firmamento. En esa región, se identificaron alrededor de 2.000 objetos discretos que emiten ondas de radio. Eso indicaría, dicen los científicos, que hay cerca de 2 mil millones de este tipo de objetos en todo el firmamento. Son objetos que representan el 96% de todas las emisiones de radio de fondo. Sin embargo, los investigadores señalaron, el 4% restante de las emisiones de radio pueden proceder de hasta 100 mil millones de objetos muy tenues.
Un análisis más detallado permitió que los científicos determinaran cuales de los objetos son galaxias en las que ocurren estallidos rápidos de formación estelar, y cuales son galaxias que contienen agujeros negros centrales masivos, que de forma activa consumen el material circundante. Sus resultados indican que, tal como habían propuesto anteriormente, los dos tipos de galaxias evolucionaron al mismo ritmo en el Universo temprano.
Los investigadores publicaron su trabajo en la revista Astrophysical Journal.
Fuente: National Radio Astronomy Observatory

El agujero negro supermasivo de nuestra galaxia se alimenta de gas

El observatorio espacial Herschel ha hecho observaciones detalladas de gas sorprendentemente caliente, que puede estar orbitando o cayendo hacia el agujero negro supermasivo que está al acecho en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Esta concepción artística ilustra la frenética actividad en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. El centro galáctico alberga un agujero negro supermasivo en la región conocida como Sagitario A *, o Sgr A *, con una masa de alrededor de cuatro millones de veces la del Sol. El observatorio espacial Herschel ha hecho observaciones detalladas del gas sorprendentemente caliente que puede estar orbitando o cayendo hacia el agujero negro supermasivo. Créditos de la imagen: ESA-C. Carreau

“El agujero negro parece estar devorando el gas”, dijo Paul Goldsmith, científico del proyecto Herschel de EE.UU. en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. “Esto nos enseñará cómo crecen los agujeros negros supermasivos”.
El agujero negro de nuestra galaxia se encuentra en una región conocida como Sagittarius A*, o Sgr A* – que es una fuente cercana de las ondas de radio. El agujero negro tiene una masa de aproximadamente cuatro millones de veces la de nuestro sol, y se encuentra a unos 26.000 años luz de nuestro sistema solar.
Incluso a esa gran distancia el agujero negro está cientos de veces más cerca de nosotros que cualquier otro agujero negro activo en el centro de una galaxia, por lo que es el laboratorio natural ideal para estudiar el entorno de esos enigmáticos objetos. En las longitudes de onda de infrarrojo lejano de Herschel, los científicos pueden observar a través del polvo de nuestra galaxia y estudiar la turbulenta región más interior de la galaxia en gran detalle.
La mayor sorpresa fue el gas caliente en la región central más interna de la galaxia. Al menos parte del gas tiene una temperatura de 1.832 grados Fahrenheit (unos 1.000 grados Celsius), mucho más caliente que las nubes interestelares típicas, que por lo general sólo tienen una temperatura de unas pocas decenas de grados sobre el cero absoluto de -460 grados Fahrenheit (-273 grados Celsius).
El equipo ha formulado la hipótesis de que las emisiones debidas a las grandes colisiones de gas, altamente magnetizado, pueden ser un factor de importancia de las altas temperaturas.
Por medio de observaciones en el infrarrojo cercano, otros astrónomos han descubierto una nube separada y compacta de gas de tan solo unas pocas masas terrestres, que cae en espiral hacia el agujero negro. Dicha nube está situada mucho más cerca del agujero negro que el gas detectado por Herschel, y puede que para fines de año el agujero la engulla en su totalidad.
Fuente: NASA/JPL