Rastros bajo el agua de antiguas migraciones humanas

Hoy en día, el aumento del nivel del mar es una gran preocupación para la humanidad, ya que el cambio climático calienta el planeta y derrite las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida. De hecho, grandes ciudades costeras de todo el mundo como Miami y Nueva Orleans podrían quedar bajo el agua a finales de este siglo.

Pero los océanos han estado elevándose durante miles de años, y esta no es la primera vez que han reclamado tierra una vez que han sido colonizados por la gente. Un nuevo artículo publicado en la revista Geographical Review muestra evidencias vitales para entender la prehistoria humana bajo los mares en lugares que estaban secos durante el último máximo glacial. De hecho, este artículo informa sobre uno de los “misterios más candentes” de la ciencia: el debate sobre cuándo los primeros asiáticos poblaron América del Norte.

Los investigadores que están detrás del documento estudiaron “puntos de estrangulamiento”, en concreto corredores terrestres angostos, llamados istmos, pero a menudo más conocidos por los canales que los cruzan, o pasajes oceánicos llamados estrechos. Típicamente, los istmos habrían sido más anchos hace 20.000 años debido al bajo nivel del mar, y algunos estrechos ni siquiera existían en ese entonces.

“Miramos nueve puntos de estrangulamiento global – Estrecho de Bering, Istmo de Panamá, Bósforo y Dardanelos, Estrecho de Gibraltar, Estrecho de Sicilia y Mesina, Istmo de Suez, Bab al Mandab, Estrecho de Hormuz y Estrecho de Malaca – para ver cómo era cada uno de ellos hace 20 mil años, cuando había más agua en las capas de hielo y los glaciares”, dijo el autor principal Jerry Dobson, profesor emérito de geografía de la Universidad de Kansas y presidente emérito de la Sociedad Geográfica Americana. “Durante el último máximo glacial, la superficie del océano era 125 metros más baja que hoy. Así que, en todo el mundo, la cantidad de tierra que se ha perdido desde que los glaciares se derritieron es equivalente a la de Sudamérica”.

Dobson ha instado a que se estudie con dedicación esta tierra perdida en el mar, un área de interés arqueológico que él apoda “Aquaterra”, y cree que los puntos de estrangulamiento global son los mejores lugares para empezar.

El nivel del mar en el Estrecho de Bering en el último máximo glacial (hace 20.000 años) frente a la actualidad. Obsérvese el intrincado archipiélago que estuvo presente en el pasado pero no en la actualidad. Sus islas (resaltadas en rojo) podrían haber servido como trampolín para los primeros colonos que cruzaron de Asia a Norteamérica. (Foto: Dobson, et al.)

“Mira estos mismos puntos de estrangulamiento hoy… y mira las noticias de la noche”, dijo. “Son centros de conflicto continuo. Observa cómo el Estrecho de Ormuz controla el flujo internacional de petróleo y provoca conflictos. Los Estados Unidos casi entraron en guerra hace unos meses en un enfrentamiento con Irán por el transporte marítimo a través de ese punto de estrangulamiento. O, mira el Canal de Suez y el papel que jugó en la Crisis de Suez de 1956 y la Guerra de los Seis Días de 1967. Los puntos de estrangulamiento, en particular los estrechos, son fundamentales para los conflictos”.

Los tres autores hallaron muchas cosas interesantes en las nueve regiones. En el Estrecho de Bering, entre Asia y Alaska, por ejemplo, sus datos condujeron a una “hipótesis totalmente nueva” sobre la forma en que la gente probablemente emigró a través de Siberia a América del Norte. El escritor científico Fen Montaigne lo llama “uno de los mayores misterios de nuestro tiempo… cuando los humanos hicieron el primer viaje audaz a las Américas”. El nuevo estudio encontró muchas islas desconocidas y transitorias que habrían actuado como trampolines para atraer a los viajeros hacia el este.

“En el Estrecho de Bering solo existen hoy en día un puñado de islas… pero había literalmente decenas de ellas en el Último Máximo Glacial”, dijo Dobson. “Empezaron a aparecer hace al menos 30.000 años, y Siberia probablemente tenía gente hace unos 30.000 o 40.000 años. Se formaron de oeste a este y luego se inundaron de oeste a este, lo que los habría empujado hasta Alaska. Las primeras islas aparecieron lo suficientemente cerca como para que los asiáticos pudieran ver algunas de ellas desde la costa. La gente pudo haber sido atraída hacia ellas. Luego, más islas siguieron apareciendo hacia el este, así que se fueron alejando paso a paso. Al final, incluso las islas más nuevas se perdieron por inundación… …así que la gente se vio forzada a ir a Norteamérica”.

Tres de los puntos de estrangulamiento global del estudio rodean el Mar Mediterráneo. Aquí también el drenaje del océano descubre nuevas posibilidades para la exploración arqueológica.

En el Istmo de Suez, el puerto entre el Mar Rojo y el Mar Mediterráneo, donde se encuentra hoy el Canal de Suez, habría sido 3,5 veces más largo en el Máximo Glacial Final que justo antes de la construcción del canal. El cruce probablemente habría sido desplazado por una ruta occidental desde Foul Bay, Egipto, hasta la primera catarata del Nilo, de ahí río abajo hasta el Mar Mediterráneo.

El Mar Negro quedó aislado del océano mundial cuando el nivel del mar bajó por debajo del Bósforo y los Dardanelos. En lugar del actual canal de agua salada de 300 kilómetros, había una ruta terrestre de 350 km, un tercio de la cual era un lago profundo ahora sumergido bajo el Mar de Mármara. En respuesta a ello, podrían haber existido asentamientos ahora sumergidos al oeste de la actual desembocadura de los Dardanelos, mar adentro cerca del extremo oriental del Golfo de Soros, y al lado de los extremos oriental y occidental del Mar de Mármara.

Los estrechos de Sicilia y Mesina casi separaron el Mar Mediterráneo en dos mares distintos. El mapa muestra otras islas y llanuras costeras en una zona ya conocida por sus tempranos asentamientos. Por ejemplo, un monolito tallado de 12 m de largo a 39 m de profundidad recientemente descubierto por arqueólogos submarinos prueba que los humanos ocuparon el lugar hace unos 10.000 años.

El investigador de la Universidad de Kansas co-escribió el nuevo estudio con Giorgio Spada y Gaia Galassi de la Universidad de Urbino, científicos oceánicos que aplicaron modelos de ajuste isostático glacial (GIA), teniendo en cuenta la deformación y las variaciones de la gravedad en el fondo marino causadas por el derretimiento glacial y el aumento del nivel del mar, a fin de reconstruir la variación en la paleo-topografía de los últimos 30.000 años. Su trabajo dio como resultado una resolución espacial y temporal mucho más precisa en cuanto al lugar donde la tierra estuvo expuesta durante el último máximo glacial.

“Hemos perdido un área equivalente a Sudamérica en tamaño”, dijo Dobson. “Esa es una enorme cantidad de tierra, y es incluso mejor en promedio que cualquier continente hoy en día. Era todo costero, todo plano, y en su mayoría tropical. Tenemos una estimación mucho mejor del tamaño ahora que hace unos años. La diferencia se debe a esta nueva forma de calcular el nivel del mar. El nuevo modelo considera cómo el fondo del océano se desplaza en respuesta al peso del agua”.

Es probable que las zonas costeras durante el último máximo glacial hayan atraído a la gente, como lo hacen hoy en día las tierras costeras. Dobson dijo que la exploración arqueológica es necesaria para buscar barcos, puertos y asentamientos, evidencia que podría revolucionar las concepciones de la migración humana y los conocimientos técnicos en ese momento.

“¿Cuánta tecnología había ahí?”, dijo. “¿Había barcos? Nunca se han encontrado barcos tan antiguos, pero sabemos que la gente los hizo desde el sudeste asiático hasta Australia hace 65.000 años. Por lo tanto, los antropólogos suponen que deben haber tenido barcos. Incluso cuando el nivel del mar estaba en su punto más bajo, los saltos individuales que tuvieron que hacer fueron lo suficientemente largos como para que pareciera que tenían barcos. En el nuevo artículo, estudiamos la historia de los barcos de todo tipo basada en investigaciones publicadas en revistas científicas de renombre. Los viajes marítimos se remontan sorprendentemente lejos. Así que ahora, ¿qué tipo de pruebas podemos encontrar de los puertos? Nadie ha afirmado nunca que haya habido evidencias de puertos tan antiguas. Por supuesto, puertos en costas 120 m más bajas que hoy en día serían difíciles de encontrar, y se ha realizado muy poca arqueología submarina a esa profundidad. Necesitamos tratar a los barcos y puertos como desconocidos y buscar la evidencia en lugar de proclamar si ocurrió o no”.

El investigador de la KU dijo que los puntos de estrangulamiento deberían ser de interés para geógrafos, científicos oceánicos, arqueólogos submarinos, antropólogos y oceanógrafos porque proporcionan “conocimientos estratégicos sobre dónde buscar pruebas sumergidas de asentamientos humanos”.

“Es una cuestión de eficiencia”, dijo Dobson. “Para entender los viajes marítimos y los asentamientos asociados hace mucho tiempo, podemos buscar en océanos enteros. Las búsquedas submarinas son costosas, sin embargo, así que se investiga muy poco territorio. Los hallazgos son raros porque los artefactos son pocos y lejanos entre sí. Los puntos de estrangulamiento encaminan los viajes por pasillos estrechos, y lógicamente eso también concentra los artefactos. Si hay alguna evidencia, ahí es donde probablemente la encontremos”. (Fuente: NCYT Amazings)

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Células humanas en un embrión de ratón

La ciencia es capaz de abrir puertas de la biología que traspasan límites naturales que en el pasado se consideraban infranqueables.

Durante décadas, el enorme potencial de curación de enfermedades presente en las células madre humanas se ha visto frustrado por la incapacidad de producir cantidades suficientes de células humanas maduras en un organismo vivo. Ahora, un equipo dirigido desde la Universidad en Búfalo (Universidad Estatal de Nueva York) en Estados Unidos, ha desarrollado un método que aumenta espectacularmente la producción de células humanas maduras en embriones de ratones. La producción de células humanas in vivo es muy importante porque las células obtenidas en una caja de Petri a menudo no se comportan de la misma manera que las células en el cuerpo.

Si se perfecciona lo suficiente, la tecnología ensayada por Jian Feng, Zhixing Hu y sus colegas podría permitir la generación de cantidades aún mayores de tipos específicos de células humanas maduras para permitir la creación de modelos de ratón más eficaces con los cuales estudiar enfermedades que afectan gravemente a los seres humanos, como el paludismo o la COVID-19. Y debido a que este método produce tantas células humanas maduras, podría potencialmente generar tejidos vivos con los cuales tratar enfermedades crónicas, como la diabetes o la insuficiencia renal, reemplazando las células dañadas de un paciente por células sanas, y reconstruyendo así secciones enteras de tejidos.

En intentos anteriores para producir células humanas en embriones de ratón, solo se consiguió generar pequeñas cantidades de células inmaduras que son difíciles de cuantificar. En cambio, el método de la Universidad en Búfalo ha dado como resultado millones de células humanas maduras en un embrión de ratón, y ello en tan solo 17 días.

Una gran cantidad de células humanas (marcadas en verde) en un embrión de ratón de 17 días (marcado en azul). La mayoría de las células humanas aquí presentes son glóbulos rojos, que se acumulan en el hígado en construcción del embrión de ratón. (Imagen: Zhixing Hu)

En los experimentos, los investigadores inyectaron entre 10 y 12 células madre humanas en un blastocisto de ratón cuando tenía 3,5 días de edad. El embrión de ratón generó entonces millones de células humanas maduras, incluyendo glóbulos rojos, células oculares y células hepáticas, a medida que se desarrollaba.

Un aspecto importante de líneas de investigación como la seguida por el equipo de Feng y Hu es que el uso de embriones de animales para experimentación no choca con las limitaciones legales impuestas a la investigación con embriones humanos. (Fuente: NCYT Amazings)

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El nuevo coronavirus tiene la capacidad de infectar neuronas humanas

Científicos de la Universidad de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, Brasil, han confirmado mediante la realización de experimentos en cultivos de células que el nuevo coronavirus (SARS-CoV-2) posee la capacidad de infectar neuronas humanas.

La infección y el aumento de la carga viral en las células nerviosas se confirmaron mediante la aplicación de la técnica de PCR en tiempo real, la misma que se emplea en el diagnóstico de COVID-19 en los laboratorios de referencia. El grupo coordinado por el profesor del Instituto de Biología Daniel Martins-de-Souza también confirmó que las neuronas expresan la proteína ACE-2 (enzima convertidora de angiotensina 2, por sus siglas en inglés), molécula a la cual el virus se conecta para invadir las células humanas. En los próximos días, el equipo pretende investigar de qué modo se altera el funcionamiento de esas células nerviosas en la infección.

La investigación se lleva adelante en el marco de un proyecto aprobado por la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo – FAPESP en la convocatoria intitulada “Suplementos de Rápida Implementación contra el COVID-19”, como parte de la fuerza de tareas implementada por la Unicamp.

“Compararemos las proteínas y los demás metabolitos presentes en los cultivos celulares antes y después de la infección. La idea es observar cómo varía el patrón de las moléculas y, con base en esta información, intentar contar la historia de la actuación del virus en el sistema nervioso central”, explica Martins-de-Souza.

En el experimento, realizado por la becaria posdoctoral Fernanda Crunfli, se utilizó un linaje celular cerebral humano y también neuronas humanas obtenidas partiendo de células madre pluripotentes inducidas (iPS, por sus siglas en inglés).

Neuronas derivadas de células madre neurales. (Foto: Giuliana S. Zuccoli)

Este método consiste en reprogramar inicialmente células adultas –que pueden ser provenientes de la piel o de otro tejido de fácil acceso– para hacerlas asumir un estadio de pluripotencia similar al de las células madre embrionarias. Esta primera parte tuvo lugar en el laboratorio del profesor de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) Stevens Rehen, en el Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino (IDOR). Posteriormente, el equipo de Martins-de-Souza indujo mediante estímulos químicos la diferenciación de las células iPS en células madre neurales, un tipo de células progenitoras que pueden dar origen a diversas células del cerebro, tales como neuronas, astrocitos y oligodendrocitos.

“También estamos empezando a realizar test con astrocitos humanos, y pronto sabremos si el virus infecta a esas células, que brindan soporte para el funcionamiento de las neuronas y son las más abundantes del sistema nervioso central”, comenta Martins-de-Souza.

Tal como explica el científico, los estudios ya realizados en otros países sugieren que el SARS-CoV-2 posee tropismo por el sistema nervioso central, es decir que tiene una cierta propensión a infectar las células nerviosas. “Pero aún no sabemos si el virus logra efectivamente atravesar la barrera hematoencefálica [la estructura que protege al cerebro contra sustancias tóxicas y patógenos presentes en la circulación sanguínea] y, de lograrlo, qué tipo de impacto puede provocar en el tejido nervioso. Buscaremos pistas que ayuden a despejar estas dudas”, dice el investigador.

Los experimentos in vitro con aislados virales están realizándose en el Laboratorio de Estudios de Virus Emergentes (Leve) del Instituto de Biología de la Unicamp, que posee nivel 3 de bioseguridad (en una escala que va hasta 4) y está coordinado por el investigador José Luiz Proença Módena.

Participan en los test varios estudiantes de posgrado: Gabriela Fabiano de Souza y Stéfanie Primon Muraro, dirigidas por Proença Módena, y Ana Campos Codo y Gustavo Gastão Davanzo, bajo la dirección del profesor Pedro Moraes Vieira.

Los test de metabolómica y proteómica se llevarán a cabo en el Laboratorio de Neuroproteómica, coordinado por Martins-de-Souza, y estarán a cargo de los posdoctorandos Victor Corasolla Carregari y Pedro Henrique Vendramini. En ese caso, se empleará un espectrómetro de masas, un aparato que puede discriminar distintas sustancias presentes en una solución con base en el peso molecular de cada una de ellas.

“Aparte de investigar si la cantidad de una determinada proteína existente en la muestra aumenta o disminuye tras la infección, también pretendemos evaluar cómo se encuentra el nivel de fosforilación y de glucosilación de las moléculas. Las células se valen de dos mecanismos bioquímicos para activar o desactivar rápidamente la función que cumplen las proteínas. Esto nos suministrará pistas sobre las vías metabólicas que se alteran en las neuronas como respuesta al nuevo coronavirus”, comenta Martins-de-Souza.

El neurólogo Li Li Min comenta las manifestaciones neurológicas que se han observado en pacientes con COVID-19, entre ellas la pérdida del olfato y del gusto, confusión mental, derrames y dolores musculares (sin relación con alguna lesión muscular).

Según el investigador, se estima que hasta un 30% de los infectados por el nuevo coronavirus pueden exhibir algún síntoma neurológico. Min es coordinador de Educación y Difusión del Conocimiento del Instituto de Investigaciones en Neurociencias y Neurotecnología (BRAINN), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) apoyado por la FAPESP. (Fuente: AGENCIA FAPESP/DICYT)

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Identifican los tipos de células humanas más vulnerables al coronavirus

Un equipo internacional de especialistas ha identificado las clases de células humanas que parecen ser las más vulnerables a la infección por el coronavirus SARS-CoV-2, el culpable de la enfermedad pandémica COVID-19.

Estos científicos, entre quienes figura Alex K. Shalek, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge (Estados Unidos), buscaron células que expresan las dos proteínas que ayudan al virus SARS-CoV-19 a entrar en células humanas. Encontraron subconjuntos de células en el pulmón, las vías nasales y los intestinos que expresan ARN para ambas proteínas mucho más que otras células. Por lo tanto, estas células son las más susceptibles a la infección por el SARS-CoV-2.

En los pasajes nasales, los investigadores encontraron que las células caliciformes, que producen mucosidad, expresan ARN para las dos proteínas que el SARS-CoV-2 utiliza para infectar las células. En los pulmones, encontraron los ARNs de estas proteínas principalmente en las células llamadas neumocitos tipo II. Estas células recubren los alvéolos (sacos de aire) de los pulmones y son responsables de mantenerlos abiertos.

En los intestinos, encontraron que las células llamadas enterocitos de absorción, que son responsables de la absorción de algunos nutrientes, expresan los ARNs de estas dos proteínas más que cualquier otro tipo de células intestinales.

Esta imagen, captada mediante microscopio electrónico de barrido, muestra coronavirus SARS-CoV-2 (los objetos redondeados de color naranja) asomando de la superficie de células (marcadas en verde). (Foto: NIAID-RML)

Los investigadores esperan que sus hallazgos ayuden a guiar a los científicos que están trabajando en el desarrollo de nuevos tratamientos farmacológicos contra la COVID-19 o que están probando si algunos medicamentos ya disponibles para otras enfermedades podrían ser utilizados también para el tratamiento de la COVID-19. (Fuente: NCYT Amazings)

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Resucitan proteínas ancestrales para conocer la estructura de importantes enzimas humanas

Las monooxigenasas (FMOs, por sus siglas en inglés) son una familia de enzimas presentes en múltiples seres vivos -bacterias, plantas y animales- responsables de transformar las sustancias toxicas que ingresan en los organismos como toxinas, pesticidas y drogas.

Los seres humanos tienen cinco copias distintas de este tipo de enzimas (FMO1, FMO2, FMO3, FMO4 y FMO5) que, además de metabolizar tóxicos, intervienen en los procesos de activación de fármacos. Por otra parte, se sabe que en caso de haber deficiencias en la producción de algunas de ellas, pueden llegar a desarrollarse enfermedades.

Pese a la evidente importancia que tienen las FMOs para la medicina y la farmacología, no es mucho lo que se conoce hasta ahora de su estructura ni de la función específica que cumple cada una de ellas. Sucede que las monooxigenasas humanas son proteínas unidas a la membrana de la célula, por lo que no ha sido posible cristalizarlas para el análisis estructural por rayos x, y su inestabilidad hace que su estudio en detalle sea aún más complicado.

Recientemente, un equipo científico internacional del que participó Laura Mascotti, investigadora del CONICET en el Instituto Multidisciplinario de Investigaciones Biológicas de San Luis (IMIBIO-SL, CONICET-UNSL), logró resucitar en el laboratorio FMOs de los primeros mamíferos para poder estudiarlas. Se trata de los antecesores de tres de las cinco FMOs humanas (FMO2, FMO3 y FMO5).

“Estas enzimas ancestrales que volvimos a la vida en el laboratorio son un 90 por ciento similares a las modernas e idénticas en su funcionamiento, pero tienen la ventaja de ser mucho más estables, lo que nos permitió cristalizarlas y poder conocer su estructura. Esto nos posibilita saber cómo funcionan, qué compuestos aceptan y cuéles rechazan, así como conocer su bioquímica en detalle”, afirma Mascotti, especialista en evolución de proteínas.

Laura Mascotti. (Foto: gentileza investigadora)

El trabajo de investigación se escalonó en tres etapas fundamentales. Mascotti fue la responsable de reconstruir la secuencia genética de las FMOs ancestrales de mamíferos a partir del armado de un árbol filogenético. Un equipo de la Universidad de Groningen (Países Bajos) bajo la dirección de Marco Fraaije se encargó de producir y caracterizar las proteínas. Finalmente, investigadores de la Universidad de Pavia (Italia), encabezados por Andrea Mattevi, pudieron determinar su estructura. Los resultados obtenidos fueron publicados en la revista Nature Structural & Molecular Biology.

“Poder profundizar nuestro conocimiento sobre el modo en que actúan estas enzimas es fundamental para saber más sobre los sistemas de metabolización de las drogas de nuestro organismo y poder determinar, por ejemplo, qué dosis se necesita aplicar de un determinado medicamento para que sea efectivo”, señala Mascotti.

Otra posibilidad que abre este estudio es entender mejor la correlación que existe entre mutaciones en los genes FMO y el desarrollo de patologías. Por ejemplo, la incapacidad de ciertas personas para producir FMO3 causa una enfermedad conocida como el ‘síndrome del olor a pescado’ –que básicamente implica que tengan mal olor, haciendo muy compleja su vida social- por no poder metabolizar y eliminar adecuadamente la trimetilamina producida a partir de precursores presentes en los alimentos.

“Ahora va ser más sencillo poder determinar los efectos de las enfermedades vinculadas a deficiencias en los genes que codifican para estas importantes proteínas”, indica la investigadora.

De acuerdo con Mascotti, haber podido producir ancestros de las FMOs humanas, tan parecidos a ellas y cuya función es idéntica, ofrece una solución a los problemas que las enzimas actuales plantean para su análisis detallado. En este sentido, más allá del caso particular de este tipo de enzimas, el trabajo muestra el potencial que ofrece la reconstrucción de secuencias ancestrales como estrategia para la cristalización de proteínas. (Fuente: CONICET/DICYT)

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