Los Biocombustibles (2)

La crisis alimentariaDesde hace algunos años el mundo atraviesa una crisis alimentaria por el aumento de precios de alimentos básicos como el maíz, el arroz y el trigo. Entre las causas de esta crisis se encuentra la demanda de tierras y productos para la producción de biocombustibles. Según la Organización de las Naciones Unidas (ONU), la oferta alimentaria de granos se ha reducido y los precios de los alimentos han aumentado debido en parte a que países como Brasil y Estados Unidos usan grandes extensiones para cultivar la materia prima de los biocombustibles en lugar de alimentos. Este fenómeno afecta a los grupos humanos más vulnerables del planeta.

Según predicciones de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), si se utilizara etanol para producir el 10% de los combustibles empleados en el transporte en Estados Unidos, se requeriría que el 30% de la superficie agrícola de ese país se dedicara al cultivo de materias primas; un porcentaje que en el caso de la Unión Europea ascendería al 72% de la superficie arable; a nivel mundial esta cifra sería del 9%. Es probable que los países desarrollados promuevan cultivos para biocombustibles fuera de sus territorios para después comprarlos, y no enfrentar así las consecuencias ambientales ni sociales de su producción.

Finalmente, debe hacerse notar que el uso de biocombustibles está asociado con los intereses de grandes empresas que tienen una enorme oportunidad de crecer y enriquecerse con su producción y comercialización. La organización Grain —un organismo no gubernamental que promueve el uso sustentable de la diversidad agrícola—, sostiene que estas empresas pretenden “reemplazar millones de hectáreas de sistemas agrícolas locales y a las comunidades rurales que trabajan en ellos, erradicando los sistemas indígenas de cultivo y pastoreo para sustituirlos con grandes plantaciones de monocultivo e ingeniería genética, en las que las empresas multinacionales tengan el control”.

La alternativa parece ser entonces no producir biocombustibles a partir de alimentos, sino con desechos de industrias como la forestal, la agrícola y la papelera. Estos biocombustibles, que se hacen con celulosa, madera de desecho o algas cultivadas, llamados de segunda generación, pueden ser una mejor opción porque no requieren grandes superficies de cultivo. Su uso permitiría además manejar los desechos de manera adecuada y no competir con la industria alimentaria. En México ya se desarrollan proyectos para producir biocombustibles a partir de desechos orgánicos, como cáscaras de frutas o aceite quemado.

También existen los biocombustibles de tercera y cuarta generaciones, que buscan aumentar la cantidad o calidad de la materia prima usando organismos genéticamente modificados (transgénicos).

Por ejemplo, la compañía estadounidense ArborGen desarrolla árboles con menor cantidad de lignina (compuesto resistente, que da el carácter leñoso) y mayor cantidad de celulosa, lo cual reduce los costos de pretratamiento y aumenta la producción de biocombustibles. Otras modificaciones genéticas buscan aumentar la capacidad de las plantas de captar CO2. Aunque estas nuevas generaciones de biocombustibles podrían tener mejores rendimientos energéticos comparados con los de primera y segunda generaciones, los organismos genéticamente modificados conllevan amenazas ambientales que aún no han sido debidamente valoradas, además de que persiste el problema de utilizar tierras de cultivo de alimentos para sembrar la materia prima.

Las alternativas

Usar formas alternativas de producción de energía puede ser una opción más limpia y eficiente (véase “Un rayo de Sol, un soplo de viento”, ¿Cómo ves?, No.121). Una de estas fuentes es el viento. La energía eólica es renovable, gratuita y limpia. Tiene algunos inconvenientes, por ejemplo, que los molinos de viento alteran el paisaje con su tamaño y su número, pues tienen que ser cuantiosos para producir suficiente energía y pueden afectar a las poblaciones de aves migratorias. Sin embargo, los beneficios tecnológicos, sociales, y económicos asociados con su uso, además de la reducción de las emisiones de carbono, hacen de la energía eólica una buena opción para sustituir a los combustibles fósiles.

Otra fuente de energía alternativa es la solar. Hay diversas tecnologías que permiten aprovecharla, en especial las celdas de semiconductores que se activan con la radiación solar (celdas fotoeléctricas) y producen electricidad. Al igual que la energía eólica, la solar es autónoma y descentralizada, pues proviene de una fuente gratuita e inagotable y puede obtenerse en prácticamente cualquier sitio, aunque es más eficiente en zonas calurosas con baja nubosidad, como los desiertos. En conjunto estas energías verdes y los biocombustibles pueden disminuir en gran medida nuestra dependencia de los combustibles fósiles.

Los biocombustibles podrían ser una buena alternativa si se lograra producirlos sin emplear combustibles fósiles. Hasta ahora, debido a que se producen a partir de cultivos agrícolas, lejos de representar una alternativa sustentable, son una fuente de problemas ambientales, sociales, políticos y económicos más graves que los que resultan de usar combustibles fósiles.

Adiós al petróleo

Actualmente, el 84% del consumo total mundial de energía primaria proviene de los combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón mineral. El impacto ambiental causado por este uso, tan intensivo y prolongado, junto con la caída en las reservas de hidrocarburos, ha impulsado la búsqueda de tecnologías más eficientes, más limpias y que no dependan del petróleo.

Las reservas probadas de petróleo en el mundo se reducen. Además la extracción se complica en zonas productoras importantes por conflictos políticos. Aunque a mediados de los años 60 se alcanzó un récord en el número de ya- cimientos petroleros descubiertos, poco después se produjo una caída que se ha acentuado con el tiempo. En el año 2000 se descubrieron pocos yacimientos y las estimaciones pronostican aún menos en el futuro próximo. Al mismo tiempo, la demanda crece. Para el periodo 2002- 2025 se ha calculado un incremento en esa demanda de 57% entre 2002 y 2025. Estas circunstancias han fomentado las investigaciones encaminadas a aprovechar otras fuentes de energía.

Linkin Park - In the end

Linkin Park es una banda estadounidense de rock procedente de Agoura Hills, California. Formada en 1996, el grupo estuvo inicialmente integrado por Mike Shinoda, Dave Farrell, Joe Hahn, Brad Delson, Rob Bourdon y Mark Wakefield, este último como voz principal. La banda inició en ese mismo año sus primeros trabajos musicales de manera independiente y posterior a esto grabaron su primer material llamado Xero; sin embargo no tuvieron gran éxito en la búsqueda de un sello discográfico ya que nadie mostró interés por su trabajo, lo que ocasionó la renuncia de Mark Wakefield.​ 

Poco después, Chester Bennington se incorporó a la banda como vocalista; el grupo realizó su primera presentación en un club de Los Ángeles y siendo respaldados por Jeff Blue, en aquel entonces vicepresidente de Warner Bros. Records, lograron firmar con el sello en 1999. El nombre del grupo es un juego de palabras que hace referencia al Lincoln Park en Santa Mónica.

El grupo es conocido por su estilo musical característico que mezcla rock, rap y sonidos electrónicos,​ si bien desde sus inicios se le consideró como no metal, hasta lo que fue su segundo álbum Meteora, en ese entonces optando por este género y por el rap metal, no obstante en su tercer disco Minutes to Midnight decidieron explorar en otros géneros, cambiando a un estilo más «suave», orientado al rock alternativo.

Posteriormente con su disco A Thousand Suns registraron un estilo mucho más experimental, dicha producción se convirtió en el cuarto álbum consecutivo de la banda en alcanzar el número uno en las listas de popularidad en su primera semana de ventas.​ La banda ha vendido 68 millones de discos y ha ganado dos premios Grammy.
En honor a Chester y dedicado a Roxy

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La batalla de los sexos (I)

Además del Universo, el segundo objeto que más misterios encarna para la ciencia a raíz de su complejidad se encuentra justo encima de nuestros hombros. Aún más, es el responsable de la habilidad del lector para comprender cada palabra de este texto y dominar una actividad sofisticada de reconocimiento e interpretación de información a través de un lenguaje de signos como la lectura: el cerebro humano.

Se trata del órgano más importante del sistema nervioso central. Una masa gris de aspecto arrugado que flota sobre líquido cefalorraquídeo protegida por el cráneo y responsable de más de mil billones de conexiones sinápticas. Con poco menos de un kilo y medio de peso, es la parte de la anatomía humana más enigmática y de la que menos se sabe hasta el momento. Existen distintas teorías sobre su evolución y la complejidad de los distintos procesos mentales, pero desde el lenguaje y hasta la conciencia, el conocimiento que se tiene sobre su funcionamiento es primigenio con respecto a su potencial creativo.

Una de las preguntas más comunes con respecto a las particularidades del cerebro radica en la diferencia que existe entre sexos. Tradicionalmente, distintos estudios científicos consideran que existen desigualdades insalvables entre los cerebros de hombres y mujeres. Tales diferencias se han utilizado a través de la historia para justificar el comportamiento de uno y otro sexo, estableciendo estereotipos entre la mentalidad masculina y femenina.

A pesar de que la ciencia médica consideraba en el pasado que no existían diferencias significativas entre ambos cerebros, el estudio más ambicioso jamás realizado para descubrir distinciones en la anatomía cerebral entre hombre y mujer arrojó resultados que podrían cambiar la forma en que comprendemos a cada sexo a partir de su pensamiento. El doctor Stuart Ritchie, especialista en Psicología de la Universidad de Edimburgo, se valió de más de 500 mil datos disponibles en el UK Biobank (una iniciativa científica del Reino Unido para la recopilación de información relativa a los órganos del cuerpo humano) para escanear cerebros y descifrar si la información arrojada a través de resonancias magnéticas era suficiente para descubrir si se trataba de un hombre o una mujer.

El resultado fue estadísticamente notorio: en cerca del 77 % de los casos fue posible identificar correctamente el sexo del cerebro en cuestión. Según Ritchie, la diferencia más significativa entre el sistema nervioso central de los sexos de nuestra especie está en el tamaño: los cerebros masculinos poseen un volumen mayor que los de su contraparte femenina, no sólo en el total de materia gris, también en áreas específicas del mismo.

La amígdala, el hipocampo, el cuerpo estriado y el tálamo de los hombres son visiblemente más grandes que las mismas regiones en las mujeres. No obstante, la anatomía del sistema nervioso central femenino posee una corteza cerebral más gruesa que la masculina, un elemento que parece decisivo en la obtención de un resultado más alto en las pruebas de habilidades cognitivas e inteligencia.

A pesar de que se trata de un gran paso, en realidad, ninguna de las características anteriores es capaz de definir con certeza si el cerebro masculino o femenino manifiestan una habilidad mayor que el otro para resolver problemas complejos, comunicarse eficientemente y potenciar el pensamiento de acuerdo a la definición contemporánea de inteligencia. Lo anterior resulta aún más complicado cuando se reconoce a la inteligencia como un concepto relativo, poderosamente influenciado por el contexto social, que a su vez mantiene un falso halo de superioridad masculina en todo lo relativo al desarrollo del pensamiento creativo, científico o artístico. Razones suficientes por las que el primer paso para acercarse a una respuesta real y fundada en la ciencia, debe dirigirse a la igualdad entre géneros, el fin del machismo y la incursión del sexo femenino en todos los espacios de los que ha sido históricamente rechazado, y viceversa.

Sistema Inmune (I)

Cuando las barreras defensivas fallan y los tejidos son invadidos por agentes patógenos, se activa la segunda línea de defensa: la respuesta inflamatoria. 

La respuesta inflamatoria es un espectacular cambio en el tejido dañado, provocado por muchos mediadores químicos, tanto del propio tejido como de los gérmenes invasores. Una sustancia liberada durante la inflamación es la histamina, secretada por los leucocitos basófilos y las células cebadas del tejido conectivo. 

La histamina tiene un efecto vasodilatador, lo que ocasiona que la zona dañada reciba un mayor flujo sanguíneo. Simultáneamente, aumenta la permeabilidad capilar y se produce un escape de líquido desde la sangre hacia el espacio intersticial. Los síntomas y signos clásicos de la inflamación, conocidos como la tétrada de Celsius (el médico que los describió) son “rubor, calor, tumor (hinchazón) y dolor”. Todos ellos son causados por la mayor llegada de sangre y el aumento de la permeabilidad en la zona afectada. 

Con el mayor riego sanguíneo llegan también gran cantidad de neutrófilos y monocitos, llamados en conjunto “fagocitos”. Los fagocitos poseen cuatro propiedades que son fundamentales en la respuesta inflamatoria: quimiotaxis, diapédesis, ameboidismo y fagocitosis. 

La quimiotaxis es el fenómeno de atracción que ciertas sustancias ejercen sobre las células, haciendo que éstas se movilicen hacia la fuente de las mismas, donde su concentración es mayor. Los fagocitos son atraídos hacia el tejido por los mediadores liberados y también por toxinas bacterianas. 

Una vez en la zona de inflamación, los fagocitos se desplazan mediante movimientos ameboideos. La función más importante de los fagocitos es la fagocitosis, que significa “ingestión celular”. 

La fagocitosis es un tipo de transporte en masa que permite la incorporación de grandes partículas sólidas, las cuales son rodeadas por los pseudópodos hasta que quedan completamente englobadas en una vesícula (el fagosoma). Por medio de la fagocitosis, neutrófilos y macrófagos “comen” selectivamente a los agentes invasores y también a los restos celulares del tejido dañado. La selectividad en la fagocitosis se relaciona con la expresión, en la membrana plasmática de los fagocitos, de receptores específicos que reconocen algunas moléculas comunes a muchos patógenos (Receptores de Reconocimiento de Patrón asociados a patógenos = RRP). Los fagosomas se fusionan posteriormente con los lisosomas y de esta forma se digiere su contenido, gracias a las hidrolasas lisosomales. 

Además, las membranas de los fagosomas ensamblan sistemas enzimáticos que forman agentes oxidantes, como el peróxido de hidrógeno, mortales para las bacterias. Quimiotaxis y adherencia del microbio al fagocito. Ingestión del microbio por el fagocito. formación del fagosoma. Fusión del lisosoma primario con el fagosoma. Formación del fagolisosoma (lisosoma secundario). Digestión del microbio. Formación del cuerpo residual con el material indigerible. Exocitosis del contenido del cuerpo residual. Fagocitosis Cuando el patógeno no puede ser atacado por una sola célula, es rodeado por grupos de leucocitos que exocitan defensinas y todo su arsenal de enzimas y sustancias tóxicas. Algunas bacterias tienen paredes o cápsulas celulares que resisten la fagocitosis y otras se defienden con sustancias que destruyen la membrana lisosómica. Los neutrófilos se desactivan después de fagocitar unas 20 bacterias y los macrófagos pueden fagocitar hasta 100.

La mayoría de los neutrófilos y algunos macrófagos finalmente mueren y se acumulan junto con el tejido necrótico y el líquido extracelular. Esta mezcla forma el pus. La mieloperoxidasa, que contiene cobre en su estructura, es la responsable del color verdoso del pus. Las zonas inflamadas se rodean con coágulos de fibrinógeno, el cual se extravasa al aumentar la permeabilidad capilar. Los coágulos tabican la zona y taponan los capilares, inhibiendo así el desarrollo de los microbios (que quedan privados de nutrientes) y retrasando su diseminación. 

La coagulación es inducida por citoquinas, hormonas secretadas por los leucocitos. Las citoquinas también inducen una respuesta sistémica, que acompaña a todos los fenómenos locales descritos. Por ejemplo, algunas citoquinas actúan sobre el hipotálamo, donde se localiza el centro regulador de la temperatura, y causan fiebre. La fiebre es un mecanismo defensivo, ya que las altas temperaturas favorecen la respuesta del sistema inmune y en cambio perjudican a los patógenos, que se desarrollan mejor a temperaturas bajas. La respuesta sistémica implica asimismo un aumento en la síntesis de hormonas esteroides y de las proteínas de fase aguda, que se fabrican en el hígado.

Los biocombustibles (1)

Los biocombustibles aparecen con frecuencia en las noticias y en los discursos y planes de gobiernos de todo el mundo. ¿A qué se debe tanta popularidad? En numerosos foros, así como en los documentos de política energética de muchos países, se considera a los biocombustibles como una alternativa “verde” a los combustibles fósiles (como el petróleo y el carbón mineral) que contribuirá a disminuir la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera y con ello a frenar el calentamiento global. Pero, ¿realmente es así?

Los biocombustibles se elaboran con materiales producidos por los seres vivos; son alcoholes, éteres, ésteres y otros compuestos químicos generados a partir de los tejidos de plantas y animales, los residuos de la agricultura y de la actividad forestal, y algunos desechos industriales, por ejemplo los de la industria de la alimentación. Todos los países tienen la capacidad de producir biomasa vegetal o animal y, por lo tanto, biocombustibles.

Éstos pueden brindar cierta independencia en la producción de energía, lo que no ocurre con el petróleo, que no se encuentra en todos los países. Los biocombustibles son, además, una fuente de energía renovable, ya que proviene esencialmente de la fotosíntesis, proceso por el cual las plantas reducen y fijan el CO2, transformándolo en carbohidratos, como azúcares y almidones. Los dos biocombustibles más usados en el mundo son el etanol y el biodiesel.

Se utilizan principalmente en los motores de vehículos como automóviles y camiones. El etanol (que es un alcohol) generalmente se produce utilizando como materia prima la caña de azúcar, los cereales y el betabel (también llamado remolacha de azúcar). El biodiesel, que puede usarse en lugar del diesel convencional, se produce a partir de aceites vegetales o animales. Las especies más usadas para obtener biodiesel son la palma aceitera y la soya.

El etanol representa cerca del 90% de la producción total de biocombustibles y el biodiesel el resto. En principio, cambiar las fuentes de energía actuales por otras renovables traería numerosos beneficios económicos y sociales. La escasez y el aumento de los precios de los combustibles fósiles, el reto del cambio climático y las oportunidades de desarrollo para el Tercer Mundo —por los ingresos económicos derivados de cultivar materias primas y producir biocombustibles— son factores que han contribuido a que se considere a éstos como una opción viable.

La producción a gran escala de biocombustibles ofrece seguridad energética, especialmente para los países que carecen de petróleo. Pero incluso algunos países que cuentan con yacimientos petroleros, pero además tienen amplias superficies cultivables, como Brasil, también producen biocombustibles.   

¿Un mejor ambiente? 
Uno de los argumentos que se ofrecen para promover los biocombustibles es que su impacto ambiental sería menor que el de los combustibles fósiles.

En un estudio realizado por Jorn Scharlemann y William Laurence, del Instituto Smithsoniano de Investigaciones Tropicales, se midió la influencia de los biocombustibles en las emisiones de CO2. Los autores del estudio concluyen que 80% de los biocombustibles reducen las emisiones de CO2 en un 30%. El etanol reduciría las emisiones en 13% y el biodiesel en 79%, comparados con el diesel petrolero. Además, según este estudio, se producen menos partículas suspendidas y hollín, que son nocivos para el sistema respiratorio.

Scharlemann y Laurence señalan también que la relación entre la energía invertida y la obtenida (balance energético) del biodiesel es positiva; por cada unidad de energía fósil invertida en producirlo el biodiesel da 3.2 unidades de energía.

En el etanol obtenido a partir de la fermentación del azúcar, el rendimiento energético es de 1.98 unidades; es decir, se obtiene casi el doble de la energía invertida. Sin embargo, otros autores no dan cuentas tan alegres; ellos afirman que los cultivos de los que se extraen biocombustibles presentan balances energéticos negativos: para producirlos se necesita invertir más energía de la que se obtiene. Por ejemplo, se ha calculado que, en el caso del etanol de maíz, por cada unidad de energía fósil gastada en su producción se recuperan 0.78 unidades; y que en el peor de los casos (el del biodiesel producido a partir de la soya) se recuperan 0.53 unidades, ¡la mitad de lo invertido! Y si se contabiliza la deforestación, el costo ambiental total de los biocombustibles puede resultar mayor que el de usar combustibles fósiles. Producir biocombustibles requiere superficies muy extensas para cultivar maíz, caña de azúcar, soya o palma de aceite.
 
Convertir ecosistemas en superficies de cultivo contribuiría a aumentar el calentamiento global. Los bosques y muchos otros ecosistemas naturales se consideran “sumideros de carbono” porque los tejidos vegetales fijan el dióxido de carbono por medio de la fotosíntesis.

Con la deforestación, estos sumideros o depósitos se perderían y se afectaría la biodiversidad. Hasta la fecha se observa que los cultivos de palma aceitera y soya que se emplean para producir biodiesel ya han hecho desaparecer selvas tropicales, pantanos y pastizales en Indonesia, así como importantes extensiones de la selva amazónica, ecosistemas que almacenan una gran cantidad de carbono. Al convertirlos en tierras de cultivo se libera a la atmósfera casi 420 veces más CO2 del que se ahorró al usar los biocombustibles.

Estos cálculos permiten concluir que los balances energéticos del biodiesel y del bioetanol dependen en gran medida de la materia prima que se elija, la eficiencia tecnológica, el proceso utilizado y el lugar donde se producen los cultivos; es decir, si se usan campos ya abiertos al cultivo o se eliminan ecosistemas naturales para establecerlos. En nuestro país se ha comenzado a fomentar el cultivo de la palma aceitera, el pino piñonero y diversas especies del género Jatropha como materias primas de biocombustibles, aunque todavía se debate la conveniencia de producir biocombustibles.

Rafael Elvira Quesada, secretario del Medio Ambiente y Recursos Naturales, ha opinado que el etanol producido a partir del maíz no es una buena opción para México. Incluso si se toman en cuenta sólo los combustibles fósiles empleados durante el proceso de cultivo, el balance de CO2 es negativo, ya que se genera más dióxido de carbono del que absorben las plantas durante su crecimiento. 
Además, en las fábricas de destilación y fermentación de etanol se utilizan combustibles fósiles, y también para cosechar y transportar las cosechas hasta la planta industrial.

En 2006 Tad Patzek, de la Universidad de California en Berkeley, calculó las emisiones de otros gases de efecto invernadero (como óxidos de nitrógeno, metano, etc.) que se generan durante el proceso de cultivo y fabricación de biocombustibles, y lo que éstas equivalen en toneladas de CO2. El resultado fue que, por cada hectárea de maíz dedicada a la producción industrial de etanol en Estados Unidos, se liberan a la atmósfera tres toneladas de CO2, lo que no puede considerarse una ventaja ambiental desde ningún punto de vista. Por si fuera poco, la combustión del etanol produce como desecho formaldehído y acetaldehído, sustancias cancerígenas. También se cree que su uso podría elevar las emisiones de óxido nítrico y otros compuestos orgánicos gaseosos precursores del ozono.

Biodiesel:

El biodiesel se produce a partir de aceites orgánicos, al convertir los triglicéridos (moléculas de grasa) de estos aceites en compuestos denominados ésteres. En este proceso químico, que se conoce como transesterificación, las tres cadenas ésteres de cada molécula de triglicérido reaccionan con un alcohol (metanol), y los productos finales son glicerina y un metiléster de ácido graso, que es el combustible. Las moléculas de oxígeno que retiene el biodiesel le otorgan propiedades favorables para la combustión. Estas cadenas no contienen azufre, que es considerado un contaminante ambiental potente. Por otro lado, la glicerina, luego de su purificación, puede ser utilizada como insumo para las industrias farmacéutica y cosmética. Este proceso requiere de altas temperaturas y un catalizador para que se complete la reacción.

Bioetanol:

El bioetanol se produce (al igual que la cerveza) a partir de la fermentación por levaduras de los azúcares que se encuentran en los tejidos vegetales. Se obtiene de plantas con un alto contenido de azúcares o celulosa, separando posteriormente, por destilación, los diferentes componentes líquidos de una mezcla de etanol y agua. El bioetanol puede mezclarse con la gasolina.

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Modificar la vida: Biología sintética (2)

Otro ladrillo en la pared

Algunos grupos dentro de la biología sintética han puesto sus esperanzas un paso más allá: hacer accesible a cualquier persona tanto el “inventario” de piezas del rompecabezas de la vida como los procedimientos para ensamblarlas. La meta es que los avances de esta ciencia sirvan al interés de toda la sociedad.

Una de las iniciativas más audaces en esa línea es de la Fundación Biobricks (BBF), asociación no lucrativa fundada en 2006 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), Estados Unidos, a iniciativa del biólogo e ingeniero en computación Tom Knight. Biobricks busca establecer una plataforma común con estándares técnicos para la fabricación de piezas biológicas sintéticas intercambiables, tal como se hace al construir autos o circuitos electrónicos.

“Vislumbramos un mundo en el que científicos e ingenieros trabajen juntos utilizando partes biológicas estandarizadas disponibles gratuitamente que sean seguras, éticas, efectivas y públicamente accesibles para aportar soluciones a los problemas que enfrenta la humanidad”, señala un comunicado de BBF en su página web.

El protocolo de ensamblaje 10, desarrollado por Knight y basado en el uso de enzimas de restricción, que funcionan como “tijeras moleculares” para cortar fragmentos de ADN, fue el primero en usarse. Este método permite construir —siguiendo con la analogía del juego Lego— módulos que son funcionales, pero tiene ciertas limitaciones. Por ejemplo, al ligar dos bioladrillos se producen entre ellos pares de bases “cicatriz” que no son reconocidas por las enzimas de restricción (no “encajan” completamente en el rompecabezas) lo cual impide la formación de proteínas quiméricas, es decir, resultantes de la fusión de dos o más genes que originalmente codificaban para dos proteínas distintas.

Por ello, en la última década se introdujeron otros estándares más eficaces que permiten superar los obstáculos que limitan el armado de piezas biológicas, como el Silver y el Friburgo.

El primero —introducido por la investigadora Pamela Silver, de la Universidad de Harvard y conocido también como Biofusión— permite reducir la longitud de la “cicatriz” de ocho a sólo seis “letras” del ADN, y con ello la fusión de proteínas.

El otro método, desarrollado por un grupo en la Universidad de Friburgo, Alemania, introdujo el uso de enzimas de restricción adicionales para cortar los fragmentos genéticos. Aunque conserva el tamaño de las “cicatrices” en seis pares de bases, éstas codifican otras proteínas que resultan más estables.

Otros métodos de amplificación y síntesis de ADN como el ensamblaje Gibson o el SLIC (Sequence and Ligation Independent Cloning) permiten armar múltiples partes biológicas sin necesidad de cortar o pegar segmentos, ya que no requieren enzimas de restricción, según comenta Daniel Aguilar. Tanto el método Gibson —inventado en 2009 por Daniel Gibson, del J. Craig Venter Institute— como el SLIC —desarrollado en 2007 por los investigadores Mamie Li y Stephen Elledge— hacen factible unir muchos fragmentos de ADN en una sola reacción, sin necesidad de que las piezas sean compatibles. Este último posibilita un ensamblaje más eficiente y reproducible de ADN recombinante con cinco o incluso 10 fragmentos de manera simultánea, según describen sus autores en un artículo, publicado en la revista Nature Methods en febrero de 2007.

“Con estas dos técnicas sólo se necesitan nucléotidos (las “letras” del código genético, A, C, G, T) que tengan secuencias en común con los dos pedazos que se van a pegar y luego, mediante una reacción en cadena de la polimerasa (RPC) se amplifica todo el segmento”, detalla Aguilar. La RPC permite obtener copias múltiples de fragmentos de ADN; la desarrolló el bioquímico estadounidense Kary Mullis y por ello obtuvo el premio Nobel de Química en 1993.

Reinventar la naturaleza
Tres siglos antes de nuestra era Aristóteles sostuvo que el arte imita a la vida. La ciencia del siglo XXI, a través de la biología sintética, también puede asumir esta máxima, ya que busca emular ciertas características y funciones de organismos que han sido moldeadas a lo largo de millones de años de evolución.

Pero hoy los científicos no se conforman con describir pasivamente las secuencias genéticas naturales de los organismos. Algunos de ellos, como el genetista George Church, profesor de la Escuela de Medicina en la Universidad de Harvard, ya trabajan en la “edición” y “corrección” de la vida. Church, pionero de la biología sintética y la genómica personalizada, considera que mediante la alteración dirigida del código genético y la “creación” de nucleótidos sintéticos pronto será viable modificar la vida desde sus bases mismas, generar nuevas formas de ella e incluso diseñar organismos simples y después otros complejos —incluidos los humanos— que sean resistentes a infecciones bacterianas o virales.

Suena a ciencia-ficción, pero Church está convencido de que al paso en que se reducen los costos de la clonación y secuenciación de genes y avanzan estas tecnologías, pronto sería incluso factible “revivir” especies desaparecidas, como los neandertales, como señaló en entrevista a la revista alemana Der Spiegel (18 de enero de 2013).

El genetista estadunidense —quien en los años 80 aportó el primer método directo de secuenciación genómica, que más tarde impulsaría el Proyecto del Genoma Humano— ha planteado asimismo la posibilidad de construir plantas con nucleótidos sintéticos. Estos vegetales serían más que especies exóticas: su información genética sería, por decirlo así, “incompatible” con el código de la vida que la naturaleza ha forjado en millones de años de evolución. Sus genes no podrían transferirse a otros vegetales debido a que ningún organismo natural tendría el “manual de instrucciones” para leerlos y activarlos.

Church dio a conocer en un artículo publicado en la revista Science el 15 de julio de 2011 un método para cambiar radicalmente el genoma de una bacteria, en vez de sólo realizar copias, como ha hecho el equipo de Craig Venter.

Con este procedimiento, conocido coloquialmente como intervención masiva paralela, los investigadores lograron no solamente “leer” los códigos genéticos, sino editar cientos de letras en una forma rápida y mucho menos costosa en comparación con el método de Venter, consistente en crear un genoma artificial completo, cuyo costo se estima en millones de dólares.

El equipo de Church, para seguir con la analogía de la edición, sustituyó una de las “palabras” del código genético de la bacteria Escherichia coli con otra equivalente, es decir, con una especie de sinónimo. La estructura remplazada, que está formada por una secuencia de tres nucleótidos, se denomina técnicamente codón.

Los científicos sustituyeron un codón denominado stop, que funciona como signo de puntuación pues provee las instrucciones a la maquinaria celular de la bacteria para que deje de ligar aminoácidos. Con dos métodos distintos cambiaron la secuencia TAG, que aparece 314 veces en el genoma de E. coli, por otra que contiene las “letras” TAA. Este pequeño cambio resultó inocuo, pero no insignificante: al cambiar así el código genético de la bacteria las funciones de ésta quedan intactas, pero los virus invasores —que dependen por completo de su huésped para replicarse, ya que no pueden elaborar sus propias proteínas— no podrán leer dicho código alterado ni apropiarse de la maquinaria celular.

Regulación indispensable
Al tomar el control sobre la evolución y diseñar la secuencia apropiada de letras del código genético, los científicos pretenden construir organismos a la medida, para satisfacer una gran variedad de necesidades en campos como la farmacología (vacunas, hormonas, biomarcadores), la agricultura (biocombustibles, plantas resistentes a plagas) y la ciencia de materiales (nanoestructuras con características mejoradas), entre otras.

“Estamos en un punto de la ciencia y la tecnología donde los humanos podemos duplicar y mejorar lo que la evolución ha hecho”, escribe Church en su libro Regénesis, cómo la biología sintética reinventará la naturaleza y a nosotros mismos. “Podemos convertir lo inorgánico en orgánico, leer e interpretar genomas y también modificarlos”. Pero no todo el panorama luce promisorio: tales manipulaciones han despertado temores por sus posibles riesgos y consecuencias en la salud y el medio ambiente si no son supervisadas y reguladas adecuadamente. ¿Qué sucedería, por ejemplo, si alguno de esos organismos sale del control del laboratorio o cae en manos de terroristas? ¿Cómo serían sus interacciones con el ambiente? Otro tema que preocupa es el de sus posibles efectos secundarios u otros riesgos que aún no podemos vislumbrar con claridad, dado el incipiente desarrollo de la biología sintética. Una de las grandes figuras de esta disciplina, Drew Endy, del Instituto Tecnológico de Massachusetts, ha reconocido que la misma no alcanzará todo su potencial hasta que los científicos puedan predecir con precisión cómo funcionarán los circuitos genéticos dentro de una célula.

“Desafortunadamente, nuestra habilidad para diseñar sistemas biológicos en forma rápida y confiable y que se comporten como lo esperamos sigue siendo limitada”, escribió Endy en su artículo “Fundamentos de la ingeniería biológica”, publicado en 2005 en la revista Nature.

Tales inquietudes, así como la falta de regulación internacional en la materia, han estimulado el debate y conducido a diversas organizaciones sociales y grupos ambientalistas como Amigos de la Tierra, ETC y Econexus a plantear la necesidad de establecer lineamientos y códigos para normar la labor de los biólogos sintéticos. “La biología sintética incluye muchas técnicas nuevas, experimentales, de las que se comprende muy poco, y esto incrementa en gran medida los riesgos a la salud humana, la alimentación y las formas de sustento”, señaló al respecto Helena Paul, directora de Econexus. Pero hay avances. El año pasado, durante la Doceava Conferencia de las Partes de la Organización de Naciones Unidas (COP12), celebrada en Corea, 194 países suscribieron el Convenio sobre Diversidad Biológica que contempla, entre otras cosas, establecer una regulación internacional en la materia basada en la protección al ambiente, la cooperación y la valoración científica de posibles riesgos.

Organismos a la carta

La biología sintética se define como el diseño y la construcción de sistemas biológicos y bioquímicos que realicen funciones nuevas o mejoradas, las cuales puedan aprovecharse en la producción de fármacos, vacunas y biocombustibles, entre muchas otras aplicaciones. Está sustentada en una amplia gama de disciplinas —incluida la informática— y metodologías para diseñar moléculas, construir circuitos genéticos y ensamblar organismos simples.

La Red Mundial de Academias de Ciencias (que incluye a la Mexicana de Ciencias, AMC) emitió en 2014 una declaración titulada “Concretando el potencial global en biología sintética: oportunidades científicas y buen gobierno”. En ese documento (que puede consultarse en www.interacademies. net) la Red recomienda, entre otras medidas, apoyar la investigación básica en biología sintética, además de que se revisen continuamente los aspectos éticos y las cuestiones sociales que emergen de la disciplina.

Ecopolis (6)

Se trata de Ecópolis, una vanguardista serie de seis episodios que gira en torno a una ciudad virtual del mismo nombre: una mega-urbe del año 2050 en la que viven 18 millones de personas bajo un ambiente totalmente contaminado.

Cada semana, el programa conduce a los televidentes hasta diferentes partes del globo para estudiar sorprendentes tecnologías que pretenden disminuir las emisiones de carbón de esta ciudad, combatiendo como resultado de ello el cambio climático.

Enfocándose en diferentes temas como la construcción, el transporte, el tratamiento de basuras y la energía.

Modificar la vida: Biología sintética (1)

Como si manipularan piezas del juego Lego, los científicos diseñan y ensamblan circuitos biológicos que no existen en la naturaleza. Con ellos buscan producir a bajo costo vacunas, fármacos, biocombustibles y nuevos materiales.
Un biotecnólogo se sienta frente a la pantalla de su computadora. Da un clic y ante él se despliegan decenas de páginas con bases de datos sobre microorganismos. Entre ellos selecciona una bacteria. Ahora accede a otra página repleta de información genética. Asistido por un programa de cómputo y como si editase un texto se dedica a copiar y pegar grupos de letras que representan fragmentos de ADN para dar forma a un novedoso diseño. Estos fragmentos en particular son circuitos genéticos, esto es, conjuntos de genes que dan lugar al “encendido” o “apagado” de otros genes.

Como un niño que manipula las piezas de un rompecabezas tipo Lego, el científico continúa con la selección y ensamblaje de combinaciones de circuitos genéticos que le permitirán armar un microorganismo “a la carta”, que no existe en la naturaleza y que podrá desarrollar funciones preprogramadas.

Concluido el ensamblaje de genes el investigador lo usa en el laboratorio para producir el nuevo microorganismo con un propósito específico que puede ser generar biocombustibles, detectar enfermedades genéticas o eliminar tumores malignos. Con los avances de la biología sintética esta escena ya no parece de ciencia-ficción.

Cabras y arañas
En 2012 investigadores de la Universidad Estatal de Utah, Estados Unidos, encabezados por Randy Lewis, anunciaron la culminación exitosa de un audaz experimento para producir auténticas quimeras vivientes: cabras a las que se les introdujo un gen de araña para que produjeran en su leche una proteína indispensable para fabricar tela de araña.

Para producir telaraña a escala masiva se necesitaría criar y “ordeñar” millones de estos artrópodos. Pero el profesor de biología molecular Randy Lewis decidió probar una ruta más sencilla: cuando sus cabrarañas comenzaran a lactar, simplemente recolectaría y purificaría su leche para obtener la proteína deseada.

No podían faltar las críticas a éste y otros experimentos similares con animales transgénicos: muchos acusaron a Lewis de “jugar a ser dios” o de alterar el orden natural. Lo cierto es que, con todo y su espectacularidad, los avances de la ingeniería genética podrían palidecer pronto ante la gama de posibilidades que está abriendo la biología sintética.

Ahora la intención no es únicamente modificar o reconfigurar a los organismos existentes, sino diseñar —con el apoyo de programas de cómputo y la gran cantidad de información que deriva del auge explosivo de las ciencias genómicas— otros con características deseables, que pueden encontrarse o no en la naturaleza.

“En este campo no sólo se hacen pequeñas modificaciones en la información genética, sino que también se diseñan, manipulan, simulan e introducen circuitos genéticos a los organismos”, señalan Daniel Aguilar e Isabel Ángeles en su artículo “Biología sintética: diseñando sistemas biológicos con piezas genéticas”, publicado en la revista BioTecnología en 2012.

Con este enfoque —plantean los autores del artículo— “se están abordando distintos problemas tecnológicos como nuevas formas de síntesis y producción de biocombustibles, biofármacos y nanoestructuras”.

Organismos artificiales
Cuando en 2010 el famoso científico californiano Craig Venter dio a conocer el ensamblaje y autorreplicación de una bacteria Mycoplasma mycoides —cuyo genoma artificial fue inoculado en la carcasa de otra bacteria desprovista de su propio ADN— el mundo científico se conmocionó. El exitoso experimento de Venter mostró que era posible diseñar un genoma mediante computadora, fabricarlo con los elementos químicos necesarios en el laboratorio e implantarlo en una célula que a su vez produzca otra nueva capaz de replicarse siguiendo las “instrucciones” del genoma sintético. Sin embargo, para entonces la biología sintética ya había dado otros pasos importantes.

“El reto que enfrentó Craig Venter fue de tipo técnico, mas no conceptual, ya que pudo construir cromosomas enteros para la bacteria Mycoplasma mycoides”, explica en entrevista Daniel Aguilar. De acuerdo con este biotecnólogo egresado del Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM, el mérito de Venter es que antes de ese trabajo no se habían producido o sintetizado fragmentos completos muy largos de ADN en el laboratorio.

En 2003 Jay Keasling, de la Universidad de California, Estados Unidos, logró introducir un circuito genético para producir en la bacteria Escherichia coli un precursor químico de la artemisinina, fármaco usado contra la malaria. Y en 2010 la compañía estadounidense LS9 modificó genéticamente a este mismo microorganismo para que produjera alcanos y alquenos, que son los constituyentes básicos de la gasolina, el diesel y la turbosina. Este trabajo demostró que es viable transferir entre organismos la capacidad de fabricarciertas proteínas y enzimas, lo cual abre la posibilidad de transformar carbohidratos en combustibles de bajo costo.

En México también hay grupos que han incursionado en esta disciplina. Es el caso del Laboratorio de Biología Sintética y Biosistemas del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Irapuato. En este laboratorio, según explica en entrevista su titular, Agustino Martínez Antonio, se siguen líneas de investigación enfocadas a conocer cómo funcionan los circuitos genéticos y a hacer ingeniería con esas piezas.

“Queremos obtener los elementos mínimos para hacer un sistema autorreplicable; es decir, una molécula de ADN con los genes necesarios para que se forme una proteína o un complejo de proteínas y pueda hacer copias, como un robot que se autoensambla, pero a nivel molecular”.

El grupo de trabajo del doctor Martínez, que ya tiene convenios con empresas mexicanas, asimismo busca ensamblar circuitos genéticos que sirvan para producir a menor costo compuesto usados en la industria alimentaria como licopeno, betacaroteno y melanina, además de biocombustibles.

Alemania

Viajemos por el mundo, viajemos a Alemania

Alemania (click aqui para ver increibles fotografías)
Hay tantas cosas interesantes por allá, cerveza, salchichas y fútbol, pero además hay paisajes y sitios arquitectónicos de cuentos de hadas, los invito a pasear por cada una de las pestañas.

1. Con 81 millones de personas Alemania tiene el mayor población en la Unión Europea.


2. Las ciudades de Aquisgrán, Ratisbona, Frankfurt , Nuremberg , Weimar , Bonn y Berlín han sido capitales de Alemania. 




3. Berlín es 9 veces más grande que París y tiene más puentes que Venecia. 


4. La negación del Holocausto es implícita o explícitamente un delito en 17 países , entre ellos Alemania y Austria. 


5. En Alemania , no hay castigo para un preso que intenta escapar de la cárcel porque es un básico instinto humano a ser libre .


6. La primera revista editada, se lanzo en Alemania en 1663 se trata de la Erbauliche Monaths-Unterredungen.


7. En Alemania , es ilegal a quedarse sin combustible en las carreteras.




8. De 1989 a 2009, cerca de 2.000 escuelas fueron cerradas en Alemania debido a una escasez de los niños.


9. La población de Alemania está en declive. Ha caído en 2 millones en la última década.


10. En 2014 , Alemania abolió oficialmente la matrícula de la universidad, incluso para los estudiantes internacionales .



11. 60 % de los 1.000 vídeos más populares de YouTube están bloqueados en Alemania.




12. Cada año se descubren y desactivan en Alemania alrededor de 5500 bombas de la Segunda Guerra Mundial , un promedio de 15 por día
13. En 1917 , Alemania invitó a México para unirse a la Primera Guerra Mundial , atacando los EE.UU. con el fin de recuperar los territorios perdidos de Texas, Nuevo México y Arizona.



14. Fanta se originó en Alemania como consecuencia de las dificultades de importación de jarabe de Coca -Cola en la Alemania nazi durante la Segunda Guerra Mundial.




15. Las damas chinas fueron inventadas en Alemania.


16. El futbolista alemán Mesut Özil donó su bono de € 300.000 de victoria de la Copa Mundo de Brasil para pagar cirugías a 23 niños en Brasil. 


17. En la actualidad realizar el saludo nazi en Alemania es un delito punible con hasta 3 años de prisión.


18. Alemania (junto con Japón) tienen la tasa de natalidad más baja del mundo.



19. Alemania Oriental y Occidental aún se ven diferentes desde el espacio debido a los diferentes tipos luce usadas en la vía publica. 


20. Hay un proyecto de construcción en Berlín, donde quieren unir una iglesia cristiana , una mezquita y una sinagoga, todo en uno.