En comparación con las mujeres, los hombres tienen un mayor riesgo de experimentar una progresión grave de enfermedades potencialmente mortales como el cáncer. Un ejemplo actual es el COVID-19 causado por el SARS CoV-2.

Otro ejemplo es el riesgo significativamente mayor de progresión del cáncer severo para los hombres (y esto no se basa exclusivamente en un estilo de vida de mayor riesgo, como un mayor consumo promedio de tabaco o alcohol). Pero ¿por qué?

Diferencia molecular: TIMP1

Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Munich (TUM) sostiene haber descubierto ahora una causa molecular para esta diferencia entre sexos. El equipo, dirigido por Achim Krüger, en el hospital universitario Klinikum rechts der Isar de TUM, concretamente ha identificado la proteína TIMP1 como un factor que podría explicar esta diferencia específica por sexo y también mejorar el diagnóstico de riesgo para el curso clínico de la enfermedad.

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Basado en cohortes de pacientes de Alemania y Canadá, el equipo de investigación encontró que los hombres, cuya sangre contenía una mayor concentración de la proteína endógena TIMP1 también tenían un riesgo significativamente mayor de morir de cáncer.

Análisis posteriores también mostraron que el aumento de TIMP1 provoca un aumento de la metástasis hepática, lo que resulta en la muerte en casos de cáncer de páncreas, cáncer de colon y melanoma. Según explica Krüger:

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TIMP1 no es más alto en todos los hombres, pero el descubrimiento de TIMP1 como un parámetro de riesgo, que puede identificarse en la sangre, ahora permite a los médicos identificar el grupo mismo de hombres que exhiben un mayor riesgo de desarrollar metástasis hepáticas potencialmente mortales. Estudios anteriores ya han demostrado el contexto molecular en el que TIMP1 promueve la metástasis hepática. En relación con nuestro descubrimiento actual, ahora existen nuevas posibilidades para la medicina personalizada con diagnóstico optimizado y opciones de terapia dirigida.

Investigadores químicos de Scripps Research, Hans Renata y Alexander Adibekian, han descubierto una manera de crear de forma eficiente una versión sintética de un valioso compuesto natural llamado cepafungina I, que se ha mostrado prometedor como agente contra el cáncer.

Esta secreción bacteriana puede bloquear una pieza de la maquinaria molecular conocida como proteasoma, una estrategia que utilizan muchos medicamentos contra el cáncer existentes para destruir las células tumorales. La cuestión es que la cepafungina I se une no a uno sino a dos lugares del proteasoma, lo que ofrece resultados mucho más prometedores.

La compleja estructura molecular de la cepafungina

La cepafungina I primero intrigó a los investigadores por su utilidad como sustancia antifúngica y luego como un agente anticanceroso prometedor. Mata las células actuando sobre el proteasoma, que se encarga de limpiar la 'basura' producida por las células. Cuando se bloquea la función del proteasoma, las células se ven afectadas por sus desechos y mueren. Según explica Hans Renata:

Debido a que la cepafungina I es capaz de involucrar al proteasoma de dos maneras, permite la amplificación de su efecto. Demostramos que este compuesto provoca muchas respuestas biológicas posteriores similares a las de la quimioterapia bortezomib aprobada por la FDA, al tiempo que tiene ciertas cualidades que pueden traducirse en menos efectos secundarios no deseados para los pacientes.

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Debido a la compleja estructura molecular de la cepafungina, sin embargo, fabricar suficiente cantidad de forma eficiente es todo un desafío. El equipo de investigación de Scripps lo ha logrado y puede sintetizar el compuesto en solo nueve pasos. A modo de comparación, un compuesto relacionado conocido como glidobactina A se sintetizó en 21 pasos en 1992, lo que se consideró un hito en aquel momento.

El equipo pudo acelerar el proceso mediante el uso de ciertas enzimas que permitieron la construcción de uno de los bloques de construcción clave del compuesto, un aminoácido. Luego, desarrollaron otros métodos para simplificar la construcción de otras partes de la molécula, incluida una porción de lípidos ramificados que posteriormente se descubrió que contribuía a la potente actividad del compuesto.

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Después de crear el compuesto, los químicos descubrieron que, además de ser excepcionalmente selectivo para dirigirse a dos sitios del proteasoma, no mostraba ninguna reacción cruzada no deseada con otras proteínas en las células, una característica que podría convertirlo en un mejor candidato a fármaco.

La FDA ya ha aprobado tres inhibidores del proteasoma (bortezomib, carfilzomib e ixazomib) para el tratamiento del mieloma múltiple. 'Pero esos medicamentos tienen algunos efectos secundarios potencialmente graves y las células cancerosas pueden desarrollar resistencia a ellos con el tiempo', dice el coautor Adibekian, profesor asociado de química en Scripps Research. 'Existe la necesidad de inhibidores del proteasoma alternativos y más específicos'.

Existen materiales en la naturaleza que exhiben estas capacidades, denominadas auxéticas, como la piel de gato, la capa protectora en las conchas de los mejillones y los tendones en el cuerpo humano, pero es la primera vez que se crea un material sintético con estas propiedades, es decir, que se vuelve más grueso, a nivel molecular, a medida que se estira.

Los creadores de este material han sido investigadores de la Universidad de Leeds.

Auxéticos

Los auxéticos también son excelentes para absorber energía y resistir fracturas. Puede haber muchas aplicaciones potenciales para materiales con estas propiedades, como armaduras corporales, arquitectura y equipos médicos.

El equipo descubrió el material, aún sin denominación, mientras examinaba las capacidades de los elastómeros de cristal líquido. Los cristales líquidos son más conocidos por su uso en pantallas de teléfonos móviles y televisores y tienen propiedades tanto líquidas como sólidas. Según explica Deves Mistry, de la Escuela de Física y Astronomía de Leeds, y autor principal de la nueva investigación:

Este es un descubrimiento realmente emocionante, que tendrá importantes beneficios en el futuro para el desarrollo de productos con una amplia gama de aplicaciones. Este nuevo material sintético es inherentemente auxético en el nivel molecular y, por lo tanto, es mucho más simple de fabricar y evita los problemas que generalmente se encuentran con los productos de ingeniería. Pero se necesita más investigación para comprender exactamente cómo se pueden usar.

A diferencia de otros materiales similares, éste desarrollado por ingenieros de la Universidad de Colorado en Boulder logra transformaciones bidireccionales fácilmente programables a nivel macroscópico. De modo que puede transformarse en formas complejas y preprogramadas a través de estímulos de luz y temperatura.

Por ejemplo, una clavija cuadrada puede metaforfosearse y encajar en un agujero antes de volver a su forma original.

Metamorfoseable

El nuevo material se han conseguido mediante el uso de elastómeros de cristal líquido (LCE), la misma tecnología que subyace a las pantallas de televisión modernas. La disposición molecular única de los LCE los hace susceptibles al cambio dinámico a través del calor y la luz. A fin de resolver esto, los investigadores instalaron un disparador que se activa por luz para redes LCE que pueden establecer una alineación molecular deseada de antemano exponiendo el objeto a longitudes de onda de luz particulares.

El nuevo material ofrece una amplia gama de posibles aplicaciones, especialmente para futuros dispositivos biomédicos que podrían ser más flexibles y adaptables que nunca, entre otras, tal y como explica el autor del estudio Christopher Bowman, Profesor Distinguido en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica (CHBE) de CU Boulder:

La capacidad de formar materiales que pueden oscilar repetidamente entre dos formas independientes al exponerlas a la luz abrirá una amplia gama de nuevas aplicaciones y enfoques en áreas como la fabricación aditiva, la robótica y los biomateriales.

La manipulación de moléculas ya no es una tarea imposible para los robots gracias a un desarrollo de investigadores de la Universidad de Manchester.

Los robots son diminutos (formados 150 átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno) y es capaz de manipular una sola molécula.

Robots moleculares

Sus creadores consideran que esta clase de robots podrían ser utilizados para fines médicos, procesos de fabricación avanzados e incluso la construcción de fábricas moleculares, pues funcionan realizando reacciones químicas en soluciones especiales que luego pueden ser controladas y programadas.

Según ha explicado David Leigh, quien dirigió la investigación en la Escuela de Química de la Universidad:

Nuestro robot es literalmente un robot molecular construido de átomos al igual que usted puede construir un robot muy simple de piezas de Lego. El robot entonces responde a una serie de comandos simples que son programados con entradas químicas por un científico. Es similar a la forma en que se utilizan los robots en una línea de montaje de automóviles. Esos robots toman un panel y lo colocan de modo que pueda ser remachado en la manera correcta para construir la carrocería de un coche. Así, al igual que el robot en la fábrica, nuestra versión molecular puede ser programada para posicionar y remachar componentes de diferentes maneras para construir diferentes productos, sólo que en una escala mucho menor a nivel molecular.

Según Leight, éste es sólo el comienzo, y anticipa que dentro de diez o veinte años los robots moleculares empezarán a ser empleados para construir moléculas y materiales en las líneas de montaje.

En 2015, durante la inmersión más profunda de la nave Cassini en la columna que emana de las grietas en la región polar sur de la luna saturniana Encelado, los instrumentos detectaron hidrógeno molecular.

Los resultados se detallan en un artículo publicado en Science por Hunter Waite y sus colegas del Southwest Research Institute, en San Antonio. Las reacciones hidrotermales entre las rocas calientes y el agua en el océano bajo la superficie helada de la luna, en su opinión, son la única fuente plausible de este hidrógeno.

Vida en la luna de Saturno

Encélado es un satélite de Saturno que apenas mide 500 kilómetros de diámetro. Está cubierto por una corteza helada, de unos 30 o 40 kilómetros de grosor.

Los investigadores sugieren que el material de vapor y partículas a través del que Cassini voló contenía hasta un 1,4 por ciento en volumen de hidrógeno molecular y hasta un 0,8 por ciento de volumen de dióxido de carbono, ingredientes críticos para un proceso conocido como metanogénesis (generación de metano), una reacción que sostiene a los microbios en la profundidad de la tierra.

Es decir, que podría haber una alta probabilidad de existencia de vida en Encélado, aunque todavía es aventurado afirmarlo: aún no se ha detectado la presencia de azufre y fósforo, dos elementos fundamentales para los organismos.

Investigadores de North Carolina State University han logrado recuperar péptidos de colágeno, moléculas relativamente pequeñas que comprenden entre dos y un máximo de 100 aminoácidos, de un Brachylophosaurus de 80 millones de años, lo que permitirá ampliar nuestra capacidad de estudiar el registro fósil en el nivel molecular.

Así también se confirman los hallazgos anteriores de colágeno de dinosaurio originales reportados por primera vez en 2009 de Brachylophosaurus canadensis, o dinosaurio con pico de pato, que habitó lo que es ahora Montana hace alrededor de 80 millones de años.

Proteínas de dinosaurios

El colágeno es una proteína y los péptidos son los bloques de construcción de las proteínas. La recuperación de péptidos permite a los investigadores determinar las relaciones evolutivas entre los dinosaurios y los animales modernos.

Elena Schroeter, investigadora postdoctoral del estado de Carolina del Norte, y Mary Schweitzer, profesora de ciencias biológicas en el Museo de Ciencias Naturales de Carolina del Norte son las responsables de este hallazgo, que han publicado en el Journal of Proteome Research. Según explica Schroeter:

La tecnología de espectrometría de masas y las bases de datos de proteínas han mejorado desde que se publicaron los primeros descubrimientos, y queríamos no sólo abordar las cuestiones relativas a los hallazgos originales, sino también demostrar que es posible obtener repetidamente secuencias informativas de péptidos de fósiles antiguos.

Este hallazgo también permitirá estudiar cuáles son las características de la proteína de colágeno las que le permiten conservarse durante el tiempo geológico, es decir, millones de años. Según explica Schweitzer:

Recogimos B. canadensis con la investigación molecular en mente. Dejamos un metro completo de sedimento alrededor del fósil, no usamos colas o conservantes, y sólo expusimos el hueso en un ambiente limpio, o aséptico. El espectrómetro de masas que utilizamos fue eliminado de los contaminantes antes de ejecutar la muestra también.

Los primeros restos descubiertos del Brachylophosaurus, un dinosaurio pico de pato, fueron un cráneo y la parte delantera del esqueleto. Se encontraron en Alberta, Canadá, en 1936. Su pico, similar al de un pato, carecía de dientes delanteros, pero tenía cientos de molares aplanados en la parte trasera

Las investigaciones sobre computación molecular, es decir, un sistema donde las moléculas son las que procesan y manipulan la información en vez de los electrones, cobran fuerza día tras día. Ya se conocen moléculas capaces de realizar operaciones lógicas de forma individual, pero ahora un grupo de investigadores del Chalmers University of Technology (Göteborg, Suecia) acaban de descubrir una única molécula capaz de realizar hasta 13 operaciones lógicas, algunas de ellas en paralelo.

Esta molécula está formada por tres cromóforos (conjunto de átomos responsables de su color a partir de la absorción y excitación de luz) que operan a diferentes longitudes de onda. Este grupo de investigadores opina que esta molécula, de gran complejidad, podría servir como base inicial en el desarrollo de la computación molecular.

Tal y como afirma Devens Gust, de la Universidad Estatal de Arizona y colaborador en la investigación:

Mientras anteriores estudios sobre sistemas lógicos moleculares eran capaces de realizar una o algunas operaciones lógicas, esta molécula puede configurarse para realizar 13 operaciones simples, simplemente varian la entrada o salida de la longitud de onda. Además, el emplear luz para las entradas y salidas evita muchos de los problemas derivados de usar productos químicos como entrada del sistema.

En general, los cromóforos son los responsables de absorver absorber luz en una determinada longitud de onda y transmitirla en otra, por lo que son responsables del color de la molécula. Cuando los cromóforos son capaces de conmutar entre diferentes estados al ser irradiados con diferentes longitudes de onda, nos permiten realizar operaciones lógicas binarias y funcionar como transistores. A esto se le conoce como fotocromo.

Vía | Journal of the American Chemical Society

A través de la USDA (United States Departament Of Agriculture) hemos conocido el desarrollo de un nuevo insecticida molecular, se trata de un nuevo producto totalmente inocuo para la salud humana que presenta más efectividad a la hora de combatir a los insectos que parasitan a los humanos como pueden ser los mosquitos. Entre algunas de las diferencias que presenta el nuevo insecticida molecular con respecto a los convencionales, se encuentra la capacidad de superar la resistencia e inmunización de los mosquitos frente al insecticida convencional o la posibilidad de utilizarlo para luchar contra otros tipos de insectos.

Este insecticida ha sido desarrollado por investigadores pertenecientes del ARS (Agricultural Research Service), está basado en el ácido nucleico, un componente cuya función es evitar que el organismo del mosquito pueda fabricar determinadas proteínas que son indispensables para su supervivencia. El nuevo sistema permite a los científicos diseñar contra cada insecto un tipo específico de insecticida mucho más eficaz y más respetuoso con el medio ambiente, evitando eliminar insectos que son beneficiosos en el caso de realizar fumigaciones en los campos de cultivo.

Algunos de los insecticidas convencionales que se utilizan actualmente no sólo afectan a los insectos, también afectan al organismo humano debido a los diversos componentes químicos que lo forman. Pero como hemos dicho, el nuevo producto no representa ningún riesgo para la salud humana debido a la ausencia de dichos componentes. De momento el sistema está patentado y a la espera de que algún inversor se interese por su desarrollo y producción, aunque no creemos que pase mucho tiempo para ello, será un producto que millones de personas agradecerán.

Vía | USDA