Descobreixen la substància clau per la formació de la primera cèl·lula

El passat 6 d’aquest mes de novembre (2017), la revista Nature Chemistry ha publicat un descobriment (1) que aporta llum al misteri de l’aparició de la vida a la Terra. Científics del Scripps Research Institute de La Jolla, Califòrnia, han trobat una substància, diamidofosfat (DAP, per el nom en anglès), que afavoreix la combinació, en medi aquós, dels components bàsics de la cèl·lula.

Una cèl·lula està formada almenys per tres classes de components: les proteïnes, que formen les estructures cel·lulars, els nucleòtids, que són les peces de l’ADN/ARN que porten el codi genètic, i els lípids, que formen part de la membrana cel·lular que engloba tot el que constitueix la cèl·lula. L’aparició de la vida sobre el planeta implicaria la formació d’una primera cèl·lula per reunió d’aquests tres tipus de components.

Fosforilació, clau en la formació de la primera cèl·lula. Imatge de The Krishnamurthy Lab. , Scripps Research Institute. La Jolla, California. (3)

Ramanarayanan Krishnamurthy, del departament de química del Scripps Research Institute de La Jolla, Califòrnia, USA (3) i el seu equip, han demostrat que el DAP provoca la reacció de fosforilació (addició d’un grup fosfat) de nucleòtids, aminoàcids i lípids, en medi aquós de forma eficient i sense cap agent condensant, en condicions similars a les que es donaven a la Terra quan va aparèixer la vida. El procés de fosforilació dels tres components cel·lulars bàsics mitjançant el DAP, podria generar, en un únic entorn aquós, molècules prebiològiques rellevants per la formació de la primera cèl·lula. En un article anterior (2), publicat el juliol per quasi bé el mateixos autors, es detallen reaccions de fosforilació fetes per diferents agents formats per fòsfor i nitrogen. En l’article de novembre (1) però, conclouen que és el DAP l’agent que millor aconseguiria la fosforilació dels components bàsics de la cèl·lula.

Stanley Miller i Harold Urey, l’any 1952, ja van demostrar en un celebre experiment que, en determinades condicions, a partir d’una mescla de productes comuns a la Terra, com aigua, metà, amoníac i hidrogen, es podien generar aminoàcids, els maons de les proteïnes. L’experiment provava, per primera vegada, que era possible la formació de molècules orgàniques, complexes, a partir d’altres inorgàniques, més simples en les condicions de la Terra primitiva i donava suport a la teoria de que la vida s’hauria pogut formar a partir de substàncies simples presents al planeta. Però el fet que es puguin generar substàncies complexes ens porta al següent esglaó del problema que és: com es poden reunir les substàncies complexes formades, en una unitat que tingui capacitat de reproducció, és a dir, una cèl·lula? El descobriment de Krishnamurthy i el seu equip constitueix un pas endavant en l’explicació del procés de formació de la primera cèl·lula.

Fonts d’informació utilitzades
(1) Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik, Megha Karki, Eun-Kyong Kim & Ramanarayanan Krishnamurthy. «Phosphorylation, oligomerization and self-assembly in water under potential prebiotic conditions”. Nature Chemistry :10.1038/nchem.2878. 06.11.2017.
https://www.nature.com/articles/nchem.2878
(2) Megha Karki, Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik and Ramanarayanan Krishnamurthy. «Nitrogenous Derivatives of Phosphorus and the Origins of Life: Plausible Prebiotic Phosphorylating Agents in Water» Life 2017, 7(3), 32; doi:10.3390/life7030032. 29.07.2017.
http://www.mdpi.com/2075-1729/7/3/32/htm
(3) The Krishnamurthy Lab. http://www.scripps.edu/krishnamurthy/

Publicat dins de biologia, química | Comentaris tancats a Descobreixen la substància clau per la formació de la primera cèl·lula

Visualització detallada de les molècules, Nobel de Química

El descobriment de Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson impulsa a la ciència bioquímica cap a una nova era, segons l’Acadèmia Sueca que acaba de concedir el Nobel de química als tres científics. La tècnica de microscòpia crioelectrònica que han desenvolupat permet visualitzar, amb resolució atòmica, biomolècules en moviment que fins ara no havia estat possible veure.

L’eina per obtenir imatges amb tan alta resolució és el microscopi electrònic, que fins fa uns vint anys es considerava inadequat per dues raons: el feix d’electrons, que és la «llum» que utilitza el microscopi electrònic, destruïa les molècules orgàniques a les quals es dirigia i, d’altra banda, com que requereix treballar al buit, aquest buit provocava l’evaporació de l’aigua present al voltant de la molècula i això alterava la seva estructura.

Richard Henderson va aconseguir fer front als dos problemes el 1975, obtenint imatges de bacteriorodopsina, proteïna de color porpra incrustada a la membrana cel·lular de determinats organismes. Va cobrir la superfície de la mostra a observar amb una solució de glucosa, que evitava l’evaporació de l’aigua i va utilitzar un feix d’electrons suficientment feble per no destruir la molècula. Aquest procediment donava imatges de baixa resolució però, prenent imatges des de diferents angles i coneixent que els àtoms dins la proteïna estan situats seguint un patró determinat, va ser possible obtenir la millor imatge de l’estructura de la proteïna mai vista en tres dimensions.

Joachim Frank va desenvolupar un mètode matemàtic (software) que permetia reconèixer diferents patrons en la imatge i, reunint la informació dels patrons similars, millorava la resolució de la imatge 2D obtinguda. Reunint diferents imatges 2D obtingudes des de diferents angles, creava una imatge 3D. A meitat dels anys 1980, va utilitzar el mètode per obtenir la imatge de la superfície d’un ribosoma, la fàbrica de proteïnes cel·lular.

El mètode posat a punt per Henderson no servia però per molècules que fossin solubles en medi aquós, ja que aquest les alterava. Diferents investigadors van tractar de recobrir la molècula amb aigua a baixa temperatura, formant gel per evitar la dissolució. Però els cristalls de gel distorsionaven el feix d’electrons i les imatges eren inservibles. Jacques Dubochet va donar amb la solució: refredant l’aigua molt ràpidament, no es formen cristalls sinó una forma vítria (sòlid però sense l’ordenació típica dels cristalls) de l’aigua que recobreix la molècula. La temperatura prou baixa s’aconseguia amb età refredat per nitrogen líquid. El 1984 Dubochet va presentar les primeres imatges ben contrastades de diferents virus. Aquest és el mètode anomenat de microscòpia crioelectrònica.

Utilitzant el seu software amb el mètode de Henderson, Frank va obtenir el 1991 noves imatges de ribosomes en 3D amb una resolució de 40 A (Angstrom). La resolució del mètode ha anat millorant i, el 2013, s’obtenen ja imatges amb resolució atòmica (1 A) .

Imatge treta de:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2017/popular-chemistryprize2017.pdf

Notícia a la pàgina del Nobel:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2017/press.html

Publicat dins de premis nobel, química | Comentaris tancats a Visualització detallada de les molècules, Nobel de Química

Primera detecció de les ones gravitacionals, Nobel de Física

Rainer Weiss, Barry C. Barish, Kip S. Thorne han rebut el Premi Nobel de Física 2017 per “les decisives contribucions al detector LIGO i l’observació d’ones gravitacionals”. Les ones gravitacionals, una predicció de la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein publicada fa poc més de 100 anys, són la transmissió d’esdeveniments produïts en cossos molt massius a través del teixit de l’espai-temps. Aquestes ones tenen una acció extremadament feble sobre l’entorn, raó per la qual, el mateix Einstein estava convençut que mai podrien ser mesurades.

Per ser detectades calien per tant dues condicions: un esdeveniment còsmic suficientment potent com per generar ones gravitacionals d’una intensitat considerable i disposar d’aparells de molt alta resolució, capaç de mesurar-les. Aquestes dues condicions es van complir alhora el dia 11 de febrer de 2016, quan van arribar a la Terra les ones procedents del xoc de dos forats negres de massa unes 30 vegades el Sol, produït fa 1.300 milions d’anys, i el detector LIGO estava preparat per rebre-les i mesurar-les.

L’any 1984, un equip de científics liderat per Kip S. Thorne, de l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) i Reiner Weiss, de l’Institut Tecnològic de Massachussets (MIT) va posar en marxa el projecte LIGO amb l’objectiu de detectar les ones gravitacionals. LIGO consta de dos interferòmetres làser situats en punts extrems dels Estats Units, Livinstong, Louisiana, al sud-est i Hanford, Washington, al nord-oest. Cada interferòmetre consta de dos braços de 4 km que formen un angle recte, per cadascun dels quals circula un raig làser. Els raigs procedents de cada braç es troben en un punt, produint una figura d’interferència característica. Una variació en l’espai temps, provocada per exemple per una ona gravitacional, que modifiqui lleugerament la longitud dels braços, fa variar la figura d’interferència i permet detectar el pas de l’ona.

Barry C.Barish, de l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) s’incorpora al projecte LIGO el 1994 com a investigador principal i es nomenat director el 1997. La darrera versió, Advanced LIGO, de l’any 2010, millora la detecció allargant el recorregut dels làser fins el 1.120 km en cada braç, a través d’un sistema de miralls. El sistema és aleshores capaç de detectar canvis en la longitud dels braços milers de vegades menors que el diàmetre d’un protó. Estava preparat per a la detecció de les ones gravitacionals.

Ones de tota mena de l’espectre electromagnètic s’han utilitzat per observar l’univers, però ara, amb el descobriment de les ones gravitacionals, s’obre un camp de grans i encara desconegudes possibilitats. Les ones gravitacionals, que no són de naturalesa electromagnètica, ens permetran conèixer més a fons el teixit del que està fet l’univers, l’espai-temps.

Fonts d’informació:
Premi Nobel de Física: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/press.html
Projecte LIGO: https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-gw-interferometer

Publicat dins de cosmologia, física, premis nobel | Comentaris tancats a Primera detecció de les ones gravitacionals, Nobel de Física

Nobel per el descobriment del rellotge intern del cos

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash, Michael W. Young han rebut el Nobel de Medicina 2017 per “el descobriment dels mecanismes moleculars que controlen el ritme circadià”. Ritme circadià és l’oscil·lació de les variables biològiques d’un ésser viu per adaptar-se a la successió del dia i la nit, l’anomenat rellotge intern. Des de fa molt temps es coneix que la fisiologia dels éssers vius s’adapta al cicle diari marcat per la rotació del planeta. Tothom que ha viatjat a través de diferents fusos horaris ha patit, en major o menor mesura, les conseqüències del »jet lag». No ha estat però, fins els resultats dels treballs dels premiats, que s’ha pogut explicar com les plantes, els animals i els mateixos humans, ens adaptem al moviment diari de la Terra.

Durant els anys 1970 , Seymour Benzer i Ronald Konopka van demostrar que les mutacions d’un gen desconegut, que van anomenar període (period en anglès) alteraven el ritme circadià de les mosques. El 1984, Hall i Rosbash, van aïllar el gen període i van descobrir que la proteïna PER, codificada per el gen període s’acumulava durant la nit i es degradava durant el dia. Els nivells de PER oscil·laven en un cicle de 24 hores, d’acord amb el ritme circadià. El pas següent era comprendre el mecanisme per el qual es produïen les oscil·lacions. Hall i Rosbash van comprovar que, en un cicle de 24 hores, la proteïna PER, era sintetitzada en el cito-plasma de la cèl·lula durant el dia i s’acumulava al nucli durant la nit, bloquejant l’activitat del gen període. Però, com era transportada la proteïna PER fins el nucli?

El 1994, Young va descobrir un segon gen, que va anomenar atemporal (timeless, en anglès), que codificava una altra proteïna, TIM. Quan les dues proteïnes TIM i PER s’unien, eren capaces d’entrar en el nucli per bloquejar l’activitat del gen període. Young encara va descobrir un tercer gen, anomenat doble temps (doubletime, en anglès), que codificava una nova proteïna, DBT, que retardava l’acumulació de la PER, per tal d’ajustar la freqüència de les oscil·lacions a les 24 hores del dia.

Des dels primers descobriments del rellotge biològic intern fins a les darreres investigacions dels tres premiats, l’estudi dels ritmes circadians ajuden a regular els patrons de la son, la influència de l’alimentació, l’alliberament d’hormones, la pressió sanguínia i la temperatura corporal.

Notícia a la pàgina del Nobel:
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html

Publicat dins de medicina, premis nobel | Comentaris tancats a Nobel per el descobriment del rellotge intern del cos

Primera imatge detallada d’una estrella

Antares, la supergeganta vermella de la constel·lació de l’Escorpió, ha estat fotografiada amb una precisió no aconseguida fins ara, per el telescopi òptic més potent del món, VLT, de l’Observatori Europeu Austral (ESO) a Cerro Paranal, Xile.

Segons informa la pàgina oficial de l’ESO (1), un equip d’astrònoms de la Universidad Católica del Norte, Xile i de l’Institut Max Planck, Alemanya, dirigit per Keiichi Ohnaka, ha obtingut la imatge més detallada d’una estrella aconseguida fins ara, a part del Sol. Han utilitzat el telescopi VLT, treballant a moltes longituds d’ona diferents. La notícia, publicada el 16 d’agost a la revista Nature (2) mostra les imatges que han permès mesurar la velocitat del gas de la superfície i explica la complexa dinàmica de l’atmosfera de l’estrella, comprovada per espectroscòpia òptica i ultraviolada.

La densitat de l’atmosfera observada és almenys 6 ordres de magnitud major i els moviments de gasos mostren una extensió de l’atmosfera de fins a 1,7 vegades el radi estel·lar. Aquests valors són superiors als que prediuen els models de convecció. Per primer cop s’ha construït un mapa molt detallat de la velocitat dels gasos a l’atmosfera d’Antares. S’ha observat que aquesta velocitat pot ser de fins a 20 km/s, acostant-se o allunyant-se de nosaltres. La imatge del mapa de velocitat mostra en color blau quan els gasos s’acosten i en vermell quan s’allunyen. Similars moviments ascendents i descendents però amb una amplitud molt menor, d’uns 5 km/s, s’havien deduït de les observacions de Betelgeuse, de la constel·lació d’Orió, una altra supergeganta vermella. Aquests moviments de gasos s’havien explicat per corrents de convecció dins de l’atmosfera de l’estrella.

En el cas d’Antares però, els autors consideren que els moviments de convecció no són suficients per explicar ni la densitat ni l’extensió de l’atmosfera. La convecció per sí sola no pot justificar l’elevació dels gasos fins a una distància de 1,7 vegades el radi de l’estrella. Per això conclouen que ha d’existir algun procés a l’interior de l’estrella, encara no identificat, que expliqui aquestes observacions així com els moviments turbulents i potser també la pèrdua de massa de l’estrella.

El mecanisme de pèrdua de massa de les gegantes vermelles que, com Antares, estan en la fase final de la seva evolució, no és ben conegut. El procediment posat a punt per Ohnaka i els seus col·laboradors pot ser utilitzat en un futur per estudiar la superfície i l’atmosfera de les estrelles amb un detall no aconseguit fins ara. Això permetria comprendre la dinàmica dels moviments turbulents en l’atmosfera i avançar en la comprensió del mecanisme de pèrdua de massa.

VLT
El Molt Gran Telescopi (VLT, per les sigles en anglès) (3) està format en realitat per quatre telescopis principals (mirall de 8,2 m de diàmetre) i quatre auxiliars (mirall de 1,8 m de diàmetre). Permet combinar la llum de fins a 4 telescopis, entre principals i auxiliars, creant un telescopi virtual equivalent a un sol de mirall de 200 m de diàmetre. Els telescopis de VLT poden funcionar conjuntament també com interferòmetre, permetent veure detalls amb una precisió 25 vegades superior a la de telescopis individuals. D’aquesta forma es poden tenir imatges amb una resolució angular equivalent a distingir des de la Terra els dos fars d’un vehicle situat a la Lluna. El conjunt d’instruments del VLT cobreix un ampli interval espectral, des de l’ultraviolat profund fins a l’infraroig mitjà.

El VLT ha permès obtenir imatges d’importants descobriments, com la primera imatge obtinguda d’un planeta extrasolar o l’observació de l’explosió de raigs gamma més llunyana coneguda. Ara tenim una nova primícia com és la primera imatge detallada d’una estrella.

Des de l’any 2005, ESO està treballant en la construcció d’un nou telescopi, el Extremadament Gran Telescopi, (ELT, per les sigles en anglès) (4) que tindrà com objectius les galàxies més llunyanes, la formació estel·lar, l’observació directa d’exoplanetes i els sistemes protoplanetaris. Es va aprovar la seva construcció a finals de 2014 i està prevista la «primera llum» per 2024.

Fonts d’informació utilitzades
(1) «La mejor imagen de la superficie y la atmósfera de una estrella». 23.08.2017. ESO (Observatori Europeu Austral).
http://www.eso.org/public/spain/news/eso1726/
(2) «Vigorous atmospheric motion in the red supergiant star Antares». K. Ohnaka, G. Weigelt, K.-H. Hofmann. Nature 548, 310–312 (17 August 2017), doi:10.1038/nature23445.
http://www.nature.com/nature/journal/v548/n7667/full/nature23445.html?foxtrotcallback=true
(3) VLT, Very Large Telescope, ESO. Cerro Paranal, Xile
http://www.eso.org/public/spain/teles-instr/paranal-observatory/vlt/
(4) ELT, Extremely Large Telescope, ESO. Cerro Armazones, Xile
https://www.eso.org/public/spain/teles-instr/elt/

 

Publicat dins de astronomia | Comentaris tancats a Primera imatge detallada d’una estrella

Emmanuelle Charpentier

Emmanuelle Charpentier (Juvisy-sur-Orge, França, 11 de desembre de 1968), bioquímica, premi L’Oréal-UNESCO 2016 per dones científiques, codescobridora d’una tècnica per a reescriure gens que obre noves possibilitats per el tractament de malalties.

Dades biogràfiques
Nascuda a Juvisy-sur-Orge, petita ciutat situada a 18 km al sud de Paris. Filla d’un responsable de jardins públics i una supervisora en psiquiatria. Quan tenia 11 o 12 anys li va dir a la seva mare que volia treballar a l’Institut Pasteur, que és justament on va fer el seu doctorat. Però reconeix que tenia molts altres interessos i podria haver seguit una carrera molt diferent. Va estudiar biologia, microbiologia, bioquímica i genètica a la universitat Pierre et Marie Curie, Paris, entre 1986 i 1992. Va fer el doctorat a l’Institut Pasteur, Paris (1992-1995), un any d’estada postdoc en el mateix institut i un altre any a la universitat Rockefeller de Nova York.

Li agrada l’art, la música i la dansa. Va tocar el piano i va fer ballet i dansa moderna durant uns quants anys. La seva tia, que era missionera i vivia en un antic convent, li va predir quan era petita que tindria una vida d’aventures amb constants canvis. Comptant que, des de que va acabar el doctorat a Paris el 1995 fins que va arribar al seu destí actual a Berlín el 2015, ha viscut a Nova York, Viena, Umea i Hannover, treballant en diferents llocs en cadascuna d’aquestes ciutats, no es pot dir que la seva tia s’hagués equivocat molt.
(1) (2) (4)

Emmanuelle Charpentier, director, Max Planck Institute for Infection Biology.
Imatge Wikimedia Commons. Autor: Bianca Fioretti, Hallbauer & Fioretti

Carrera científica
Ja en el seu doctorat es va guanyar una bona reputació en recerca bàsica investigant en resistència als antibiòtics. En el seu projecte analitzava parts de l’ADN dels bacteris, els transferia a diferents parts del genoma i estudiava la resistència als fàrmacs que procurava aquesta transferència.

Entre 1997 i 2002 va treballar com investigadora a tres diferents centres de Nova York. L’any 2002 es trasllada a la universitat de Viena, a l’Institut de Microbiologia i Genètica, com a responsable del seu propi grup d’investigació i l’any 2004 al departament de Microbiologia i Immunobiologia de la mateixa universitat. L’any 2006 és nomenada professora del Centre de Biologia Molecular i entre 2006 i 2009, cap de laboratori dels Max Perutx Laboratories, tots centres de la universitat de Viena.

L’any 2009 es trasllada a la universitat d’Umea, Suècia, com a cap del laboratori de Medicina d’Infecció Molecular i el 2014 passa a ser cap del laboratori de Microbiologia Mèdica. Entre 2013 i 2015 és també cap de departament d’Investigació d’Infeccions al centre Helmholtz de Braunschweig i l’Escola Mèdica de Hannover. L’any 2014 és nomenada «Professor Alexander Von Humboldt». Des de 2015 és directora de l’ Institut Max Planck de Biologia d’Infeccions i des de 2016 professora honorària a la universitat Humboldt de Berlin.

El novembre 2013 va ser cofundadora de l’empresa CRISP Therapeutics, basada a Cambridge, Massachusetts i Basilea, Suïssa, per explotar la metodologia de teràpia gènica humana. Ha guanyat importants premis internacionals com el Japan Prize 2017 (anomenat el premi Nobel del Japó), el L’Oréal-UNESCO 2016 per dones científiques, o el Princesa de Asturias 2015.
(1) (3) (4) (5)

Investigacions
Com alguns bacteris es defensen dels virus
Des dels seus primers temps a la universitat de Viena, any 2002, Charpentier estava interessada en un sistema de defensa d’alguns bacteris, anomenat CRISPR, sigles de l’expressió «Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats». Aquesta expressió fa referència a una seqüència del genoma del bacteri que és un palíndrom (es llegeix igual en un sentit i en el contrari) i que es va repetint. Intercalades amb les seqüències d’aquest tipus hi ha unes altres seqüències anomenades «espaiadores», que són similars a seqüències de genoma de virus. Aprofitant aquesta similitud, el bacteri pot introduir la seva seqüència espaiadora a l’ADN del virus juntament amb un enzim que talla la cadena d’ADN del virus i el destrueix. A més, copiant part de l’ADN del virus i inserint-lo en la seva pròpia seqüència, el bacteri pot reconèixer el virus si l’ataca de nou i destruir-lo tallant la cadena d’ADN del nou virus. El bacteri adquireix d’aquesta manera una mena de memòria que el fa immune a nous atacs.

Estudiar com s’introdueixen les seqüències de l’ADN del bacteri en el virus (normalment a través de l’altre tipus d’àcid nucleic, l’ARN), com s’afegeix l’enzim i com es dirigeix al punt de la cadena d’ADN del virus per tallar-la, va ser un dels principals objectius dels seus treballs a Viena fins a 2009.
(2) (4)

CRISPR-Cas9
Quan l’any 2009 Charpentier va començar a treballar a Umea, Suècia, el treball desenvolupat a Viena començava a donar els seus fruits. Amb els seus col·laboradors, havia identificat una bona part del mecanisme amb el que el bacteri es defensa de l’atac del virus:
– el bacteri genera una còpia d’ARN d’un segment del seu ADN espaiador,
– s’uneix l’ARN a un enzim anomenat Cas-9,
– la cadena d’ARN i enzim s’uneix a l’ADN del virus degut a la similitud de la seqüència espaiadora i l’enzim talla la cadena d’ADN del virus.
A l’octubre de 2010, Charpentier va presentar els seus resultats al CRISPR Meeting de Wageningen, Països Baixos. Faltava encara però identificar exactament com l’enzim es dirigeix al punt exacte de l’ADN del virus i el talla.

A la conferència de la Societat Americana de Microbiologia de San Juan, Puerto Rico de 2011, Emmanuelle Charpentier va trobar Jennifer Doudna, de la universitat de Califòrnia, Berkeley. De la col·laboració entre ambdues i els seus equips va sortir l’explicació final de com treballa l’enzim Cas-9 per tallar l’ADN del virus, publicada l’any 2012. CRISPR-Cas9 es podia considerar com una tècnica d’edició genòmica que permetia modificar seqüències d’ADN amb molta facilitat i precisió.

Des d’aleshores, laboratoris de tot el món han aplicat la tècnica CRISPR-Cas9, per plantes, ratolins de laboratori transgènics i tractament de malalties com el VIH i el paludisme. Es podria utilitzar també per corregir mutacions i malalties genètiques.

A la imatge següent, treta de la pàgina de Charpentier del Max Planck Institut (2), es pot veure:
1.- Una molècula d’ARN que reprodueix la seqüència d’ADN espaiador del bacteri (en vermell), juntament amb una altra molècula d’ARN.
2.- Unió de les dues molècules d’ARN
3.- Les dues molècules d’ARN juntes s’acosten a un lloc precís de l’ADN del virus identificat per la seqüència d’ADN espaiador. És en aquest punt on actua l’enzim Cas9 per tallar l’ADN del virus.

 

(2) (4)

Guerra de patents
La tecnologia CRISPR-Cas9 està immersa encara actualment en una guerra de patents. Descoberta per Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna i publicada conjuntament per ambdues el 2012, la patent va ser registrada el 2013 per Feng Zhang, bioquímic de l’Institut Tecnologic de Massachusetts (MIT). Mentre que Charpentier i Doudna havien fet el descobriment en bacteris, Zhang havia fet un pas endavant, estenent el procediment a organismes superiors com ratolins o inclús humans. La guerra no és tant entre investigadors sinó entre institucions, UC i MIT, amb segurament molts diners i prestigi en joc. Recentment, febrer 2017, una primera batalla ha estat guanyada per les investigadores, ja que el tribunal d’apel·lacions sobre patents dels Estats Units els ha donat la raó. El MIT però pot argumentar encara per protegir els desenvolupaments posteriors dels seus investigadors.
(6) (7)

 Audio de la xerrada

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
Sopa d’estrelles” del 14 de juny de 2017

Fonts d’informació utilitzades
(1) Emmanuelle Charpentier. Curriculum Vitae. Max Planck Institute for Infection Biology. Berlin.
https://www.mpg.de/9343753/infektionsbiologie-charpentier
(2) «Emmanuelle Charpentier: An artist in gene editing». Max Planck Institute. Genetics. 07.02.2017. https://www.mpg.de/10729312/emmanuelle-charpentier
(3) 2016 L’Oréal-UNESCO For Women in Science Awards. Unesco.
http://www.unesco.org/new/en/natural-sciences/priority-areas/gender-and-science/for-women-in-science-programme/2016-awards/
(4) «The quiet revolutionary: How the co-discovery of CRISPR explosively changed Emmanuelle Charpentier’s life». Nature. 27 April 2016.
http://www.nature.com/news/the-quiet-revolutionary-how-the-co-discovery-of-crispr-explosively-changed-emmanuelle-charpentier-s-life-1.19814
(5) Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna. Premio Princesa de Asturias 2015
http://www.fpa.es/es/premios-princesa-de-asturias/premiados/2015-emmanuelle-charpentier-y-jennifer-doudna.html
(6) «Las investigadoras Charpentier y Doudna, inmersas en una “guerra de patentes” por su técnica de edición del genoma». Yahoo noticias. Europa Press, 5 de octubre de 2015.
https://es.noticias.yahoo.com/investigadoras-charpentier-doudna-inmersas-guerra-patentes-t%C3%A9cnica-edici%C3%B3n-081657395.html
(7) Jon Cohen. «Round one of CRISPR patent legal battle goes to the Broad Institute». Science News. Feb. 15, 2017.
http://www.sciencemag.org/news/2017/02/round-one-crispr-patent-legal-battle-goes-broad-institute

Publicat dins de biologia, Dones científiques | Comentaris tancats a Emmanuelle Charpentier

Nicola Spaldin

Nicola Spaldin (Easington, Regne Unit, 1969), química de formació, ha rebut el premi L’Oréal-Unesco 2017 per reinventar materials magnètics per la propera generació de dispositius electrònics.

Dades biogràfiques  
Nascuda a Easington, Regne Unit, com Nicola Ann Hill. Els seus pares portaven un centre de senderisme. Nicola es va afeccionar ben d’hora als espais oberts i a descobrir els territoris del seu voltant fent escalada, esquí de fons i muntanyisme. La seva afecció tampoc és aliena a que estudiés geologia juntament amb química a la universitat de Cambridge, on es va graduar el 1991. Entre 1991 i 1996, va fer el doctorat en química a la universitat de Califòrnia, Berkeley (Estats Units), en semiconductors i materials magnètics, estudiant-los a nivell molecular i atòmic. Quan buscava un tema d’investigació postdoctoral va trobar el professor Karin Rabe del departament de física aplicada de la universitat de Yale i es va traslladar d’un departament de química a un altre de física aplicada. En realitat no va ser un canvi d’especialitat ja que va estar sempre dins del seu interès per la física de materials.

Sempre ha tingut múltiples centres d’interès, com investigadora, escriptora, professora o administradora en el seu treball i escaladora, esquiadora i clarinetista en el seu temps lliure. Li agrada el treball multi-disciplinar i ha après molt sobre «com ensenyar» de la seva activitat no professional. Per exemple, diu, els músics tenen una perspectiva de l’ensenyament diferent de la que s’utilitza a la ciència.
(2) (4)

Carrera científica
Entre 1997 i 2011 va ser professora a la universitat de Califòrnia, Santa Barbara. L’any 1997 va començar a treballar en els materials multiferroics. Primer va fer estudis teòrics a través de models computacionals i després (2003), va aconseguir fabricar una fina làmina de ferrit de bismut (BiFeO3), que és ara el material multiferroic més estudiat.

L’any 2011 va anar com a cap del grup de Teoria de Materials de la universitat Politècnica Federal Suïssa de Zuric. Aquest prestigiós institut politècnic fundat el 1885, compta amb 21 premis Nobel guanyats per els seus investigadors, entre els que es compta Albert Einstein.

Ha guanyat nombrosos premis i distincions, americans i europeus. Entre els darrers, el premi Körber 2015, dotat amb 750.000 €, concedit anualment per la Fundació Körber d’Hamburg, Alemanya, per investigacions innovadores amb un gran potencial d’aplicació, o el premi L’Oréal-Unesco 2017, concedit per «la seva recerca sobre materials multiferroics, que podria conduir a una nova generació de components d’equipaments electrònics».
(1) (3) (4) (5)

Nicola Spaldin. Imatge de (3)

Investigació: materials multiferroics
Durant la seva estada a Yale, 1997, treballant amb materials ferroelèctrics, un company del laboratori li comenta que no existeixen materials magnètics ferroelèctrics, és a dir, aquells que presenten alhora característiques ferromagnètiques i ferroelèctriques en la mateixa fase. Nicola es demana: Com és que no existeixen materials magnètics ferroelèctrics? Aquesta pregunta es converteix per Nicola en la pregunta més interessant del món i la fa objecte de ser el tema central de la seva investigació quan, pocs mesos després, comença com professora adjunta (assistant professor) a la universitat de Califòrnia, Santa Barbara. Nicola, sense fer cas de consells que li recomanaven que es dediqués a una línia d’investigació més segura, que li permetés publicar i anar fent mèrits en la seva carrera, comença a estudiar les enciclopèdies de materials magnètics juntament amb l’únic llibre existent sobre ferroelectricitat i descobreix que aquests materials impossibles ja tenen un nom: materials multiferroics.

Aprofitant la seva formació i experiència en teoria d’estructura electrònica, Nicola Spaldin es dedica a crear models computacionals dels virtuals materials magnètics ferroelèctrics, per estudiar les seves propietats i el 2000 publica l’article titulat: «Per què hi ha tan pocs magnètics ferroelèctrics» (6), que suposa una primera exposició teòrica detallada de les característiques d’aquests materials. Spaldin explica que aquests materials són rars perquè, d’entrada, les estructures electròniques dels elements que presenten aquestes propietats són contràries: la ferroelectricitat requereix que estiguin buits uns determinats nivells electrònics (orbitals d) i el ferromagnetisme requereix que aquests nivells estiguin parcialment ocupats. Els materials que presentin alhora ambdues propietats hauran de tenir una de les propietats a travès d’un mecanisme alternatiu, per exemple. El març de 2001, Nicola Spaldin va organitzar la primera sessió mai feta sobre materials multiferroics, durant la trobada anual de la Societat Americana de Física, que va donar lloc a moltes altres posteriorment.

El primer gran èxit arriba però 3 anys més tard, quan el 2003, en col·laboració amb Ramamoorthy Ramesh (nascut a Índia, especialista en materials de la universitat de Califòrnia Berkeley), va aconseguir fabricar una làmina prima de ferrit de bismut (BiFeO3), que ara és el material multiferroic més estudiat. La publicació de la troballa va fer que molts grups de recerca i laboratoris industrials s’interessessin per els multiferroics i que Nicola Spaldin fos coneguda com «the multiferroics lady».

Els nous materials multiferroics tenen un gran interès per la possibilitat de produir modificacions magnètiques a travès només d’un potencial elèctric. Això permetrà sistemes informàtics ultra-ràpids,  extremadament reduïts i altament eficients energèticament.
(3) (5) (6)

Darrers avenços en materials multiferroics
El passat setembre de 2016, científics de la universitat de Cornell, Ithaca, New York, EE.UU, han publicat un article a la revista Nature en el que donen compta d’un material, superxarxa li diuen, formada per LuFeO3 / FeO, que mostra propietats magnetoelèctriques a una temperatura de 281 K. Les xuperxarxes però estan per ara restringides als laboratoris d’investigació. S’espera que els sistemes informàtics fabricats amb aquests materials consumeixin fins a 100 vegades energia elèctrica que els actuals.
(10) (9)

Glosari
Ferromagnetisme, ferroelectricitat
Ferromagnetisme és el fenomen per el qual certes substàncies presenten un moment magnètic espontani, que pot ser anul·lat per aplicació d’un camp magnètic extern. La modificació del moment magnètic no depèn només del camp magnètic extern sinó també de la «història» de la imantació prèvia del material, el que dona lloc al conegut com cicle d’histèresi (12). Els imants naturals, formats per un mineral de ferro com la magnetita per exemple, són coneguts des de l’època de la Grècia antiga. El prefix «ferro» de la paraula ferromagnetisme es refereix justament a que els primers imants naturals descoberts tenien ferro en la seva composició, però són també ferromagnètics el cobalt i el niquel i compostos sense ferro.

Ferroelectricitat és el fenomen per el qual certes substàncies presenten una polarització elèctrica espontània, que pot ser anul·lada per aplicació d’un camp elèctric extern. També presenten un cicle d’histèresi quan són sotmesos a un camp elèctric extern contrari a la seva polaritat. La ferroelectricitat va ser descoberta el 1920. Els efectes ferroelèctrics i ferromagnètics depenen de la temperatura i no es presenten per sota d’una determinada temperatura, la temperatura de Curie.
(7) (8)

Materials magnetoelèctrics
Són materials en els que es pot induir polarització elèctrica per l’aplicació d’un camp magnètic i polarització magnètica per l’aplicació d’un camp elèctric. Aquest fet, anomenat efecte magnetoelèctric, ja va ser conjecturat per Pierre Curie el 1894, però no va ser fins l’any 1959 que va ser trobada una explicació teòrica (I. Dzyaloshinskii) i una confirmació experimental (D. Astrov). L’efecte pot trobar-se en materials purs com l”oxid de crom (Cr2O3) o en compòsits (agregats de diferents materials). Quan es presenten alhora ambdues polaritzacions i existeix acoblament dels dos camps, magnètic i elèctric, es parla de materials multiferroics.

El 1973 s’havien trobat uns 80 compostos magnetoelèctrics, però ha estat recentment quan aquests materials s’estan estudiant abastament, per superar alguns inconvenients per el seu ús, com són, que s’obtenen a molt altes pressions i que les propietats magnètiques apareixen per sota de la temperatura ambient.
(11)

Fonts d’informació utilitzades
(1)  Nicola Spaldin rep el premio L’Oréal 2017 en París. 23.03.2017. Escola Federal Politècnica de Zuric.  http://www.theory.mat.ethz.ch/news-and-events/theory-news/2017/03/nicola-spaldin-receives-loral-unesco-for-women-in-science-award.html
(2) Nicola Spaldin. Physics Central. American Physical Society. 2017.
http://www.physicscentral.com/explore/people/spaldin.cfm
(3) ETH professor Nicola Spaldin receives the 2015 Körber Prize. Press release. 03.06.2015
https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2015/06/koerber-prize.html
(4) Escola Federal Politècnica de Zuric.
http://www.theory.mat.ethz.ch/people/person-detail.html?persid=177264
(5) Nicola Spaldin, «Multiferroics and me». Science. Careers. 16.06.2015.
http://www.sciencemag.org/careers/2015/06/multiferroics-and-me
(6) Why Are There so Few Magnetic Ferroelectrics?
Nicola A. Hill (l’any 2000 Nicola Spaldin es deia Nicola Hill)
Materials Department, University of California, Santa Barbara, California 93106-5050
J. Phys. Chem. B, 2000, 104 (29), pp 6694–6709
http://www.esmf.ethz.ch/speakers/spaldin1-ppt
(7) Ferroelectricity. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Ferroelectricity
(8) Cicle d’histèresi magnètica.
http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/2750/2957/html/24_histresis_magntica.html
(9) Francisco R. Villatoro. «Una superred multiferroica que es magnetoeléctrica casi a temperatura ambiente» 27.09.2016.   http://francis.naukas.com/2016/09/27/un-material-multiferroico-magnetoelectrico-a-temperatura-ambiente/
(10) ‘Atomic sandwiches’ could make computers 100X greener. Science Daily. 04.10.2016.
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/10/161004134840.htm
(11) Magnetoelectric materials:  https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoelectric_effect

Publicat dins de Dones científiques, física, materials | Comentaris tancats a Nicola Spaldin

Maria Blasco Marhuenda

María Blasco Marhuenda, (Verdegás, Alicante, 1965), bioquímica reconeguda internacionalment, especialista en telòmers, que són unes parts del nucli cel·lular que tenen un paper clau en els processos cancerosos i en l’envelliment.

Dades biogràfiques
Va nèixer a Verdegàs, zona rural d’Alacant, en el sí d’una família humil, sense tradició científica. Li agradava estudiar de tot i no va ser fins que va sentir una classe d’orientació universitària sobre enginyeria genètica, que se li va despertar la passió per la ciència, segons explica ella mateixa (12). Entre 1983 i 1988 estudia ciències biològiques a la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) i l’any 1993 obté el doctorat en bioquímica i biologia molecular al Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (UAM-CSIC), sota la direcció de Margarita Salas (2). Va fer una estada de quatre anys a Nova York i després va tornar a Madrid. Te un fill de 10 anys.
(1) (2) (3) (4)

Carrera científica
Entre 1993 i 1997 va treballar al Cold Spring Harbor Laboratory, New York (USA), amb Carol Greider, que després seria premi Nobel de Medicina 2009 per la descripció dels telòmers i el descobriment de la telomerasa. L’any 1997 va tornar a Espanya, al Centro Nacional de Biotecnología de Madrid, per dirigir el seu propi grup d’investigació. L’any 2003 va anar al Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) com a directora del programa d’oncologia molecular i cap del grup Telòmers i Telomerasa i el 2005 va ser nomenada vice-directora d’investigació bàsica. Des del 22.06.2011 és directora del CNIO. Va ser nomenada per el Patronat del Centre del que formava part, entre d’altres Joan Massagué. En el mateix dia, es va decidir incorporar al comitè científic Josep Baselga. Massagué i Baselga són dos reconeguts oncòlegs que treballen a Nova York (2). Amb aquest nomenament, María Blasco substituïa Mariano Barbacid, oncòleg de prestigi mundial, que havia presentat la seva dimissió per discrepàncies amb el ministeri de Ciència i Tecnologia dos anys abans.

Maria Blasco a la universitat d’Alacant. 2012

Forma part de l’Organització Europea de Biologia Molecular (EMBO) i de nombrosos comitès científics. Ha rebut diferents premis, com el Josef Steiner d’Investigació del Càncer, el Rei Jaume I, el Körber de Ciència Europea, l’Alberto Sols, el de la Fundació Lilly d’Investigació Preclínica, el Santiago Ramón y Cajal d’Investigació en Biologia o la medalla d’or de l’EMBO.

María Blasco és cofundadora de l’empresa Life Lenght, dedicada a explotar comercialment, sota llicència del CNIO, la tecnologia de longitud de telòmers associada a l’esperança de vida dels individus.
(3) (6) (7) (8)

Investigacions
María Blasco i el seu grup estudien els mecanismes a través dels quals les cèl·lules tumorals són immortals i, en canvi, les cèl·lules normals moren desprès d’un cert nombre de divisions. L’enzim telomerasa és present en més del 95% de tots els tipus de càncer en humans i absent en les cèl·lules normal del cos. D’altra banda, l’escurçament dels telòmers està associat al procés d’envelliment.

Els objectius del grup són: generar models de ratolins modificats genèticament per provar estratègies anticàncer i antienvelliment basades en els telòmers i la telomerasa, desxifrar la relació entre els telòmers i les vies de reparació de l’ADN, estudiar el paper de l’ARN no codificant dels telòmers, provar teràpies gèniques basades en la telomerasa i aclarir el paper dels telòmers i la telomerasa en les estratègies basades en cèl·lules mare.
(7) (9)

A continuació es detallen algunes de les investigacions més rellevants de Maria Blasco.

Telòmers i telomerasa
Entre 1993 i 1997, durant la seva estada al Cold Spring Harbor, va descobrir el mecanisme de l’acció de l’enzim telomerasa en el manteniment de la longitud dels telòmers. Segons ella mateixa declara, va ser el descobriment més emocionant de la seva vida, el seu moment eureka (4). A l’any 1993 encara no havia estat descoberta cap molècula responsable d’aquesta acció. María Blasco va identificar com a responsable el component ARN (gen) de la telomerasa i el 1995 va publicar el descobriment a la revista Science. Després, mitjançant l’enginyeria genètica, va generar un ratolí sense el gen de la telomerasa i va demostrar que era aquest gen el responsable de la fabricació de la telomerasa. Aquest descobriment va obrir un nou camp en el tractament del càncer i en el coneixement dels processos d’envelliment. Si la telomerasa era la responsable de mantenir la longitud dels telòmers de les cèl·lules canceroses i per tant, de que aquestes es dividissin molt més que les cèl·lules normals, fent créixer el tumor, es podia provar d’eliminar el gen de la telomerasa o reduir la seva presència a la cèl·lula com estratègia anticancerígena. Quant als processos d’envelliment, introduir la telomerasa a les cèl·lules facilitaria el manteniment de la longitud dels telòmers, detenint l’envelliment cel·lular i allargant la vida de l’individu. Cal dir que, tot i que s’han fet progressos, la complexitat del càncer i dels processos d’envelliment no ha permès arribar a resultats definitius per aquesta via.
(4) (7)

Tractament del càncer de pulmó
En un article publicat el 2015 (10bis), María Blasco i altres expliquen una nova estratègia per atacar el càncer de pulmó. Fins aleshores s’havia seguit la tècnica d’inhibició de la telomerasa en cèl·lules canceroses, explicada en el paràgraf anterior. Aquesta tècnica estava en fase d’assaigs clínics per alguns tipus de càncer. En aquesta ocasió, el grup de Maria Blasco del CNIO en col·laboració amb altres centres d’investigació van provar d’actuar sobre els telòmers, però sense alterar la telomerasa. Van seleccionar una de les sis proteïnes anomenades shelterines (de l’anglès shelter, refugi) que protegeixen els telòmers, la TRF1. Bloquejant aquesta proteïna en les cèl·lules canceroses, van eliminar la protecció dels telòmers i van trobar que les cèl·lules morien o entraven en senescència de forma immediata. Aquest procediment, provat en ratolins, frena el creixement del tumor, però té efectes tòxics, encara que tolerables. María Blasco diu que han trobat «un nou taló d’Aquiles del càncer» (5). Després de més de quatre anys de treballs, que han donat resultats, la fase següent és trobar socis a la indústria farmacèutica per desenvolupar els fàrmacs i fer les proves clíniques
(5) (10) (11)

Glosari (Wikipèdia)
Telòmers
Els telòmers són l’extrem dels cromosomes de les cèl·lules eucariotes, cèl·lules amb nucli, les de la gran majoria d’éssers vius. En els cromosomes hi ha dos tipus d’ADN, el codificant, que conté el codi genètic i el no codificant, una part del qual forma els telòmers. Els telòmers mantenen la integritat de les terminacions dels cromosomes i ajuden a la correcta divisió cel·lular.

Es creu que els telòmers estan relacionats amb l’envelliment i la carcinogènesi. L’ADN que forma els telòmers no es duplica completament en cada divisió cel·lular de forma que, amb cada divisió, es fa una mica més curt. Quan la longitud del telòmer es redueix fins a cert punt, s’interromp el cicle de divisions de la cèl·lula. En els humans, es calcula que aquest punt límit arriba després d’unes 2.000 divisions. La reducció de la longitud dels telòmers no només provoca que la cèl·lula no es pugui duplicar, sinó que fa que esdevingui inviable, amb el que es posa en marxa el procés d’apoptosi o mort cel·lular programada.

Quant a la carcinogènesi, se sap que en cèl·lules canceroses és present l’enzim telomerasa, que després de cada divisió cel·lular reinstaura la longitud dels telòmers i fa que aquestes cèl·lules puguin continuar dividint-se moltes més vegades que les cèl·lules sanes, fent créixer el tumor.

Telomerasa
La telomerasa és un enzim format per un complex proteïna – àcid ribonucleic, present en cèl·lules germinals, en teixits fetals i en cèl·lules mare poc diferenciades. Replica l’ADN dels extrems dels cromosomes de les cèl·lules eucariotes i permet l’allargament dels telòmers. La telomerasa és reprimida en les cèl·lules dels organismes madurs després del naixement, fet que provoca l’escurçament dels telòmers en cada divisió cel·lular.

Es podria pensar que un tractament amb telomerasa allargaria la vida de les cèl·lules i dels individus, que seria com un fàrmac d’immortalitat. Però també se sap que l’agressivitat de les cèl·lules tumorals està relacionada amb el seu nivell de telomerasa de forma que, quant més alt és el nivell de telomerasa més ràpidament es desenvolupa el tumor. Així, la telomerasa podria evitar la mort cel·lular i, com a conseqüència, l’envelliment de l’organisme, però no evitaria altres malalties i acabaria provocant la mort per càncer.

Fonts d’informació utilitzades
(1) María Blasco Marhuenda. https://es.wikipedia.org/wiki/Mar%C3%ADa_Blasco_Marhuenda
(2) En aquest mateix blog:
Margarita Salas,  http://www.deciencia.net/descobriment/?p=1114
Joan Massagué,  http://www.deciencia.net/descobriment/?p=719
Josep Baselga,  http://www.deciencia.net/descobriment/?p=764
(3) CNIO. Biosketch: María A. Blasco
https://www.cnio.es/es/grupos/plantillas/curriculum.asp?pag=39
(4)  José Luis Barbería. Entrevista a Maria Blasco. El País. 13.10.2016.
http://elpaissemanal.elpais.com/documentos/cientifica-maria-blasco-entrevista/
(5) «El equipo de María Blasco logra destruir las células cancerígenas» Diario Información. 14 de mayo de 2015.
http://www.diarioinformacion.com/cultura/2015/05/14/equipo-maria-blasco-logra-destruir/1632347.html
(6) «La investigadora María Blasco sustituye a Barbacid al frente del CNIO». El País. 22.06.2011.  http://sociedad.elpais.com/sociedad/2011/06/22/actualidad/1308693601_850215.html
(7) María Blasco Marhuenda. Premio FL de Investigación Biomédica Preclínica 2010
http://www.fundacionlilly.com/es/cvs/premios-de-investigacion-biomedica/maria-blasco-marhuenda.aspx
(8) Life Length. http://www.lifelength.com
(9) CNIO. Telomeres and telomerasa group
https://www.cnio.es/ing/grupos/plantillas/presentacion.asp?grupo=50004259
(10) CNIO. Research highlights.
https://www.cnio.es/ing/grupos/plantillas/investigacion.asp?pag=37
(11) María García-Beccaria,…Maria Blasco…i altres. «Therapeutic inhibition of TRF1 impairs the growth of p53-deficient K-RasG12V- induced lung cancer by induction of telomeric DNA damage». EMBO Molecular Medicine, Volume 7, Issue 7, July 2015, pages 930-949.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.15252/emmm.201404497/full

Publicat dins de biologia, Dones científiques | Comentaris tancats a Maria Blasco Marhuenda

Margarita Salas Falgueras

Margarita Salas Falgueras, (Canero, Asturias, 30.11.1938), bioquímica d’anomenada internacional. Va descobrir un procediment de duplicació de l’ADN utilitzat ara arreu del món.

Dades biogràfiques
Nascuda en plena guerra civil a Canero, un petit poble de la costa d’Asturias, el seu pare era metge psiquiatra i la seva mare mestra. La família es va traslladar a Gijón quan Margarita tenia 1 any, tot just acabada la guerra. El 1954 va acabar el batxillerat i un any després, fet el curs preuniversitary, es va traslladar a Madrid per estudiar el primer curs de ciències, que es deia «selectiu» i servia per diferents carreres de ciències. Margarita dubtava entre medicina i química i es va decidir finalment per la química, atès que li agradava el treball de laboratori.
Quan va acabar el 3r any de carrera va tenir l’oportunitat que va marcar la seva vida. Durant l’estiu va conèixer Severo Ochoa, bioquímic que havia estat guardonat amb el Premi Nobel de medicina 1959 per el descobriment dels mecanismes de la síntesi dels àcids nucleics, ADN i ARN. Severo Ochoa, cosí del pare de Margarita, era nascut a Luarca, Asturias i s’havia exiliat als Estats Units al començar la guerra civil. Havia anat a la seva terra a donar una conferència sobre els seus descobriments, que va encantar Margarita. Severo Ochoa, donat l’interès mostrat per Margarita, li va enviar un llibre de bioquímica des dels Estats Units.
Acabada la carrera de química va decidir dedicar-se a la bioquímica i va seguir el consell de Severo Ochoa, amb el que seguia en contacte, de fer una tesi doctoral amb Alberto Sols, bioquímic de la Universitat Complutense de Madrid (UCM) format en Estats Units. Margarita Salas diu que Alberto Sols era molt bon científic però molt masclista, que no l’hauria agafat si no hagués anat recomanada per Ochoa (4)
Es va casar el 1963 amb Eladio Viñuela, bioquímic que també feia el doctorat amb Alberto Sols. L’agost de 1964, un cop acabades les seves tesis, van decidir marxar junts a Nova York al laboratori de Severo Ochoa, on van romandre 3 anys. De tornada a Espanya el 1968 va ser professora de la UCM i 6 anys després també investigadora del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Té una filla.
(1) (2)

Margarita Salas. Imatge Wikimedia Commons.

Carrera científica
Durant la seva estada a Nova York, va determinar la direcció de lectura del codi genètic i va descobrir els mecanismes d’iniciació de la síntesi de proteïnes. Entre 1967 i 1977 va treballar al CSIC estudiant el comportament del bacteriòfag Phi 29, tant el seu aspecte i desenvolupament (morfogènesi) com els mecanismes de transcripció genètica. A partir de 1977 el Phi29 ha estat la seva principal línia d’investigació, al Centro de Biología Molecular «Severo Ochoa» de Madrid. Ha estudiat la duplicació de la cadena d’ADN i el paper de la proteïna unida covalentment (l’enllaç covalent és un tipus d’enllaç entre àtoms) a un punt de l’ADN en el començament de la duplicació.

Ha format part del comitè científic assessor del Max-Planck Institute für Molekulare Genetik de Berlín (1989-1996) i de l’Institut Pasteur (2001). Des de 1997 és presidenta de la Fundación Severo Ochoa. Ha tingut nombrosos premis i reconeixements a la seva carrera científica,com el Premi Rey Jaume I d’Investigació 1994 o el Premio Nacional de Investigación Ramón y Cajal 1999. L’any 2007 va ingressar a l’Acadèmia Nacional de Ciències dels Estats Units, sent la primera espanyola en aconseguir-ho. Forma part també d’altres societats científiques europees i americanes.
(3) (4) (5) (6)

Investigacions
Amb Severo Ochoa a Nova York
Els 3 anys, de 1964 a 1967, que Margarita Salas va passar a Nova York va ser els millors de la seva vida científica. No només per el que ella i el seu marit van aprendre de biologia molecular al costat d’Ochoa, que va ser el fonament del seu treball i docència a la tornada a Espanya, sinó també per el rigor experimental i l’entusiasme per la recerca que els va transmetre.
Cal pensar que Francis Watson i James Crick, de la universitat de Cambridge, Regne Unit, havien descobert el 1953 l’estructura de doble hèlix de l’ADN, per el que van rebre el premi Nobel de medicina de 1962 i que el mateix Severo Ochoa havia rebut el Nobel de 1959, com ja s’ha comentat. Eren els anys en els que s’estava descobrint el «misteri de la vida» i s’especulava amb la possibilitat de crear vida al laboratori. En aquest ambient, Margarita Salas i el seu marit comencen a treballar amb un dels protagonistes de l’avantguarda de la ciència del moment. Severo Ochoa va decidir que Margarita i el seu marit treballessin en grups separats, per donar a cadascú ple protagonisme sobre el seu treball. Cal pensar que aleshores encara era menys reconegut que ara el treball de les dones.
En aquells tres anys, Margarita va col·laborar en el coneixement de l’ADN com a portador del codi genètic. Aquest codi es pot desxifrar llegint la seqüència en la que estan col·locades les peces que constitueixen l’ADN, anomenades nucleòtids. Margarita va descobrir la direcció de lectura dels nucleòtids de la cadena d’ADN. També va descobrir dues proteïnes de les que va demostrar que eren involucrades en la iniciació de la síntesi de proteïnes.
(6) (7)

Bacillus subtilis bacteriòfag Phi29
Després de la seva estada a Nova York, Margarita Salas i el seu marit van tornar a Espanya el 1967. Es van trobar amb un desert científic i volien posar en pràctica el que havien après. Eladio Viñuela, el seu marit, va decidir deixar per ella el tema del bacteriòfag Phi29 que havien començat junts i dedicar-se a un nou camp, la pesta porcina africana. Margarita reconeix que, portar ella sola la investigació, era una manera de deixar de ser la dona d’Eladio Viñuela i ser reconeguda per el seu treball.

Va començar a estudiar el procediment de transcripció de la informació de l’ADN del bacteriòfag i va trobar una proteïna lligada per enllaç covalent a un punt de la cadena d’ADN, el que es coneix com final «5’ (5 prima) del nucleòtid». Més tard va poder demostrar que aquesta proteïna actuava com iniciadora del procés de duplicació de l’ADN.

El treball amb el bacteriòfag Phi29 li ha donat molts interessants resultats, fins al punt de fer una patent que ha reportat grans beneficis econòmics. La patent està relacionada amb la reacció en cadena de la ADN polimerasa que multiplica el nombre de còpies d’ADN d’una mostra. Margarita Salas va descobrir que quan el virus Phi29 infecta el bacteri Bacillus subtilis, produeix entre d’altres proteïnes, l’enzim ADN polimerasa viral. Aquest enzim, conegut comercialment com «Phi29 pol», té propietats ideals per fer còpies d’ADN i en particular, per produir cadenes d’ADN extremadament llargues. L’explotació de la patent d’aquest procediment de duplicació de l’ADN, adquirida per l’empresa americana Amersham Biosciences, ha produït bons ingressos al CSIC des de l’any 2003 fins el 2009 en que va expirar.

L’any 1993, Kary Mullis va guanyar el premi Nobel de química per la invenció del mètode de la reacció en cadena de la polimerasa, conegut com el mètode PCR, basat en part en el treball de Margarita Salas. El mètode PCR permet produir milions de còpies de qualsevol fragment d’ADN.
(1) (6) (8) (9)

 Audio de la xerrada

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
Sopa d’estrelles” del 8 de març de 2017“.

Fonts d’informació utilitzades

Fonts d’informació utilitzades
(1) Margarita Salas. Agenda Ciudadana de Ciencia e Innovación.
http://www.reto2030.eu/export/download/descargas_web_agenda_ciudadana/MARGARITA_SALAS_ES.pdf
(2) César Coca. Margarita Salas: La muerte me asusta. Diario Sur. 8 de junio de 2015.
http://www.diariosur.es/sociedad/201506/01/margarita-salas-muerte-asusta-20150601201511.html
(3) Centro de biologia molecular Severo Ochoa. CSIC. Madrid.
http://web4.cbm.uam.es/joomla-rl/index.php/es/index.php?option=com_content&view=article&id=401
(4) Margarita Salas. Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales.
http://www.rac.es/2/2_ficha.php?id=175&idN3=6&idN4=40
(5) Real Academia Española. http://www.rae.es/academicos/margarita-salas-falgueras
(6) Margarita Salas. «My life with bacteriophage phi29». The Journal of Biological Chemistry. November 2, 2012.   http://www.jbc.org/content/early/2012/11/02/jbc.X112.433458.full.pdf
(7) «La doble hèlix de l’ADN» en aquest mateix blog
http://www.deciencia.net/descobriment/?p=117
(8) Benito Garrido. «Margarita Salas: La financiación de la investigación ha ido a peor». Forbes, 27.10.2016.
http://forbes.es/actualizacion/6567/margarita-salas-la-financiacion-de-la-investigacion-ha-ido-a-peor
(9) Patentes históricas: La Polimerasa. Patentes y Marcas. 24.02.2014,
http://www.madrimasd.org/blogs/patentesymarcas/2014/patentes-historicas-la-polimerasa/

Publicat dins de biologia, Dones científiques | Comentaris tancats a Margarita Salas Falgueras

Alícia Casals Gelpí

Alícia Casals Gelpí, (Barcelona, 27.01.1955), enginyera, especialista en robòtica aplicada a la medicina amb reconeixement internacional.

Biografia
Va néixer a Barcelona l’any 1955. Va estudiar a l’Escola d’Enginyers Industrials de Barcelona i va obtenir el títol d’enginyera, especialitat electricitat-electrònica, el 1977. Va fer un doctorat en informàtica, visió per ordinador, a la universitat Politècnica de Catalunya (UPC) obtenint el títol el 1983. Està casada i té dos fills.
(1) (2) (3)

Alícia Casals. Imatge treta de (1)

Carrera científica
El 1976 va iniciar la seva carrera investigadora al laboratori d’Automàtica de l’ Escola d’Enginyers Industrials de Barcelona, creada per el professor Gabriel Ferraté i Pascual el 1963. Des de l’any 1990 és catedràtica d’Arquitectura i Tecnologia de Computadors a la UPC. El seu camp de recerca és el dels sistemes robòtics i de control d’aplicacions mèdiques i quirúrgiques. Dirigeix el Grup de Robòtica i Visió en el Centre de Recerca en Enginyeria Biomèdica de la UPC i és investigadora associada de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).

Actualment és presidenta del comité de Biorobòtica de la Societat Internacional d’Enginyers Biomèdics (IEEE-EMBC, sigles en anglès de l’Institut of Electrical and Electronics Engineers – Engineering in Medicine and Biology Society). Ha rebut, entre altres guardons, el Premi Internacional de Tecnologia Barcelona 92 (1992), el Premi Ciutat de Barcelona (1996) i la Medalla Narcís Monturiol al mèrit científic i tecnològic de la Generalitat de Catalunya (1998).

El febrer de 2011, Alícia Casals va posar en marxa l’empresa Rob Surgical Systems S.L., nascuda de l’IBEC i la UPC, dedicada al disseny, desenvolupament i llançament al mercat de sistemes robòtics d’aplicació mèdica. Alícia Casals és la seva presidenta. El sistema robòtic Bitrack és un dels primers desenvolupaments de l’empresa.
(1) (2) (3) (4)

Investigacions
El grup de l’IBEC que lidera Alícia Casals contribueix al lent però continuat avenç de la robòtica aplicada a la medicina, en el camp de l’ajuda als discapacitats, rehabilitació i assistència a la cirurgia. La participació en el projecte Hyper, el disseny de robots que puguin interactuar amb el cos humà per assistir persones amb discapacitats en la seva tasca diària o la investigació en robots quirúrgics són algunes de les línies d’investigació del grup.
(5)

Projecte Hyper
Hyper és un projecte de neurorobòtica de l’IBEC, el CSIC i altres centres d’investigació i empreses espanyoles, amb finançament de la Comunitat Europea. Hyper desenvolupa neuropròtesis híbrides (connectades al cervell i al computador) per la compensació funcional i rehabilitació de trastorns motors en activitats de la vida diària. Combinant estructures biològiques i artificials, Hyper posa l’accent en el disseny i fabricació de nous dispositius per salvar les limitacions corrents de les rehabilitacions de casos d’accidents vasculars cerebrals, paràlisi cerebral i lesions de medul·la espinal. El grup de l’IBEC investiga en nous algorismes de control d’accions específiques, com la transició d’estar assegut a estar dempeus o el fet de mantenir l’acció de caminar normalment, sota pertorbacions internes o externes. Aquest control ha d’aconseguir mantenir l’estabilitat donant resposta a activitats musculars impredictibles, conseqüència de les teràpies de rehabilitació, o a la fatiga o a accions del propi pacient.
(5) (6)

Robot per la rehabilitació de nens amb trastorns motrius greus
La Fundació de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya i l’Hospital Sant Joan de Déu (HSJD), amb finançament de Recercaixa (Obra Social la Caixa), han desenvolupat un sistema robòtic de baix cost per a la rehabilitació de nens amb trastorns motrius greus. Malalties neurològiques que afecten els infants, com les lesions medul·lars i les lesions cerebrals, tenen com a conseqüència que no puguin caminar de forma normal. Els equips robòtics dels centres de rehabilitació acostumen a ser de grans dimensions i elevat cost.

El robot dissenyat per Alícia Casals (IBEC) i la doctora Julita Medina (HSJD) ajuda els nens amb aquestes malalties d’origen neurològic. Sent de baix cost, és un aparell que es pot tenir al domicili per ser utilitzat en la marxa de forma diària. Té un sistema de suspensió motoritzada que permet controlar el grau de recolzament sobre la cinta i uns braços retràctils que ajuden en els moviments. El sistema d’ajuda a la marxa sobre la cinta de córrer tradicional, s’adapta a les necessitats del nen en tot moment. Un sistema d’avaluació permet l’usuari conèixer el seu progrés, el que és un factor motivador clau per l’èxit de moltes teràpies. El nou robot estalvia el cost de la intervenció dels professionals fisioterapeutes en el moment de l’exercici, que era imprescindible fins ara.
(7) (8)

Bitrack
Bitrack és un robot per a cirurgia laparoscòpica, desenvolupat per l’empresa Rob Surgical Systems S.L. La cirurgia laparoscòpica és una tècnica quirúrgica que permet la visió i manipulació de l’interior de la cavitat pelviabdominal. El robot va ser dissenyat sota la supervisió mèdica del Dr. Javier Magriñà, cirurgià de la Clínica Mayo (Arizona, USA) i la supervisió tècnica del Dr. Josep Amat, professor i cap de robòtica del Centre de Recerca d’Enginyeria Biomèdica de la UPC. Proporciona major flexibilitat i modularitat i és més eficient que els sistemes actuals. Ofereix els avantatges d’una cirurgia mínimament invasiva, reduint els riscos d’infecció i escurçant els temps de recuperació. Permet un bon control i mobilitat dels equips quirúrgics i visió i accés a llocs difícils.
(9)

 Audio de la xerrada

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
Sopa d’estrelles” del 22 de febrer de 2017“.

Fonts d’informació utilitzades
(1)  Exposició: 16 científiques catalanes
http://16cientifiquescatalanes.blogspot.com.es/search/label/16%20CIENTIFIQUES%20CATALANES
(2) Biografia de l’Institut d’Estudis Catalans de 2006:
http://publicacions.iec.cat/repository/pdf/00000067%5C00000079.pdf
(3) Alícia Casals Gelpí. Universitat Politècnica de Catalunya.
http://people-esaii.upc.edu/people/alicia/?lang=en
(4) Rob Surgical Systems S.L.  http://www.robsurgical.com/
(5) Institute for bioengineering of Catalonia    http://www.ibecbarcelona.eu/robotics
(6) El projecte Hyper    http://www.neuralrehabilitation.org/projects/HYPER/index.htm
(7) Desarrollo de un sistema robótico de bajo coste de ayuda a la rehabilitación para niños
https://www.youtube.com/watch?v=5pgxlbD1mIw
(8) Sala de premsa. UPC. «Robòtica per ajudar a caminar a nens amb trastorns motors greus» 15 d’octubre 2014.
http://www.upc.edu/saladepremsa/al-dia/mes-noticies/robotica-per-ajudar-a-caminar-a-nens-amb-trastorns-motors-greus
(9) The Bitrack system. 13.02.2015.
http://surgrob.blogspot.com.es/2015/02/the-bitrack-system.html

Publicat dins de Científics propers, Dones científiques, informàtica | Comentaris tancats a Alícia Casals Gelpí