Las científicas de la vacuna de ARN: Katalin Karikó y Özlem Türeci

Con la detección en Wuhan (Hubei, China), de una neumonía vírica desconocida, el 31 de diciembre de 2019, comienza una pandemia de alcance mundial, como no se había conocido otra igual en un siglo. El 9 de enero de 2020, científicos chinos determinan que la causa es un virus del tipo coronavirus y el día 11 envían a la Organización Mundial de la Salud (OMS) la secuencia genética del nuevo coronavirus.

Wuhan (Hubei, China). Imagen Wikimedia Commons

Desde las primeras noticias, científicos expertos en virus de todo el mundo se ponen a trabajar para encontrar una solución. Pero algunas científicas estaban especialmente bien situadas para comenzar la carrera: Katalin Karikó, desde hacía 30 años había trabajado la idea de fabricar una vacuna basada en el ARN mensajero, Özlem Türeci había fundado la empresa BioNTech y había fichado en 2013 a Karikó.

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Geoestrategia cuántica

Países que juegan sus cartas en el tablero del orden mundial, como Estados Unidos o China, y grandes empresas como Google o IBM, están desarrollando prototipos de ordenadores cuánticos que consiguen realizar en minutos u horas procesos de cálculo que los ordenadores clásicos más potentes tardarían años. En transmisiones cuánticas experimentales, China ha llevado la delantera en los últimos años mediante el satélite Micius, creando una red cuántica que cubre 4.600 km.

Sede del ICFO en Castelldefels, Barcelona, Imagen JL. Diez

En junio de este año, 2021, investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Castelldefels, Barcelona, han conseguido un avance clave para hacer un repetidor cuántico que permitiría la construcción de una red cuántica terrestre de comunicaciones. Días después, el centro de investigación de Toshiba Europa en Cambridge, Reino Unido, realizó la primera comunicación cuántica por fibra óptica de más de 600 km de longitud.

La tecnología cuántica es una de las piezas importantes de la geoestrategia mundial. Atendiendo al número de patentes relacionadas con esta tecnología, por países, China es líder con más de 3.000 patentes, seguida por Estados Unidos que tiene casi la mitad y de Japón que tiene una cuarta parte.

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Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna, Nobel de química 2020

El 7 de octubre de 2020, la Real Academia Sueca de Ciencias anunciaba la concesión del Premio Nobel de Química 2020 a Emmanuelle Charpentier, francesa y Jennifer A. Doudna, de Estados Unidos, por «el desarrollo de un método de edición del genoma». Han sido la sexta y séptima mujer en ganar un premio Nobel de Química y la primera vez que un Nobel científico compartido es ganado sólo por mujeres.

Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna. Imágenes Wikimedia Commons.

El método de edición genómica, llamado CRISPR, fue descrito por primera vez en un artículo publicado en la revista Science en agosto de 2012, firmado por ambas científicas y otros colaboradores. Partía de un procedimiento de defensa de las bacterias frente a los virus descubierto por Francis Mojica, bioquímico español de la universidad de Alicante, que lo publicó en febrero de 2005 y al que le dio el nombre de CRISPR.

Ésta es la historia de cómo podemos aprender de los mecanismos de defensa contra los virus de seres como las bacterias, que llevan 4.000 millones de años sobre el planeta.

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Fotografía 51

Rosalind Franklin. Imagen Wikimedia Commons.

El 25 de julio de 1920, hace poco más de cien años, nacía Rosalind Franklin, que jugaría un papel decisivo en el descubrimiento de la estructura del ADN, la molécula clave de la vida. Ella hizo la fotografía 51, la primera imagen que mostraba claramente la doble hélice característica del ADN, al principio del año 1953. La visión de la fotografía, sin conocimiento, de su autora, decidió a James Watson y Francis Crick a publicar en abril de 1953 su hipótesis de la estructura del ADN que les hizo ganar el premio Nobel de 1962. El conocimiento de la estructura del ADN abrió el camino para el desarrollo de la biología molecular, la bioquímica y especialmente la genética que, cincuenta años más tarde, conseguiría determinar el genoma humano.

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Las tierras raras de la tabla periódica

Las tierras raras son un grupo de diecisiete metales de la tabla periódica, esenciales para las modernas tecnologías. La mayoría de estos metales fueron descubiertos en el siglo XIX, pero no fueron ubicados en la tabla periódica hasta mediados del siglo XX. Ha sido sin embargo a partir del último tercio del siglo pasado, cuando han adquirido un protagonismo especial.

Forman parte de la mayoría de aparatos tecnológicos: se utilizan en coches híbridos y eléctricos, baterías, ordenadores, teléfonos móviles, lentes, turbinas eólicas, aparatos para tratamientos médicos, comunicaciones, tecnología de uso militar. . . Un teléfono inteligente puede contener hasta 62 metales distintos de los cuales al menos 8 son tierras raras.

La demanda de tierras raras se incrementó fuertemente a mitad de los años 1960 con la aparición de la TV en color. El europio era el material esencial para dar color a las imágenes. Estados Unidos se convirtió en estos años en el principal productor mundial. Tras varias décadas desarrollando técnicas de producción, China entra con fuerza en el mercado mundial a mediados de los años 1980. Con apoyo estatal, mano de obra barata y una legislación medioambiental poco escrupulosa, China se convierte en pocos años en el primer productor mundial.

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Nobel de Medicina 2019 para los descubridores del mecanismo celular de adaptación al oxígeno

Gregg Semenza (Universidad John Hopkins, Baltimore, Maryland, EE.UU.), William Kaelin (Dana-Farber Cancer Institute, Boston, Massachusetts, USA) y Peter Ratcliffe (Universidad de Oxford, Reino Unido) han sido premiados con el Nobel de Medicina por descubrir cómo las células perciben y se adaptan a la disponibilidad de oxígeno.

El cuerpo carotídeo, situado junto a grandes vasos sanguíneos a ambos lados del cuello, contiene células especializadas que perciben el nivel de oxígeno en la sangre, lo que permite al cerebro adecuar el ritmo respiratorio. La eritropoyetina (EPO) es una proteína que se sintetiza en los riñones y que está presente en el torrente sanguíneo, donde promueve la producción de glóbulos rojos. Descubierta a principios del siglo XX y sintetizada en el laboratorio en 1977, la EPO se ha utilizado para aumentar el rendimiento de los atletas, como una forma de dopaje. Semenza estudió el gen EPO en ratones modificados genéticamente, descubriendo que segmentos de ADN situados junto del gen EPO intervenían en la respuesta al bajo nivel de oxígeno en sangre (hipoxia). Ratcliffe también estudió el gen EPO como regulador del nivel de oxígeno. Ambos investigadores encontraron que era un mecanismo general en muchos diferentes tipos de células, basado en un complejo de proteínas llamado factor inducible por hipoxia (HIF).

Estudiando una enfermedad hereditaria (VHL), Kaelin encontró que el gen VHL codifica una proteína que previene la aparición del cáncer y también que interviene en la regulación del nivel de oxígeno. En 2001, dos trabajos de Kaelin y Ratcliffe publicados simultáneamente mostraban la relación entre HIF y VHL y dejaban explicado el mecanismo celular de adaptación al nivel de oxígeno en sangre. El descubrimiento abre la puerta a nuevas estrategias para luchar contra la anemia, el cáncer y otras muchas enfermedades.

Semenza, Kaelin y Ratcliffe ya fueron premiados en 2016 para este descubrimiento, con el prestigioso premio Lasker de investigación médica básica, dotado con 250.000 US $.

Información y imágenes sacadas de:
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2019/summary

Otra fuente de información:
Heidi Ledford, Ewen Callaway. «Biologists who decoded how cells sense oxygen win medicine Nobel». Nature News, 07 October 2019.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-02963-0

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Nobel de Física 2019 para los avances en el conocimiento del papel de la Tierra en el cosmos

Este año, la Academia de Ciencias de Suecia ha optado por premiar dos descubrimientos que supusieron, con 31 años de diferencia, grandes avances en el conocimiento de la cosmología y de nuestra propia situación en el cosmos.

James Peebles (Princeton University, USA) es premiado por el marco teórico que desarrolló a mediados de los 1960’s que contribuyó decisivamente a fundamentar el modelo del Big Bang. En 1964, Arno Penzias y Robert Wilson, ingenieros de la compañía Bell Telephon, descubrieron la radiación de fondo de microondas, sin saber en un principio que era lo que habían descubierto. James Peebles en aquellos años predijo la existencia de una intensa radiación en los primeros minutos después del Big Bang, de la que debería quedar ahora un remanente de radiación. Cuando Penzias y Wilson tuvieron noticia de los trabajos de Peebles, supieron qué era lo que habían descubierto: justamente la radiación remanente de los primeros minutos del universo, en forma de microondas. El descubrimiento les valió el Premio Nobel de 1978, que no reconoció entonces el papel de James Peebles. Ahora, 41 años más tarde, es reconocido.

Michel Mayor (Universidad de Ginebra, Suiza) y Didier Queloz (Universidad de Ginebra, Suiza, Universidad de Cambridge, Reino Unido) son premiados por el descubrimiento del primer exoplaneta, planeta fuera del sistema solar, en 1995. El planeta orbitaba alrededor de una estrella del tipo del Sol, dentro de nuestra galaxia. Desde entonces, más de 4.000 exoplanetas han sido descubiertos y han abierto la posibilidad de descubrir un día, quizás no muy lejano, vida fuera de la Tierra. El descubrimiento de la radiación de fondo y de los exoplanetas nos han hecho cambiar para siempre nuestra percepción del mundo.

Información basada en, e imágenes sacadas de:
https://www.nobelprize.org/uploads/2019/10/press-physics2019.pdf

Más información sobre la radiación de fondo, en este mismo blog:
Encuentran la radiación de fondo
Radiación de fondo, otro Nobel en 2006

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El Nobel de Química 2019 para los creadores de la batería de litio

El 9 de Octubre (2019) la Real Academia de Ciencias de Suecia anunció la concesión del Premio Nobel de Química por John B. Goodenough (Texas University, Austin, USA), M. Stanley Whittingham (Binghamton University, New York, USA) y Akira Yoshino (Asahi Kasei Corporation, Tokyo, Meijo University, Nagoya, Japón), por el desarrollo de las baterías de ión litio.

Durante la crisis del petróleo de los años 1970, Whittingham desarrolló una batería con un cátodo (polo positivo) de disulfuro de titanio con iones litio intercalados a nivel molecular. El ánodo (polo negativo) era de litio metal, que tiene una gran facilidad para liberar electrones y producir, por tanto, una corriente eléctrica. Esta batería suministraba una diferencia de potencial de 2 voltios, pero el litio es un metal muy reactivo, casi explosivo, lo que la hacía inviable para un uso generalizado.

Goodenough modificó el cátodo, haciéndolo de óxido de cobalto con iones litio intercalados, lo que daba una diferencia de potencial de 4 voltios, que hacía posible baterías más potentes. Yoshino continuó la investigación y, en 1985, creó la primera batería de ión litio viable comercialmente, cambiando el litio reactivo del ánodo por coque de petróleo, un tipo de carbón que puede tener intercalados iones litio como el cátodo. Los polos, ánodo y cátodo, de la nueva batería no se deterioraban apreciablemente con el tiempo, ya que su funcionamiento se basaba en la circulación de los iones litio de ánodo a cátodo y no en la reacción química de un metal, como es el caso de muchos otros tipos de baterías. Desde el año 1991, la batería de iones litio está presente en todo tipo de aparatos electrónicos de uso común, como ordenadores, teléfonos móviles, relojes, reproductores de música, fuentes de luz, juguetes,. . .

Información y imágenes de:
https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/summary/
https://www.nobelprize.org/uploads/2019/10/press-chemistry-2019-2.pdf
https://www.nobelprize.org/uploads/2019/10/fig5_ke_en_YoshinosBattery.pdf

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De los meteoritos a la tecnología del hierro

El hierro ha tenido y continúa teniendo una gran importancia en la fabricación de armas y herramientas o en la construcción de puentes o edificios. Pero aunque se empezó a obtener hace 3.200 años, no ha sido hasta hace poco más de 100 años cuando se ha podido disponer en la cantidad y calidad adecuadas.

La Edad del Hierro no empieza hasta el año 1.200 aC, pero han sido descubiertos objetos hechos con hierro fechados en años muy anteriores, hacia el 2.000 o incluso el 2.500 aC, durante la Edad del Bronce. Se puede suponer que el hierro para fabricarlos provenía de meteoritos caídos en la Tierra, pero si no fuera así, se podría pensar que la tecnología del hierro se habría empezado a desarrollar en determinadas regiones antes que en otras. Últimas investigaciones pretenden poner fin a la polémica.

Desde el aprovechamiento del hierro de los meteoritos hasta los sistemas de fabricación actuales, la tecnología del hierro ha sido clave en el desarrollo de las civilizaciones.

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Una docena de nuevos agujeros negros en el centro de la Vía Láctea

Un equipo de astrónomos de la universidad de Columbia, Nueva York, USA, han encontrado una docena de pequeños agujeros negros alrededor de Sagitario A, el agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia. El descubrimiento abre nuevas oportunidades para entender la dinámica de formación de las estrellas dentro de las galaxias.

Sagitario A está rodeado de un halo de gas y polvo a partir del cual se generan estrellas masivas. En el exterior del halo, se cree que hay miles de pequeños agujeros negros que, a medida que pierden energía, caen hacia el gran agujero negro hasta ser capturados por el. Pero en dos décadas de investigación, no se había encontrado ninguno de estos pequeños agujeros negros. Los datos obtenidos en el Observatorio Orbital Chandra de rayos X y ahora publicados, confirman la presencia de doce de estos pequeños agujeros negros y abren la posibilidad de encontrar muchos más. Se han podido detectar porqué cada agujero negro va acompañado de una estrella, formando un sistema binario y se produce una interacción entre el agujero negro y su compañera: la fuerza gravitatoria del agujero negro atrapa material de la estrella y lo calienta hasta que este material emite rayos X. La detección de esta radiación es lo que ha demostrado la existencia del agujero negro.

Región de agujeros negros en el centro de la Vía Lácte. Credit: NASA/CXC/SAO

Chuck Hailey, co-director del Laboratorio Astrofísico de Columbia y líder del estudio, dice que hay solo unas cinco docenas de agujeros negros conocidos en toda la galaxia, de 100.000 años-luz de diámetro, pero se estima que tiene que haber muchos miles más. La dificultad de encontrarlos radica en que no emiten ninguna radiación detectable directamente y se ha de acudir a detectar los efectos que los agujeros negros provocan en los cuerpos próximos, como es el caso de los doce agujeros negros descubiertos. Por la relación probable entre el número de agujeros negros formando sistemas binarios con estrellas y el número de agujeros negros aislados, se supone que tendría que haber entre 10.000 y 20.000 pequeños agujeros negros alrededor de Sagitario A, en una región de solo 6 años-luz de ancho. El centro de la Vía Láctea alrededor de Sagitario A, se convierte en el único laboratorio donde estudiar la interacción entre los grandes agujeros negros y los pequeños agujeros negros de su su entorno, ya que no es posible estudiar esta interacción en otras galaxias.

Fuentes de información
(1) «A dozen new black holes found in Milky Way’s center». Science News. April 4, 2018.
https://www.sciencenews.org/article/dozen-new-black-holes-found-milky-way-center
(2) New Study Suggests Tens of Thousands of Black Holes Exist in Milky Way’s Center. NASA. April 4, 2018. http://www.chandra.harvard.edu/press/18_releases/press_040418.html
(3) Charles J. Hailey, Kaya Mori, Franz E. Bauer, Michael E. Berkowitz, Jaesub Hong & Benjamin J. Hord. «A density cusp of quiescent X-ray binaries in the central parsec of the Galaxy». Nature volume 556, pages 70–73 (05 April 2018) doi:10.1038/nature25029
https://www.nature.com/articles/nature25029

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