Consiguen crear hielo tetragonal, una fase desconocida del agua que podría existir en otros planetas

Un equipo de físicos descubrió una nueva fase del hielo de agua tras poner hielocomún bajo una presión extraordinariamente alta, derretirlo y dejar que se volviera a congelar. La fase previamente desconocida se denomina Hielo-VIIt y está organizada de manera diferente al hielo de agua típico. No ocurre naturalmente en la superficie de la Tierra, pero puede existir en el manto o en lunas y planetas distantes.

El Hielo-VIIt tiene una simetría tetragonal, a diferencia de la estructura cúbica de la fase de hielo de la que se forma, el Hielo-VII. Esa estructura tetragonal también diferencia al Hielo-VIIt (la ‘t’ es de ‘tetragonal’) de la simetría hexagonal del hielo de agua natural (conocido como Hielo-I). Eso significa que su estructura cristalina parece un prisma rectangular en lugar de un cubo. Los hallazgos fueron publicados la semana pasada en Physical Review B.

“La comunidad que estudia el hielo ha sido muy firme em que el hielo cúbico-VII es la fase dominante a alta presión”, dijo Zachary Grande, físico de la Universidad de Nevadae en Las Vegas, y autor principal del estudio, en un correo electrónico enviado a Gizmodo. “Pero pudimos usar nuestra nueva técnica para obtener mediciones mucho más precisas que nadie antes, lo que nos permitió observar esta sutil transición cuántica”.

Para sintetizar esta fase de hielo única, los investigadores congelaron una muestra de agua bajo una celda de yunque de diamante, que presionó las moléculas de agua entre dos diamantes. Usaron un láser para derretir brevemente la muestra antes de permitir que se congelara de nuevo en una nueva configuración. Aplastando la muestra a presiones similares a las del centro de la Tierra, forzaron la conversión de Hielo-VII en Hielo-VIIt. Grande dijo que la fase recién descubierta era lo suficientemente similar a Hielo-VII como para recibir un nombre similar.

“El trabajo de Zach ha demostrado que esta transformación a un estado iónico ocurre a presiones mucho, mucho más bajas de lo que nunca se pensó”, dijo Ashkan Salamat, también físico de la UNLV y coautor de la investigación, en un comunicado de la universidad. “Es la pieza que faltaba y las mediciones más precisas jamás realizadas en el agua en estas condiciones”.Hielo-VIIt Puede ocurrir naturalmente en el manto terrestre; aunque el interior de nuestro planeta está caliente, los hielos de alta presión como el Hielo-VIIt tienen puntos de fusión más altos. En lugar de descongelarse a 0 ºC, se necesitan 727 ° C de temperatura para hacer que la rara fase de hielo se licúe.

Ice-VIIt pasa a Hielo-X , una fase que el equipo dice que ocurrirá a solo un tercio de la presión que los físicos pensaron que era necesaria para inducir el estado. Grande dijo que el hallazgo de Hielo-X tenía incluso más implicaciones extraterrestres que la existencia de Hielo-VIIt.

“Si hay planetas con una cantidad significativa de agua dentro de su manto, en realidad serían más grandes de lo que pensábamos anteriormente, ya que el agua no se comprimirá”, dijo Grande, “y debido a esto, los astrónomos deberán reevaluar el suministro de agua en muchos de los grandes exoplanetas que se han descubierto en los últimos años”.

 

Los linfocitos T también van a la escuela

 Nuestro sistema inmunitario está formado por millones de células organizadas a modo de ejército para protegernos frente a agresiones externas como virus, bacterias y parásitos. Además, este batallón le planta cara a las células propias cuando se transforman en tumorales y se convierten en un peligro para nuestra salud. 

Como corresponde a un verdadero ejército, contamos con diferentes grupos de soldados, cada uno con una función esencial. Y se necesita que actúen de manera coordinada para que todo funcione correctamente. Entre todos los soldados destacan los linfocitos T, que juegan un papel clave en lo que conocemos como inmunidad celular (y que tanto han dado que hablar durante la pandemia).

Los linfocitos T no saben trabajar solos

Los linfocitos T no son capaces de reconocer por si solos a los elementos extraños. Para detectarlos y actuar contra ellos necesitan la ayuda de otras células que se encargan de localizar a estos agentes patógenos, procesarlos y presentarlos en su superficie en forma de pequeños fragmentos llamados antígenos.

Para exponer estos antígenos en su superficie y hacerlos reconocibles por los linfocitos T, las células se valen de unas moléculas que usan a modo de expositor. Estas moléculas son conocidas como [complejo mayor de histocompatibilidad (MHC)]. Gracias a ellas el antígeno puede ser reconocido por los linfocitos T, que desencadenarán una serie de acciones dirigidas a eliminar la amenaza.

Para madurar hay que ir a la escuela

Como el resto de células que forman nuestro sistema inmunitario, los linfocitos T tienen su origen en la médula ósea, localizada en la cavidad interna de algunos de nuestros huesos. Ya desde antes del nacimiento, esta es la principal fábrica de células sanguíneas, entre las que se encuentran las que conforman el sistema inmunitario. 

Sin embargo, la médula ósea fabrica una versión muy inmadura de los linfocitos T. Una versión que aún no está lista para llevar a cabo su función como células de defensa. Antes de convertirse en verdaderos linfocitos T y poder salir a luchar como feroces soldados, han de pasar por un proceso de maduración y aprendizaje denominado educación tímica.

Durante este proceso nuestro organismo llevará a cabo una cuidadosa selección en la que solo se quedará con aquellas células que demuestren estar preparadas para la batalla. El resto de las células serán eliminadas mediante un proceso de muerte celular programada conocido como apoptosis.

Para demostrar su valía y estar entre los “elegidos”, los linfocitos T deben ser capaces de reconocer y distinguir lo propio de lo ajeno. Deben aprender a detectar al “enemigo”, además de tolerar y no atacar al propio organismo (autotolerancia). Todo este complejo proceso tiene lugar en el timo, una pequeña glándula ubicada en el tórax, a la altura del corazón. Allí, los futuros linfocitos T recorrerán un largo camino durante el cual serán sometidos a “examen”.

Ubicación del timo humano. Shutterstock / Nerthuz

“Tú sí que vales”

La primera prueba consiste en una selección positiva. Se trata de que los linfocitos, aún inmaduros, se encuentren con células del propio organismo que contienen en su superficie moléculas del MHC. Aquellos linfocitos que sean capaces de reconocer estas moléculas e interaccionar con ellas serán seleccionados para seguir adelante. 

Por otro lado, los linfocitos también se someten a una selección negativa. Esto significa que se les presenta toda una colección de antígenos propios, es decir, de fragmentos de proteínas propias del individuo, esas a las que los linfocitos T deben aprender a respetar y no atacar. En esta fase se elimina a todos los linfocitos que reaccionen con mucha afinidad frente a los antígenos propios. Y sólo aquellos que reconozcan estos complejos con una afinidad baja o moderada podrán continuar su camino.

Huelga decir que este paso es fundamental para evitar problemas de autoinmunidad. Es decir, para impedir que los linfocitos T desencadenen una respuesta inmunitaria frente a nuestro propio organismo.

Sólo los mejores sobreviven

La mayoría de las células inmaduras que llegan al timo mueren en el recorrido que acabamos de describir. Solo un pequeño porcentaje de ellas sobrevive hasta el final convirtiéndose en linfocitos T maduros que alcanzan la inmunocompetencia. A partir de ese momento estarán listos para abandonar el timo a través de la circulación sanguínea.

Desde allí pasarán a otros lugares, como los ganglios linfáticos, el bazo u otras regiones especializadas. Y es en estos enclaves donde se encuentra el principal campo de batalla. Donde, por fin, los linfocitos T maduros se enfrentarán a todos esos pequeños enemigos que día a día tratan de invadir nuestro organismo.

La bacteria que contamina el queso no pasteurizado y la carne mechada sigue sin vacuna

 Existen dos alimentos históricamente prohibidos para las mujeres embarazadas: el jamón curado y el queso no pasteurizado. El primero, por el riesgo de contraer toxoplamosis. Y el segundo, por otra bacteria menos conocida pero bastante peligrosa para el feto llamada Listeria monocytogenes.

Se trata de una bacteria ambiental presente en el agua y la tierra, en vegetales en descomposición, en animales domésticos y salvajes, incluso en la microbiota. Es responsable de una infección alimentaria grave conocida como listeriosis. Lo preocupante es su capacidad de contaminar no solo los quesos frescos y blandos preparados con leches no pasteurizadas, sino también germinados crudos, melones, salchichas, patés, salmón y mariscos ahumados o carnes listas para comer en fiambre. 

Las infecciones por listeriosis suelen ser esporádicas. Pero en ocasiones surgen grandes brotes alimentarios relacionados con problemas de control en la industria alimentaria o con fallos en los sistemas de almacenamiento de alimentos. Como el que sucedió en España en 2019 asociado al consumo de carne mechada. 

Leve para los sanos, grave para fetos e inmunodeficientes

¿Quiénes están en riesgo y cuáles son los síntomas de la listeriosis? Las personas con alto riesgo frente a esta infección son adultos con un sistema inmunológico debilitado, mujeres embarazadas, sus fetos o recién nacidos y adultos mayores de 65 años. La infección de fetos y recién nacidos no es a través de los alimentos, sino por transmisión de la madre a través de la placenta. 

En estos individuos de riesgo el índice de mortalidad por listeriosis es muy alto, rondando el 20-30%. Para el resto de las personas jóvenes o los adultos sanos, la listeriosis es una enfermedad leve, con síntomas similares a los de cualquier microbio transmitido por alimentos (diarreas y fiebre). Tanto que normalmente la infección pasa desapercibida y ni siquiera se diagnostica. 

En mujeres embarazadas tampoco encontramos síntomas muy específicos: fiebre, fatiga o dolores lumbares o musculares. Sin embargo, sus consecuencias para los fetos son muy graves, por lo que conviene diagnosticarla lo más rápidamente posible. Concretamente, en los fetos provoca abortos, muerte fetal, partos prematuros o graves patologías neurológicas en los recién nacidos supervivientes. 

En las personas mayores de 65 años o adultos con sistemas inmunológicos debilitados, entre ellos pacientes oncológicos, los síntomas de listeriosis más habituales incluyen dolor de cabeza, rigidez en el cuello, confusión, pérdida del equilibrio, convulsiones, fiebre y dolores musculares. Si pasa del intestino a la sangre origina septicemia, y meningitis o encefalitis en caso de invadir el cerebro. Otra posibilidad es que provoque erupciones cutáneas, gastroenteritis, mioendocarditis o artritis sépticas. 

Diagnóstico y tratamiento de la listeriosis

Que la bacteria de la listeriosis genere estas patologías se debe a dos características especiales. En primer lugar, que puede atravesar tanto la barrera hematoencefálica del cerebro como la barrera placentaria en el útero. En segundo lugar, que sobrevive a la refrigeración –e incluso a la congelación– durante un periodo de tiempo relativamente largo. 

El diagnóstico se realiza identificándola en un cultivo microbiológico de la sangre, el líquido cefalorraquídeo o el líquido amniótico de los pacientes. En mujeres embarazadas y recién nacidos se trata con antibióticos como ampicilina o amoxicilina durante dos semanas. Sin embargo, en adultos mayores de 65 años o con un sistema debilitado el tratamiento se puede alargar un mes. 

Los casos se triplican

¿Qué impacto tiene la listeriosis? Se producen alrededor de 1 600 casos de listeriosis anuales en EEUU, según la Universidad Estatal de Michigan, y unos 2 600 casos anuales en Europa de acuerdo con el informe de 2019 de la autoridad europea de seguridad alimentaria (EFSA).

En España, entre 2001 y 2007 la listeriosis tuvo bajo impacto, con 1 242 casos en total. Sin embargo, en el 2018 los casos se triplicaron, alcanzando los 432 anuales. 

Tanto el envejecimiento de la población como la falta de controles de seguimiento de la industria alimentaria tienen bastante que ver con este aumento. Por eso desde 2015 es considerada Enfermedad de Declaración Obligatoria. Eso implica que todos los casos deben ser reportados a las autoridades sanitarias.

Este aumento de incidencia y de los brotes también se puede explicar por la reciente aparición de clones hipervirulentos de la bacteria, como los que se detectaron en un brote en el País Vasco en 2014.

Higiene y alimentos a vigilar

La mejor manera de prevenir el contagio de esta bacteria es mantener una buena higiene, lavarse en profundidad las manos tras estar en contacto con animales y cocinar bien los alimentos, a temperaturas superiores a los 70ºC. No hay que olvidar que esta bacteria puede crecer cómodamente entre -20ºC y 4ºC e incluso tolerar ambientes de alta salinidad. Por ello, las personas de alto riesgo a listeriosis deben evitar el consumo de quesos blandos y alimentos refrigerados como pescados crudos, ahumados o mariscos, leche cruda o verduras congeladas sin cocción. 

Además, hay que tener en cuenta que esta bacteria suele formar biopelículas en las superficies, por lo que se deben tomar medidas más drásticas de desinfección. 

En el ámbito de la industria alimentaria, para prevenir la listeriosis es fundamental seguir buenas prácticas de higiene y manipulación, además de un control real y efectivo de la temperatura en la cadena de producción, distribución y almacenamiento de los alimentos. 

En cuanto a su posible reservorio animal en los rumiantes, conviene vigilar la presencia de clones hipervirulentos y evaluar la razón de su selección.

Momento de plantearse una vacuna

Según el último informe 2019 del Centro Europeo para la prevención y control de enfermedades (ECDC), Alemania (570 casos) y España (505 casos) están a la cabeza de la listeriosis, seguidos por Francia (373 casos). Esto sugiere que es buen momento para dar prioridad a la búsqueda de una vacuna. 

Las vacunas que existen están en fases preclínicas en animales de experimentación. Las hay con diseños celulares, que difícilmente pueden desarrollarse de forma comercial. Pero también contamos con opciones sintéticas de bajo coste que podrían producirse a gran escala con relativa facilidad. Es el caso de las nanoformulaciones con distintos antígenos de la bacteria con una toxina bacteriana como la listeriolisina O. O de las propuestas basadas en factores de virulencia compartidos con otras bacterias, que podrían proteger frente a varias enfermedades infecciosas. 

También existen ya vacunas experimentales para listeriosis que utilizan bacterias atenuadas que protegen frente a las cepas más frecuentes de esta bacteria y que podrían pasar a fases clínicas si hay farmacéuticas interesadas.

Esta última condición es clave. Por ahora, solo una compañía biotecnológica ha mostrado interés en vacunas para listeriosis, y únicamente para su uso en investigación. 

Que la vacuna de la listeriosis se hiciera realidad no sólo sería interesante para Europa y países occidentales, donde tanto las mujeres embarazadas como los recién nacidos y los adultos mayores de 65 años o con un sistema inmunológico debilitado se beneficiarían. También saldrían ganando países en vías de desarrollo, donde la incidencia de listeriosis es aún muchísimo más alta porque la pasteurización y la cocción de alimentos no están tan extendidas. 

Además, una vacuna ayudaría a mitigar los costes asociados a esta enfermedad, que es ya el tercer patógeno alimentario más costoso en términos de hospitalizaciones.

La evolución de las plantas: una chapuza maravillosa

 Hace 470 millones de años, en el Ordovícico, ocurrió un proceso que cambiaría para siempre la vida de nuestro planeta: las plantas empezaron a colonizar el medio terrestre. Ello supuso un reto enorme para unos organismos acostumbrados a vivir en un medio acuático; para sobrevivir, tuvieron que desarrollar una serie de adaptaciones fascinantes.

Muchos han planteado que la evolución muestra un “buen diseño” o, quizás, incluso un “diseño inteligente” en sentido teleológico, finalista. Sin embargo, un estudio reciente de nuestro grupo demuestra cómo, realmente, en las plantas son frecuentes las “chapuzas evolutivas”, y que no hay motivos para pensar que siguen diseños predeterminados. 

Estudiamos cómo crecen y consumen agua los robles y vimos cómo las soluciones a las que ha llegado la evolución funcionan, pero están lejos de ser óptimas, y aún más de ser “perfectas”.

La colonización de la tierra

La colonización terrestre no fue fácil, ni corta. Las plantas, una vez fuera del medio acuático, tuvieron que desarrollar mecanismos para poder sobrevivir sin deshidratarse. 

Una hoja es como un oasis en medio del desierto: un tejido saturado de agua en medio de un aire seco que intenta robarle ese agua. En la hoja se mezclan el agua con el CO₂ para generar azúcares durante la fotosíntesis, mientras que la atmósfera envolvente intenta succionar ese agua para convertirla en vapor. 

Los estomas, unos poros en la superficie de la hoja, funcionan como agentes de tráfico: permiten la entrada de CO₂ atmosférico y evitan que se evapore un exceso de agua. Pero ¿cómo llega esa agua hasta los estomas? 

Los musgos y las hepáticas, las plantas que empezaron la colonización terrestre en un medio hostil y con un paisaje seguramente parecido al de Marte en la actualidad, tenían un tejido vascular muy limitado. No alcanzaron grandes alturas ya que no podían regular eficientemente el transporte ni el uso del agua. Estas plantas carecen de un sistema de venación foliar.

Las imprescindibles venas de las hojas

Un paso clave en la evolución de las plantas, y de las que tienen flor particularmente, fue el desarrollo de un eficiente sistema de venación en las hojas. Sí, ha leído bien: las hojas tienen un sistema de venación análogo al que podrá ver, por ejemplo, en el dorso de su mano. Si no lo ha visto todavía, le animamos a que la próxima vez que salga a la calle, o que vaya al bosque, arranque la hoja de un árbol y observe las venas que se dan, especialmente, en el envés.

Una hoja sin venas tendría que ser necesariamente pequeña. Esto es porque las venas son las tuberías que transportan agua a todos los rincones de la hoja y, particularmente, a los estomas para que la fotosíntesis pueda continuar. Sin venas, sería difícil que el agua se distribuyera por la hoja. Lo mismo pasaría con un animal: la sangre no podría llegar muy lejos sin un tejido vascular.

Tradicionalmente, se ha asumido que la densidad de venación seguía criterios óptimos en lo que se refiere al retorno en la inversión de recursos. Esto es, que hay la densidad justa de venas para irrigar a toda la hoja pero no más (ya que entonces habría más gastos en la formación de tejido de los necesarios), ni menos (ya que entonces el agua sería insuficiente y mermaría el crecimiento). 

En nuestro estudio, realizado conjuntamente con compañeros del Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón, documentamos cómo los robles perennes (esto es, las encinas, alcornoques y parecidos) tenían mayor densidad de venas que los robles deciduos (como los carballos). 

Las hojas perennes tienen costes de construcción más elevados que las deciduas: son hojas más gruesas y, por tanto, requieren de más carbono. Por tanto, al aumentar la venación en las hojas perennes, las más gruesas, se aumenta la irrigación a lo largo de todo el grosor de la hoja, con lo que aumentan las probabilidades de supervivencia a largo plazo.

Hojas de dos robles perennes (A, B) y dos robles deciduos (C,D) en las que pueden observarse sus sistemas de venación.Elena Granda, Author provided

Una maravillosa “chapuza evolutiva”

Pero también vimos cómo el aumento en la densidad de venas en los robles perennes, que son los que habitan en zonas más áridas, conlleva un aumento en la probabilidad de sucumbir ante la sequía. Aumentos en la densidad de venas repercutieron en un aumento en las “fugas” de agua por la noche (cuando los estomas deberían estar cerrados) y también por la cutícula, una membrana impermeable en la superficie de la hoja que disminuye las pérdidas de agua.

Resulta cuanto menos paradójico que una adaptación que sirve para sobrellevar mejor el estrés asociado con una vida larga acabe aumentando la probabilidad de sucumbir, precisamente, bajo condiciones de estrés severo. 

Los diferentes mecanismos por los que actúa la evolución en realidad se asemejan bastante a una estrategia de “hacer lo que se pueda para llegar a fin de mes”: no hay planificación ni estrategias a largo plazo.

La evolución no es más que una “chapuza”. Una maravillosa “chapuza” a escala colosal cuyo resultado ha sido el desarrollo de las formas de vida más bellas y fascinantes que uno pueda imaginar.