lunes, 28 de febrero de 2022

Ventana a la tecnología: importante avance en la comprensión bioquímica de la vida mediante la simulación digital

 La réplica digital más completa de una célula vida crece como si fuera real




Los científicos han hecho durante mucho tiempo simulaciones digitales del universo en las escalas más grandes. Ahora están dirigiendo su atención a sistemas más pequeños, aunque esos sistemas no son menos grandiosos.

Las células de nuestro cuerpo son como sus propios universos de bolsillo: una mezcla vertiginosa de alquimia molecular que ha resultado demasiado compleja para digitalizar en detalle. Pero gracias a los avances en biología sintética y computación, un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois, el Instituto J. Craig Venter y la Universidad Tecnológica de Dresden dicen que han creado la réplica digital más completa de una célula hasta el momento.

La simulación 3D incluye representaciones digitales de todo, desde ADN y genes hasta ARNm, fábricas de proteínas y membranas lipídicas. Una vez completada, los científicos pusieron en marcha su célula simulada y la observaron crecer desde el nacimiento hasta su primera división. Creen que simulaciones como esta ayudarán a los científicos a precisar mejor los principios fundamentales de la vida.

Células mínimas

El trabajo se basa en avances previos en biología sintética. En 2016, los científicos anunciaron que habían creado una célula sintética despojando un genoma bacteriano de su esencia básica (solo 473 genes) y luego sintetizando este genoma mínimo y agregándolo a una célula huésped vacía. Aunque esta "célula mínima", llamada JCV-syn3.0, no se encontraba en ningún otro lugar de la naturaleza, todavía podía vivir, pero apenas.

La creación de las células más simples que existen ayuda a los científicos a reducir la vida a sus requisitos más básicos; también lo convierte en un objetivo excelente para la simulación digital.

El equipo detrás del estudio reciente actualizó JCV-syn3.0 agregando algunos genes para hacerlo más robusto. La nueva célula mínima, JCV-syn3A, tiene 493 genes. Eso es más que su ancestro, pero todavía solo la mitad de los genes en Mycoplasmas mycoides, la bacteria que dio origen a su genoma, y ​​una octava parte de la cantidad de genes en la bacteria E. Coli . Aún así, los investigadores dicen que las funciones de 94 de esos genes siguen siendo un misterio.

La motivación detrás de las simulaciones de todo tipo es acelerar e inspirar la experimentación física. Al simular celdas en detalle, el equipo puede ejecutar más experimentos más rápido y al mismo tiempo realizar un seguimiento de cada componente en la celda. La esperanza es aprender la función de esos 94 genes misteriosos y comprender mejor lo que hace que la vida funcione.

Pero primero, necesita una simulación de alta fidelidad que refleje la realidad.

Los Sims

Para hacer la celda digital, el equipo cortó su celda mínima e imaginó los cortes para ayudarlos a colocar los componentes clave de la celda en el espacio 3D. Utilizaron un análisis de las proteínas internas de la célula y las que forman su membrana para determinar las proporciones correctas de cada una. Todos los ingredientes en su lugar, se codificaron en características físicas y químicas, una hoja de ruta bioquímica de interacciones, incluida la forma en que los diversos componentes se difunden a través de la célula y la energía utilizada a lo largo del ciclo de vida de la célula.

La célula simulada modela el ADN, los lípidos, los aminoácidos, la transcripción y traducción de genes, las fábricas de proteínas de la célula: miles de interacciones. Es la simulación más completa hasta el momento.

Sin embargo, lo más importante fue probar la simulación en acción y comparar los resultados con el comportamiento de las células reales en el laboratorio. “Construimos un modelo de computadora basado en lo que sabíamos sobre la celda mínima, y ​​luego ejecutamos simulaciones”, dijo el estudiante graduado de la Universidad de Illinois, Zane Thornburg . “Y revisamos para ver si nuestra celda simulada se comportaba como la real”.

Gran parte del comportamiento de la célula simulada se alineó con las observaciones en el laboratorio, y ya está completando la comprensión del equipo sobre cómo funciona la célula y haciendo predicciones sobre cómo podrían desarrollarse los cambios en su genoma.

La simulación, por ejemplo, le dio al equipo información sobre cómo la célula administra su energía (gasta la mayor parte de su energía transportando nutrientes clave a través de su membrana) y cuánto tiempo persisten las moléculas de ARNm antes de descomponerse. En un caso, el equipo modificó el genoma de la célula digital, agregando dos genes no esenciales, y el modelo predijo que el cambio reduciría el tiempo entre las divisiones celulares en un 13 por ciento. Después de realizar el mismo experimento en células físicas en el laboratorio, el equipo encontró que el tiempo entre divisiones disminuyó en un 12 por ciento. Más experimentos como este están en progreso.

La vida en Silico

Si bien el trabajo es prometedor, el comportamiento de la célula simulada no siempre coincidió con el comportamiento de las células en el laboratorio. Además, la simulación está, hasta el momento, limitada a reacciones bioquímicas. Una versión futura podría agregar física a la ecuación.

"Para comprender completamente la célula, necesitamos modelar todas las fuerzas e interacciones de cada átomo o molécula de la célula", dijo a Quanta John Glass, coautor del nuevo estudio y líder del grupo de biología sintética en el Instituto Venter. .

Aún así, es emocionante tener un modelo tan completo para jugar. El equipo lo puso a disposición de otros investigadores en GitHub y ya está planeando mejoras.

“Nuestro modelo abre una ventana al funcionamiento interno de la célula, mostrándonos cómo todos los componentes interactúan y cambian en respuesta a señales internas y externas”, dijo Zaida Luthey-Schulten , profesora de química de la Universidad de Illinois y líder del estudio. “Este modelo, y otros modelos más sofisticados por venir, nos ayudarán a comprender mejor los principios fundamentales de la vida”.

Crédito de la imagen: Universidad de Illinois en Urbana-Champaign

Traducción automática del artículo original de Jason Dorriere, publicado en SingularityHub, ubicada en este link 


domingo, 27 de febrero de 2022

UCRANIA: el precio de un cambio

UCRANIA: El precio de un cambio



Nadie sabe cómo terminará decantando la invasión a Ucrania. Sin embargo, la conmoción global ha sido tan grande que ha desatado elementos insospechados para todos, incluso para el propio Putin.

Obviamente, la diferencia militar es tan abrumadora en favor de los invasores que una opinión exclusivamente militar -y, si se quiere, táctica- lleva a una conclusión inexorable: es imposible que el contencioso sea “ganado” por Ucrania. Sin embargo, la mirada exclusivamente militar es un componente -muy importante, pero uno más- de una ecuación de poder estratégico afectado fuertemente.

Nos sería justo hablar de esta guerra sin destacar la actitud de los ciudadanos ucranianos, su presidente, sus ministros, sus alcaldes, en fin, de todo su entramado nacional. Acostumbrados como solemos estar a los “minués” de la política actual, al relativo desinterés de las personas por sus países y al retiro de los compromisos comunitarios a la esfera más cercana de lo privado, lo familiar y los propios intereses directos, ésta actitud ha sido un golpe al corazón de la opinión pública occidental, facilitado por las redes en tiempo real y por el acceso al directo conocimiento de lo que ocurre por los medios de comunicación globales. Pone además una vara diferente y muy alta para los políticos de todo el mundo.

Destacado esto, que produjo el fracaso de la intención de Putin de “hacerse” de Ucrania en un par de días, el cambio de un escenario geopolítico inercial desde el fin de la Segunda Guerra Mundial (primera etapa) y el derrumbe del bloque soviético (segunda etapa) aceleró su maduración en cuestión de horas. “Hay tiempos en que la historia se acelera y en días pueden pasar años”, habría dicho tal  vez el propio Marx.

El elemento central de cambio se da en Europa. Despertando de una siesta que duró varias décadas, en las que descansó centralmente en el poder americano hegemonizando la OTAN -organización creada como consecuencia de la Segunda Guerra y de la Guerra Fría-, de pronto advierte que uno de sus países culturalmente más afines y geográficamente “propio” era invadido al más puro estilo hitleriano, cual reproducción del proceso que ya había experimentado con Hitler en 1939.

En aquel momento, el dictador alemán recibió como regalo los Sudetes a cambio de una promesa de paz, para en poco tiempo anexar a toda Checoeslovaquia y atacar Polonia, sumándolas a su ya anexada Austria. Este proceso ha sido tan estudiado y madurado que forma parte del “saber oficial” europeo. El “munichismo” -Munich fue el lugar de reunión en el que países ajenos decidieron por sí ceder territorio checoeslovaco a Hitler sin consultar a los checos, dueños del territorio cedido- fue un calificativo de moda en los años posteriores a la Segunda Guerra, para describir a quienes ceden al chantaje sin respetar los principios con la esperanza de obtener tranquilidad.

Ahora era aún más grave. Putin comenzó reclamando caprichosamente una región -Donvás, al Este de Ucrania, apoyando separatistas armados alzados contra el gobierno democrático ucraniano- para luego desatar la mayor concentración militar desde la Segunda Guerra alrededor de Ucrania, desde su satélite Bielorrusia, al Norte, y desde la península de Crimea, anexada por la fuerza hace poco más de una década sin mucha reacción que superara lo simbólico del mundo occidental, al estilo “munichista”. desde el sur.

El relato justificatorio -confuso, contradictorio y en gran parte mendaz- no admitía justificación ni histórica, ni estratégica, ni económica. Pero no importaba y no importó. Invadió el país sin expuner siquiera pretensiones territoriales, mostrando que el objetivo de máxima en la etapa era la anexión lisa y llana de Ucrania.

A esta altura (27/2/2022), es imposible saber qué ocurrirá en ese contencioso, que sin embargo se convirtió en pocos días en apenas un capítulo de un escenario muchísimo más grande.

La reacción de la opinión pública occidental ha sido determinante en la toma de conciencia de la significación de los hechos y las decisiones de los gobiernos, bueno es destacarlo, con una participación mínima de Estados Unidos. De pronto, Europa se vió en peligro y no se sintió protegida directamente por su viejo aliado, más preocupado hoy por sus intereses en el lejano oriente asegurando las vías comerciales que atraviesan el Mar de la China y la seguridad de sus aliados en la región -Japón, Filipinas, Australia y Taiwan-. Y ello en un momento en que EEUU no es ya el señor indiscutido del mundo, sino apenas el más importante.

Demoraron... cuatro días. Pero las decisiones llegaron. Aislamiento de Rusia, virtual embargo comercial al bloquear sus flujos financieros y comerciales, prohibición del vuelo de aeronaves rusas por su cielo, desconexión del sistema global de pagos y -lo que es muchísimo más importante- desatar la decisión de rearmarse que, al decir del almirante Yamamoto luego de atacar Pearl Harbour, puede haber “despertado un gigante dormido”.

De todos los países europeos, aún los más pacifistas, están saliendo no sólo ayudas humanitarias sino armamentos defensivos y ofensivos. Misiles antitanques, municiones, armas de guerra livianas  -ametralladoras, fusiles, etc- están marchando desde toda la Unión Europea hacia Ucrania, para ayudar a la resistencia -que se reconoce heroica- de sus fuerzas armadas y su pueblo defendiendo su país y sus ciudades. ¡Hasta de la neutral Suiza!

Esta decisión conjunta de la UE, tomada por países unidos alrededor del principio de la unanimidad -cosa que Putin debe haber contado como debilidad neutralizante- se refuerza con la decisión de Alemania de destinar Cien mil millones de dólares por año (el 2 % de su PBI) a su rearme, rompiendo una trayectoria desmilitarizadora adoptada desde la 2ª Guerra.

Esa monstruosa cifra, puesta en contexto, es alucinante. Alemania, que posee un PBI cuatro veces el ruso, abre un camino que seguramente adoptará de inmediato Francia -dos veces el PBI ruso- y se suma al de Gran Bretaña -tres veces el PBI ruso-. Frente a ésta gigantesca economía, Rusia muestra un PBI inferior al del Brasil, que aunque la despilfarre en armamentos y aventuras, tiene como contrapartida la pobreza creciente de su pueblo, que ya ha comenzado a cuestionar a Putin con manifestaciones en la calle y cada vez menos miedo.

Pero no se trata sólo de recursos sino también de un cambio de paradigma. La dura experiencia ucraniana (“nadie lucha por nosotros, debemos defendernos solos”) termina con el recelo antiarmamentista de la propia centroizquierda europea, que justamente está abriendo el camino del cambio en un país en el que gobierna la socialdemocracia y marca el rumbo económico de Europa.

Si esto ocurre como parece, también el cambio tendrá alcances globales. Europa defendiéndose sola alivia el compromiso norteamericano con la OTAN, aunque siga. Y ese alivio le permite mirar con más tranquilidad sus objetivos de mantener abiertas las vías comerciales del lejano oriente y garantizar mejor la seguridad de sus aliados. ¿El gran perdedor ¨colateral"? Obviamente, China. El directo, la propia Rusia, que ha desatado el crecimiento militar potencialmente apabullante de un enemigo que se creado en toda su frontera Oeste, sea lo que ocurra finalmente con Ucrania.

La historia abre sus propios caminos, a veces sin intención por parte de sus protagonistas. Sin la invasión de Ucrania, la Unión Europea hubiera seguido su siesta de varias décadas, Estados Unidos hubiera seguido sintiendo sobre sus espaldas la responsabilidad de la seguridad europea dividiendo su capacidad estratégica en dos escenarios alejados y frente a dos potencias muy fuertes y el mundo democrático seguiría debilitándose frente al discurso populista que ha impregnado a varios países occidentales.

Por último: da la impresión que ésto se dará, sea como sea que termine la situación ucraniana, porque la conmoción que implicó atacar a un país vecino al margen total del derecho internacional fue enorme. No se trató ya de una de las cuestionadas intervenciones norteamericanas, cubiertas luego de debates y votaciones -amañadas o no- en el Consejo de Seguridad de Naciones Unidas, sino de una agresión al margen de cualquier norma de derecho internacional. Aceptarlo es consolidar la ley del más fuerte en todos los niveles y su consecuente inseguridad general.

El martirologio ucraniano tendrá entonces un saldo doloroso, pero positivo y puede convertirse en el precio que había que pagar para construir un mundo más seguro.

 

RICARDO LAFFERRIERE