Ciencia visible: materializando lo desconocido

En este Blog, Isabel Melo, miembro de la comunidad SciArt LATAM, relata su experiencia personal en la visualización científica cinemática o SciVis, que consiste en presentar datos científicos reales de una manera comprensible y estéticamente llamativa para el público. Ha desarrollado algunas representaciones de los procesos que ocurren en la unidad fundamental de todo organismo vivo, compatibilizando el arte y su investigación en biología celular.

La ciencia no es para todos; como en toda especialidad, la jerga científica, los métodos y gráficos parecen crípticos para una persona externa. No es para menos, pues los científicos y expertos logran una lectura del universo que requiere estrategias tan complejas como los procesos que estudian. Sus resultados intraducibles, a primera vista, para los espectadores del común; son parte de una historia mucho mas larga empapada de tecnicismos y minucias, absolutamente necesarios para construir conocimiento fidedigno. Así que no es para todos; pero precisamente por su alcance y significancia, debería serlo. La ciencia requiere que espectadores, aficionados y hasta opositores, encuentren fácil acceso a ella.

Desde hace un tiempo la visualización científica cinemática (o SciVis) llamó mi atención como investigadora y como artista. Consiste en presentar datos científicos reales de una manera comprensible y estéticamente llamativa para el público en general. Los datos son transformados en representaciones visuales al crear modelos 2D o 3D, determinar mapas de color, animar o simular eventos, entre otros. Todo ello se usa para construir una historia que eduque e informe a través de metáforas visuales.

Los datos comprobados que son visualizados de una manera familiar, se presentan como más confiables y memorables para las personas. En 2006, la película documental “Una verdad incómoda”, que denunciaba la realidad del calentamiento global, logró generar uno de los movimientos ecologistas mas grandes de la historia; a pesar de que la denuncia sobre el desastre ambiental existía desde los años 80. ¿Qué hizo la diferencia? El filme mostraba imágenes devastadoras, recopilaba datos inéditos, y exponía gráficos alarmantes y claros.

Recordando la frase de Mark Walport “La ciencia no logra su cometido hasta que se comunica”. En esta era de desinformación y fake news, la ciencia debe ser para todos. ¿Qué es un virus?, ¿Qué podemos hacer para detener el calentamiento global?, ¿El universo es infinito?; son discusiones que deberían hacer parte del llamado conocimiento general, a través de herramientas visuales claras.

Aunque lejos de alcanzar el contenido visual que tanto admiro, como investigadora en biología celular he desarrollado algunas representaciones de los procesos que ocurren en la unidad fundamental de todo organismo vivo. Programas como Blender, Photoshop y After Effects han sido extremamente útiles para capturar la información en una sola unidad de contenido visual. No sólo ha enriquecido algunos artículos publicados o presentaciones; también ha capturado la atención de personas externas a mi área.

Aún hay mucho por explorar en el arte de desarrollar recorridos de información visualmente extáticos para darle a la ciencia un lugar entre las masas; para que sea comprendida, apoyada y promovida. La SciVis puede acabar con esa especie de oscurantismo fortuito que relega la ciencia a unos pocos intelectuales. Crear buenas producciones visuales de background científico puede ser un catalizador para transmitir resultados de investigación complejos y atraer a nuevas audiencias. Con certeza, podemos esperar en el panorama futuro una ciencia gráfica, impresionante y con una voz amplificada como nunca la ha habido antes.

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Fuentes consultadas:

“Cinematic Scientific Visualization: The Art of Communicating Science” © 2019 California Academy of Sciences, NASA Scientific Visualization Studio, National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign

La plantas como bioindicadores

Hoy en día es muy común hablar o escuchar acerca de los efectos del cambio climático. Sin embargo, no somos conscientes de las herramientas que se pueden utilizar para identificar y controlar dichos cambios. Los bioindicadores son una herramienta muy útil para obtener información cualitativa y detectar los cambios que ocurren en un ecosistema y por consiguiente el impacto que éste pueda generar en la naturaleza. Algunos organismos son muy sensibles a la contaminación y lo expresan mediante un cambio morfológico, fisiológico, o de comportamiento. Precisamente, las plantas son un tipo de bioindicador muy efectivo en la naturaleza, debido a su sensibilidad para percibir los efectos sinérgicos y antagónicos de varios contaminantes presentes en el ecosistema.

El potencial de las plantas como bioindicadores ha sido una poderosa herramienta para detectar con antelación los efectos tóxicos de un determinado contaminante en el ecosistema, para evitar la afección de muchos nichos ecológicos. En el año de 1998 en el Centro Internacional de Investigación Científica de Chernóbil se analizó a la especie vegetal Arabidopsis thaliana como boindicador para evaluar las consecuencias genéticas causadas por la contaminación radioactiva que ocurrió años atrás en esta ciudad. La investigación determinó un aumento significativo en la recombinación intracromosómica del material genético de las plantas utilizadas en el estudio, lo cual quiere decir que existe una acumulación genética en las poblaciones de plantas afectadas por la irradiación nuclear, lo que provoca un impacto genético en el ambiente.

Por otra parte, la versatilidad de las plantas como bioindicadores en ecosistemas acuáticos ha sido un punto de investigación en varios lugares del mundo. Con la industrialización y la urbanización las vertientes de ríos aledaños a las grandes ciudades se ven afectados por la gran cantidad de contaminantes; generando así una alteración en nichos ecológicos que desencadenan un desequilibrio en la naturaleza. El río Narev ubicado en el noroeste de Polonia bordeando muchas ciudades de la parte este; se ve afectado con la acumulación de metales pesados debido a las actividades económicas que se desarrollan allí como el procesamiento de alimentos, plantas de energía, la industria de la construcción y la industria metalúrgica. Con esta problemática, investigadores decidieron utilizar a Glyceria aquatica, una planta que generalmente crece en la parte superficial de los ríos, para identificar la cantidad de metales pesados presentes en sus raíces y así determinar el porcentaje de contaminación del río. Los resultados del estudio establecieron que existe una contaminación de cadmio tanto en el material vegetal como en las muestras de sedimento del río, lo cual refleja la cantidad de formas biodisponibles de metales específicamente de cadmio en el medio ambiente que no han sido investigados. Esta información es muy valiosa referente a los cambios cualitativos y cuantitativos que ocurren en ecosistemas acuáticos que pueden afectar a la flora y la fauna que habita en él.

Lastimosamente hay escasos datos disponibles acerca de plantas que actúan cómo especies sensibles, tolerantes y resistentes a la contaminación urbana, en particular a la contaminación vehicular. Sin embargo, en India en el año 2013 se publicó un artículo científico acerca de las plantas de carretera como bioindicadores. En la ciudad de Bangalore existe el mayor porcentaje de contaminación en el aire debido a la alta movilización de automóviles y para analizar este índice de contaminación se estudiaron parámetros como el porcentaje de clorofila, la presencia de ácido ascórbico, el pH y el contenido de agua presente en las hojas de las plantas de carretera. Como era de esperarse, los resultados de la investigación determinaron que el aumento de tráfico en horas específicas del día inducía la disminución en el porcentaje de clorofila y agua en las plantas de carretera lo que significa una decadencia en el área vegetativa de la ciudad que poco a poco se convierte en nula.

Evidentemente las plantas cumplen un papel muy importante como bioindicadores, la evaluación de la relación que existe entre los cambios del ambiente y la respuesta de las plantas es una clara ventaja para antelar ciertas disrupciones en el ecosistema y precautelar la flora y la fauna del mismo. En síntesis, las plantas son geniales.

Fuentes consultadas:

A.P. Deepalakshmi, A. P. D. (2013). Roadside Plants as Bio-indicators of Urban Air Pollution. IOSR Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology, 3(3), 10–14. https://doi.org/10.9790/2402-0331014

Kovalchuk, I., Kovalchuk, O., Arkhipov, A., Hohn, B. (1998). Transgenic plants are sensitive bioindicators of nuclear pollution caused by the Chernobyl accident. Nature Biotechnology, 16(11), 1054–1059. https://doi.org/10.1038/3505

Parmar, T. K., Rawtani, D., Agrawal, Y. K. (2016). Bioindicators: the natural indicator of environmental pollution. Frontiers in Life Science, 9(2), 110–118. https://doi.org/10.1080/21553769.2016.1162753

Skorbiłowicz, E. (2009). Aquatic plants as bioindicators of contamination upper Narew river Heavy metals are the most troublesome and widely investigated contaminants of An assessment of aquatic environment conditions is based on the determination of heavy metal concentrations. Environmental Protection Engineering, 35(1).

VIH: Estrategias actuales de acción

A comienzo de los años 80 comenzó una epidemia desconocida. Los pacientes presentaban cuadros de neumonía, cáncer de piel ,(i.e. Sarcoma de Kaposi), y otras enfermedades relacionadas con un sistema inmune debilitado. Se desconocía el origen de la inmunodepresión, pero cada vez aumentaba el número de personas a nivel mundial que presentaban este problema. Así como hoy frente a una enfermedad que no mostraba clemencia, varios investigadores se unieron para descubrir sus misterios. Así, tras mucho esfuerzo en el laboratorio, el 20 de Mayo de 1983, en el Instituto Pasteur, la Dra. Françoise Barré-Sinoussi y el Dr. Luc Montagnier reportaron que la posible causa de la inmunodeficiencia era un retrovirus (NobelPrize.org, 2020).

La identificación del retrovirus HIV-1 fue decisivo para poder entender a la enfermedad y generar tratamientos, cada vez descubriendo nuevos mecanismos que puedan interrumpir en el ciclo viral del VIH. Uno de aquellos, y probablemente el más extendido, es la terapia antirretroviral, conocida como ART (Antiretroviral Therapy). Según un estudio realizado entre 2000 y 2010, este tipo de terapia ha sido capaz de aumentar la esperanza de vida de una persona con VIH adulta de 20 años hasta los 70 años (Samji et al., 2013). 

Esta terapia consiste en la intervención de varios puntos del ciclo de vida del VIH-1, los cuales se clasifican en 5 categorías. Primero están los inhibidores de entrada, los cuales se basan en evitar la fusión entre la partícula viral y las célula de defensa CD4. Estas células cuentan con una llave de entrada o quimiorreceptor denominado CCR5, por el que el virus puede ingresar, por lo que al inhibir el quimiorreceptor mediante este tratamiento, se impide la interacción entre este y las proteínas de la capsula viral, evitando la fusión de membranas (Haqqani y Tilton, 2013, p. 159). Después, están los inhibidores análogos no nucleósidos de la transcriptasa inversa (NNRTI), los cuales generan un cambio conformacional que evita la finalización de la síntesis de la cadena de ADN a partir del material genético de ARN que tiene el virus (Schauer et al., 2013, p. 896).

También, están los inhibidores análogos de nucleósidos de la transcriptasa inversa (NRTI). Estos son nucleósidos que carecen del grupo hidroxilo 3’ (un arreglo de átomos de Oxígeno e Hidrógeno colocado en una posición específica en la molécula), los cuales, al ser integrados en la cadena de ADN que se está formando, evitan que el siguiente nucleósido sea integrado. Un nucleósido es un componente molecualr del ADN formado por un azúcar y una base nitrogenada (ya sea Adenina, Timina, Citocina o Guanina) (Zulfiqar y Patel, 2020). Se suman a la lista, los inhibidores de integrasa (INSTI). Mediante este proceso se evita que el ADN sintetizado a partir del genoma viral de ARN, sea integrado en el genoma de la célula (Hazuda, 2012, p. 386). Finalmente, otra molécula de interés para tratamiento es la proteasa VIH-1, esta tiene un rol esencial en la maduración viral, porque permite el procesamiento de una proteína clave para el virus (poliproteína Gag-Pol). Los inhibidores de proteasa (IP) se unen al sitio activo de la enzima e impiden su funcionamiento, deteniendo el ciclo viral (Wang et al., 2015, p. 95).

Es así que la terapia ART (antirretroviral) usa distintos medicamentos para interrumpir el ciclo viral y disminuir la carga viral en el paciente. De igual forma, se han realizado estudios de tratamientos donde se demuestra la reducción de la incidencia de contagios mediante terapia de profilaxis preexposición (PrEP), protegiendo a las personas de la adquisición de VIH-1 (Baeten et al., 2012). Recientemente, se han realizado estudios con un prometedor y nuevo fármaco - cabotegravir. Este medicamento es un inhibidor de integrasa, el cual es inyectable y es capaz de dar protección ante el contagio durante 8 semanas mediante una inyección (World Health Organization: WHO, 2020). 

Sin embargo, estas terapias son de uso diario y constante, por lo cual se ha esperado una vacuna profiláctica de larga duración. Las vacunas para prevenir el VIH han sido un verdadero desafío para la medicina. Uno de los principales inconvenientes es la alta variación del virus, lo cual impide definir una molécula inmunogénica.

Las dos últimas décadas se han realizado 6 ensayos de pruebas clínicas, de las cuales tres han sido fallidas, 2 están en curso y una ya ha demostrado protección contra el virus. Aquella que ha mostrado resultados positivos está basada en la molécula inmunogénica gp120, una proteína de cápside viral. Así en un primer estudio, en el 2003, se demostró que un 31.2% adquirió protección. En el siguiente ensayo, basado en la misma proteína, con una formulación de vacuna mejorada, un 60.5% de la población demostró resistencia al VIH-1. Sin embargo, la duración de la protección otorgada por los anticuerpos generados es corta (Robb et al., 2012, p. 535). Cada ensayo clínico realizado ha sido un aprendizaje para mejorar y acercarse a una vacuna que ayude a detener el contagio del VIH-1.

Sin duda, han sido cerca de cuatro décadas de descubrimiento constante. La comunidad científica se enfrenta a la alta variabilidad y desconocimiento del pequeño universo de los virus. Se ha logrado determinar algunos tratamientos capaces de mejorar y extender la calidad de vida de las personas con VIH-1. Pero, por ahora, una manera segura de frenarlo es la prevención.

Fuentes consultadas:

R M., Donnell, D., Ndase, P., Mugo, N. R., Campbell, J. D., Wangisi, J., Tappero, J. W., Bukusi, E. A., Cohen, C. R., Katabira, E., Ronald, A., Tumwesigye, E., Were, E., Fife, K. H., Kiarie, J., Farquhar, C., John-Stewart, G., Kakia, A., Odoyo, J., Mucunguzi, A., … Partners PrEP Study Team (2012). Antiretroviral prophylaxis for HIV prevention in heterosexual men and women. The New England journal of medicine, 367(5), 399–410. https://doi.org/10.1056/NEJMoa1108524 Haqqani, A. A., & Tilton, J. C. (2013). Entry inhibitors and their use in the treatment of HIV-1 infection. Antiviral Research, 98(2), 158–170. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2013.03.017 Hazuda, D. J. (2012). HIV integrase as a target for antiretroviral therapy. Current Opinion in HIV and AIDS, 7(5), 383–389. https://doi.org/10.1097/coh.0b013e3283567309 NobelPrize.org. (26 de Oct de 2020). Françoise Barré-Sinoussi – Facts. Obtenido de Nobel Media AB 2020: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2008/barre-sinoussi/facts/ Robb, M. L., Rerks-Ngarm, S., Nitayaphan, S., Pitisuttithum, P., Kaewkungwal, J., Kunasol, P., Khamboonruang, C., Thongcharoen, P., Morgan, P., Benenson, M., Paris, R. M., Chiu, J., Adams, E., Francis, D., Gurunathan, S., Tartaglia, J., Gilbert, P., Stablein, D., Michael, N. L., & Kim, J. H. (2012). Risk behaviour and time as covariates for efficacy of the HIV vaccine regimen ALVAC-HIV (vCP1521) and AIDSVAX B/E: a post-hoc analysis of the Thai phase 3 efficacy trial RV 144. The Lancet Infectious Diseases, 12(7), 531–537. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(12)70088-9 Samji, H., Cescon, A., Hogg, R. S., Modur, S. P., Althoff, K. N., Buchacz, K., Burchell, A. N., Cohen, M., Gebo, K. A., Gill, M. J., Justice, A., Kirk, G., Klein, M. B., Korthuis, P. T., Martin, J., Napravnik, S., Rourke, S. B., Sterling, T. R., Silverberg, M. J., … Gange, S. J. (2013). Closing the Gap: Increases in Life Expectancy among Treated HIV-Positive Individuals in the United States and Canada. PLoS ONE, 8(12), e81355. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0081355 Schauer, G., Leuba, S., Sluis-Cremer, N. (2013). Biophysical Insights into the Inhibitory Mechanism of Non-Nucleoside HIV-1 Reverse Transcriptase Inhibitors. Biomolecules, 3(4), 889–904. https://doi.org/10.3390/biom3040889 Wang, Y., Lv, Z., Chu, Y. (2015). HIV protease inhibitors: a review of molecular selectivity and toxicity. HIV/AIDS - Research and Palliative Care, 95. https://doi.org/10.2147/hiv.s79956 World Health Organization: WHO. (20 de Mayo 2020). Exciting new results from long-acting PrEP study show it to be effective in preventing HIV acquisition in men who have sex with men and transgender women. World Health Organization. Recuperado de: https://www.who.int/news/item/20-05-2020-exciting-new-results-from-long-acting-prep-study-show-it-to-be-effective-in-preventing-hiv-acquisition-in-msm-and-transgender-women Zulfiqar, H. (Ed.). (2020). Reverse Transcriptase Inhibitors [E-book]. En StatPearls [Internet] (Actualizado 2020 Sep 8 ed., Vol. 1, pp. 1–3). Recuperado de: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK551504/