¿Qué investigan nuestros investigadores? #2

La investigación científica exige paciencia. Y perseverancia. Tal como lo muestran los trabajos que realizan tres estudiantes de nuestra Facultad. Cuando José Antonio Carracedo consigue extender casi al doble la vida del pequeño gusano Caenorhabditis elegans, resulta que a este nemátodo le sobrevienen infinidad de problemas que merman su salud. En tanto, Jaquelin Ramos García busca utilizar información satelital recogida y publicada por la NASA para determinar, de forma más práctica y económica, la captura de carbono que tiene lugar en ecosistemas semiáridos. Y Ariadna Sanjuan Méndez desarrolla un método para que el personal de salud en los hospitales estime con mayor precisión datos esenciales de la constitución física de pacientes encamados apoyándose en una serie de ecuaciones de uso sencillo.

Por Juan José Flores Nava
Octubre de 2023
FCN-UAQ

José Antonio Carracedo.

La supresión de un gen duplica el tiempo de vida de C. elegans

Hay dos noticias para el pequeño gusano Caenorhabditis elegans. Y, como siempre, una es buena y la otra es mala. La buena es que cuando se le retira el gen conocido como clock-1 su periodo de vida normal, que es de unos 20 días, casi se duplica. La mala es que su índice de salud, con relación a la salud de la que goza el gusano en condiciones normales (es decir, sin que se le haya retirado algún gen), se deteriora también casi al doble. Dicho de manera hipersimplificada: un Caenorhabditis elegans al que le han retirado el gen clock-1 podrá vivir casi el doble de tiempo, pero pasará su existencia con achaques: nadará más lento, comerá más lento y defecará más lento.

Lo anterior es apenas una parte de los resultados (y una parte, insisto, hipersimplificada) que ha obtenido José Antonio Carracedo en su trabajo de tesis de maestría en Ciencias Biológicas que cursa en nuestra Facultad.  Su propósito es describir, con un enfoque de biología de sistemas, la manera en que las interacciones moleculares de un organismo afectan el proceso de envejecimiento.

Para lograrlo, ha empleado al C. elegans (como llamaremos, a partir de ahora, al Caenorhabditis elegans, un gusano nemátodo que mide aproximadamente un milímetro de longitud): un clásico en la historia de la biología que saltó a la fama en 1963 cuando el biólogo sudafricano Sydney Brenner lo empleó —según se relata en un artículo de BBC News— como un “modelo animal que pudiera ayudarlo a explorar los misterios del desarrollo y el comportamiento humanos”, y que le permitiera “estudiar genética adecuadamente”.

Así que José Antonio Carracedo, consciente de que los humanos no sólo buscamos aumentar la esperanza de vida sino lograrlo gozando de buena salud, utiliza al C. elegans para indagar sobre el binomio longevidad-salud. Su investigación podría ayudar a comprender de mejor manera qué clase de interacciones suceden, a nivel molecular y celular, en el proceso de envejecimiento y en el desarrollo de una vida saludable, pues el gusano nematodo C. elegans comparte muchos genes y vías moleculares con nosotros.

—Esto es muy importante cuando pensamos que, si bien ha ido aumentando la esperanza de vida de las personas, también ha habido un aumento de enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson —nos dice José Antonio Carracedo en entrevista—. C. elegans, entonces, por tener una vida promedio de 20 días, me permite observar su desarrollo y su envejecimiento. De esta manera podemos conocer el proceso de vida del C. elegans en condiciones normales, pero también lo que sucede cuando al gusano le es retirado el gen clock-1 e incluso cuando no tiene los genes clock-1 y aak-2.

Sin el gen clock-1, como se ha dicho, el periodo de vida de C. elegans aumentó casi el doble; sin embargo, a nivel celular, aunque la ausencia del gen clock-1 estimuló una respuesta al estrés, tuvo efectos negativos en la salud con relación a los gusanos normales. Es decir, los C. elegans normales viven menos que aquellos sin el gen clock-1, pero, mientras viven, gozan de mejor salud.

Lo que sucedió después fue que se retiró a los gusanos el gen aak-2 para que, a nivel celular, los C. elegans perdieran su respuesta al estrés, lo que les impide restablecer un equilibrio en las células que por alguna razón han sido alteradas. Resultó muy interesante notar, entonces, que los C. elegans que carecían tanto del gen clock-1 como del gen aak-2 no tuvieron, por un lado, la posibilidad de alargar su vida (como sucedió con aquellos a los que se les había retirado sólo el gen clock-1) y, por el otro, su salud igualmente se deterioró por la misma falta de respuesta al estrés.

—Esto permite concluir hasta ahora —sostiene Carracedo— que la salud depende de la cantidad de daño celular presente, mientras que la esperanza de vida se puede ver beneficiada por la respuesta al estrés.

Jaquelin Ramos García.

Información satelital para medir CO2 en regiones áridas

Poco más de la mitad del territorio queretano, el 51 por ciento, presenta, según el INEGI, clima seco y semiseco, localizado en la región central del estado.  A pesar de su relevancia, estos ecosistemas no suelen ser estudiados en términos de la dinámica de carbono, que nos revela la relación que hay entre, por ejemplo, el carbono orgánico que ingresa al suelo y su emisión hacia el aire por parte de los organismos que viven en él.

Con la intención de conocer las emisiones de dióxido de carbono o CO2 —el más abundante de los gases de efecto de invernadero y, por lo tanto, con repercusiones en el calentamiento global— Jaquelin Ramos García, estudiante de la maestría en Ciencias Biológicas de la Facultad de Ciencias Naturales, realiza un estudio sobre la “Captura de carbono en ecosistemas semiáridos: una evaluación de productos satelitales de productividad primaria (PPB) y fluorescencia inducida por el sol (SIF)”.

Es verdad: el título de su investigación suena extraño, como suele pasar cuando estamos frente a trabajos académicos, pero conocer esa tal “productividad primaria bruta” permite “ver” la captura de carbono a través de la fotosíntesis en un ecosistema. En su investigación, Jaquelin aborda diferentes métodos para estimarla en una localidad de Querétaro con un clima semiárido. Para ello utiliza el método de covarianza de vórtices o Eddy Covariance y las técnicas de percepción remota vía productos satelitales: MODIS, FluxSat y MODIS-SIF.

Aunque por cuestiones de espacio no podemos profundizar en lo que caracteriza a uno y a otras, sí podemos decir que las torres de Eddy Covariance nos ofrecen las mediciones de PPB más fiable. Lo malo de este método es que resulta costoso (instalar una torre requiere una inversión de alrededor de un millón de pesos) y se limita a la observación y distribución en un territorio determinado. Por otra parte, las técnicas de percepción remota, además de ser más prácticas y rentables, ofrecen resultados fiables a diferentes escalas.

Una torre de Eddy Covariance frente a técnicas de percepción remota.

Para elaborar su trabajo, Jaquelin empleó la fluorescencia inducida por el sol —una señal más precisa de la fotosíntesis que se puede observar desde el espacio— como indicador para estimar la PPB. Tal como ella misma lo cuenta:

—En el estudio generé tres modelos basados en tres productos satelitales que me permiten estimar la productividad primaria: MODIS, FluxSat y MODIS-SIF. El resultado obtenido lo comparé con las mediciones hechas por una torre de Eddy Covariance. Para ello fue necesario “entrenar” y generar tres modelos de aprendizaje automático a los que se les indicó que predijeran la productividad primaria a partir de MODIS, de FluxSat y de MODIS-SIF. En los tres casos se consideraron las variables meteorológicas captadas también mediante percepción remota. En tanto, como variable de respuesta se registró la PPB medida por la torre de Eddy Covariance durante 1 año. Al final, los modelos se evaluaron y se compararon utilizando medidas de bondad de ajuste [un modelo estadístico que muestra las discrepancias entre los valores observados (torre de Eddy Covariance) y los valores esperados (modelos MODIS, FluxSat Y MODIS-SIF)].

Mediante los diversos análisis realizados, Jaquelin pudo determinar que la estimación de captura de carbono usando sensores remotos es semejante a las mediciones tomadas in situ mediante el método de Eddy Covariance; especialmente el modelo basado en SIF mostró un mejor desempeño con una precisión del 93 por ciento. O, mejor dicho, con un coeficiente de determinación de .93 y con las mejores medidas de bondad y ajuste.

En síntesis, dice Jaquelin, “podemos concluir que los sensores remotos basados en la señal de la fluorescencia inducida por el sol o SIF nos facilitan el análisis de captura de carbono en los ecosistemas áridos y semiáridos, por lo que pueden contribuir de manera practica y rentable al análisis de captura de carbono”.

Ariadna Sanjuan Méndez.

Conocer la masa corporal y la estatura en pacientes encamados

La masa corporal (MC) y la estatura son datos que resultan muy útiles durante la práctica clínica; sin embargo, los pacientes no siempre los conocen y toca al profesional de la salud obtenerlos usando, generalmente, métodos tradicionales como básculas con estadímetro o básculas con bioimpedancia. Estos métodos, no obstante, son difíciles (si no imposibles) de emplear cuando se trata de pacientes encamados cuya condición les impide estar de pie para realizar ambas mediciones. Entonces, ¿qué hacer? ¿Cómo se puede conocer la MC y la estatura en pacientes cuya condición les hace imposibles pararse y usar la báscula?

Ariadna Sanjuan Méndez, licenciada en nutrición y estudiante de la maestría en Nutrición Clínica Integral de la FCN, se dio cuenta de esta problemática y decidió emplear diversas ecuaciones que existen para calcular la masa corporal y la estatura en pacientes encamados, con el fin de conocer cuáles son las más adecuadas para la población en Querétaro. Comúnmente, para obtener esta información, lo que hace el personal de salud es estimar de manera visual tanto la MC como la estatura del paciente. No hace falta decir que dichos cálculos no suelen ser muy precisos, pues presentan un error de estimación que oscila entre el 10 y el 26 por ciento.

Por esta razón existen estudios en distintas poblaciones que han validado ecuaciones que permiten calcular ambos datos. Lo malo es que, como pudo observar Ariadna, para las características físicas de la población de nuestro estado algunas de estas ecuaciones no resultan viables. Así que en el estudio “Comparación de ecuaciones para estimar la masa corporal y la estatura en pacientes hospitalizados del Hospital General de Querétaro”, se propuso, según nos cuenta, “comparar las ecuaciones de predicción de MC y estatura para determinar cuáles de ellas tienen valores cercanos a los reales en una muestra con pacientes en Querétaro”.

Aunque el trabajo permitirá usar los resultados en pacientes encamados que no pueden ponerse de pie, éste se realizó, desde luego, con pacientes cuya MC y estatura sí era posible determinar con métodos tradicionales.

—Lo que hice —nos cuenta Ariadna— fue medir la media envergadura [la distancia que va desde el hueco supraesternal en la mitad del cuello hasta el punto más remoto del dedo medio con el brazo extendido], el perímetro de brazo relajado y la altura que hay del talón a la rodilla. Estos datos, por medio de la ecuación correspondiente, permiten predecir la MC y la estatura.

Toma de medidas para calcular la masa corporal y estatura de pacientes en cama. (Fotos proporcionadas por Ariadna Sanjuan Méndez)

Saber la MC y la estatura de un paciente es útil, entre otras cosas, para la prescripción adecuada de medicamentos, para estimar el gasto energético o como indicador del estado nutricional del paciente. Una vez obtenidas las mediciones, Ariadna pudo determinar de manera preliminar (pues el estudio continúa) que la ecuación propuesta por las investigadoras Olga Martin y Rosa Hernández, de Venezuela, es la más adecuada para calcular la MC tanto en hombres como en mujeres. Asimismo, encontró que para la estimación de la estatura en ambos sexos la ecuación de Hernández y colaboradores es la más adecuada; sin embargo, halló que para mujeres también la ecuación de Emanuele Cereda, en Italia, resulta pertinente.

Todo esto quiere decir que conocer las ecuaciones de predicción de MC y estatura adecuadas para cada población es, sin duda, una mejor opción que la simple estimación visual. Por lo demás, asegura Ariadna, emplear las ecuaciones analizadas no exige altos conocimientos de matemáticas, por lo que no resultan una obstáculo para obtener datos más precisos.