Varicela y Esclerosis Múltiple

Por Möbius

Hace unas semanas se dio a conocer en los medios que científicos del Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía así como del Centro de Patología Experimental del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (CINVESTAV) de México encontraron una conexión entre el virus de la Varicela y la Esclerosis Multiple (EM). La EM es una enfermedad neurológica degenerativa que se presenta en los adultos jóvenes y que se manifiesta con el deterioro neuromotor del enfermo y en muchas ocasiones puede llegar a ser mortal. Un ejemplo famoso de un enfermo de EM es el físico teórico y divulgador de ciencia Stephen Hawking. Este resultado podría tener consecuencias muy importantes para el tratamiento y prevención de la EM ya que aunque existían hipótesis conectando esta enfermedad con un virus, no se había podido demostrar experimentalmente.

Los medios se han concentrado en divulgar la noticia de este descubrimiento y en hacer notorio su potencial terapeútico pero no han sido muy claros en como hicieron este descubrimiento. Trataré de dar una explicación simplificada sin tener el rigor científico y técnico que se presenta en el trabajo de Julio Sotelo y colegas [1]. La correlación entre el virus de la Varicela y la EM no es nueva y como todo trabajo científico tiene un sustento en observaciones previas, la cuestión es que la mayoría de las relaciones se centraban en estudios epidemiológicos donde se hacían relaciones causales entre la enfermedad y pacientes con EM. Pero ¿En que consistió este nuevo estudio que formalizó estas correlaciones?. La respuesta es una combinación de técnicas experimentales que hace hace apenas unos años eran inexistentes.

Los investigadores mexicanos extrajeron fluido espinal-cerebral y sangre de pacientes con EM, EM severa y un grupo de control. Dentro de este fluido identificaron, usando la técnica de microscopía electrónica, la presencia inusual y abundante de partículas virales idénticas a las del virus de la Varicela. El simple hecho de que partículas virales tengan una morfología similar o idéntica a la de la Varicela no es una prueba rigurosa de la presencia de este virus, así que se tomaron muestras de estos fluidos y se analizó su contenido de ADN. Una técnica para lograr esto es la famosa Reacción en Cadena de la Polimerasa o PCR por sus siglas en inglés. Esta tecnología permite utilizar una muestra pequeña de ADN y amplificar su contenido de tal manera que puede ser detectada la sequencia de nuclétidos de la muestra en cuestión. En otras palabras el ADN se copia y multiplica tantas veces que su exceso es fácil de identificar con la tecnología apropiada. Una vez que identificaron las sequencias genéticas de la muestra, es decir una serie de "palabras" compuestas por 4 letras C,A,T,G se puede hacer una búsqueda en bases de datos biológicas para identificar a que organismo pertenece este ADN. Por ejemplo haga click en el siguiente link para accesar la secuencia genética de un virus parecido a la Varicela, el virus del Herpes (Secuencia Genetica en NCBI). Una vez que se identificó que efectivamente estas secuencias eran del virus de la Varicela, se hicieron estudios para cuantificar la cantidad presente en pacientes control (pacientes sanos), pacientes con EM y aquellos con EM aguda; se pudo encontrar que en los pacientes con EM aguda el nivel de partículas virales activas era estadísticamente significativo. Por otro lado en pacientes control la presencia era casi inexistente. Los estudios se repitieron como modo de validación en laboratorios alternos y además de hacerlo en el fluido espinal se realizaron en sangre. Todos los estudios llevaron a la misma respuesta, el virus de la Varicela se encuentra en estado activo en pacientes cuya patología de EM es aguda. Finalmente se buscaron rastros de otros virus en las muestras pero los resultados fueron negativos.

Una hipótesis interesante a la que llegaron Sotelo y colegas es que el virus de la Varicela puede tener manifestaciones diferentes en diversas estapas de desarrollo del individuo. Por ejemplo en la niñez el virus se manifiesta como Varicela (ronchas), en la etapa adulta como EM y en la etapa de vejez como Zoster. Una pregunta obvia es por que no se había identificado esto anteriormente. Estos científicos mencionan en su artículo tres razones principales: 1) el virus es huesped solo en humanos, lo que imposibilita su experimentación con animales; 2) el virus es difícil de aislar y 3) el periodo de asilamiento esta restringido a un corto tiempo al incio de la infección.

Para finalizar, este descubrimiento abre nuevas avenidas para su tratamiento y prevención ya que toda la investigación y tratamiento de la Varicela tiene potencial para ser usado en la cura de la EM. Ojalá sea así y pronto podamos festejar que la Esclerosis Multiple está, al menos, bajo control.

Dedicado a mi tía Martha, víctima de la Esclerósis Multiple

Referencia:
[1] Julio Sotelo, Adolfo Martínez-Palomo, Graciela Ordoñez y Benjamin Pineda. Varicella-zoster virus in cerebrospinal fluid at relapses of multiple sclerosis. Annals of Neurology. Vol 63, No 3. 2008

Edward Lorenz y la Teoria del Caos

Por J. Jimenez

Edward Lorenz (23 Mayo 1917-16 Abril 2008) era un investigador en meteorología del MIT (Massachusetts Institute of Technology). Dentro de sus investigaciones revelo lo que seria una revolución científica llamada, “Teoría del Caos”.

Lorenz fue el primero en reconocer el comportamiento caótico de un sistema. A principios de los años 1960’s, Lorenz encontró que pequeñas diferencias en un sistema dinámico como la atmósfera terrestre pueden desencadenar un vasto y en muchas ocasiones resultados inesperados. Estas observaciones lo llevaron a formular lo que es conocido como el efecto mariposa. El efecto mariposa es un término usado para referirse que pequeños cambios en un sistema dinámico pueden producir comportamientos inesperados, la analogía es que un aleteo de mariposa en Brasil pudiera causar un tornado en Texas, de donde toma ese nombre. Los hallazgos de Lorenz marcaron el comienzo de nuevas áreas de estudio, no solo en las matemáticas, sino también en las ciencias biológicas, sociales y físicas. Algunos científicos consideran que tres grandes revoluciones en la ciencia del siglo XX fueron la teoría la relatividad, la mecánica cuántica y el caos.

Las que hoy son conocidas como ecuaciones de Lorenz, son el parteaguas de esta llamada revolución, esta investigacion esta en su escrito "Deterministic Nonperiodic Flow" [1]. Lorenz derivó este sistema tridimensional de ecuaciones diferenciales no-lineales, sistema que es un modelo matemático simplificado de la recirculación por convección que aparece en la atmósfera. Lorenz descubrió que este simple modelo puede desarrollar una dinámica errática extrema: sobre un amplio rango de parámetros, las soluciones oscilan irregularmente, nunca repitiéndose exactamente, pero siempre permaneciendo entre los límites de una región del espacio de fase. Cuando Lorenz graficó las trayectorias en el espacio tridimensional, el descubrió que se situaba en un complicado arreglo, hoy conocido como atractor extraño. El atractor extraño, no es un punto o una curva o una superficie, es un fractal con una dimensión entre 2 y 3.

Las ecuaciones de Lorenz son:

donde \sigma, r, b>0, son parámetros. \sigma es el llamado número de Prandtl, r es el número de Rayleigh, y b es la relación de aspecto de los “rollos” o recirculaciones por convección. Las variables x, y, z, son la razon de rotacion, el gradiente de temperatura y la desviación de la temperatura respecto al valor de equilibrio, respectivamente. Es un sistema no-lineal por las dos no-linealidades, los términos xy y xz.

Soluciones numéricas del sistema son mostradas a continuación, como ejemplo usando \sigma=10, b=8/3, r=28. Una maravillosa estructura emerge si la solución es visualizada como una trayectoria en el espacio (x(t),y(t),z(t)). Aquí se muestra el patrón tipo mariposa.

Lorenz observó dos cosas fundamentales que ocurrían en su modelo: (1) Una diferencia en las condiciones iniciales antes de los cálculos, incluso del tipo infinitesimal, cambia de forma dramática los resultados. La predicción solo puede hacerse para periodos de tiempos cortos. Por ello existe una extrema sensibilidad a las condiciones iniciales. (2)La impredecibilidad del sistema no implica un comportamiento azaroso, tiene una curiosa tendencia a evolucionar dentro de una zona muy concreta del espacio de fases.

En 1991, Lorenz recibió el premio Kyoto para ciencias básicas en el campo de ciencias planetarias y terrestres. El comité de Kyoto asienta que Lorenz deber ser reconocido por establecer “Las bases teóricas de la predicción del clima, a si mismo, las bases para la física atmosférica asistida por computadora”. El comité añade que “Lorenz impacto a la ciencia con el descubrimiento del ‘caos deterministico’ un principio que ha influenciado profundamente un amplio espectro de ciencias y trajo otra visión de la Naturaleza”.

Referencia:
[1] E. N. Lorenz, Deterministic Nonperiodic Flow, Journal of the Atmospheric Sciences, vol. 20, p. 130-141, 1963.


Un video del atractor en realidad virtual:

Diez libros que cambiaron la ciencia (Parte 2)

Por J. Jimenez

6. Micrografía por Robert Hooke (1665).

Micrografía es un libro que recopila las primeras ilustraciones sobre observaciones hechas con microscopia óptica. Hooke describe diversos objetos categorizados por su estructura, mostrados desde formas simples hacia unas más complejas. Hooke determina la estructura porosa del corcho. Con ayuda del microscopio descubre que los tejidos de éste, están compuestos de pequeñas "celdillas" o "células". En muchos tejidos vegetales encuentra el mismo tipo de estructura; esto es, una pared membranosa y un contenido más o menos fluido.

http://archive.nlm.nih.gov/proj/ttp/flash/hooke/hooke.html

7. Principios matemáticos de la filosofía natural por Isaac Newton (1687).

Esta es la obra científica considerada por muchos como la más importante jamás publicada. Tres volúmenes forman parte de esta obra, en ella se describen los fundamentos de la física y la astronomía. En ella se introducen sus famosas leyes del movimiento. El primer volumen incluye definiciones y una exposición de la matemática del cálculo. En el segundo habla de las aplicaciones, por ejemplo, del movimiento de un cuerpo a través de un medio resistivo. El tercer volumen es un ensayo sobre gravitación universal, en el cual estudia los movimientos de planetas del sistema solar basado en sus previos fundamentos descritos en lo primeros volúmenes.

http://rack1.ul.cs.cmu.edu/is/newton/

8. Tratado de química elemental por Antoine Lavoiser (1789).

Esta obra es considerada como la base de la química moderna. Es dividida en tres partes. La primera es una exposición de la nueva química y discute temas (algunos por primera vez) como el calor, la composición y análisis del aire atmosférico. La segunda parte trata sobre las combinaciones de los ácidos con bases en la formación de sales. El tercer tomo es una descripción sus de los instrumentos de trabajo donde incluye detalladas ilustraciones (hechas por su esposa). En este trabajo, Lavoisier desecha la teoría del flogisto y establece el concepto de elementos como substancias que no pueden ser descompuestas más.

http://moro.imss.fi.it/lavoisier/main.asp

9. El origen de las especies por Charles Darwin (1859).

Obra en las que se cimientan las bases de la moderna teoría de la evolución, al plantear el concepto de evolución de las especies a través de un lento proceso de selección natural. La importancia de esta obra recae en las ideas críticas que desarrolla: El hecho de que la evolución ocurre, que selección natural es la fuerza conductora o mecanismo detrás del proceso de la evolución y el concepto de que todas las formas de vida están relacionadas unas a otras genealógicamente. Las ideas presentadas en esta obra forman parte de la biología moderna y aun hoy continúan siendo controversiales para ciertos grupos religiosos quienes la contradicen con explicaciones creacionistas.

http://darwin-online.org.uk/contents.html#books

10. Relatividad: Teoría especial y general por Albert Einstein (1916).

Las teorías de Einstein cambiaron las nociones que se tenían sobre los cuerpos en movimiento. Tiempo y espacio, no son absolutos, demostró. La relatividad especial explica la estructura de espacio-tiempo y la general provee de una teoría de gravitación. Esta obra es una introducción donde Einstein pretende dar una idea lo mas exacta posible de estas teorías, pensando en aquellos que sin dominar el aparato matemático de la física teórica, tienen interés desde el punto de vista científico ó filosófico.

http://etext.virginia.edu/toc/modeng/public/EinRela.html