Mi gatito transgénico fluorescente y las terapias génicas contra el SIDA

Una amiga me ha preguntado, ¿es verdad que hay gatitos transgénicos fluorescentes? Sí, como ilustran estas fotos. ¿Para qué les hacen esas perrerías a estos mininos? Para ensayar terapias génicas contra el virus VIH que produce el SIDA. Pero mis respuestas no le han convencido del todo… quizás le estaba engañando. Yo le he contado lo poco que recordaba de la noticia que apareció en septiembre pasado (pero mi memoria me juega malas pasadas y a veces mezclo noticias sin darme cuenta). Ahora, delante del ordenador, puedo buscar el artículo técnico y presentarle a mi amiga algunas fotos; ¿cómo sabe ella que son imágenes de verdad y no están trucadas con Photoshop? En estas cuestiones técnicas uno siempre pone un voto de confianza, máxime cuando el artículo se ha publicado en Nature Methods. Para más detalles consúltese Pimprapar Wongsrikeao et al., “Antiviral restriction factor transgenesis in the domestic cat,” Nature Methods 8: 853–859, 11 Sep. 2011 [copia gratis en pdf].

Los estudios con gatos, perros y monos han contribuido a muchos avances científicos. El retrovirus VIH (Virus de la Inmunodeficiencia Humana) que provoca el SIDA (Síndrome de Inmuno-Deficiencia Adquirida) es un Lentivirus. Los lentivirus además de a los primates también infectan a los gatos. Wongsrikeao y sus colegas han introducido un factor de transcripción antiviral marcado con una proteína fluorescente (eGFP) en la línea germinal de un gato. Gracias a ello los linfocitos de los gatos transgénicos han resistido la replicación del virus de inmunodeficiencia felina (VIF). La capacidad de manipular el genoma de una especie sensible a la infección de un virus similar al SIDA quizás tenga algún día un uso terapéutico en humanos. Aunque las terapias génicas en humanos siempre serán muy polémicas, quizás en un futuro lejano se demuestre que son la mejor solución para muchas enfermedades infecciosas y no infecciosas; quizás entonces haya que replantearse los problemas éticos que acarrean los humanos transgénicos.

El gato doméstico (Felis catus) fue domesticado hace unos 9000 años y comparte con los humanos unas 250 enfermedades hereditarias (que se sepa). La mayoría de los genes involucrados en estas enfermedades son homólogos a los humanos y comparado con los correspondientes genes del ratón presentan menos reordenaciones genómicas. Todo ello hace que los ensayos con terapia génica en gatos sean muy prometedores. En relación al SIDA, el virus VIF tiene un genoma bastante parecido al VIH-1, lo que hace que el gato doméstico sea una buena especie modelo para estudiar terapias contra esta enfermedad. El artículo de Wongsrikeao y sus colegas se proponía demostrar que la experimentación con gatos transgénicos es muy prometedora para el ensayo de terapias génicas contra lentivirus en general y el VIH en particular. Como sé que muchos amigos de los gatos estarán leyendo esto, omitiré más referencias a las perrerías que en aras a la ciencia les realizan a los minimos.

Quedémonos con lo que decía Piolín: “Me pareció ver un lindo gatito” fluorescente.

Gran descubrimiento matemático: El algoritmo de multiplicación de matrices más rápido que existe

Multiplicar dos matrices cuadradas densas, cuyo número de elementos es O(n²), por el algoritmo convencional requiere un coste computacional de O(n³), sin embargo, se conocen algoritmos con un coste de O(n^2+ε), con ε<1. Virginia Vassilevska Williams ha logrado el récord hasta hoy con ε=0,3737, superando por poquito el anterior récord de Coppersmith y Winograd de ε=0,376. ¡Increíble! El artículo técnico es Virginia Vassilevska Williams (UC Berkeley and Stanford University), “Breaking the Coppersmith-Winograd barrier,” como nos cuenta Jacob Aron, “Key mathematical tool sees first advance in 24 years,” New Scientist, 09 Dec. 2011.

El primer algoritmo que bajó de ε=1 fue descubierto en 1969, por Strassen que logró alcanzar ε=0,808 para el coste en tiempo de ejecución del algoritmo. Desde entonces muchos matemáticos han intentado que su nombre pase a la historia aplicando mucha imaginación a este problema. En 1978, Pan logró ε=0,796 y pronto Bini et al. lo bajaron a ε=0,78. Un gran salto fue obtenido en 1981 por Schönhage que logró ε=0,548; que en poco tiempo logró reducir a ε=0,522, y luego en 1982 Romani  alcanzó ε=0,517. La barrera de ε=0,5 fue superada gracias a Coppersmith y Winograd que obtuvieron ε=0,496. En 1986, Strassen lo bajó a ε=0,479. Y finalmente en 19889, de nuevo Coppersmith y Winograd obtuvieron su famoso ε=0,376. Resultado que ha resistido 24 años durante los cuales se han obtenido varios algoritmos con ε=0,376, como el de Kleinberg y Szegedy de 2005. Muchos pensaban que sería difícil bajar esta cifra, aunque Coppersmith y Winograd, y Cohn et al. conjeturaron que sería posible llegar a ε=0. ¿Será posible? Quien sabe, pero el trabajo de Williams es todo un gran descubrimiento matemático.

¿Cómo ha logrado Williams obtener el algoritmo más rápido que existe (hasta ahora)? No sorprenderá a muchos pues lo ha logrado analizando en extremo detalle el algoritmo de Coppersmith y Winograd. Gracias a dicho análisis ha notado que un resquicio que dejaron abierto sus autores, la posibilidad de que utilizando la octava potencia del algoritmo desarrollado por ellos pudiera mejorar ligeramente el tiempo de cómputo. Williams ha demostrado que su intuición era correcta y gracias a un esfuerzo hercúleo ha logrado la mejora que pone su nombre en la historia de las matemáticas.

¿Cómo funciona el algoritmo? Os pido perdón pero no lo voy a tratar de explicar. Quien conozca el algoritmo de Coppersmith y Winograd puede leer directamente el artículo de Williams sin más (la idea está bastante clara aunque los detalles son engorrosos). Quien no lo conozca debería estudiarlo primero; yo empezaría por el algoritmo de Strassen. Muy brevemente la idea de estos algoritmos es muy similar a la idea de la transformada rápida de Fourier (FFT), una técnica divide y vencerás binaria que parte el problema de tamaño n en subproblemas más sencillos de tamaño n/2;  como en el caso de la FFT la versión “fácil” de estos algoritmos requiere que las matrices tengan un tamaño n que sea potencia de 2.

Publicado en Nature: Los dos superagujeros negros más grandes conocidos

 

La observación de dos superagujeros negros de unos 10 000 millones de masas solares en el centro de sendas galaxias elípticas es importante porque nos da información sobre cómo coevolucionan las galaxias y los superagujeros negros. Se cree que los superagujeros negros son los motores de los cuásares (o galaxias activas), muy abundantes en el pasado remoto, pero que se encuentran inactivos en las galaxias más cercanas a nosotros. Como determinar la masa de los superagujeros negros galácticos solo es posible para las galaxias más cercanas, es difícil saber qué relación hay entre los cuásares y las galaxias actuales. Ciertas teorías afirman que cuando los cuásares se apagaron se formaron las galaxias inactivas actuales, el problema es que el motor de los cuásares tienen que ser superagujeros negros miles de veces más masivos que el de nuestra Vía Láctea. Los dos nuevos superagujeros negros podrían ser los dos primeros ejemplos conocidos que confirman estas teorías. Aunque también podrían ser el resultado de la fusión de galaxias (que conlleva la fusión de sus superagujeros centrales). Para salir de dudas habrá que observar otros ejemplos de superagujeros negros supermasivos, algo que no es fácil con las técnicas de observación actuales. Nos los ha contado Michele Cappellari, “Astrophysics: Monster black holes,” Nature 480: 187–188, 08 December 2011, haciéndose eco del artículo técnico de Nicholas J. McConnell et al., “Two ten-billion-solar-mass black holes at the centres of giant elliptical galaxies,” Nature 480: 215–218, 08 December 2011.

Para estimar la masa de los superagujeros negros en el centro de una galaxia es necesario estudiar el mapa de velocidades de las estrellas que se encuentran en la parte central de dicha galaxia. Estas velocidades dependen de la masa total del bulbo central de la galaxia. Utilizando aproximaciones empíricas es posible separar la masa del superagujero negro de la masa de la materia estelar que forma dicho bulbo. Por ello las incertidumbres en estos cálculos son importantes. El nuevo artículo calcula la masa del superagujero negro de la galaxia NGC 3842, que se encuentra en el cúmulo galáctico Abell 1367, en unos 9,7 GMs (miles de millones de masas solares) dentro del intervalo de 7,2 a 12,7 GMs, con una confianza del 68%. Para la galaxia NGC 4889, que se encuentra en el cúmulo de Coma (Abell 1656), el nuevo artículo ha calculado una masa de 21 GMs, dentro del intervalo entre 6,0 y 37 GMs con una confianza del 68%. ¿Por qué tanta incertidumbre en NGC 4889? El problema es la gran dispersión estadística en la medida del valor de las velocidades estelares en esta galaxia; además el valor obtenido depende mucho del cuadrante considerado alrededor del centro galáctico; en el cuadrante con menor velocidad se estima un valor de 9,8 GMs y en el de mayor velocidad un valor de 27 GMs. Debido a esta gran incertidumbre, los autores no se atreven a afirmar con rotundidad que el superagujero negro de NGC 4889 sea mayor que el de NGC 3842 y en su caso podría no ser mucho mayor. Aún así, en la wikipedia y otras fuentes se indica que el superagujero negro central de la galaxia NGC 4889 es el mayor conocido con una masa de 21 GMs; en mi opinión la incertidumbre en este valor es demasiado grande como para poder afirmar con rotundidad que es más grande que el de NGC 3842; de todas formas, estas minucias importan poco.

Los superagujeros negros de los cuásares se estima que tienen masas superiores a 10 GMs; el corrimiento al rojo z de estos cuásares, entre 2 y 4,5, indica que los vemos como eran cuando el universo tenía entre 1400 y 3300 millones de años tras la gran explosión. Los superagujeros negros de NGC 3842 y NGC 4889 podrían ser la primera prueba de que cuando se “apagan” los cuásares dan lugar a galaxias elípticas con núcleos inactivos. Habrá que esperar a futuras estimaciones de la masa de los superagujeros negros de otras galaxias para confirmar estas ideas.

La nanotecnología y la química coloidal española en la revista Science

Espectaculares nanoestructuras esféricas (A), cúbicas (B) y cilíndricas (C) sintetizadas en España por Edgar González (Colombia), Jordi Arbiol (Universidad Autónoma de Barcelona) y Víctor F. Puntes (UAB) gracias a técnicas de tallado químico. En un coloide se autoensamblan por nucleación una serie de nanopartículas sólidas a las que luego aplican técnicas de reducción química para obtener estructuras huecas. El control del proceso químico es bastante delicado si se quiere obtener un tamaño uniforme, pero los resultados son espectaculares. Una excelente muestra del buen nivel de la química coloidal y la nanotecnología españolas. Nos lo ha contado Wolfgang J. Parak, “Materials Science: Complex Colloidal Assembly,” Science 334: 1359-1360, 9 Dec. 2011, haciéndose eco de Edgar González, Jordi Arbiol, Víctor F. Puntes, “Carving at the Nanoscale: Sequential Galvanic Exchange and Kirkendall Growth at Room Temperature,” Science 334: 1377-1380, 9 Dec. 2011.