Publicado en Science: Craig Venter y su grupo logran crear una célula bacteriana a partir de un genoma sintetizado químicamente

Análisis del proteoma de la célula original y de la sintetizada. (C) Science

Parece imposible, pero cuando se trata de J. Craig Venter, la raya que separa lo posible y lo imposible es muy delgada. Hoy se publica en Science Express un artículo en el que se presenta la creación, por primera vez, de una célula controlada por un genoma sintético, una secuencia de ADN almacenada en un ordenador a partir de la cual se ha sintetizado químicamente. Han insertado los 1’08 millones de bases del ADN de la bacteria Mycoplasma mycoides sintetizadas químicamente en una bacteria Mycoplasma capricolum a la que previamente le han quitado su genoma y han comprobado que el proteoma resultante es prácticamente idéntico al de M. mycoides. Obviamente, no se ha creado vida de la nada, se ha aprovechado toda la maquinaria celular de la célula transplantada, ya que la síntesis de toda esta maquinaria hoy en día es imposible. Aún así, se trata de una hazaña tecnológica sin precedentes. La célula cuyo genoma ha sido sintetizado ha sido capaz de duplicarse y reproducir una colonia. J. Craig Venter se nos muestra como el Dr. Frankestein de Mary W. Shelley (aunque repetir la hazaña con una célula eucariota es extremadamente mucho más difícil). El artículo técnico, que dará muchísimo que hablar en todos los medios, es Daniel G. Gibson et al., “Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome,” Science Express, Published Online May 20, 2010, web (la información suplementaria detalla el genoma (ADN) insertado). El artículo incluye una entrevista al propio Venter en forma de podcast y nos lo comenta en detalle Elizabeth Pennisi, “Synthetic Genome Brings New Life to Bacterium,” Science 328: 958-959, 21 May 2010.

J. Craig Venter afirma que lleva 15 años soñando con “crear vida artificial” o poder sintetizar un cromosoma artificial e insertarlo en una bacteria capaz de replicarse y producir proteínas con total normalidad. La figura de la izquierda muestra una colonia de bacterias con cromosoma sintético replicadas a partir de una única bacteria con genoma transplantado. Para muchos, su logro es la primera piedra para crear el “edificio” de la genómica sintética. El proceso no es barato, se estima que ha costado unos 40 millones de dólares y el esfuerzo de 20 investigadores durante unos 10 años. Sin embargo, como ocurrió con la secuenciación del genoma humano, en los próximos 10 años el coste de este proceso se reducirá enormemente. El proceso tampoco está garantizado al 100% y los investigadores han necesitado varios meses de trasplantes de genoma sin éxito hasta descubrir un colonia concreta capaz de replicarse y sobrevivir. Todavía no saben realmente por qué esta colonia “vive” y las otras no han logrado hacerlo. Pero el éxito está logrado y ahora Venter quiere pantentar gran parte de su trabajo y asignar dichas patentes a su empresa Synthetic Genomics. ¿Se convertirá esta empresa en el Microsoft de la biología sintética?

El genoma de la bacteria Mycoplasma genitalium fue secuenciado por un grupo dirigido por Venter en 1995 y está considerado el genoma más pequeño conocido de un ser vivo capaz de vivir de forma libre. El genoma de esta bacteria tiene unos 500 genes y es bastante robusto, en 2003 se demostró que se pueden borrar hasta 100 genes sin matar a la bacteria. ¿Cuál será el próximo reto genómico que se planterá Venter para los próximos años?

Enlace para los interesados en ver esta conferencia TED con subtítulos en español.

Publicado en Science: Medida por primera vez la velocidad instantánea de una partícula en movimiento browniano

Albert Einstein, hace un siglo, pensaba que era imposible medir la velocidad elocidad instantánea de partículas en movimiento browniano. El físico Mark Raizen de la Universidad de Texas en Austin, EEUU, y su grupo han logrado por primera vez dicha medida y, como no, lo han publicado en Science. El resultado confirma, como es de esperar, predicción teórica de Einstein (realizada en 1907). Raizen y su grupo han logrado demostrar experimentalmente el teorema de equipartición de la energía para partículas en movimiento browniano, uno de los principios fundamentales de la mecánica estadística (el teorema afirma que la velocidad cinética de estas partículas depende sólo de la temperatura y no de su forma, tamaño o masa).

Nos lo cuentan en “Instantaneous Velocity in Brownian Particles Observed, a Century After Einstein Said It Would Be Impossible,” ScienceDaily, May 20, 2010. El artículo técnico es Tongcang Li, Simon Kheifets, David Medellin, Mark G. Raizen, “Measurement of the Instantaneous Velocity of a Brownian Particle,” Science Express, Published Online May 20, 2010 (todavía no está disponible en ArXiv, pero pronto lo estará). Recientemente, también se ha publicado en ArXiv un artículo que presenta el mismo logro (que en los agradecimientos menciona al propio Raizen), en concreto Rongxin Huang, Branimir Lukic, Sylvia Jeney, Ernst-Ludwig Florin, “Direct observation of ballistic Brownian motion on a single particle,” ArXiv, Submitted on 9 Mar 2010.

Si existe una cuarta generación de quarks, los experimentos CDF y DZero del Tevatrón excluyen un bosón de Higgs con una masa entre 131 y 204 GeV/c²

No hay evidencia experimental de que exista una cuarta generación de quarks y leptones, pero no podemos descartar que exista fuera de los límites de energía explorados por los experimentos del Tevatrón en el Fermilab, Chicago. Bajo esta hipótesis, combinando los datos de los dos experimentos CDF y DZero se puede excluir la existencia del bosón de Higgs del modelo estándar en el rango de masas de 131 a 204 GeV/c² con una confianza del 95%. Han estudiado el proceso gg → H → W+W, en el que un par de gluones colisionan produciendo un Higgs que decae en un par de bosones vectoriales W. El límite de exclusión considera 4’8 /fb de colisiones protón-antiprotón estudiadas en el experimento CDF y 5’4 /fb en DZero. El artículo técnico es T. Aaltonen et al (CDF and DZero Collaborations), “Combined Tevatron upper limit on gg->H->W+W- and constraints on the Higgs boson mass in fourth-generation fermion models,” ArXiv, 18 May 2010.

La ruptura de la simetría electrodébil, SU(2) × U(1), es una parte fundamental del Modelo Estándar de partículas elementales que depende fuertemente de fenómenos de alta energía que todavía no han sido explorados en los grandes colisionadores de partículas. Si existe una cuarta generación de fermiones, quarks y leptones, con masas más allá de las energías alcanzables en la actualidad, se modifica el ajuste de los parámetros de los parámetros del modelo estándar que se ha obtenido con el estudio de todas las colisiones observadas en el Tevatrón del Fermilab. Los resultados experimentales de LEP-II y el Tevatrón indican que sólo existen tres generaciones de fermiones si la masa del neutrino de cuarta generación es menor de 45 GeV/c². Si el neutrino de cuarta generación tiene una masa mayor, no se puede excluir la existencia de una cuarta generación de fermiones. La masa del bosón de Higgs depende fuertemente de la masa del quark más masivo, en la tercera generación es el quark t (top). Si los dos quarks de cuarta generación tienen una masa mayor que la del bosón de Higgs, el acoplamiento ggH (gluón-gluón-Higgs) en el Modelo Estándar crece en un factor de 3, ya que cada quark de cuarta generación contribuye aproximadamente en la misma cantidad que el quark top. Para bosones de Higgs ligeros, mH ≈ 110 GeV/c², la producción de un Higgs en una colisión gluón-gluón, gg → H, es 9 veves mayor, y para Higgs pesados, mH ≈ 300 GeV/c², es 7’5 veces mayor. En el rango de masas mH> 135 GeV/c², la desintegración dominante del Higgs continúa siendo en un par de bosones vectoriales W, es decir, H → W+W, proceso ampliamente estudiado en los dos experimentos CDF y DZero del Tevatrón.

El nuevo estudio considera dos escenarios posibles. Por un lado, una cuarta generación con leptones ligeros (“4G (Low Mass)” en la figura de arriba): un neutrino de cuarta generación con una masa mν4 = 80 GeV y un leptón cargado (“electrón” pesado) con mℓ4 = 100 GeV. Por otro lado, una cuarta generación de leptones muy pesados (“4G (High Mass)” en la figura de arriba), con mν4 = mℓ4 = 1 TeV. En ambos casos se ha supuesto que la masa de los quarks es md4 = 400 GeV para el cuarto quark tipo “down” y mu4 = md4 + 50 GeV + 10 log (mH/115 GeV) GeV para el cuarto quark tipo “top.” Utilizando estos dos escenarios, se ha obtenido la gráfica que abre esta entrada seleccionando el peor de ambos escenarios, el que menos limita la masa del Higgs. El resultado, mostrado en la figura de arriba, indica que las colisiones observadas en CDF y DZero permiten excluir, para el bosón de Higgs del Modelo Estándar, el rango de masas 131 – 204 GeV/c² para una cuarta generación ligera y entre 131 – 208 GeV/c² para una cuarta generación pesada. Los autores del artículo indican que calculando los límites de exclusión utilizando un método diferente, basado en medianas en lugar de en medias, se pueden excluir los intervalos de masa 125 – 218 GeV/c² y 125 – 227 GeV/c², respectivamente. Finalmente, el artículo nos recuerda que estudios teóricos previos permiten excluir un bosón de Higgs con una masa superior a 300 GeV/c², si existe una cuarta generación de quarks.

El libro de tablas matemáticas de Abramowitz y Stegun ahora gratuito por internet

Todos los que nos dedicamos a la matemática aplicada tenemos una copia del libro de tablas y fórmuals matemáticas de Abramowitz y Stegun en nuestra biblioteca (en mi caso en mi despacho). También tengo copia en pdf y djvu descargadas de internet, que por cierto consulto más a menudo que la versión de mi estantería. Ahora aparece publicada una versión oficial de forma gratuita en internet. Recomiendo a todos los aficionados al Abramowitz-Stegun tener dicho enlace entre los favoritos. Visto en Stefan, “Abramowitz/Stegun goes online,” Backreaction, May 17, 2010, y en Julianne, “My Favorite Silly Function,” Cosmic Variance, May 17, 2010 (que incluye un enlace a la versión en PDF del libro).

Publicado en Nature: La supernova SN 2005e no encaja entre los tipos ya conocidos

Sabemos mucho sobre las supernovas, pero SN 2005e no encaja en ninguno de los tipos conocidos. No es una supernova tipo Ia, ni tipo Ib, ni Ic, ni tipo II. Perets et al. han estudiado el espectro de SN 2005e y han observado que es una supernova rica en helio, como las de tipo Ib, pero carece de las líneas asociadas al hidrógeno, silicio y azufre, típicas de las supernovas Ia. Sin embargo, Kawabata et al. afirman que su espectro se parece mucho al de la supernova SN 2005cz, que es una supernova de tipo Ib, que corresponder a la explosión de una estrella de baja masa (de 8 a 12 masas solares). ¿Por qué su espector es “raro”? Porque se encuentra en una galaxia elíptica y tiene una luminosidad mucho más baja de lo habitual. Dos hipótesis y un problema. ¿Cuál es la respuesta correcta? No lo sabemos. La ciencia avanza gracias a interpretaciones contradictorias de los mismos hechos experimentales. No sabremos quien tiene razón hasta que se observen muchas otras supernovas con un espector similar a SN 2005e. Tiempo al tiempo. Nos lo cuenta David Branch, “Supernovae: New explosions of old stars?,” News and Views, Nature 465: 303–304, 20 May 2010, que se hace eco de los artículos de H. B. Perets et al., “A faint type of supernova from a white dwarf with a helium-rich companion,” Nature 465: 322–325, 20 May 2010, y K. S. Kawabata et al., “A massive star origin for an unusual helium-rich supernova in an elliptical galaxy,” Nature 465: 326–328, 20 May 2010. Aunque el título no hace fe al contenido, recomiendo la lectura de “La extraña supernova que se metió en nuestros huesos. Científicos descubren un nuevo tipo de explosión estelar que puede explicar algunos de los enigmas del Universo, incluso la existencia de calcio en el esqueleto,” ABC.es,19-05-10 [visto en Menéame].