Desde las ranas y el año saltarín a la nanotecnología

Blog original en inglés por Caley Allen
Traducido por Jeremy Miller

Si no se ha dado cuenta, ¡hoy es el 29 de febrero – lo cual significa que estamos en un año bisiesto! Ocurriendo cada cuatro años, los años bisiestos tienen 366 días en vez de los normales 365, el día adicional apareciendo el 29 de febrero. En inglés, los años bisiesto se llaman años saltarines,* denominación que radica en que en estos años el día de semana asociada con una determinada fecha cambia por dos días, aunque normalmente solo cambiaría por uno, debido al día adicional. Aparte de mantener sincronizado nuestro calendario con el año astronómico, el cambio de estaciones y todas las correspondientes tradiciones, supersticiones e historias folclóricas, los 29 de febrero son algo mediocre. Nuestro día saltarín no tiene comidas ni colores especiales, y no se nos da un día de descanso.

Pero venga, ¿alguna vez buscó usted “leap year day” en Imágenes de Google? Hágalo, vamos – puedo esperar… (Note que es importante incluir la palabra “day” para que no reciba una serie de imágenes de la película Leap Year de 2010).

Feb 29th

No faltarán ranas y calendarios cuando busque “Leap Year Day” en Imágenes de Google. (imagen de Pixabay)

¿Y qué hallamos en esa búsqueda? ¿Fue inundado con una serie de ranas dibujadas, verdes y adorables en el acto de saltar, tal vez asociado con un calendario o el número 29? Empecé a preguntarme por qué el año saltarín se ha asociado con ranas así. Tal vez es porque saltar significa “levantarse con impulso y agilidad tras mucha distancia, hasta gran altitud o con fuerza.”1 ¿Pero por qué las ranas? Los conejos, canguros, saltamontes y esturiones saltan también, y ¡aun ciertos tipos de arañas!

Entonces, ¿quién designó las ranas la mascota semi-oficial del año saltarín? No pude encontrar ninguna respuesta a esa pregunta, pero sin importar cuál animal o insecto escogería usted, yo todavía respaldo a la rana. ¿La razón? Pues, la madre naturaleza y la evolución les han otorgado a las ranas atributos y capacidades fantásticos, los cuales han inspirado soluciones y avances creativos en la nanotecnología, y la ciencia en la nanoescala recibe mi apoyo cada vez.

Pegajosas, limosas y esplendidas

Si le pidiera que me dijera el nombre de un organismo que pudiéramos utilizar en la lucha contra las superbacterias resistentes a una serie de medicamentos, las ranas probablemente no quedan primeras en la lista. Pero considere un momento su hábitat. Las ranas son anfibios que viven en ambientes cubiertos de bacterias y hongos. El doctor J. Michael Conlon, bioquímico en la Universidad de Emiratos Árabes Unidos, reconoció por primera vez en 1990 las capacidades potenciales de los compuestos antimicrobianos inspirados por las ranas.2 Cuando la rana responde a un estímulo de estrés, ciertas glándulas en la piel segregan péptidos antimicrobianos.

Un sapo partero macho

Un sapo partero macho al llevar los huevos en la espalda. Los péptidos producidos en las secreciones de la piel mata las bacterias.2 (imagen de Laurent LeBois)

Se ha mostrado que estos péptidos antimicrobianos poseen un ancho espectro de actividades antibacterianas y antihongos. El Dr. Conlon y sus asociados en investigación han hecho progreso significativo en el ámbito de la actividad antimicrobiana y antihongos por el uso de los péptidos exudados de la piel de la mink frog (Lithobates septentrionalis),3 la rana occidental de uñas (xenopus tropicalis)4 y el sapo partero.5 Estas investigaciones han mostrado gran promesa para matar el SARM y el acinetobacter baumannii multirresistente a medicamentos, y también otros tipos de bacterias y hongos. (Puede que haya oído decir del SARM como “superbacteria” que ocasionalmente aparece en hospitales.6)

Además de las investigaciones del Dr. Conlon, se han adjuntado los péptidos antimicrobianos encontrados en la rana africana de uñas (xenopus laevis) a microchips que emiten una señal al exponerse a bacterias dañinas, incluso el E. Coli y la salmonela patogénicos. El Dr. Michael McAlpine de la Universidad de Princeton cree que estos microchips podrán reemplazar las pruebas actuales que se usan para detectar la contaminación de aparatos médicos y medicamentos por bacterias.7

Anticongelante a pedido

¿Cuántos de nosotros hemos experimentado un retraso por tormentas de invierno? Apostaría a que una mayoría hemos aguantado la espera irritante mientras se despeja las pistas o se aplica un descongelador apestoso a las alas del avión. Pero tome un minuto e imagínese que estos retrasos invernales fueran parte del pasado remoto, gracias a una pequeña rana venenosa.

una rana congelada

¡Esta foto muestra una rana congelada…o sea, una adorno con forma de rana cubierto de escarcha!8 (imagen de Kobapan)

Esencialmente, las condiciones que promueven la helada de aviones existen cuando el aire contiene gotas de agua líquida y subenfriada que pueden acumular en el borde delantero de las alas y otras superficies. Las regulaciones federales de aviación en EEUU definen específicamente las diferentes condiciones de helada potencial en que cada tipo de aeroplano es certificada para volar.9 Si las condiciones no corresponden precisamente, no se permite volar.

Entonces, ¿cómo puede una rana punta de flecha resolver los problemas de helada de aviones? El Dr. Konrad Rykaczewski de la Universidad Estatal de Arizona sintió inspiración de la manera en que esas ranas segregan toxinas a través de la piel.10 Hay una capa de piel externa expuesta al mundo alrededor y una interna que emite veneno cuando la rana está en peligro. Imagínese ya la funcionalidad de “emisión de veneno” y “a pedido” aplicados al anticongelante líquido de aviones. Se aplicaría dos nano-capas de “piel” a las alas del avión. La externa se expondría al ambiente mientras la interna estaría infundida de la mixtura anticongelante líquida. ¡En peligro (en condiciones de helada) y al empezar a congelarse, la capa externa permitiría que pasaran los cristales de hielo adentro por los poros de la piel del avión, finalmente llegando en contacto con el fluido anticongelante y derritiéndose! 

Los puentes capilares realizan los sueños con grafeno

Alguna vez usted se ha preguntado “¿cómo es que las ranas pueden mantenerse pegadas los pies a una hoja sumergida?” La foto abajo da un ejemplo. Las ranas arborícolas usan burbujas de aire atrapadas en los pies para quedarse flotando sobre una hoja hundida. Estas burbujas forman lo que se llama puentes capilares, estructuras estiradas que ejercen fuerzas hacia dentro de ambos extremos, así adhiriendo la rana a la hoja. Sencillo, ¿no?

Un Pickerel frog y un diagrama de un puente capilar

Un Pickerel frog (rana palustris) sobre una hoja hundida (izquierda, foto de John White11) y un diagrama de un puente capilar (derecha, imagen de Wikimedia)

Bueno, el Dr. Loh Kian Ping y sus asociados de investigación de la Universidad Nacional de Singapur tuvieron inspiración de este mecanismo sencillo de adhesión y lo usaron para desarrollar un método innovador de un solo paso de crecer y transferir grafeno de alta calidad producido en obleas de silicio. Este proceso se llama una transferencia “de cara a cara.”12 El grafeno se crece por encima de un sustrato de silicio, sobre un catalizador de cubre. Se rasca el cubre mientras se apoya el grafeno por puentes capilares conectados a la superficie de silicio. Este nuevo método facilita que el material fino y súper fuerte se crezca sobre cubre y se transfiera en una oblea de silicio simultáneamente para su uso en tecnologías como transistores y biosensores.

No es solamente que la rana haya motivado investigaciones únicas en la nanoescala sobre péptidos antimicrobianos, los mecanismos descongeladores automáticos de aviones o la producciones de grafeno, sino que este compañero anfibio que tenemos también ha servido de fuente de inspiración para la revolución de la cinta Scotch,13 el diseño de un algoritmo para redes inalámbricas eficientes14 y los preservativos moleculares para proteger contra la difusión del VIH.15 Entonces yo que sepa, ¡tal vez la nueva rana “transformadora” descubierta en Ecuador que tiene la capacidad de cambiarse la piel de espinosa a lisa en menos de cinco minutos16 vaya a proveer el eslabón perdido para que otras especies vertebradas nos rindan proezas extraordinarias y sorprendentes aún no imaginadas!

Así que hoy cuando celebre el año bisiesto, o el año saltarín, agradézcale a la mascota semi-oficial del día: la rana. Ya pregunto, gente – ¡¿qué gran descubrimiento tenemos del esturión?!

un esturión

¿Quién sabe de dónde provendrá el próximo descubrimiento de nanotecnología? (imagen de Duane Raver/U.S. Fish and Wildlife Service)

*Adición y transliteración del traductor para mejor entender el blog originario.


RECURSOS INFORMATIVOS (en inglés):


REFERENCIAS

  1. “Leap” Def 1. Oxford Dictionaries [online] Retrieved from http://www.oxforddictionaries.com/us/definition/american_english/leap
  2. Rovner, S. Frogs Inspire New Antimicrobials. Chemical & Engineering News201088 (37) 36-37. Retrieved from https://pubs.acs.org/cen/science/88/8837sci3.html
  3. Conlon, J., Ahmed, E., & Condamine, E.Antimicrobial properties of brevinin-2-related peptide and its analogs: Efficacy against multidrug-resistant Acinetobacter baumannii. Chemical Biology & Drug Design. 2009, 74(5):488-493. doi:10.1111/j.1747-0285.2009.00882.x.
  4. Subasinghage, A., Conlon, J., & Hewage, C. Development of potent anti-infective agents from Silurana tropicalis: conformational analysis of the amphipathic, alpha-helical antimicrobial peptide XT-7 and its non-haemolytic analogue [G4K]XT-7. 2010, 1804(4):1020-1028. doi:10.1016/j.bbapap.2010.01.015.
  5. Conlon, M. et al. The alyteserins: Two families of antimicrobial peptides from the skin secretions of the midwife toad Alytes obstetricans (Alytidae).Peptides. 2009. 30(6):1069-73. doi:10.1016/j.peptides.2009.03.004
  6. Mayo Clinic Staff. MRSA Infection [website]. Retrieved from http://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/mrsa/basics/definition/con-20024479
  7. Emery, C. New sensor derived from frogs may help fight bacteria and save wildlife. News at Princeton, Oct 19, 2010. Retrieved from https://www.princeton.edu/main/news/archive/S28/75/17O86/
  8. Snopes.com. Frogsicles. April 25, 2015. Retrieved from  http://www.snopes.com/photos/animals/frozenfrog.asp
  9. Federal Aviation Administration. Rule Sets New Icing Standards for New Transport Airplanes [press release]. Retrieved from  https://www.faa.gov/news/press_releases/news_story.cfm?newsId=17674
  10. Sun, X. et al. Bioinspired Stimuli-Responsive and Antifreeze-Secreting Anti-Icing Coatings. Advanced Materials Interfaces. 2015, 2, 1400479. doi: 10.1002/admi.201400479
  11. Virginia Department of Game & Inland Fisheries. Frog Fridays: Pickerel Frog. Retrieved from  http://blog.wildlife.virginia.gov/2015/07/frog-friday-pickerel-frog/
  12. Gao, L. Face-to-face transfer of wafer-scale graphene films. 2013, 505 (190-194) doi:10.1038/nature12763
  13. Halamkar, S. Frogs feet and nano hopes. LiveMint. Dec 15, 2011. Retrieved from http://www.livemint.com/Opinion/ve69cPPa6pOUo5trjd4w0N/Frogs-feet-and-nano-hopes.html
  14. Hernández, H. & Blum, C. Distributed graph coloring: an approach based on the calling behavior of Japanese tree frogs. Swarm Intelligence, 2012, 6(2), 117-150. doi:10.1007/s11721-012-0067-2
  15. Ugaonkar, S. et al. An Intravaginal Ring for the Simultaneous Delivery of an HIV-1 Maturation Inhibitor and Reverse-Transcriptase Inhibitor for Prophylaxis of HIV Transmission. Journal of Pharmaceutical Sciences, 2015, 104(10):3426-3439. doi:10.1002/jps.24551
  16. Guayasamin, J. et al. Phenotypic plasticity raises questions for taxonomically important traits: a remarkable new Andean rainfrog (Pristimantis) with the ability to change skin texture. Zoological Journal of the Linnean Society, 173 (4), 913-928. doi: 10.1111/zoj.12222

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