60 años del Departamento de Ciencias Biológicas
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60 años del Departamento de Ciencias Biológicas
3Editorial Vivas, vivas... ¡por muchos años! 5Notas 12 Ciencias Biológicas en Uniandes: Sesenta años de compromiso con la docencia y la investigación Felipe Guhl 22 El Departamento de Ciencias Biológicas hoy Carlos Daniel Cadena 33 El futuro de las Ciencias Biológicas Silvia Restrepo 40 Mosquitos, minería y petróleo. Lysinibacillus sphaericus: la versatilidad de un microorganismo en beneficio del ambiente y la salud pública Jenny Dussán Garzón, Lucía C. Lozano Ardila, Tito D. Peña Montenegro, Vivian A. Bojacá 50 El uso de nuevas tecnologías de la genómica para defender nuestros cultivos César Augusto Medina Culma, Adriana Jimena Bernal Giraldo Entrevista con Nohora Elízabeth Hoyos Nohora Elízabeth Hoyos es Bióloga de la Universidad de los Andes con estudios en Biología Molecular de la Universidad de Yale. Fue jefe de Biología Experimental en el Instituto Nacional de Cancerología y Directora General de la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia. Ha sido cogestora de importantes leyes y políticas públicas en ciencia y tecnología en el país, y lideró el proyecto para la creación del Programa Nacional para la Apropiación Social de la Ciencia y la Tecnología que opera desde hace quince años: Maloka. Actualmente es la presidente ejecutiva de esa institución. hipótesis • Número especial • 2013 • Universidad de los Andes CONTENIDO ISSN 1692-729X • Número especial • 2013 • Universidad de los Andes • Facultad de Ciencias Apuntes científicos uniandinos 58 Ecología y la importancia de lo invisible Patrick Venail, Martha J. Vives 67 Los primates no humanos como ingenieros ecosistémicos Pablo R. Stevenson 72 La belleza está en los oídos del que la oye Sandra Victoria Flechas, Adolfo Amézquita 79 Un coral a la conquista de los océanos profundos Santiago Herrera, Juan Armando Sánchez 87 Lo que siempre se quiso saber sobre el sexo y hasta ahora lo podemos contar: el caso de Trypanosoma cruzi Juan David Ramírez, Felipe Guhl 95 Una revisión de la biología del Didelphis marsupialis y su relación con el mal de Chagas y la leishmaniasis Julián David Aponte Quimbay 102 Entrevista con Nohora Elízabeth Hoyos 106Noticias 111 Artículos destacados 116 Concurso de fotografía e imágenes 117 Política editorial 60 años del Departamento de Ciencias Biológicas Precio de venta $12.000 Núm. especial 2013 / 3.000 ejemplares ISSN 1962-729X ISSN ONLINE 1794-354X © Universidad de los Andes Para la reproducción total o parcial de esta obra solicitar la autorización de la Revista. Comité editorial Silvia Restrepo Restrepo Decana Adriana Rosillo Coordinadora de Investigaciones Catalina González Profesora Departamento de Ciencias Biológicas Editor invitado Felipe Guhl James Weston Profesor Departamento de Química Coordinadora editorial Carolina Hernández Universidad de los Andes Facultad de Ciencias Carrera 1.a núm. 18A-10 / Apartado aéreo: 4976, Bogotá, D. C., Colombia Teléfonos: (571) 332 4533, 339 4949, 339 4999, ext. 2700 [email protected] Alexander Cardona Profesor Departamento de Matemáticas Juan Manuel Pedraza Profesor Departamento de Física Juan Pablo Rincón Pabón Estudiante de Posgrado Indexada en: Ediciones Uniandes Carrera 1.a núm. 19-27, edificio AU 6, Bogotá, D. C., Colombia Teléfonos: (571) 339 4949, 339 4999, ext. 2181, 2071, 2099 [email protected] Ulrich’s Periodicals Directory Dialnet Fotografías Juan Gabriel Sutachán Corrección de estilo Precio de venta: $12.000 Edgar Hernán Ordóñez Nates Diagramación Andrés Leonardo Cuéllar V. Fotografías de la carátula: archivo del Departamento de Ciencias Biológicas y de la Facultad de Ciencias http://hipotesis.uniandes.edu.co 3 Editorial Vivas, vivas... ¡por muchos años! Notas. ciencias biológicas 5 ¿Porqué estudiar en la Escuela de Posgrado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes? 7 Lo que somos y seguiremos siendo 9 Primer reporte de avispas parasitoides en sacos ovígeros de viudas negras en Colombia 11 Primer registro realizado en Colombia, y segundo en Suramérica, de un helecho acuático de hace ca. de 120 millones de años 12 CIENCIAS BIOLÓGICAS EN UNIANDES: SESENTA AÑOS DE COMPROMISO CON LA DOCENCIA Y LA INVESTIGACIÓN A la hora de escribir una corta historia del Departamento de Ciencias Biológicas (DCB) es importante aclarar que son muchos los actores que han contribuido al desarrollo de los programas académicos y a la consolidación de los centros y laboratorios de investigación que hacen del DCB de la Universidad de los Andes una unidad de excelencia. FELIPE GUHL 22 EL DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS HOY Yo estudié Biología en la Universidad de los Andes en la segunda mitad de la década de los años noventa, época de la cual tengo los más gratos recuerdos y en la que recibí la mejor formación que hubiera podido tener. No me arrepentiré de haber elegido a los Andes como mi alma mater, y estaré siempre agradecido con mis maestros de ese tiempo. CARLOS DANIEL CADENA 33 EL FUTURO DE LAS CIENCIAS BIOLÓGICAS El futuro de la biología está lleno de retos. Hoy podemos conocer la secuencia completa de nuestro genoma por menos de mil dólares y entender procesos biológicos a una escala nanométrica. Sin embargo, es importante que nos detengamos un momento a pensar cuál debe ser el camino que conduzca a ese futuro. SILVIA RESTREPO 40 MOSQUITOS, MINERÍA Y PETRÓLEO. LYSINIBACILLUS SPHAERICUS: LA VERSATILIDAD DE UN MICROORGANISMO EN BENEFICIO DEL AMBIENTE Y LA SALUD PÚBLICA Quizás lo más maravilloso cuando nos acercamos al conocimiento del mundo microscópico es entender cómo organismos con un tamaño promedio de 1 µm y un cromosoma casi mil veces más pequeño que el del hombre tienen una capacidad metabólica incalculable que es funcional según el ambiente donde se encuentre. JENNY DUSSÁN GARZÓN, LUCÍA C. LOZANO ARDILA, TITO D. PEÑA MONTENEGRO, VIVIAN A. BOJACÁ 50 EL USO DE NUEVAS TECNOLOGÍAS DE LA GENÓMICA PARA DEFENDER NUESTROS CULTIVOS La biología está viviendo una era revolucionaria. Hasta hace una década, obtener la secuencia del genoma de un organismo (la serie entera de instrucciones genéticas para construir ese organismo) era aún una tarea que muy pocos laboratorios del mundo podían realizar. CÉSAR AUGUSTO MEDINA CULMA, ADRIANA JIMENA BERNAL GIRALDO 58 ECOLOGÍA Y LA IMPORTANCIA DE LO INVISIBLE Gracias a la ecología hoy sabemos, por ejemplo, que no solo las condiciones físico-químicas del entorno influyen sobre los organismos vivos y sus interacciones, sino que estos a su vez modifican su entorno. PATRICK VENAIL, MARTHA J. VIVES 67 LOS PRIMATES NO HUMANOS COMO INGENIEROS ECOSISTÉMICOS El término ingenieros ecosistémicos se ha acuñado para las especies que pueden afectar el medioambiente de manera evidente, mediante la creación o modificación drástica de hábitats que pueden hacer que se vea alterada la cantidad de recursos disponibles para otras especies que habitan en el mismo ecosistema. PABLO R. STEVENSON 72 LA BELLEZA ESTÁ EN LOS OÍDOS DEL QUE LA OYE Experimentos de playback de sonidos e imágenes han sido utilizados no solo para resolver preguntas sobre comunicación animal, sino también específicamente con seres humanos, en psicología, mercadeo y publicidad. SANDRA VICTORIA FLECHAS, ADOLFO AMÉZQUITA 79 UN CORAL A LA CONQUISTA DE LOS OCÉANOS PROFUNDOS Hoy se sabe que existe vida, que prospera hasta en el lugar más profundo del océano, a casi 11 kilómetros en la fosa de las Marianas, donde la presión es 1.100 veces mayor a la que vivimos, y que la biodiversidad en el mar profundo es comparable a la encontrada en los lugares más diversos en aguas someras. SANTIAGO HERRERA, JUAN ARMANDO SÁNCHEZ 87 LO QUE SIEMPRE SE QUISO SABER SOBRE EL SEXO Y HASTA AHORA LO PODEMOS CONTAR: EL CASO DE TRYPANOSOMA CRUZI A pesar de la aplicación de las modernas técnicas de biología molecular, aún no se conoce exactamente el mecanismo de reproducción de la mayoría de los protozoos causantes de enfermedades parasitarias en el hombre y los animales. JUAN DAVID RAMÍREZ, FELIPE GUHL 95 UNA REVISIÓN DE LA BIOLOGÍA DEL DIDELPHIS MARSUPIALIS Y SU RELACIÓN CON EL MAL DE CHAGAS Y LA LEISHMANIASIS El Didelphis marsupialis es conocido por diferentes nombres comunes, como chucha de oreja negra, zorro mochilero, rabipelao, zorro hediondo, gambá, raposo(a), comadreja, chucho, faro, fara, runcho y zorra. JULIÁN DAVID APONTE QUIMBAY 102 106 111 116 117 Entrevista con Nohora Elízabeth Hoyos Noticias Artículos destacados Concurso de fotografía e imágenes Política editorial EDITORIAL Vivas, vivas... ¡por muchos años! Ha sido muy interesante la evolución del Departamento de Ciencias Biológicas a lo largo de sus sesenta años de existencia. Sus objetivos no se limitan, como antaño, a la clasificación y descripción de los seres vivos por sus características y su morfología: hoy estamos enfrentados a nuevas técnicas en las que participan otras disciplinas, como la física, la química y las matemáticas, y empleamos complejos métodos que permiten secuenciar el ADN y técnicas como la bioinformática y la proteómica. Se recurre en la actualidad al empleo de sistemas dinámicos que permiten analizar los ecosistemas y la biodiversidad, y a crear nuevas alternativas de recursos energéticos., A su vez, la enseñanza de las ciencias biológicas ha pasado a ser, de una disciplina descriptiva, una de tipo experimental. Los cambios en la disciplina requieren ajustes permanentes en la enseñanza y en el aprendizaje, y este reto lo ha asumido el Departamento de Ciencias Biológicas desde su inicio. Así como el siglo pasado ha sido reconocido como el siglo de la física, ahora estamos en el siglo de la biología. El potencial y la riqueza biológica que tenemos en el país constituye una fuente de recursos que debemos conservar y utilizar de manera racional. El Comité Editorial de Hipótesis me ha invitado a participar como editor de este número especial, dedicado a los sesenta años de vida del Departamento de Ciencias Biológicas, invitación que me honra y agradezco. He tenido la fortuna de estar vinculado al Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes desde 1968, primero como estudiante de Biología y Microbiología, y más tarde como profesor investigador, director del Departamento, vicedecano de la Facultad de Artes y Ciencias, y como director del Centro de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Tropical. Ello me ha permitido conocer la evolución de la Universidad y el desarrollo del Departamento en Figura 1. De izquierda a derecha: Nhora Rodríguez, Felipe Guhl, Henry von Prahl, Cornelis J Marinkelle, Elizabeth Grosse y Horst Lüddecke; en las primeras instalaciones del CIMIC. Fuente: archivo DCB. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 3 Figura 2. De izquierda a derecha: arriba, Armando González, C. J. Marinkelle, Elizabeth Grosse, María Szekkessy y Otto Urhan; abajo, Beatriz de Valdivieso, Marlene Zuluaga, Arieta de Navarro y Jesusita de Acevedo. Fuente: archivo DCB. los últimos 45 años desde diferentes perspectivas y observar, al mismo tiempo, cambios permanentes, producto de la iniciativa de los profesores y directivos, que obedecen a una planeación estratégica que ha permitido dirigir las actividades con una visión de futuro. A lo largo de sus sesenta años de existencia, directivos y profesores han dedicado su esfuerzo y desvelo a ser cada día mejores, a ofrecer y conservar la calidad académica y a transmitir a los estudiantes sus conocimientos y experiencias, ceñidos a los principios éticos que demanda la academia y a los principios de excelencia, tolerancia, compromiso con el país e independencia política y de credo que enunciaron los fundadores de la Universidad de los Andes en 1948. Muchos han sido los actores que intervinieron en su construcción y desarrollo, directivos y profesores que dedicaron su tiempo y, en muchos casos, su vida entera a este propósito, y a quienes la Universidad y el Departamento deben su gratitud permanente. El Departamento de Ciencias Biológicas ha evolucionado gracias a una labor continua de revisión de los programas curriculares, a la generación de propuestas novedosas de investigación que permiten la vinculación de estudiantes en los proyectos y fortalecen las actividades de los programas de pregrado en Biología y Microbiología, y a la Escuela de Posgrado. Estas actividades han sido los pilares de la academia e investigación, al igual que innumerables acuerdos y convenios entre universidades y centros de investigación de los ámbitos nacional e internacional. La investigación científica, como la docencia de calidad, son actividades complementarias que siempre han sido estimuladas, promovidas y apoyadas por la Universidad entre sus profesores y estudiantes; gracias a ello, la capacidad de investigación constituye un sello distintivo de nuestros egresados. La presente edición de Hipótesis se ha estructurado con artículos que describen la historia, situación actual y el futuro del Departamento de 4 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Ciencias Biológicas, con la intención de brindar al lector un panorama de la trayectoria de vida de esta unidad académica. Hemos realizado una selección cuidadosa de los artículos publicados en años recientes por estudiantes de posgrado en revistas de alto impacto, y los hemos invitado para que, junto con sus directores de tesis, escriban los resultados obtenidos en sus trabajos de investigación, para incluirlos en esta edición. Esta selección refleja la diversidad de áreas de investigación que ofrece el Departamento y la exigencia de alta calidad científica. También hemos invitado a profesores, representantes estudiantiles y estudiantes en general para que participen con artículos y notas, y también en el Concurso de Fotografía e Imágenes. Se incluye una reseña de los diferentes laboratorios y centros de investigación del Departamento y sus principales contribuciones al país. De igual manera, aparece la entrevista a una egresada del Departamento, cuya labor ha tenido gran trascendencia en el país. Estamos viviendo el siglo de la biología. Esta es una aventura maravillosa que cada día nos permite incursionar en nuevas áreas del conocimiento, enfrentar nuevas tecnologías y, sobre todo, nuevos retos en la enseñanza y la investigación, para lo cual el Departamento de Ciencias Biológicas está preparado, al igual que para asumir las tareas que demande el futuro. Departamento de Ciencias Biológicas. Vivas, vivas... ¡por muchos años! • Felipe Guhl Profesor emérito del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected] [ notas. ciencias biológicas ] ¿Porqué estudiar en la Escuela de Posgrado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes? Muchos de nosotros, por diferentes razones, hemos decidido seguir con nuestra formación en ciencias, algunos para continuar como investigadores, otros para desempeñarnos como profesores, o como una manera de continuar con la búsqueda de conocimiento simple y puro; incluso hay quienes buscan reforzar su experiencia para aplicar sus conocimientos al desarrollo de una empresa. Independientemente de la razón, todos nos hemos preguntado cuál es la mejor escuela de posgrado para continuar nuestra formación. En el momento de escoger es importante tener en cuenta factores como el reconocimiento de la institución, la calidad de la investigación, la calidad de la docencia, la trayectoria de los programas y, algo no menos importante, quiénes son los estudiantes que cursan o cursaron el posgrado en los diferentes laboratorios. Ana María Aldana M. Sc., representante estudiantil del Departamento de Ciencias Biológicas y estudiante de doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected] Lucas Barrientos M. Sc., representante estudiantil del Departamento de Ciencias Biológicas y estudiante de doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, [email protected] Para nosotros, la Escuela de Posgrado del Departamento de Ciencias Biológicas (DCB) es nuestra mejor opción por el reconocimiento del que goza a nivel nacional e internacional, por el alto nivel académico de sus egresados de pregrado y posgrado, y por su excelente ranking, que demuestra la alta calidad de la docencia e investigación y la proyección de sus programas en el ámbito científico. Como estudiantes de doctorado, en estos años de estudio hemos recibido tutoría constante y entusiasta de nuestros profesores, quienes no cesan, además, en su empeño de inculcarnos el rigor que debe regir en las investigaciones para que sean válidas y replicables. Gracias a este rigor, los profesores de la Escuela de Postgrado del DCB han logrado que la Universidad de los Andes se proyecte en el ámbito de la comunidad académica internacional como una institución educativa de alto nivel que organiza charlas y visitas de profesores de importantes instituciones colombianas y extranjeras, como Peter Narins, Cheryl Hayashi, Peter Andolfatto, Joel Cracraft, Jerry Coyne, Mike Ryan y Santiago Ramírez, entre muchos otros. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 5 Gracias a la alta calidad de la planta profesoral, de los diversos invitados y de los estudiantes de pregrado y posgrado, el trabajo en los grupos de investigación y las labores de enseñanza son agradables y enriquecedores y generan ambientes de amplio diálogo y debate. ciones es el escaso acceso a fondos de investigación. También lo son las limitaciones derivadas de la legislación sobre permisos de investigación que debe soportar la gran mayoría de investigadores que trabajan en Colombia en el tema de la biodiversidad. Sin embargo, cambios recientes y otros próximos a ocurrir en el país con respecto a estos dos temas nos muestran buenas posibilidades para el futuro. Una de las mayores ventajas que ofrece el DCB —y que hace que su escuela de postgrado sea competitiva a nivel internacional, incluso si se compara con instituciones altamente reconocidas de Europa y Estados Unidos— es que existe la posibilidad de obtener becas y asistencias graduadas; de esta manera los estudiantes se pueden dedicar de manera exclusiva a su formación como docentes e investigadores. Al mismo tiempo, como estudiosos de la vida y de la diversidad, permanecer en Colombia es una gran ventaja, pues nos permite estar cerca de nuestros sistemas de estudio (especies, poblaciones y ecosistemas). Como estudiantes de la Universidad de los Andes sabemos que estamos muy bien posicionados frente al país, pero eso no quiere decir que no haya cosas por mejorar. Una de ellas es la escasa oferta de cursos de posgrado, que son necesarios para mejorar el desempeño en las diferentes áreas de la investigación, pero que, dado el modelo presupuestal de la universidad, tienen una oferta reducida. A pesar de esto, el panorama es muy positivo si se tienen en cuenta las grandes ventajas de la Universidad de los Andes, donde se ofrecen espacios de formación y diálogo crítico e interdisciplinario privilegiados que fomentan el cambio y la opinión. El éxito de esta escuela de posgrado también depende de nuestro propio éxito, por lo que estamos altamente comprometidos con ella y con mejorar su funcionamiento para contribuir al bienestar de los profesores, estudiantes y funcionarios y, ante todo, para beneficiar a nuestro país, con el que nos sentimos profundamente comprometidos. • Finalmente, estudiar cursos de posgrado en un país donde hasta hace poco no existían programas de este tipo, y en una universidad como la de los Andes, permite reinventar el sistema académico para formar investigadores que, además de ser excelentes en su campo, sean seres integrales, con altas capacidades humanas. Cast aFele tti de sign > ht tp://c as tafe le tti-d esig n.bl og spot .com / Sin embargo, no todo es perfecto, y es necesario expresar y comprender también algunas limitaciones. Aunque es un problema generalizado en todo el país, una de las mayores restric- Inform es : Direc to E-ma r de Mae il s Teléfo de conta tría y Do cto c Págin no: + 57 (1 to: postg rado: ra C a We b: htt ) 339 494 dodcb @ arlos Da u 9 n p://e scue . E x t. : 31 niandes.e iel Cade Univ ladep e na, P 9 du.co osgra 7 h.D. Cra 1 rsidad de do d c b.unia Teléfo # 18a - 10 los Ande s ndes. , http:/ no: + 57 (1 Bogotá / edu.c /regis O ) o fi 3 c 3 ina 94 http:/ tr /w w w o.uniand 949 ex t. de Adm isio :2 e .unia ndes. s.edu.co 210, 221 nes y Re 2 edu.c gistro o 6 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 [ notas. ciencias biológicas ] Lo que somos y seguiremos siendo Jorge Medina Estudiante de Microbiología y representante estudiantil de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes. [email protected] Desde su inicio, el Departamento de Ciencias Biológicas ha sido guiado y ha estado constituido por pioneros en diversos campos investigativos. Su entrega, dedicación y pasión han contribuido a establecer un extraordinario departamento. Y es gracias al esfuerzo conjunto de profesores y estudiantes que hoy en día somos una de las universidades con mejores credenciales en investigación del país y de América Latina. Actualmente, los científicos graduados de Biología y Microbiología tienen un desempeño excepcional no solo a nivel nacional, sino también internacional, y su preparación es comparable a la de estudiantes de prestigiosas universidades de Europa y Estados Unidos. Egresados uniandinos de los programas de Ciencias Biológicas están de acuerdo en que, gracias a sus docentes altamente calificados y a las facilidades para participar en los grupos de investigación, son profesionales con bases sólidas y conocimientos en tecnologías de última generación que les han ayudado a acceder a cargos de importancia. De igual forma, estas ventajas les permiten a muchos estudiantes de Ciencias Biológicas profundizar en su especialidad y sobresalir en sus áreas de interés. Un buen ejemplo de los grupos investigativos es el grupo multidisciplinario de iGem1, que ha sido reconocido y premiado internacionalmente por sus proyectos. Pese a estas ventajas, hay que reconocer que en el Departamento hay áreas que podrían ser fortalecidas, por ejemplo, ofreciendo estudios complementarios de gerencia o finanzas para que los estudiantes aprendan a administrar recursos monetarios relacionados con investigación, o incluyendo la rama de microiGEM (International Genetically Engineered Machine Competition) es la primera competencia universitaria de biología sintética en el mundo, que tuvo origen en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) en 2004. A los equipos participantes se les entrega un kit de partes biológicas estandarizadas con las cuales trabajan en sus universidades. A partir de estas partes y de nuevas, diseñadas por ellos mismos, construyen un sistema biológico que opera en células vivas. Descripción por Estefanía Luengas. 1 Figura 1. Primeras instalaciones del Instituto de Genética. Fuente: archivo DCB. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 7 biología veterinaria en el programa de Microbiología y mostrando a los estudiantes el mercado laboral nacional donde competirán como egresados. El Departamento de Ciencias Biológicas, aparte de graduar científicos emprendedores, crea un vínculo que va más allá de las aulas y los laboratorios: los miembros de la comunidad científica del Departamento están ligados por la misma pasión, el entendimiento y amor por la vida. De una u otra forma, esta pasión nos ha llevado a escoger el camino emprendido, y es precisamente esto lo que nos impulsa a mejorar constantemente, con el pro- Figura 2. Equipo iGEM Colombia, campeón de la regional Latinoamérica. Fuente: http://2012.igem.org/Team:Colombia/Team#The_Team 8 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 pósito de aportar y aprender más sobre nuestra especialidad. Por esta razón, cada uno de los laboratorios investigativos, por medio de la destacada orientación de sus directores, aporta decididamente valiosos descubrimientos al mundo científico. Gracias a su visión científica, a su equipo docente y al emprendimiento estudiantil, el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes es hoy en día un punto de referencia en el tema de la investigación, tanto a nivel nacional como internacional, y seguramente lo seguirá siendo por muchos años. • [ notas. ciencias biológicas ] Primer reporte de avispas parasitoides en sacos ovígeros de viudas negras en Colombia Las arañas conocidas como viudas negras, célebres por devorar al macho después de la cópula y por su fuerte veneno neurotóxico, pertenecen al género Latrodectus de la familia Theridiidae. Comprenden unas 31 especies dispersas por todo el mundo, si bien se referencian especialmente en Norteamérica por los accidentes causados por su mordedura. En Colombia se encuentran reportadas tres especies: Latrodectus sp., L. curacaviensis y L. geometricus, y es poco lo que se sabe de su biología y distribución en nuestro medio, así como de sus implicaciones desde el punto de vista médico, pues en Colombia no es obligatorio el reporte de accidentes aracnídicos. En los estudios del género llevados a cabo por el Laboratorio de Zoología y Ecología Acuática (Lazoea) se tratan aspectos de su biología como la bioquímica de sus venenos, comportamiento, filogenia y distribución en nuestro medio, incluyendo la búsqueda de nuevas especies, como la que se encuentra en Alexandra Rueda M. Sc., estudiante de doctorado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes [email protected] Nathaly Devia Bióloga y estudiante de maestría del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes [email protected] Emilio Realpe Ph. D., profesor asociado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes [email protected] Figura 1. Philolema sp y Pediobius sp. Fuente: fotografía de los autores. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 9 Figura 2. Latrodectus geometricus Fuente: fotografía de Juan Gabriel Sutachán. Figura 3. Latrodectus sp. (nueva especie) Fuente: fotografía de Juan Gabriel Sutachán. el desierto de la Tatacoa (Huila), que en este momento está en proceso de caracterización y descripción. En el transcurso de estos estudios se colectan tanto ejemplares de arañas como algunos sacos de huevos en diferentes partes del país. Estos son llevados al laboratorio, donde se mantienen en cámara climática a una temperatura de 28 °C. se encontraban parasitados por las avispas presentaban una coloración oscura, que facilitó su identificación. Finalmente se realizó, aunque con dificultad, la determinación taxonómica de los parasitoides y se hallaron dos especies en diferentes familias de Hymenoptera, Chalcidoidea: familia Eurytomidae, género Philolema, y familia Eulophidae género c. a. Pediobius. Cabe resaltar que las dos especies de avispas se encontraron parasitando un mismo saco de huevos, tanto de la nueva especie como de L. Geometricus, y en dos casos solo Philolema en esta última especie. Por lo tanto, es relevante este primer registro de especies parasitoides en viudas negras como un aporte al conocimiento de la biología de estas arañas en el país. • Fuente: fotografía de Juan Gabriel Sutachán. En el proceso de monitoreo de las arañas y de sus capullos se observó con sorpresa la emergencia de pequeñas avispas de uno de los sacos ovígeros de la especie mencionada, insectos que se preservaron para su posterior reconocimiento. Luego se revisaron en detalle todos los capullos de las arañas presentes en el laboratorio, y se logró establecer que aquellos que 10 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 [ notas. ciencias biológicas ] Primer registro realizado en Colombia, y segundo en Suramérica, de un helecho acuático de hace ca. de 120 millones de años Camila Monje Dussán Estudiante de Biología de la Universidad de los Andes [email protected] Este helecho, con posible afinidad a la familia Marsileaceae, fue hallado en junio de 2012 en el municipio de Alpujarra, departamento del Tolima. Este ejemplar es un hallazgo importante por constituirse en el primer registro de helechos acuáticos del Cretácico Inferior colombiano y porque pone en evidencia la gran diversidad florística que existió hace aproximadamente 120 millones de años en Colombia, pues junto con ejemplares de este tipo fueron hallados frondes de helechos con posible afinidad Osmundaceae y Schizaeceae, y hojas y complejos reproductivos de diversas coníferas. El espécimen ha sido asignado al morfogénero cf. Marsileaceae sp, basado en caracteres morfológicos comparables con frondes de helechos acuáticos actuales, como Marsilea y Regnellidium. Este es el segundo registro logrado en Suramérica. El primero, Regnellidium thomas-taylorii1, fue hallado en la Patagonia, Argentina. Muestras colectadas por Camila Martínez y estudiadas e identificadas por Camila Monje Dussán Cúneo NR, Hermsen EJ, Gandolfo MA. Regnellidium (Salviniales, Marsileaceae) Macrofossils and Associated Spores from the Late Cretaceous of South America. International Journal of Plant Sciences 2013; 174(3): 340-349. 1 Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 11 CIENCIAS BIOLÓGICAS EN UNIANDES: SESENTA AÑOS DE COMPROMISO CON LA DOCENCIA Y LA INVESTIGACIÓN FELIPE GUHL Primera construcción del Edificio J, donado por la Fundación Rockefeller y por William MC Carthy. Fuente: Archivo DCB Ciencias Biológicas en Uniandes: sesenta años de compromiso con la docencia y la investigación Felipe Guhl Profesor emérito del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes [email protected] A la hora de escribir una corta historia del Departamento de Ciencias Biológicas (DCB) es importante aclarar que son muchos los actores que han contribuido al desarrollo de los programas académicos y a la consolidación de los centros y laboratorios de investigación que hacen del DCB de la Universidad de los Andes una unidad de excelencia. A lo largo de sus sesenta años de existencia, directivos y profesores han dedicado su esfuerzo y desvelo a ofrecer, conservar y mejorar la calidad académica, y a transmitir a los estudiantes conocimientos y experiencias ceñidos a los principios éticos que demanda la academia. Una labor continua de revisión de los programas curriculares y de generación de propuestas de investigación novedosas que permiten la vinculación de estudiantes a los proyectos y fortalecen las actividades Figura 1. En las instalaciones del primer laboratorio de Botánica. De derecha a izquierda: el presidente Carlos LLeras Restrepo, Mario Laserna, Elizabeth Grosse, el rector Ramón de Zubiría y el profesor Bortchardt. Fuente: archivo DCB. 14 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 2. Primer curso de biología marina dictado en el Instituto Colombo Alemán de Investigaciones Marinas como parte del convenio establecido entre la Universidad de Giessen y la Universidad de los Andes. Dictado por el profesor C. J. Marinkelle. Fuente: archivo DCB. de la Escuela de Posgrado han sido los pilares de la actividad académica e investigativa, al igual que innumerables acuerdos y convenios entre universidades y centros de investigación a nivel nacional e internacional. La investigación científica y la docencia de calidad siempre han sido estimuladas, promovidas y apoyadas por la Universidad entre sus profesores y estudiantes. Este es un sello distintivo de la Universidad que deja una clara huella en nuestros egresados. Recopilar la información histórica del DCB no es tarea fácil, y menos aún encontrar los nombres de todas las personas que han intervenido en su construcción y desarrollo; sin embargo, no quisiera omitir a ninguno de los directivos o profesores que han dedicado su tiempo y, en muchos casos, su vida entera a este propósito, personas a quienes la Universidad y el Departamento deben su gratitud permanente. Por consiguiente, he estructura- do este artículo cronológicamente, y he resaltado los principales hechos y logros a lo largo de los seis decenios, sin mencionar nombre alguno, con excepción de algunos que, por razones históricas y de contextualización, aparecen en el presente escrito. En 1953, cinco años después de la fundación de la Universidad de los Andes, se comenzó a explorar la posibilidad de establecer un programa de Ciencias Naturales, iniciativa promovida por Hernando Groot coincidentemente cuando Francis Crick, James Watson y Maurice Wilkins revelaron el secreto de la estructura de la molécula de ADN, un descubrimiento que cambió para siempre la comprensión de la vida. Es importante resaltar aquí la visión que tuvieron los directivos de la época para crear una unidad académica de ciencias naturales cuando aún no existían en el país un código de recursos natura- Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 15 Figura 3. La Dra. Elizabeth Grosse en clase. Fuente: archivo DCB. les ni un ministerio de medio ambiente; cuando no se desarrollaban procesos biotecnológicos, de bioingeniería, biología molecular, bioinformática o proteómica; cuando no se habían dado los primeros pasos en el manejo de la biodiversidad ni había grandes empresas agroindustriales que pudieran servir como campos de acción a los egresados. Era difícil, pero visionario, predecir en aquel entonces cuál podía ser el impacto de los profesionales de las ciencias biológicas en el desarrollo del país. El Departamento inició sus actividades en esa primera etapa como área de servicio para todos los programas académicos vigentes, y se aprobó la sección femenina de ciencias con Elizabeth Grosse como directora. En 1955 se creó la unidad académica de Ciencias y el programa de Bacteriología, año en el que Severo Ochoa y Arthur Kornberg publicaron su gran descubrimiento sobre el dogma central de la biología que permite comprender la síntesis de proteínas a partir del código genético, y en que Jonas E. Salk desarrolló la primera vacuna eficaz y segura contra la poliomielitis. Seguramente estos hechos, y algunos otros, influyeron en la creación del programa. Las ciencias biológicas comenzaron a tomar una dimensión de enorme importancia en muchos campos del conocimiento, y directivos y profesores investigadores estaban alertas a estos avances. 16 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 La unidad académica de Ciencias Biológicas fue creada con los siguientes objetivos: “establecer un departamento piloto en el campo de la educación superior en Colombia, en lo que se refiere a investigación y docencia en las ciencias biológicas; despertar el interés por la biología y carreras similares en los estudiantes; introducir cursos de biología y microbiología como materias básicas para estudiantes de otras carreras profesionales, y cooperar en la educación básica de los futuros estudiantes de medicina”. En 1957, con el auspicio de la Fundación Rockefeller, Fred Hunter fue nombrado primer jefe del Departamento de Biología. Hunter trabajó con su esposa, Alice, en docencia, y se crearon los primeros laboratorios de investigación de microorganismos de aguas. La primera promoción de Bacteriología se graduó en 1958, y un año más tarde se creó el programa curricular de Biología. En ese año, Marshall Warren Nirenberg experimentó, junto con Oswald Avery, Francis Crick, James D. Watson y otros científicos, el funcionamiento biológico y químico del ADN en lo que respecta a sus funcionalidades de transmisión de la información genética. Los resultados de sus investigaciones permitieron descifrar el diccionario genético. El desarrollo del DCB, a lo largo de su historia, ha corrido paralelo a los grandes descubrimientos y hallazgos de las ciencias biológicas en el mundo. Es interesante resaltar aquí que los fundadores de la Universidad de los Andes jugaron un papel muy importante en la creación de otros departamentos de Biología en el país. Así, en julio de 1960, un grupo de profesores de la Universidad Nacional de Colombia adscritos, unos, al Instituto de Ciencias Naturales, otros a la Facultad de Medicina y otros a la Facultad de Farmacia, se pusieron de acuerdo para dictar un curso de Biología General a estudiantes de otros programas académicos. El establecimiento de este curso fue propuesto por el entonces rector Mario Laserna Pinzón, quien designó como coordinador del mismo a Roberto Galán Ponce, profesor de Biología de la Universidad de los Andes. Otros catedráticos intervinieron, como el profesor Federico Medem, quien también estuvo vinculado al Departamento de Biología de la Universidad de los Andes. El curso fue ofrecido a numerosos estudiantes de diferentes carreras y fue el principio de la departamentalización por áreas del conocimiento en la Universidad Nacional de Colombia. En 1961 se creó la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de los Andes, de la cual el Departamento de Biología forma parte, con los otros departamentos de ciencias básicas, y en 1962 inició actividades el Instituto de Genética, bajo la dirección de Hugo Hoenigsberg. Este fue el primer centro de investigación que se creó en la Facultad, y pocos años después comenzó una era de creación de nuevos centros y laboratorios de investigación adscritos al Departamento. En 1963 se creó el programa curricular de Microbiología, en el que se abordan los campos de aplicación industrial, agrícola, ambiental, veterinaria y biomédica. Para ese año ya se había consolidado un cuerpo profesoral de alto nivel, y el desarrollo de las actividades de investigación y docencia en el Departamento permitieron la creación de los programas de posgrado en Biología y Microbiología a nivel de magíster. Ese mismo año el Departamento jugó un papel protagónico en la fundación del Centro de Investigación en Biología Marina en la ciudad de Santa Marta: los rectores de las universidades de los Andes y Giessen, de Alemania, firmaron un convenio para que profesores de ambas universidades dictaran los primeros cursos de Biología Marina a estudiantes de Biología de la Universidad de los Andes en Punta Betín. El Centro de Investigación, en Santa Marta, pasó años más tarde a depender de la Ayuda Técnica de Planeación Nacional y Colciencias y el Gobierno de Alemania, y se convirtió en lo que hoy en día se conoce como Invemar (Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras José Benito Vives de Andréis). En 1964 se graduó la primera promoción de estudiantes de Biología, y en 1968 las primeras promociones de magíster en Microbiología y magíster en Biología. En 1970 se creó el Laboratorio de Microbiología y Parasitología (hoy CIMPAT), bajo el auspicio del Gobierno de Holanda, mediante un convenio bilateral entre el Gobierno de los Países Bajos y la Universidad. El Laboratorio sería dirigido por C. J. Marinkelle. Figura 3. De izquierda a derecha: canciller alemán, Hugo Hoenigsberg, miembro de la embajada alemana, y Roberto Galán. Fuente: archivo DCB. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 17 a b c e f d g h Figura 4. a) Alberto Cadena, zoomastólogo y profesor del DCB. b) Alberto Schotborgh, vicedecano de la Facultad de Artes y Ciencias. c y d) Elizabeth Grosse, directora del Departamento de Biología. e) Prudencio González, profesor de química. f) Armando González, director del DCB. g) C. J. Marinkelle. h) Alberto Schotborgh y Elizabeth Grosse, entre otros. Fuente: archivo DCB. 18 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 5. De izquierda a derecha Helena Groot, Manuel E Patarroyo, Kirck Hoffman, Nhora Rodriguez y Felipe Guhl. Fuente: archivo DCB. Con el fin de cumplir los objetivos planteados, en 1968 la Universidad se propuso desarrollar el concepto de estudios premédicos, una importante innovación a nivel nacional que serviría como ejemplo a otras universidades del país que contaban con escuelas de medicina. Los Andes se fijó como meta persuadir a las facultades de medicina colombianas a adelantar una reforma de los estudios médicos en el nivel de pregrado, una tarea en la que el Departamento de Ciencias Biológicas jugó un papel crucial. Esta reforma consistió, en síntesis, en introducir una sólida formación en ciencias básicas como prerrequisito de la formación puramente médica. Para ello, el programa académico, con una duración de dos años, incluía cuatro cursos de Biología, dos de Matemáticas, dos de Física, dos de Química y uno de Fisicoquímica. Además de la formación en ciencias naturales y exactas se pretendía dar al estudiante una formación básica en humanidades y ciencias sociales. Para lograr este último objetivo, el programa contemplaba dos cursos de humanidades: dos de Castellano, cuatro de Inglés y dos de Ciencias Sociales. El impacto de los estudios premédicos en el país se puede juzgar en el hecho de que, al finalizar la década de los setenta, prácti- camente todas las escuelas de medicina contaban con programas similares. Esta situación fue motivada, en buena parte, por el buen resultado que mostraba el programa en la Universidad de los Andes. A partir de 1973 los departamentos de Biología y Microbiología se fusionaron en el actual Departamento de Ciencias Biológicas. Ese mismo año inició actividades el Laboratorio de Zoología y Ecología Animal, y en 1978 el Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC) y el Laboratorio de Genética Humana. En 1981 se creó el Laboratorio de Etología y Fisiología Animal. Ya para 1983 ya se habían consolidado otras áreas de investigación: la primera estación de campo en la serranía de la Macarena para estudios en Primatología, el Laboratorio de Ecología y Fisiología Vegetal, el Laboratorio de Zoología y Ecología Animal y el Centro de Bioquímica. En 1985 la Facultad de Artes y Ciencias se escindió en las facultades de Humanidades y Ciencias Sociales y la Facultad de Ciencias, con los departamentos de Ciencias Biológicas, Física, Matemáticas y el área de Química (hoy Departamento de Química). Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 19 En 1986 se creó Biocómputo, y en 1988 se inauguró el edificio M para Ciencias Biológicas, como parte de la celebración de los cuarenta años de la Universidad. En el año 1991 se llevó a cabo la construcción del Bioterio del Departamento de Ciencias Biológicas, como apoyo a la investigación y la docencia. En 1992 el DCB ya contaba con la infraestructura adecuada, las unidades de investigación consolidadas y un cuerpo docente altamente calificado para iniciar el programa de doctorado en Ciencias-Biología. En 1996 se cerró el programa de Bacteriología. En ese período se consolidó el programa doctoral y se desarrolló la infraestructura necesaria para desarrollar nuevas áreas de investigación relacionadas con la biología molecular de plantas, botánica y sistemática, ecología microbiana y genética. En el año 2000 se fijaron planes de desarrollo a largo plazo: se llevó a cabo una completa renovación de la infraestructura y de equipos del DCB, se adecuaron los edificios J y M, se adquirie- Figura 5. Inauguración del Bloque M, el nuevo auditorio y el Bioterio. Fuente: archivo DCB. 20 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 6. Primera instalación de BIOCOMPUTO. Álvaro Espinel y alumnos del DCB. Fuente: archivo DCB. ron nuevos equipos que sirvieran de soporte a la investigación y la docencia, y comenzó un proceso de contratación de nuevos profesores que permitiera un relevo generacional gradual. Con la vinculación de nuevos maestros también se abrieron nuevas áreas de investigación, acordes con las tendencias mundiales del desarrollo de las ciencias biológicas. lar marina, biología del desarrollo evolutiva, fitopatología y micología, diagnóstico molecular y bioinformática, ecología molecular de vertebrados acuáticos y palinología y paleoecología tropical. Todos los profesores abrieron puertas a estudiantes de pregrado, maestría y doctorado, y la producción científica en publicaciones de alto impacto llegó a su más alto nivel en la historia del Departamento. Aparecieron en esa última década nuevos programas de posgrado en Biología Computacional y Evolutiva, y nuevas áreas de investigación en biología evolutiva de vertebrados, biología molecu- Los detalles sobre la situación actual del DCB son expuestos en el artículo escrito por el profesor Daniel Cadena, actual director del Departamento, para la presente edición de Hipótesis. • Figura 7. De derecha a izquierda: Felipe Guhl, Aura Aguirre (primera estudiante doctoral del CIMPAT) y Carlos Jaramillo. Fuente: Archivo DCB. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 21 Fotografía de Juan Gabriel Sutachán. EL DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS HOY CARLOS DANIEL CADENA El Departamento de Ciencias Biológicas hoy Carlos Daniel Cadena Ph. D., profesor asociado y director del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Yo estudié Biología en la Universidad de los Andes en la segunda mitad de la década de los años noventa, época de la cual tengo los más gratos recuerdos y en la que recibí la mejor formación que hubiera podido tener. No me arrepentiré de haber elegido a los Andes como mi alma mater, y estaré siempre agradecido con mis maestros de ese tiempo. Sin embargo, es más que obvio que aquella era una época distinta, a pesar de que (quiero creer que) el tiempo que ha transcurrido desde entonces aún es poco. Evidentemente, la universidad ha cambiado de manera notoria, y resulta difícil reconocer en el actual Departamento de Ciencias Biológicas el que yo conocí cuando era estudiante. Como bien lo describe Felipe Guhl en su recuento de nuestra historia, en este número de Hipótesis, los últimos años han sido testigos de muchos cambios, no solo en términos del espacio físico y de los equipos de que dispone el Departamento, sino, especialmente, del conjunto de personas que lo componen. La actualidad del Departamento El Departamento hoy en día está constituido por veintisiete profesores de planta, todos con título de doctorado o con experiencia comparable. Estos profesores adelantan actividades de docencia en pregrado y posgrado y lideran grupos de investigación reconocidos no solo en el ámbito nacional, puesto que hoy podríamos hablar de nuestro departamento como un referente creciente en términos de investigación a nivel latinoamericano. Esto es evidente si se observa la creciente productividad científica de los profesores y sus estudiantes, algo de lo que hemos sido testigos en los últimos años (véase la figura). Nuestros estándares de productividad —especialmente si se normalizan para calcular una tasa de producción per cápita— nos ubican muy bien en el ámbito nacional y ya empiezan a ser reconocidos internacionalmente. Por ejemplo, en 2009 investigadores en cienciometría del grupo Scimago ubicaron a nuestro departamento en la posición 34 entre más de 800 universidades de todo el mundo —incluyendo las de países desarrollados— con base en el impacto de su producción científica en el área de ecología, evolución, comportamiento y sistemática. Las publicaciones en revistas de alto impacto, como Science, Nature, Cell y PNAS, entre otras, ya no son un sueño, sino una realidad permanente y creciente. Más allá de los fríos números y del tipo de revistas en que estamos publicando, la diversidad de temas de investigación que actualmente se abordan en nuestro departamento es especialmente destacable. 24 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Fuente: fotografía de Juan Gabriel Sutachán. Nuestra investigación actual podría dividirse, en términos muy generales, en dos líneas gruesas: una es ecología y evolución, y la otra, biología celular y molecular. En ambas, nuestros tópicos de investigación actuales incluyen desde aspectos fundamentales de ciencia básica hasta asuntos aplicados orientados a resolver problemas prácticos en beneficio de la sociedad. Por ejemplo, en ecología y evolución hacemos desde estudios básicos sobre biodiversidad (cuáles son las causas ecológicas y evolutivas de la variación en diversidad biológica entre regiones; cómo se forman las especies; cómo han cambiado los ecosistemas y especies como respuesta a cambios climáticos de la tierra; cómo afecta la diversidad de microbios la productividad de los ecosistemas) hasta estudios aplicados relacionados con la conservación de especies, ecosistemas y servicios ambientales (cuál es el papel de distintos animales en la regeneración natural de los bosques y cuáles son las consecuencias de su extinción; cómo deben manejarse las poblaciones de animales de interés comercial a la luz de sus patrones de estructura poblacional; cómo podríamos utilizar la información científica para mitigar las extinciones masivas que están sucediendo en grupos como el de los anfibios; qué efectos tienen el cambio climático y la acidificación oceánica en los organismos y procesos ecológicos que ocurren en los arrecifes coralinos, y cómo podríamos mitigarlos). En biología celular y molecular también abordamos una diversi- dad de temas en el continuo de la investigación básica y la aplicada. Algunos tópicos de investigación básica incluyen conocer cómo se forman los distintos órganos de los animales durante su desarrollo, cómo podemos usar la genómica para discernir las bases moleculares del desarrollo de enfermedades que afectan a animales, seres humanos o plantas, y cuáles son los mecanismos celulares de señalización implicados en el desarrollo de animales y en la expresión de enfermedades, entre varios otros. En el extremo más aplicado, nuestras investigaciones intentan resolver problemas en áreas tan diversas como la agricultura (qué factores genéticos hacen susceptibles a microbios a cultivos de importancia económica, como los de papa y yuca; cómo podemos controlar, de una manera amigable con el ambiente, los patógenos que afectan a las plantas), la salud pública (cuáles son los factores de riesgo que condicionan la transmisión de enfermedades parasitarias por insectos vectores; cuál es la base genética de distintas enfermedades; cómo implementar y perfeccionar metodologías para el diagnóstico, seguimiento y pronóstico de enfermedades; qué bacterias transmitidas por alimentos pueden afectar la salud de los colombianos; cómo controlar las bacterias patógenas resistentes a los antibióticos; cómo inhibir las rutas metabólicas de parásitos que afectan la salud humana) y la industria (cómo recuperar ambientes contaminados por efecto de la explotación minera y petrolera, qué Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 25 Fotografía de Juan Gabriel Sutachán. estrategias de control de infecciones bacterianas se pueden aplicar en cadenas productivas de alimentos). Una de las razones que explican la destacada producción científica de los profesores del Departamento en años recientes es el constante crecimiento y mejoramiento de la infraestructura y la disponibilidad de recursos para hacer investigación. Solo en términos de área, el crecimiento del Departamento en los últimos diez años ha sido notable, al punto de que hoy todos los profesores cuentan con un laboratorio de investigación bien dotado y pueden acceder a espacios de uso común donde se hacen procedimientos transversales a las áreas de investigación de distintos grupos (e. g., experimentos de biología molecular). Además, el Departamento y la Universidad han avanzado notoriamente en la adquisición de equipos complejos que permiten hacer investigación de frontera en nuestro propio campus. Por ejemplo, en el área de biología molecular contamos actualmente con dos secuenciadores de ADN (incluido uno de nueva generación, único en el país), máquinas de PCR en tiempo real y un bioanalizador, y tenemos acceso a microscopía de fluorescencia, confocal y electrónica de barrido. También contamos con un área de histología, múltiples equipos para adelantar estudios de comportamiento y ecología utilizados en el laboratorio y el campo, y estamos trabajando por consolidar un sistema de invernaderos, cámaras de crecimiento y cría de animales que nos permitirá llevar muchas de nuestras investigaciones un paso más adelante. En su recopilación histórica, Felipe Guhl describe el relevo generacional y la llegada de profesores que han contribuido a fortalecer y desarrollar áreas de investigación estratégicas para el Departamento. Esto no es solo una característica de nuestra historia reciente, sino de nuestro presente y futuro inmediato. Para el segundo semestre de 2013 hemos contratado dos nuevos profesores para las áreas de Biología del Desarrollo, Virología y Bioinformática, y en 2014 vincularemos una profesora más para fortalecer nuestra área de Biología Computacional. Estas contrataciones van de la mano con la reciente creación de nuestro programa de maestría en Biología Computacional, en asocio con la Facultad de Ingeniería y el Departamento de Física, un programa único en el país con el que esperamos iniciar actividades muy pronto, tras cumplir los trámites necesarios ante el Ministerio de Educación. Por otra parte, además de la contratación de profesores de planta, desde hace unos años hemos impulsado la política de contratar profesionales con título de doctorado como profesores visitantes; estos investigadores posdoctorales llegan a un número muy considerable de estudiantes mediante sus actividades docentes y han contribuido notoriamente a impulsar algunas áreas de investigación en el Departamento. Otro de los indicadores de la madurez que ha alcanzado nuestro departamento es la capacidad de sus miembros para gestionar recursos financieros para hacer investigación. Todos sabemos que las oportunidades de financiación que brinda el Estado 26 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Fotografía de Juan Gabriel Sutachán. colombiano son limitadas, por lo que los profesores han debido ser creativos y agresivos en su búsqueda de recursos para investigación. En esta empresa hemos sido exitosos no solo dentro de la Universidad (e. g., con convocatorias interfacultades), sino particularmente con entidades externas. No hablaré en detalle de la cantidad de recursos externos gestionados en este espacio, pero resulta diciente mencionar que en la actualidad los proyectos del Departamento están financiados por entidades tan diversas como Colciencias, Cenicafé, Banco de la República, Banco Santander, Ministerio de Agricultura, Ecopetrol, Pacific Rubiales, Comisión Europea, National Geographic Society, JRS Biodiversity Foundation, National Science Foundation y National Institute of Health, entre otras. Si solo contara con profesores bien capacitados, buenos laboratorios y equipos, y una buena base financiera para ejecutar proyectos de investigación, el Departamento muy difícilmente sería lo que es hoy. El real motor de nuestra investigación y la razón de ser de nuestra docencia son nuestros estudiantes. De hecho, una de las características más notorias del Departamento de hoy es el tamaño y solidez de su escuela de posgrado, que por varios años ha contado con un número superior a cien estudiantes —¡en la actualidad tenemos cerca de ochenta estudiantes de maestría y más de cuarenta estudiantes doctorales!—. Una gran parte de nuestros estudiantes de posgrado provienen de universidades distintas a Los Andes, de todos los rincones del país, para formarse con nosotros. Más aún, las noticias sobre nuestros programas de posgrado ya han empezado a trascender las fronteras nacionales, pues hemos logrado atraer estudiantes de países como México, Costa Rica, Panamá, Perú, Brasil, Argentina e incluso Alemania y España. La inmensa mayoría de nuestros estudiantes de posgrado, escogidos tras un riguroso proceso de admisión, reciben financiación completa para sus estudios y un apoyo para sus gastos mediante becas asociadas con asistencias de docencia o investigación. Este apoyo financiero es crucial para atraer y retener a los mejores talentos, y resulta fundamental para que los estudiantes puedan ser dedicados y productivos en sus tareas de investigación. Por supuesto, no podría dejar de lado al grueso de personas que componen nuestro departamento: los estudiantes de pregrado de los programas de Biología y Microbiología. En el primer semestre de 2013 teníamos 279 estudiantes matriculados en Biología y 221 en Microbiología. Aunque han existido algunas fluctuaciones en el número de estudiantes admitidos semestralmente en los últimos años, nuestros programas de pregrado se han mantenido en un tamaño que consideramos adecuado, y aunque las admisiones en un semestre dado pueden parecer escasas, se compensan de lejos con el número de estudiantes que deciden vincularse a alguno de nuestros programas tras haber sido admitidos inicialmente a otros, con el ánimo de recibir dos títulos. Por ejemplo, en el momento más de noventa estudiantes que inicialmente fueron admitidos a otras carreras (especialmente Ingeniería Química y Medicina, aparte de Biología) Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 27 Fuente: fotografía de Juan Gabriel Sutachán. cursan doble programa con Microbiología. Nuestros programas de pregrado continúan siendo muy bien evaluados, a juzgar por las excelentes posiciones a nivel nacional en pruebas administradas por el Icfes (Ecaes) y por los logros de nuestros egresados, que incluyen distinciones tan importantes como el Concurso Nacional Otto de Greiff a los mejores trabajos de grado (ganado en los últimos cinco años por dos de nuestros egresados: Catalina Aguilar y Roberto Márquez) y el Premio al Biólogo Graduado del Año (otorgado por el Consejo Profesional de Biología, y recibido por Stefany Moreno en 2012). Ya que he mencionado algunos nombres, es pertinente referirse a un logro especial alcanzado en la Universidad: Lina María Jaime, egresada de los programas de Biología y Microbiología en 2012 y 2013, respectivamente, recibió dos veces la máxima distinción al graduarse de ambos programas summa cum laude. Otro indicador del éxito de nuestros egresados de programas de pregrado es que un número muy alto de ellos ha conseguido vincularse con éxito a prestigiosos programas de maestría y doctorado en las mejores universidades y centros de investigación del mundo. Además de lo que tiene que ver con los programas de Biología y Microbiología, una de las transformaciones que ha experimentado el Departamento en años recientes tiene relación con su cre- 28 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 ciente importancia para la docencia en programas de pregrado distintos a los nuestros. Con el establecimiento de la Facultad de Medicina y de programas en la Facultad de Ingeniería con afinidades con nuestras áreas de trabajo (e. g., Ingeniería Ambiental, Ingeniería Biomédica) y con el desarrollo de nuevos cursos de formación básica en ciencias del Ciclo Básico Uniandino (CBU) abiertos a estudiantes de todas las carreras, nuestras actividades como docentes en cursos de servicio se han incrementado de manera notoria. Por ejemplo, solo en el primer semestre de 2013 los profesores de nuestro departamento dictaron cursos para cerca de 1.800 estudiantes de pregrado de programas diferentes a Biología y Microbiología; esto corresponde a casi el 14% de todos los estudiantes inscritos, sumando todos los programas de la Universidad. Nuestros retos a corto plazo Evidentemente, el Departamento de Ciencias Biológicas ha crecido y madurado notoriamente en años recientes, pero aún tenemos retos importantes que debemos afrontar a corto plazo. Entre estos se incluye lograr la acreditación de nuestros programas de posgrado y conseguir certificaciones de calidad de nuestros laboratorios para prestar servicios externos, lo que nos ayudaría Estudiantes del equipo iGEM Colombia. Fuente: archivo Facultad de Ciencias. en la difícil tarea de conseguir financiación para nuestras actividades de investigación. El que nuestros programas de pregrado y posgrado estén permanentemente actualizados y en sintonía con lo que está pasando en las ciencias biológicas a nivel internacional es un reto permanente que no podemos descuidar ni por un momento. En este sentido, concuerdo con lo que plantea la decana Silvia Restrepo en su comentario sobre el futuro de las ciencias biológicas en este número de Hipótesis: necesitamos tener programas de ciencias biológicas integrales, y para ello es vital hacer una revisión permanente y cuidadosa de nuestros currículos, prestando especial atención a posibles interacciones con otros campos del saber. Un reto especial que tenemos en frente es el de mejorar nuestra interacción con nuestro entorno, con personas e instituciones que resultan vitales para nuestro desarrollo y proyección. Nos preocupa especialmente hacer esfuerzos por conocer cómo les está yendo a nuestros egresados cuando intentan ubicarse en el mercado laboral, y mediante consultas con posibles empleadores de biólogos y microbiólogos, queremos conocer mejor cuáles son las necesidades principales de la industria y de entidades de investigación y consultoría en términos del perfil de profesionales que requieren. ¿Estamos formando los biólogos y mi- crobiólogos que necesita nuestra sociedad? Desde el punto de vista de formar profesionales con habilidades y potencial como investigadores para contribuir al desarrollo del país, pensamos que la labor que hacemos es de muy alta calidad. Sin embargo, somos conscientes de que en un país como el nuestro las posiciones académicas y de investigación básica son limitadas, y sabemos que no todos nuestros egresados obtendrán formación de doctorado ni se desarrollarán como investigadores independientes, por lo cual una carrera académica no debería ser la única opción para ellos. En este sentido, una mejor comunicación con el sector externo nos permitirá incorporar en nuestros programas de pregrado y posgrado aquellos elementos claves para que nuestros egresados puedan ubicarse laboralmente sin dificultad en la industria y en centros de investigación. Además, estamos estudiando la posibilidad de impartir formación en temas de emprendimiento tecnológico e incluso en formación de empresa, que permitirían que nuestros egresados abran sus propios caminos de desarrollo profesional. El Departamento, por supuesto, no puede ser ajeno a la realidad del país, y a nivel nacional, en el presente existen retos importantes que debemos contribuir a resolver. Con frecuencia pensamos que intentar cambiar el statu quo es luchar contra la corriente, Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 29 y por ello muchas veces hemos sido tímidos a la hora de hacer sentir nuestra voz. Sin embargo, un desarrollo reciente me ha convencido de que podemos ser escuchados y que deberíamos ser menos pasivos de lo que hemos sido hasta ahora. Uno de los principales desafíos para el estudio de nuestra diversidad biológica ha sido por muchos años la tortuosa legislación en torno al tema de la recolección de especímenes científicos y el “acceso a los recursos genéticos”, que no ha hecho más que poner trabas para el desarrollo efectivo de la investigación en biodiversidad. Tras muchos años de sufrir las frustraciones que han supuesto dichas trabas, justo en la semana en que escribo estas líneas nos enteramos de que el presidente de la República sancionó un par de decretos que pueden facilitar mucho la investigación básica sobre diversidad biológica para instituciones como la nuestra. Dichos decretos no surgieron espontáneamente, sino que fueron fruto de un proceso en el que profesores de nuestro departamento, así como académicos de otras instituciones, jugaron un papel fundamental comunicándose con funcionarios del Estado para contribuir al establecimiento de unas normas mucho más sensatas, que regulen de manera adecuada el ejercicio de nuestra actividad profesional como investigadores. Este importante resultado demuestra que como academia podemos tener una influencia real sobre asuntos de índole nacional que nos competen de forma directa. Fuente: archivo Facultad de Ciencias. 30 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 ¿Sobre qué otros asuntos de relevancia en el ámbito nacional podríamos influir? Claramente, debemos seguir trabajando por que el Congreso de la República apruebe la ley del microbiólogo, lo que representaría que nuestra carrera de Microbiología reciba el reconocimiento legal que se merece, de tal manera que los egresados puedan acceder a derechos (e. g., contratar con el Estado) que actualmente no les son reconocidos por no contar con tarjeta profesional debido a la ausencia de legislación sobre su profesión. El mayor reto para nuestro presente inmediato, como entidad académica y como miembros vitales de la comunidad científica nacional, es, desde mi punto de vista, lograr que la investigación en ciencias biológicas, y especialmente la investigación básica, reciba el apoyo y la valoración que se merece por los gobiernos y por la sociedad en general. El Gobierno nacional ha establecido como eje central de su Plan de Desarrollo el impulso a “locomotoras” como la minería, el desarrollo agroindustrial y grandes planes de infraestructura. En muchos sentidos, varios de los planes trazados tendrán impactos serios sobre el medioambiente, tema sobre el cual los profesionales de la Biología y la Microbiología tendríamos mucho que decir y aportar; lamentablemente, sin embargo, el grueso de las evaluaciones ambientales las Número de publicaciones indexadas 80 60 40 20 0 2002 20042006 200820102012 Total ISI Figura 1. Productividad en términos de publicaciones científicas de miembros del Departamento de Ciencias Biológicas en los últimos doce años. Obsérvese el incremento notorio del número total de publicaciones producidas, y especialmente del número de publicaciones indexadas a nivel internacional por el Institute for Scientific Information (ISI). * Los datos de 2013 incluyen publicaciones hechas hasta junio. Fuente: elaboración del autor. rrollarse como quisiéramos. Ante este panorama, hasta ahora hemos sido tímidos en el momento de hacer sentir nuestra voz. Los biólogos y microbiólogos uniandinos (desde estudiantes de pregrado hasta egresados de programas de posgrado y profesores) deberíamos buscar los espacios para contribuir al diseño y establecimiento de políticas públicas sobre la investigación científica que sean acordes no solo con las necesidades inmediatas relacionadas con el desarrollo económico del país, sino con el progreso científico que Colombia se merece en todos los niveles. En resumen, los retos no son menores. Sin embargo, viendo a dónde hemos llegado desde la fundación del Departamento, hace sesenta años, y edificando sobre lo que construyeron los profesores y jefes de departamento que nos antecedieron, resulta evidente que es mucho lo que podríamos lograr en los sesenta años siguientes si empezáramos hoy. • Fotografía de Juan Gabriel Sutachán. hacen empresas de consultoría en las que la participación de biólogos y microbiólogos es sorprendentemente escasa, y estas “locomotoras” avanzan causando graves estragos sobre el medioambiente en muchas regiones. Además, uno esperaría que en temas como el desarrollo del sector agropecuario las políticas públicas se sustentaran en el conocimiento científico que producen universidades como la nuestra, y a la vez que el Estado promoviera activamente el desarrollo de dicho conocimiento. Sin embargo, la actividad científica parece estar más bien relegada y reemplazada en buena parte, al menos en el discurso, por eso que llaman innovación —otra de las locomotoras—. El Gobierno le ha apostado al tema de innovación con la inyección de recursos del Sistema General de Regalías a Colciencias, lo que paradójicamente ha ido de la mano de una reducción del presupuesto de dicha entidad para financiar la investigación básica necesaria para que la ciencia colombiana pueda desa- Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 31 Fuente: http://dream-world.wikia.com/wiki/File:Dna_nano_tech-wide.jpg EL FUTURO DE LAS CIENCIAS BIOLÓGICAS Silvia Restrepo El futuro de las Ciencias Biológicas Silvia Restrepo Ph. D., decana de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes [email protected] El futuro de la biología está lleno de retos. Hoy podemos conocer la secuencia completa de nuestro genoma por menos de mil dólares y entender procesos biológicos a una escala nanométrica. Sin embargo, es importante que nos detengamos un momento a pensar cuál debe ser el camino que conduzca a ese futuro, considerar las tendencias en el mundo y los que, considero, son incipientes esfuerzos de modernización de la biología en Colombia. En este orden de ideas, quiero tomar como caso de discusión las necesidades y problemas que el Departamento de Ciencias Biológicas de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes podría afrontar para acceder a ese futuro. Para aportar algo a las posibles soluciones, quiero terminar haciendo una propuesta académica y de investigación que nos encaminaría a ese futuro de la biología. ¿La era posgenómica? Algunos recordarán que pocos años después de la publicación de los primeros borradores del genoma humano surgió la segunda generación de secuenciación y, muy rápidamente, la tercera. La primera generación, caracterizada por la casi exclusividad de la denominada tecnología Sanger, surgió en 1977, luego de que Sanger y sus colaboradores publicaran sus trabajos sobre una nueva tecnología para secuenciar el ADN basada en cebadores y polimerasa [1], y luego, en el uso de inhibidores de terminación de cadena [2]. Con el objetivo de obtener la secuencia completa del genoma humano se hicieron modificaciones y optimizaciones en la secuenciación Sanger, entre ellas, la automatización de electroforesis por capilares y, de manera más global, la miniaturización de procesos y su realización en paralelo dentro de los laboratorios, convertidos así en verdaderas fábricas de secuencias. La segunda generación de secuenciación comenzó oficialmente en 2005, cuando la compañía 454 liberó la tecnología 454, secuenciación cíclica en arreglos sólidos y detección por producción de luz. Esta fue seguida por la liberación del Genome Analyzer, secuenciación cíclica en arreglos sólidos y detección por fluorescencia por la compañía Solexa. Pero no terminó allí, pues fue seguida por SOLiD, secuenciación por hibridación de oligonucleótidos y detección por fluorescencia, de la compañía Agincourt. La tercera generación de secuenciación surgió ofreciendo secuencias sin requerir un proceso de amplificación. Tecnologías como las presentadas por Nanopore (http://www.nanoporetech.com/) y 34 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 1. Secuenciador Ion Torrent de la Universidad de los Andes Fuente: fotografía de Juan Gabriel Sutachán. Pacific Biosciences (http://www.pacificbiosciences.com/), capaces de secuenciar moléculas largas de ADN (o ARN), así como de Helicos, hacen parte de esta nueva generación de secuenciación. Para los interesados en los conceptos tecnológicos de la nueva generación de secuenciación recomiendo la revisión por Metzker [3]. Todos estos avances tecnológicos hicieron disponible, en muy pocos años, una cantidad de información que podría ser catalogada de gigantesca. Los investigadores no estábamos preparados para la avalancha de datos de la era genómica, y se hizo necesario cambiar los paradigmas y asumir nuevas formas de manejar, interpretar y utilizar toda esa nueva información. Se hizo cada vez más necesario guardar, organizar y analizar millones de datos de naturaleza heterogénea, secuencias de ADN, de ARN, sitios de regulación en el genoma, inventarios completos o parciales de proteínas y metabolitos, etc. Así, debimos apoyarnos en áreas como las ciencias computacionales y la estadística, y nació la bioinformática. Sin embargo, hoy ese esfuerzo bioinformático ha resultado insuficiente, pues, a pesar de su innegable aporte al entendimiento del funcionamiento general de un genoma, es necesario validar los hallazgos genómico-bioinformáticos con pruebas biológicas. Así, para afirmar que un gen candidato es el causante real de un fenotipo se debe recurrir a técnicas de validación funcional que, en su mayoría, dependen de genética reversa: identificar el gen, mutarlo y observar el fenotipo que implica la falta de ese gen. Estas técnicas incluyen el knock out o knock down de genes candidatos por nuevas técnicas, como TALENs (transcription activator–like effector nucleases), morpholinos (nucleótidos químicamente sintetizados con anillos morfolino), la tecnología TILLING (targeted induced local lesions in genomes), y por métodos basados en recombinación homóloga mejorados (véase la revisión por Sugano y Neuhauss [4]). Pero los retos no paran allí, porque si bien es cierto que se han hecho avances en las técnicas basadas en genética reversa, aún no llegamos al nivel high-throughput ideal para validar en poco tiempo, y con un presupuesto modesto, una centena de genes candidatos. Finalmente, uno piensa que ha llegado al final de su proyecto, pero en muchos casos se encuentra con la sorpresa de que los resultados obtenidos en los ensayos de genética reversa no arrojan los resultados esperados y dejan sin relación el genotipo con el fenotipo. El fracaso, en muchos casos, se basa en que se estudia un gen aislado de los demás componentes ce- Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 35 lulares y no se toma en cuenta su redundancia en funciones o la necesidad de ciertos componentes que deben interactuar para expresar un fenotipo esperado. Es posible que nunca se haya considerado la interacción del sistema, la célula o el organismo con su medioambiente; en pocas palabras, que no se hayan integrado diferentes niveles de información. El futuro de las ciencias biológicas: la integración El camino que conducirá la biología al futuro es la integración. Por un lado, no podemos pensar que un sistema biológico funciona solo por la actividad de uno de sus componentes; por el contrario, se debe entender como el resultado de la interacción de todos sus componentes, en todos sus niveles de organización, incluidas sus interacciones con el medioambiente, y de la integración de todos estos niveles. Esto implica que no podemos seguir trabajando en biología aislados de otras áreas de estudio o disciplinas: tenemos que enfrentar los problemas biológicos desde varias perspectivas simultáneamente, por ejemplo la computacional, la física y la matemática, entre otras. La biología integrativa implica la integración a través de los niveles de organización biológica celular y/o organísmica: de las moléculas hasta la biosfera y desde los virus hasta los organismos complejos [5]. El concepto de biología integrativa no es nuevo, pero sí lo es su uso cada vez más frecuente, al punto de que algunas unidades académicas de todo el mundo han cambiado su nombre por el Figura 2. Chip semiconductor Ion Proton usado para secuenciación del genoma humano Fuente: Jonathan Rothberg, http://www.cosmosmagazine.com/news/cheap-chips-new-dna-sequencing-technique/ 36 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 de biología integrativa. La Universidad de Berkeley fue, tal vez, la primera en cambiar el nombre de una de sus unidades, hace ya cerca de veinte años, y en modificar la composición del departamento, que hoy incluye, entre otros, a evolucionistas, genetistas, geólogos, bioinformáticos, biomecánicos y fisiólogos. Mucho debate se ha generado sobre la pregunta de si la biología integrativa es una nueva actitud hacia la investigación o si es una nueva disciplina per se. En mi opinión, no deberíamos darle mucha importancia a ese debate, siempre que se entienda la importancia y relevancia de trabajar de manera interdisciplinaria y haya conciencia de que los organismos son sistemas abiertos, resultado de la interacción de componentes celulares y bioquímicos, y de estos con su medio. Partiendo de estas consideraciones sobre biología integrativa, la biología de sistemas sería un componente o un área de estudio de la biología integrativa, dado que la biología de sistemas integra diferentes componentes moleculares para entender el funcionamiento de una célula o de una comunidad, por ejemplo un metagenoma (conocimiento de todos los genomas de una comunidad) de suelo. La biología de sistemas estudia las interacciones entre los componentes de un sistema biológico que resultan en una función determinada, idealmente un fenotipo observado o predicho, y por eso es más que simplemente un paradigma o una actitud hacia la investigación. La biología de sistemas se ha usado por muchos años como el antónimo de la biología reduccionista, pues esta última se enfoca en estudiar el todo de manera fraccionada, gen por gen o proteína por proteína, o cada componente de una célula secuencialmente, sin garantía de llegar a integrar todo esto en una explicación del todo. Cabe anotar que el entendimiento holístico de los organismos, como lo pretende hacer la biología de sistemas, siempre ha sido el objetivo de la mayoría de los biólogos, pero o no se tenían las herramientas o no se tenía el conocimiento. La teoría que subyace a la biología de sistemas data de 1968, cuando Van Bertalanffy propuso su teoría general de los sistemas [6]. Este científico proponía que la biología no solo debía ocuparse del nivel fisicoquímico o molecular, sino también de los niveles superiores de organización viva. Su teoría se basa en tres principios fundamentales de todos los sistemas: i) los sistemas son abiertos e interactúan con otros sistemas que se encuentran en su alrededor; ii) si la interacción se acaba, el sistema muere, pues pierde sus fuentes de energía, y iii) las funciones de un sistema dependen de su estructura. Cómo llegar al futuro: una propuesta académica Para llegar al futuro, y en el mejor de los mundos posibles, se debería pensar en tener departamentos de biología integrativa en los cuales coinvestiguen profesionales de diferentes áreas que tengan un tema central: la biología. Que cada problema, por ejemplo, el vuelo de las aves, se estudie desde una mirada bio- mecánica, evolutiva, ecológica, etc. Los cursos que se dicten, a nivel avanzado, deben reflejar la integración con módulos en los cuales se estudien los temas desde diferentes puntos de vista e integrando datos heterogéneos, pero confluyentes. Al revisar los programas de ciencias naturales, en universidades renombradas de todo el mundo encontramos una gran variedad de opciones dirigidas a la modernización. Actualmente, el Departamento de Biología Integrativa de Berkeley ofrece programas de pre y posgrado que se enfocan en la integración de estructura y función, que puede influir en la biología, ecología y evolución de los organismos. Otras universidades que dieron el salto hacia la biología integrativa son la de Illinois, en UrbanaChampaign, con una Escuela de Biología Integrativa; la Universidad de Texas, en Austin, donde una de las secciones de la Facultad de Ciencias es la de Biología Integrativa, y, finalmente, la Universidad de Nottingham, en el Reino Unido, con un grupo de docentes-investigadores de la Facultad de Biociencias, división de Ciencias Ambientales y Agrícolas, en el grupo de Biología Integrativa de Sistemas. De manera más concreta, una escuela tecnológica, el Georgia Institute of Technology, ofrece cursos de genómica y bioinformática aplicada y cursos avanzados de matemáticas: modelos determinísticos en biología que incluyen modelos dinámicos de biología molecular y celular o ecológicos y epidemiológicos. Otro ejemplo es la Universidad de Harvard, donde se ofertan, en el posgrado en Biología Integrativa, Facultad de Artes y Ciencias, cursos que proveen una visión integradora. Veamos dos ejemplos: An Integrated Introduction to the Life Sciences: Chemistry, Molecular Biology, and Cell Biology, en el cual se unen la biología molecular, la bioquímica y la biología celular para entender la biología del HIV y el cáncer, mientras que en An Integrated Introduction to the Life Sciences: Genetics, Genomics, and Evolution se integran la genética y la evolución para mostrar cómo se debe usar la genómica para entender la variación actual de los organismos. En Colombia aún no hay ni un solo posgrado en biología integrativa, ni bioinformática, ni de biología de sistemas. En los últimos siete años se han ofrecido cursos de extensión, diplomados en diferentes áreas de la biología computacional, pero no hay una oferta sólida en posgrados. Mientras tanto, hemos visto el surgimiento del Centro de Secuenciación Genómica en la Universidad de Antioquia (convocatoria Colciencias con el apoyo de Roche) y el Centro Colombiano de Bioinformática y Biología Computacional (con el apoyo de Colciencias, Microsoft y Hewlett Packard), que pronto necesitarán un número más grande de biólogos computacionales. El principal obstáculo para la modernización y el cambio de los programas de Biología y de algunas ciencias afines es el mismo Estado. La existencia de la ley del biólogo, del bacteriólogo y algunas otras del mismo estilo hace que las universidades Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 37 Biología celular Genética Biología molecular Biología integrativa Biología evolutiva Bioquímica Biología computacional deben incluir asignaturas contempladas en dichas normas, lo cual impide la modernización mediante la inclusión de cursos. Esto es especialmente crítico para los programas de ocho semestres. La solución parcial a este problema es el diseño de posgrados —maestrías y doctorados— interdisciplinarios. Con toda esta revolución en los objetos de estudio parece claro que debemos revisar los programas de biología y ciencias afines en nuestro país. Parece evidente que para entrar en sintonía con las nuevas tendencias de investigación en el mundo debemos reforzar los componentes matemáticos para apoyar temas como el modelamiento de sistemas cada vez más complejos e incluir bases sólidas de programación. Reforzar estos dos componentes permitiría afrontar la necesidad de profesionales con esas capacidades, no solo para sacarle provecho a toda la información que se genera en los proyectos genómicos, sino para integrar esa información y entender los sistemas biológicos de manera holística. En la Universidad de los Andes se han dado algunos pasos hacia una propuesta académica de biología computacional. Existe una opción, a nivel de pregrado, en Bioinformática, y se trabaja en desarrollar una propuesta de maestría en Biología Computacional. Igualmente, en el año 2008 se introdujo una modificación al programa de Microbiología, y se incluyó una asignatura obligatoria llamada Genómica y Bioinformática, con laboratorio incluido. Pero, a pesar de estos esfuerzos, aún falta recorrer un largo camino. El programa de Biología aún no incluye asignaturas en estas áreas, y aunque en algunas otras se tratan temas de bioin- 38 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Biofísica formática, y sobre todo de genómica, este tema no es tratado en una asignatura separada. La propuesta, entonces, se enfoca en varios niveles: primero debemos modernizar los programas de Biología y ciencias afines, dejando unas bases fuertes en biología celular, molecular y organísmica, genómica, matemáticas, programación, física y química —especialmente bioquímica y fisicoquímica—, para luego ofrecer los cursos en los que se puede incorporar la parte de integración. Estos corresponderían a genética, evolución, fisiología animal y vegetal, en los cuales los estudiantes podrían aplicar lo aprendido en el primer ciclo con una mentalidad integradora. Segundo, debemos ofrecer doctorados interdisciplinarios como Biofísica y Biología de Sistemas. Mientras tanto, invitemos a los profesores de colegios a comenzar la revolución integrativa en sus aulas. Cómo llegar al futuro: una propuesta de investigación En Colombia, la investigación en biología integrativa se limita en muchos casos a investigación genómica. Sin embargo, esta no ha tenido el desarrollo que se esperaba, porque en la actualidad no pasan de diez los genomas y transcriptomas publicados por grupos colombianos. Los investigadores se ven en la necesidad de contratar servicios internacionales de secuenciación, no solo por la escasez de secuenciadores en el país, sino por los altos costos de hacerlo en Colombia. A pesar de los obstáculos, los proyectos genómicos son cada vez más numerosos en nuestro país, y aunque en la mayoría de casos aún no se siente la necesidad de recursos computacionales adicionales a los ya existentes en las universidades y centros de investigación, pronto se sentirá. ¿Cuál es el camino que debe seguirse en esta área, cloud computing, grid, compra de espacio y recursos? No conozco la respuesta, pero creo que estas preguntas se deben plantear en los medios académicos para responder a las necesidades de docencia e investigación. La universidad también puede abrir los espacios para que se dé la posibilidad de contar con investigadores de un rango muy amplio de áreas, dedicados a desarrollar investigación innovadora e integrativa para entender problemas biológicos, biomédicos y biofísicos. Este esfuerzo debe estar acompañado de una clara revisión del estatuto profesoral para favorecer la investigación y docencia interdisciplinaria. Un primer esfuerzo de los directivos de la Universidad de los Andes es la creación del Estímulo al Trabajo Interdisciplinario (ETI), aprobado por el Consejo Académico mediante la Resolución n.º 17 (2012). Textualmente, el ETI dice: “El profesor debe ser invitado por un profesor o un grupo de investigación de un departamento, facultad o centro distinto al suyo”. Igualmente se debe plantear un plan de trabajo interdisciplinario, y los profesores involucrados en el ETI deben dictar un curso nuevo que, debido a que los profesores vienen de diferentes departamentos, mostrará interdisciplinariedad. La experiencia en otros centros educativos parece haber sido exitosa. Un ejemplo interesante de espacio físico donde se da la interacción de expertos en diferentes áreas de ciencia y tecnología es el Centro de Biología Integrativa de Sistemas y Bioinformática del Imperial College, de Londres (http://www3.imperial. ac.uk/cisbio). Resulta interesante explorar su organización, pues para lograr la integración se ha establecido una serie de facilidades centrales: bioinformática, manejo de datos e integración, procesamiento y análisis de imágenes (imaging), metabolómica, proteómica y glicómica. Una de las unidades de uso común más llamativas y de mayor potencial es la metabolómica, de reciente incorporación a las ómicas y que permite una mejor explicación del fenotipo. La metabolómica es una técnica multiparamétrica que estudia los metabolitos en fluidos biológicos con el propósito de realizar diagnóstico y búsqueda de biomarcadores. También pretende estudiar los efectos de los estímulos del medioambiente (que pueden incluir aplicaciones terapéuticas) en el metaboloma. Como se puede ver, se trata de una verdadera ómica integrativa. En Colombia debemos comenzar uno o dos pasos más atrás y acelerar el despegue genómico. Colciencias debería apoyar decididamente los centros que ayudó a crear, no solo los de excelencia (que son centros interdisciplinarios maravillosos), sino también el de secuenciación de la Universidad de Antioquia y el de Biología Computacional y Bioinformática, en Manizales. Lo podría hacer por medio de convocatorias dirigidas al estudio genómico de nuestra aún desconocida megabiodiversidad. Conclusiones El futuro de las ciencias biológicas es sin duda la integración. Debemos conciliar diferentes disciplinas con el fin último de entender el funcionamiento de sistemas biológicos, encontrar puntos de encuentro con las ingenierías y con otras ciencias, como la física, la química y especialmente las matemáticas. Debemos recordar siempre que los sistemas biológicos están organizados en diferentes niveles —el molecular, el celular, el organísmico—, y hacen parte de un ambiente determinado con el que interactúan. Integrando todos los niveles posibles de organización entenderemos mejor los sistemas. A pesar de que el futuro ya llegó a algunos países, Colombia nuevamente presenta el riesgo de llegar tarde a su futuro. La camisa de fuerza de la ley del biólogo no permite ser muy creativos en la modernización de los programas de estudio a nivel de pre y posgrado. Por otro lado, el excesivo número de trámites para adquirir equipos avanzados hace que, entre el momento de la compra de un equipo y su instalación, el equipo se vuelva obsoleto para los requerimientos de investigación. Sin embargo, a pesar de los obstáculos, debemos ser creativos en la modernización de los programas de pregrado, invitar a profesores de Ciencias de colegios a participar en esta modernización y crear doctorados interdiscplinarios. Finalmente, debemos insistir en el llamado a Colciencias para que no deje de apoyar la ciencia básica, aquella que parece impertinente, pero que es la base del desarrollo de cualquier país. • Referencias [1]Sanger F, Coulson AR. A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA polymerase. Journal of Molecular Biology 1975; 94(3): 441-448. [2]Sanger F, Nicklen S, Coulson AR. DNA sequencing with chainterminating inhibitors. Proceedings of the National Academy of Sciences 1977; 74(12): 5463-5467. [3] Metzker ML. Sequencing technologies – the next generation. Nature Reviews Genetics 2010; 11(1): 31-46. [4]Sugano Y, Neuhass SCF. Reverse genetics tools in zebrafish: A forward dive into endocrinology. General and Comparative Endocrinology 2013; 188: 303-308. [5] Wake MH. What is “Integrative biology”? Integrative and Comparative Biology 2003; 43(2): 239-241. [6] Von Bertalanffy L. Teoría general de los sistemas: fundamentos, desarrollo, aplicaciones. México: Fondo de Cultura Económica, reimpresión; 2006. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 39 MOSQUITOS, MINERÍA Y PETRÓLEO. LYSINIBACILLUS SPHAERICUS: LA VERSATILIDAD DE UN MICROORGANISMO EN BENEFICIO DEL AMBIENTE Y LA SALUD PÚBLICA Jenny Dussán Garzón, Lucía C. Lozano Ardila, Tito D. Peña Montenegro, Vivian A. Bojacá http://bancaynegocios.com/wp-content/uploads/2013/07/000_Hkg8843310.jpg http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Culex_sp._Tanzania.jpg Fotografía de Alejandro Arango, http://www.flickr.com/photos/alejoarango/4991333208/ Mosquitos, minería y petróleo. Lysinibacillus sphaericus: la versatilidad de un microorganismo en beneficio del ambiente y la salud pública MÁS DE DOS DÉCADAS DE ESTUDIO Quizás lo más maravilloso cuando nos acercamos al conocimiento del mundo microscópico es entender cómo organismos con un tamaño promedio de 1 µm y un cromosoma casi mil veces más pequeño que el del hombre tienen una capacidad metabólica incalculable que es funcional según el ambiente donde se encuentre. Un ejemplo sorprendente es la bacteria Lysinibacillus sphaericus, un microorganismo que durante más de veinte años ha sido el actor central de los proyectos desarrollados por profesores y varias generaciones de estudiantes (microbiólogos, biólogos, ingenieros químicos, ambientales, etc.) vinculados al Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC). El entendimiento de por qué este microorganismo es tan particular y versátil nos ha posibilitado responder algunos interrogantes, como por qué tiene capacidad para matar larvas de mosquitos que son vectores de enfermedades tropicales como el dengue, qué características sobresalientes le permiten desarrollar una actividad fisiológica Jenny Dussán Garzón Ph. D., profesora asociada del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Lucía C. Lozano Ardila Ph. D., investigadora del Centro de Investigaciones Microbiológicas de la Universidad de los Andes [email protected] Tito D. Peña Montenegro M. Sc., investigador del Centro de Investigaciones Microbiológicas de la Universidad de los Andes [email protected] Vivian A. Bojacá M. Sc., asistente graduada del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de los Andes [email protected] Figura 1. Microscopia electrónica de esporas de Lysinibacillus sphaericus. Fuente: Klein D, Uspensky I, Braun S. Tightly Bound Binary Toxin in the Cell Wall of Bacillus sphaericus. Applied and Environmental Microbiology 2002; 68(7): 3300-3307, http://aem.asm.org/content/68/7/3300/F5.large.jpg. Se publica con autorización del American Society for Microbiology Journals. 42 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 2. Microscopia electrónica de célula vegetativa de Lysinibacillus sphaericus. Fuente: Jenny Dussán Garzón, CIMIC. En [8]. Figura 3. Microscopia electrónica de la espora madura de Lysinibacillus sphaericus. Fuente: Jenny Dussán Garzón, CIMIC. En [8]. específica cuando se encuentra en suelos o cuerpos de agua contaminados con compuestos provenientes de la extracción de petróleo, qué lo potencia para acumular en su superficie metales como el plomo, cromo, uranio etc., por qué puede tener un papel dual —matar larvas de mosquitos y remediar ambientes—. formulación mixta de dos bacterias: Bacillus thuringiensis y Bacillus sphaericus [4]. En el año 2006 el grupo de Pollmann y colaboradores [5] lo aisló en una mina de uranio y encontró uranio acumulado en una proteína adherida a su pared celular, hoy conocida como capa-S. En la década de los años noventa, pensando que Colombia es un país megadiverso en flora y fauna, y que de la misma forma seguramente lo era en la microbiota presente en ambientes acuáticos y terrestres, decidimos realizar un muestreo en varias partes del territorio colombiano. La gran diversidad encontrada nos llevó a iniciar un viaje fascinante por el conocimiento, desde el nivel microscópico hasta el molecular, de uno de los microorganismos más interesantes y versátiles del mundo microbiano. DÉCADA DE LOS AÑOS NOVENTA ¿Quién es Lysinibacillus sphaericus? Lysinibacillus sphaericus (Ls), conocido antes como Bacillus sphaericus, fue aislado en 1904 por Neide y Meyer en ambientes acuáticos [1]. Es un microorganismo que tiene la capacidad de formar una estructura especializada conocida como espora, que tienen una forma circular, en posición terminal del esporangio, y vista por el microscopio tiene forma similar a una raqueta (figura 1 y 2) [2, 8]. En 2007 se propuso transferirlo al nuevo género Lysinibacillus, por presentar lisina y asparagina en el peptidoglicano de la pared celular [3]. Su importancia a nivel mundial, y por lo cual es ampliamente conocido, quedó asentada en los años ochenta, cuando la Organización Mundial de la Salud (OMS) aprobó el control biológico de mosquitos en países tropicales con una L. sphaericus y su papel en el control de mosquitos transmisores de enfermedades tropicales ¿Por qué L. sphaericus mata larvas de mosquitos que transmiten enfermedades tropicales como el dengue? Una de las características más apasionantes que tienen las bacterias que pertenecen al grupo conocido comúnmente como bacilos es la de formar una espora. Pero ¿qué es una espora, por qué la forman y qué ventaja le confiere a este tipo de microorganismos? La vida del mundo microbiano se basa en utilizar los nutrientes del medio que habitan estos microorganismos para metabolizarlos, y en utilizar la energía y los compuestos obtenidos para dividirse, generar más células y continuar su crecimiento. Los bacilos tienen en su genoma información genética para responder según el ambiente en que se encuentre. Por ello pueden detener el crecimiento y la división, y comenzar un proceso de diferenciación celular en el que forman una estructura especializada conocida como espora (figura 3) [8]. Particularmente, L. sphaericus, durante el proceso de esporulación, tiene una ventaja especial: parte de su metabolismo puede sintetizar dos Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 43 toxinas, conocidas como BinA de 42 kDa y BinB de 51 kDa, que conforman el cristal paraesporal [6] y que tienen la capacidad de matar larvas de mosquitos de los géneros Anopheles, Aedes y Culex, vectores de enfermedades como la malaria, el dengue, la filariasis, etc. (figura 4). Estas enfermedades, endémicas en países tropicales, se propagan por medio de los mosquitos, y el ciclo se ve favorecido por las condiciones climáticas, lo cual genera un problema de salud pública [7]. No es de extrañar, entonces, que a comienzos de los noventa iniciáramos un muestreo por Colombia en busca del L. sphaericus, con el objetivo de encontrar cepas nativas con actividad entomopatógena. 1, Mtx-2 y Mtx-3, activas también contra mosquitos cuando la bacteria se encuentra en estado vegetativo y no en espora [9]. Los resultados de su gran capacidad de ejercer control biológico han sido aún más interesantes porque en los proyectos actuales se ha podido relacionar su actividad toxigénica con la de otra proteína, conocida como capa-S [10]. Entonces, es un hecho que la gran diversidad y la alta actividad entomopatógena del L. sphaericus podría ser utilizada en formulaciones para el control integrado de plagas de mosquitos presentes en regiones donde año tras año se reportan brotes de dengue, una enfermedad que merece toda la prevención y atención. En regiones como la zona del Pacífico, del Atlántico, los Llanos Orientales y el altiplano cundiboyacense realizamos más de quinientos aislamientos, a partir de los cuales seleccionamos veintidós cepas con características típicas de Ls y activas contra larvas de tercer instar de Culex quinquefasciatus, entre las que producían una mortalidad del 100% en 24 horas, comparable a la de la cepa de referencia 2362 del L. sphaericus de la OMS (figura 5) [8]. PRIMERA DÉCADA DEL SIGLO XXI Con estos resultados iniciamos la línea de investigación de L. sphaericus en control biológico de Culex quinquefasciatus. Los estudios a nivel fisiológico, bioquímico y molecular de las veintidós cepas determinaron que teníamos Ls con alta, media y baja actividad entomopatógena. Se evidenció la actividad y codificación genética de la toxina binaria, y en algunas de las cepas estudiadas encontramos otras proteínas toxígenas, como la Mtx- Figura 4. Adulto de Culex quinquefasciatus. Fuente: http://phil.cdc.gov/PHIL_Images/02122002/00025/PHIL_1771.tif 44 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 L. sphaericus y su impacto en la minería: biorremediación de metales ¿Por qué este microorganismo puede acumular en su superficie metales como el plomo, cromo y uranio? La remoción de metales constituye uno de los mayores retos de descontaminación de ambientes a nivel mundial, y, por supuesto, a nivel nacional, debido a que entre las fuentes de contaminación se encuentran los procesos de extracción de recursos naturales como el carbón, los minerales y el petróleo. También se ha reportado contaminación por procesos industriales como la fabricación de baterías, pinturas, revestimientos, soldaduras y curtiembres, además de productos de uso agropecuario, como Figura 5. Larva de Culex quinquefasciatus. Fuente: http://phil.cdc.gov/PHIL_Images/12554/12554.tif pesticidas, fertilizantes y aditivos de alimentación animal [10]. Entre 2003 y 2007, en diferentes sitios del mundo dedicados a la minería, se aislaron bacterias cuya clasificación correspondía a L. sphaericus. Resultó muy interesante determinar que en la parte externa de su pared tenían metales acumulados en una cubierta hexagonal que recuerda una cubeta llena de huevos (figura 6). Los trabajos de Pollmann con la cepa del L. sphaericus JG-A12 mostraron cómo este hallazgo podría derivar en alternativas para el tratamiento in situ de aguas de minas de uranio [11]. Los estudios bioquímicos y moleculares demostraron que la bioadsorción se debía a la presencia de una proteína conocida como capa-S, que conforma nanoclústers en los que se pueden acumular diferentes tipos de metales [11]. Otro mecanismo ampliamente descrito, relativo a un grupo de microorganismos muy diferentes de los bacilos, es la presencia de bombas de eflujo que permiten la entrada de compuestos, antibióticos y otros elementos como metales a la célula [12]. Así pues, necesariamente teníamos que responder tres preguntas: ¿Los aislamientos de L. sphaericus que previamente habíamos estudiado en control de mosquitos también tenían la capacidad de acumular metales como el plomo, cromo, arsénico y mercurio? ¿La proteína capa-S, responsable de la bioadsorción/unión de metales en estos microorganismos se encontraba presente? ¿Pueden tener bombas de eflujo para la entrada y remoción de metales por acumulación interna? Entonces, a comienzos del año 2000 iniciamos una nueva línea de investigación centrada en L. sphaericus y la biorremediación de metales. Decidimos trabajar con lodos aceitosos provenientes de los procesos de extracción del petróleo, que tienen diferentes metales asociados; por lo tanto, estos residuos se convierten en pasivos ambientales de gran impacto en las regiones de los Llanos y la Orinoquia colombianos. La capacidad de bioadsorción de arsénico, cobalto y cromo fue evidente en varias de las cepas estudiadas. De igual forma, aislamientos con alta actividad toxigénica contra larvas de Culex quinquefasciatus mostraron tolerancia a concentraciones mayores de 10.000 ppm de arsenato, de 750 ppm de plomo y de 200 ppm de cromo hexavalente [13]. En todos los aislamientos estudiados se determinó la presencia de la proteína capa-S (> 100KDa), con una alta expresión durante la fase vegetativa de crecimiento (no en espora) (figura 7) [14]. Adicionalmente se encontró níquel en extractos celulares y plomo atrapado en el periplasma y la membrana celular (resultados actuales) (figura 8 y 9) [12, 15]. De manera que es probable que este microorganismo tenga mecanismos dependientes de bombas de eflujo también para acumular metales. Estos resultados en remoción de metales mostraron el potencial de este microorganismo y su aplicación en un futuro cercano en procesos de biorremediación en campo impactados por la extracción de recursos naturales como petróleo y minería. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 45 Figura 6. Vista tridimensional de una capa recristalizada de proteínas Capa–S de Lysinibacillus sphaericus por microscopía de fuerza atómica. Fuente: Tomado de Progress in Organic Coatings 47, Sleytr et al. 2003. 1 2 3 4 5 M 250 kDA 148 kDA 98 kDA 64 kDA 50 kDA 36 kDA Figura 7. Electroforesis de proteínas extraidas de cultivos en fase vegetativa de Lysinibacillus sphaericus. La banda de alto peso molecular (mayor a 148 kDa) corresponde a proteínas Capa-S. Fuente: Fotografía de Lucía C Lozano Ardila, CIMIC. En [10]. 46 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 DÉCADA DE 2010 L. sphaericus y la era de las ómicas: genómica, transcriptómica filogenómica y más… petróleo En este fascinante viaje por el conocimiento y entendimiento de la versatilidad metabólica del L. sphaericus necesariamente teníamos que detenernos y preguntarnos: ¿Cómo podemos profundizar más en el conocimiento de este microorganismo y entender su relación con los aislamientos de otras partes del mundo? Naturalmente, la respuesta nos condujo a la secuenciación del genoma de aislamientos, que mostraron los resultados más interesantes, menos similares al comportamiento esperado, con mayor versatilidad en cuanto a remoción de metales, al tipo y número de metales absorbidos y/o acumulados y a la actividad entomotoxigénica contra mosquitos. Del género Lysinibacillus se encuentran secuenciados hasta el momento cinco genomas, uno de los cuales corresponde a L. sphaericus, cepa C3-41, patógena para larvas de mosquitos comercializada principalmente en China [16]; Lysinibacillus fusiformis, cepas ZC1, que presenta la capacidad de reducir cromo hexavalente [17], y cepa ZB2; Lysinibacillus massiliensis 4400831 y Lysinibacillus boronitolerans F1182 [18]. Así, en el inicio de esta tercera década de estudio del L. sphaericus nos hemos concentrado en el análisis de las secuencias de los genomas de dos aislamientos nativos. La cepa CBAM5, aislada a partir de muestras de lodos corte-base-aceite provenientes de la exploración petrolera en la región del Casanare [19]. En la secuencia de su genoma se determinó la presencia de genes que codifican para toxinas con actividad larvicida en mosquitos, genes relacionados con la proteína de capa-S, así como genes involucrados en la resistencia a arsénico, cromo y plomo [20]. En el segundo aislamiento, L. sphaericus OT4b.31, proveniente de larvas de coleóptero encontradas en la sabana de Bogotá, identificamos diferentes regiones con operones implicados en la bioacumulación de Cd, Zn, Co, Cu, Ni, Cr y As, al igual que secuencias codificantes y homólogas para la proteína de la capa-S, genes implicados en la degradación de hidrocarburos aromáticos como el tolueno y el fenol, y ningún gen compartido codificante para la toxicidad de mosquitos (figura 10) [21]. ¿Qué significado, en términos de aplicación ambiental y salud pública, aporta la secuenciación de genomas? Pues bien, el hecho de tener secuenciados los genomas de varias cepas del género Lysinibacillus nos permitirá, desde el conocimiento básico, continuar relacionando las actividades biológicas con los genes que las codifican, y así podremos dirigir los estudios de transcriptomas para la expresión de genes específicos de interés en condiciones ambientales con miras a la remoción de metales y a la actividad entomopatógena. Por otra parte, con los genomas secuenciados trataremos de entender y acercanos más a la clasificación filogenética de este grupo de microorganismos que siempre ha sido controvertida y modificada [22]. La utilización de la filogenómica es importante porque se presenta como una nueva alternativa en la que los genes con anotación funcional presentes en los genomas secuenciados permiten realizar la comparación y clasificación de organismos de forma más discriminada [12]. Los dos genomas secuenciados mostraron un plus adicional en L. sphaericus: la capacidad de degradar compuestos aromáticos y saturados. De manera que con algunos de los aislamientos de mayor interés extraídos de los lodos aceitosos grado API medio y liviano provenientes de la región del Casanare iniciamos una evaluación preliminar. Los resultados obtenidos hasta el momento han mostrado que la anotación en los genomas de las cepas CBAM5 y OT4b.31 es funcional y se expresa exitosamente en términos de de- 120 % Concentración relativa 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % CBAM5 Citoplasma Figura 8. Microscopía electrónica de barrido de células vegetativas de Lysinibacillus sphaericus cepa OT4b.31. Fuente: Fotografía de Tito D Peña Montenegro, CIMIC. En [21]. 3(III)7 Ot4b31 Membrana Periplasma Figura 9. Absorción de plomo en periplasma, membrana celular y citoplasma de células vegetativas de Lysinibacillus sphaericus cepa OT4b.31. Fuente: Imagen de Vivian Andrea Bojacá, CIMIC. En [15]. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 47 Figura 10. Mapa genómico de Lysinibacillus sphaericus cepa OT4b.31. Desde fuera hacia el centro: scaffolds orientados y ordenados cromosomales (azul y rojo) y extracromosomales (naranja y negro), genes anotados en cadena positiva, genes anotados en cadena negativa, genes de RNA, contenido de GC y GC skew. Fuente: Imagen de Tito D Peña Montenegro, CIMIC. En [21]. gradación de lodos aceitosos provenientes de las prácticas de explotación del petróleo. Importancia de la riqueza presente en Colombia de L. sphaericus Luego de más de dos décadas de estudio de la bacteria L. sphaericus podemos afirmar que Colombia posee una riqueza de valor incalculable de este microorganismo. Ubicados en el trópico, donde la presencia de mosquitos vectores de enfermedades como el dengue es un problema de salud pública que merece atención, L. sphaericus es una excelente opción para el manejo de plagas en épocas de invierno, pues está ampliamente documentado que las cepas nativas pueden ejercer control biológico al matar larvas de Culex quinquefasciatus por tres mecanismos: 1. Producción de la toxina binaria (BinA, BinB) durante la esporulación; 2. Producción de toxinas Mtx-1, Mtx-2 y Mtx-3 por la célula vegetativa, y 3. Por la proteína capa-S, asociada a la pared celular durante el crecimiento exponencial. En el campo de la biorremediación, la aplicación del L. sphaericus es fundamental y prioritaria. Colombia cuenta con una gran 48 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 riqueza de recursos naturales en carbón, minería y petróleo. Sin embargo, las prácticas de explotación de estos recursos generan altísimos impactos ambientales por los residuos sólidos y/o líquidos que quedan como pasivos en el suelo o que terminan contaminando aguas y, en consecuencia, generando un problema de salud pública y efectos negativos en la flora, fauna y la microbiota de la región afectada. En el sector minero, por ejemplo, para la extracción de metales como el oro se generan residuos con altas concentraciones de otros metales sin valor comercial, pero sumamente tóxicos, como el arsénico, el cromo y el plomo, que son separados a su vez con cianuro o mercurio para obtener el oro puro, etc. Estos elementos nocivos son comparables con los lodos aceitosos provenientes de la explotación del petróleo, que vienen igualmente acompañados con alta concentración de metales muy tóxicos, como el bario, el cadmio y el plomo. De manera que la implementación de la capacidad dual que tiene L. sphaericus en la remoción por adsorción y/o acumulación de diferentes metales por los dos mecanismos documentados —bombas de eflujo o por adsorción a la proteína capa-S—, contribuiría inmensamente al desarrollo de tecnologías limpias, amigables con el ambiente, y se reflejaría en el crecimiento del sector minero debido a la innovación de tecnologías dirigidas a la captura de metales de interés económico en cuerpos de agua, así como a las prácticas generales de biorremediación de pasivos ambientales provenientes de la extracción del petróleo. Nota El conocimiento año tras año ha sido enriquecedor gracias a la tesis doctoral de Lucía C. Lozano Ardila (2012), las tesis de maestría de Diana R. Andrade Linares (1997), Lucía C. Lozano Ardila (1998), Sandra del Pilar Vanegas Moyano (2001), Geidy X. Ortega Trujillo (2004), Julián E. Zamora Prieto (2006), Silvia C. Rivera Rodríguez (2007), Lina Velásquez Brun (2009), Vivian A. Bojacá Bautista (2013), Tito D. Peña Montenegro (2013), Javier E. Vargas Calle (en curso), Lina E. Manchola Muñoz (en curso), Darío A. Rangel Shaw (en curso) y los trabajos de pregrado de Silvia C. Rivera Rodríguez (2005), Ruth Ortiz Castro (2007), Lina Velásquez Brun (2008), Vivian A. Bojacá Bautista (2010) y Javier E. Vargas Calle (2012). • referencias [1]Claus D, Fritze D. Taxonomy of Bacillus. En: Bacillus, vol. 2, C. Hardwood, Ed. New York: Plenum, 1989, pp. 5-26. [2] Kellen WR, Clark TB, Lindegren JE, Ho BC, Rogoff MH, Singer S. Bacillus sphaericus Neide as a pathogen of mosquitoes. Journal of Invertebrate Pathology 1965; 7(4): 442-448. [3]Ahmed I, Yokota A, Yamazoe A, Fujiwara T. Proposal of Lysinibacillus boronitolerans gen. nov. sp. nov., and transfer of Bacillus fusiformis to Lysinibacillus fusiformis comb. nov. and Bacillus sphaericus to Lysinibacillus sphaericus comb. nov. International Journal Systematic and Evolutionary Microbiology 2007; 57(5): 1117-1125. [4]Berry C. 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Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 49 EL USO DE NUEVAS TECNOLOGÍAS DE LA GENÓMICA PARA DEFENDER NUESTROS CULTIVOS CÉSAR AUGUSTO MEDINA CULMA, ADRIANA JIMENA BERNAL GIRALDO Fotografía de César Augusto Medina El uso de nuevas tecnologías de la genómica para defender nuestros cultivos La biología está viviendo una era revolucionaria. Hasta hace una década, obtener la secuencia del genoma de un organismo (la serie entera de instrucciones genéticas para construir ese organismo) era aún una tarea que muy pocos laboratorios del mundo podían realizar. Hoy en día no solo es posible, sino que se ha masificado a tal nivel esta práctica que al público general se le vende la idea de secuenciar su genoma por tan solo mil dólares. Esta información puede ser usada para diagnosticar problemas de salud originados a nivel genético, como la predisposición a enfermedades como la diabetes y la obesidad. También nos hemos dado a la tarea de descifrar la secuencia de ADN de los millones de microorganismos que habitan en nuestro cuerpo para determinar su importancia para nosotros. Esto ha sido posible por una disminución en más de cien mil veces el costo por cada posición secuenciada del ADN [1]. La meta de los mil dólares está por cumplirse, y este logro se debe principalmente a la fuerte competencia entre tecnologías de secuenciación [2], que fue originalmente impulsada por la medicina, pero que ahora tiene repercusiones en todas las áreas de la biología. Esta tendencia hacia la genómica viene desde los años cincuenta del siglo XX, cuando Watson y Crick reportaron la estructura de doble hélice del ADN, con lo que elucidaron el papel central de esta molécula en el almacenamiento genético de la información. Sin embargo, no fue sino hasta 1977 que Sanger y sus colaboradores desarrollaron el método que reinó durante décadas y que permitió obtener los primeros genomas completos. Mediante la tecnología Sanger se secuenció el genoma humano a finales del siglo XX y genomas de decenas de organismos simples, y de un menor número de organismos complejos. Sin embargo, el primer genoma humano tardó décadas en conocerse, porque esta tecnología solo permitía obtener la secuencia de mil nucleótidos (letras del instructivo genético) a la vez (figura 1), y el genoma humano tiene aproximadamente tres mil millones de estos nucleótidos. Posteriormente se logró realizar 96 de estos procesos de manera simultánea, con lo que disminuyó aproximadamente en cien veces el tiempo requerido para obtener la secuencia de un genoma completo. No obstante, esta tecnología tenía limitantes en velocidad, escalabilidad (no fue posible paralelizarla mucho más allá), resolución y rendimiento. Estos problemas han sido resueltos gracias a una revolución tecnológica ocurrida en la última década con el surgimiento de las nuevas tecnologías de secuenciación (NGS, por sus siglas en inglés) (figura 1). Las NGS se basan en la complementariedad de un fragmento de ADN. Así, a un nucleótido tipo A se le pega siempre uno tipo T, y a un nucleótido tipo C se le pega siempre uno tipo G. 52 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 César Augusto Medina Culma Biólogo, estudiante de doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Adriana Jimena Bernal Giraldo Ph. D., profesora asociada del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Avances en el secuenciación de alto rendimiento 1.000 HiSeq (2010) 100 Gigabases por corrida (escala logarítmica) 10 Proton (2012) Solid (2006) GS FLX (2008) MiSeq (2011) 1 PGM (2010) 0,1 GA (2004) GS Junior (2009) 0,01 PacBio RS (2010) 0,001 0,0001 0,00001 10 Sanger (1977) 100 1.000 10.000 Longitud de la lectura (escala logarítmica) Figura 1. Plataformas actuales de secuenciación. La gráfica muestra las plataformas existentes en el mercado para la secuenciación de genomas. En el eje x se encuentra la longitud de las lecturas, en el eje y la cantidad de información en gigabases por corrida, y entre paréntesis, el año de liberación al mercado de la plataforma. Fuente: imagen modificada de [8]. Esto permite que se emita una señal, por ejemplo, luz de un color específico, dependiendo del nucleótido unido, a medida que se va resintetizando el fragmento de ADN molde. En principio el método es igual al usado por Sanger, pero la clave está en que las técnicas de NGS permiten leer las señales de forma rápida y masiva (millones a la vez) al ir sintetizando la copia del ADN. Para ello, el ADN genómico de un organismo se corta en pequeños pedazos para conformar una librería de fragmentos que se secuencian uniforme y agudamente millones de veces en reacciones paralelas, con lo cual se generan lecturas que pueden ser ensambladas en un computador. Esto sería como tener un libro de muchas páginas sueltas y desordenadas, que el computador ordena empatando las palabras y oraciones de una página con otra contigua. El progreso que han generado las NGS es análogo a la diferencia que hay entre los primeros computadores de tarjetas y los computadores de última generación. Una de las grandes ventajas de estas nuevas técnicas de secuenciación es la capacidad de obtener una gran cantidad de datos de manera barata y rápida (figura 1). Estas características han producido importantes avances científicos y creado una revolución que ha tocado incluso áreas que tradicionalmente se quedaban rezagadas con respecto a la medicina. Una de las áreas que se han visto afectadas profundamente con este avance en las tecnologías de secuenciación es la fitopatología, una ciencia que estudia las enfermedades de las plantas e intenta mejorar las probabilidades de supervivencia ante ataques de microorganismos parasíticos, con el fin de proteger la seguridad alimentaria de humanos y animales [3]. Histórica- mente las plantas se han visto afectadas por diferentes organismos patógenos, como hongos, virus y bacterias que causan enfermedades y grandes pérdidas en la agricultura. Uno de los ejemplos más notables es el de la hambruna irlandesa, causada por el devastador fitopatógeno Phytophthora infestans, que cambió la historia de ese país y que fue la causa directa de una migración masiva hacia Estados Unidos en el siglo XIX. Recientemente, a partir de muestras de herbario, y con el uso de NGS, se determinó cuál era el linaje del P. infestans que causó esa hambruna [4]. Sorprendentemente, con base en las secuencias obtenidas se encontró que un solo linaje genético (una población genéticamente uniforme) de este patógeno fue responsable de la hambruna, y esto se debió a un fenómeno aún frecuente en nuestra agricultura: la población de plantas de papa sembradas en Irlanda para alimentar a la mayoría de las personas era genéticamente demasiado uniforme. En otras palabras, si una planta de papa era susceptible al patógeno, todas las plantas del país lo serían, porque todas eran genéticamente iguales. Lo mismo sucede del lado del patógeno: cuando la población de un patógeno es muy diversa en determinada región o en el mundo es mucho más probable que dicho patógeno se adapte a métodos de control usados comúnmente, como variedades resistentes de plantas o la aplicación de un químico (fungicida o bactericida) que funcione para disminuir las poblaciones de patógenos que pueden causar enfermedades. Por esta razón, medir la diversidad de un fitopatógeno en una región o a nivel mundial es de primordial importancia para predecir la durabili- Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 53 Figura 2. Importancia del Xam en los cultivos de yuca. Arriba: campo con yuca antes de la aparición de CBB; abajo, pérdida en el cultivo causada por CBB. Fuente: foto cortesía de César Trujillo, LAMFU. 54 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 dad de un método de control en el campo. Y con las NGS ahora tenemos la capacidad de medir esta diversidad del modo más exacto: podemos tener la identidad de cada nucleótido en su genoma, y así diferenciar aislamientos muy cercanos que, por los métodos anteriormente usados, no podían diferenciarse. Asegurando alimento para muchas personas Nuestro grupo investiga los mecanismos moleculares de ataque de la bacteria fitopatógena Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam), que causa la enfermedad bacteriana más importante en la yuca, la bacteriosis vascular (CBB, por sus siglas en inglés), así como los mecanismos de defensa de la planta, en estrecha colaboración con el grupo Manihot Biotec de la Universidad Nacional de Colombia. Esta investigación surge de la necesidad de los países en desarrollo de proteger su seguridad alimentaria, ya que la yuca es el cuarto producto básico más importante en la dieta de más de mil millones de personas, y Xam ha sido una bacteria que ha arrasado con cultivos enteros y se ha convertido en un serio problema para los agricultores de todo el mundo (figura 2) [5]. De esta manera, todos los aportes en conocimiento sobre cómo generar plantas que sean resistentes a la enfermedad posibilitarán la seguridad alimentaria de millones de personas. Recientemente participamos en la secuenciación del genoma entero de 65 cepas de Xam colectadas en diez países de tres continentes —América, Asia y África— en los que la producción de yuca es de gran importancia. Además del diverso origen geográfico, las cepas bacterianas presentaban una gran diferenciación temporal, ya que fueron colectadas entre 1941 y 2011 (figura 3) [6]. El estudio se realizó mediante un plan de colaboración internacional financiado por la National Science Foundation, y en el mismo estuvieron involucrados científicos de la Universidad de los Andes, de la Universidad de California, de Berkeley, y del Instituto Federal de Tecnología (ETH), de Suiza. Un proyecto masivo como este, que abarca la secuenciación del genoma de tal número de cepas no se había visto antes en el área de la fitopatología, y marca un hito en el estudio epidemiológico de enfermedades vegetales que se han visto rezagados con respecto a los enfocados en las enfermedades humanas. El sistema inmune de las plantas Para entender la importancia de este estudio es necesario entender, primero, cómo atacan los patógenos a las plantas, cómo estas se defienden de los ataques y cómo evolucionan estas interacciones (figura 4). Las plantas son capaces de diferenciar lo “propio” y lo “no propio”, y de atacar lo “no propio”, de forma similar a como lo hacen los animales. Sin embargo, a pesar de no producir anticuerpos contra un patógeno específico, como ocurre en los vertebrados, las plantas tienen un sistema inmune innato que reconoce patrones moleculares asociados a microorganismos (MAMP, por sus siglas en inglés). Los MAMP son moléculas conservadas en grandes grupos de microorganismos, pero que no son expresados por la misma planta, como, por ejemplo, el flagelo bacteriano o componentes de la pared celular bacteriana. Tras reconocer estos componentes “no propios”, las plantas desencadenan una respuesta de defensa que limita el crecimiento del patógeno y, en consecuencia, detiene la enfermedad. Esta parte de la inmunidad innata en plantas es muy parecida a la inmunidad innata en animales. Por esta razón, la mayoría de plantas es resistente al amplio rango de patógenos Colombia Nigeria Tailandia Venezuela Togo Brasil Uganda Camerún Congo Indonesia R. D. del Congo Key NR 1941196519731974197619781980198219841987 19881989199519971998200420062007200920102011 Figura 3. Representación geográfica y temporal de las diferentes cepas secuenciadas de Xam. Los puntos representan el número de cepas obtenido por país, y el color representa el año de colecta. NR: No hay registro. Fuente: tomado de [6]. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 55 existentes en la naturaleza, y la fitopatología estudia las excepciones en donde se da la enfermedad. MAMP Efectores Efectores bloqueando la señal de defensa Genes R reconociendo a los efectores Encendido de respuesta inmune Figura 4. Sistema inmune vegetal compuesto por receptores en la membrana celular que reconocen MAMP y desencadenan una cascada de señales que produce activación de genes de defensa. Por su lado, la bacteria inyecta los efectores que van a bloquear la cascada de señales, pero la planta tiene proteínas R que van a bloquear esos efectores, con lo que se encenderán de nuevo las señales de defensa. Fuente: elaboración de los autores. Célula vegetal Núcleo Efector TAL Transcrito Figura 5. Figura representativa de la translocación de un efector TAL por el sistema de secreción tipo tres hasta el núcleo de la célula vegetal donde induce la expresión de genes blanco específicos. Fuente: elaboración de los autores. 56 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 En estas “excepciones” que son las enfermedades, los patógenos son exitosos en suprimir el primer nivel de defensa que reconoce MAMP mediante proteínas que son inyectadas a la planta, y que son llamadas proteínas efectoras, porque son las que realmente efectúan la manipulación de la célula vegetal en beneficio del patógeno. En este proceso coevolutivo y de carrera armamentista con los patógenos, las plantas han desarrollado una rama de inmunidad más específica y más fuerte, que reconoce estas proteínas efectoras. Estas ingresan en la célula vegetal y desencadenan una respuesta de defensa aún más fuerte y eficiente que la primera, lo que hace a la planta resistente. Las proteínas de la planta responsables de este reconocimiento son guardianas que protegen las células vegetales y se denominan proteínas R (por resistencia). Este sistema inmune vegetal explica, en gran parte, por qué se habla de variedades resistentes y susceptibles de arroz, yuca o fríjol a determinadas enfermedades (las primeras tienen proteínas R eficientes para ese patógeno, y las últimas, no). Dado que esta carrera armamentista no tiene fin, el patógeno más exitoso será aquel que logre evadir o suprimir el reconocimiento que puedan hacer de sus proteínas efectoras las plantas que tienen proteínas R. Esto se puede dar por cambios o mutaciones en los genes efectores del patógeno. Esto “rompería” la resistencia en unos pocos años, y esa planta que se vendió como planta resistente será susceptible, porque la población del patógeno ha cambiado. ¿Qué tan rápido se rompe esta resistencia? Depende de qué tan importante es la proteína efectora para el bienestar del patógeno. Si dicha proteína es muy importante para mantener al patógeno vivo, las poblaciones de bacterias que pierdan la función de esta proteína, por mutaciones en ella, no podrán sobrevivir en el campo, aun cuando la pérdida de función le ayude al patógeno a no ser reconocido por la planta. En este caso, la resistencia de la planta será muy durable en el tiempo. Si esa proteína no es tan esencial, el hecho de tener la planta una proteína R que la reconozca ejercerá una presión tremenda de selección para bacterias que tengan mutaciones dentro de ella. Así, podemos hacer la pregunta inversa y dejar que los patógenos la respondan: ¿cuáles de esas proteínas se mantienen en el patógeno incambiables a lo largo del tiempo y a través de distancias geográficas grandes? Es muy probable que esas proteínas que no cambian sean las más esenciales, y hacia ellas debemos dirigir los esfuerzos de encontrar proteínas R en la planta, para que esa resistencia sea realmente durable. Con los 65 genomas obtenidos de cepas de Xam de todo el mundo a lo largo de varias décadas se pudo responder a esta pregunta de manera muy rápida. Se determinó que las diferentes cepas bacterianas de Xam presentan entre 14 y 22 efectores, y que muchas de ellas tenían efectores pseudogenes (genes con uno o más codones de parada dentro de su secuencia), de lo que se puede inferir que no son funcionales. Estos últimos probablemente no son un buen blanco para encontrar proteínas R para ellos, pues las cepas los tienen mutados, y aún así son exitosas en el campo. Por otro lado, con estos genomas sabemos también que hay nueve efectores que se mantienen constantes en estas poblaciones, y estamos generando estrategias para encontrar proteínas R que los reconozcan en la yuca y otras plantas, para así generar plantas de yuca con resistencia durable a esta enfermedad y con una resistencia que funcione en muchas regiones de cultivo de yuca. Volviendo a la Edad de Piedra Las tecnologías NGS nos han permitido, entonces, conocer gran parte de las proteínas que usan este y otros patógenos para causar enfermedad, y buscar estrategias para generar plantas eficientes y resistentes por mucho tiempo. Las NGS son masivas, rápidas y paralelizadas, y nos permiten obtener una gran cantidad de datos en muy poco tiempo. Estas bacterias se secuenciaron en pocos meses, y la secuenciación se maximizó hasta el punto de obtener la secuencia del genoma de entre 19 y 30 aislamientos de Xam en un solo carril de Illumina, en el cual antiguamente se obtenía un genoma por vez. Sin embargo, es casi imposible obtener un genoma entero con estas tecnologías. Una de las razones son las secuencias repetidas y repetitivas que existen en todos los genomas, aunque en algunos organismos más que en otros. Esto se debe a que las NGS obtienen muchas lecturas de corta longitud, y si existe más de una lectura con la misma secuencia repetitiva es difícil alinearlas y determinar cuántas repeticiones existían o qué tan larga era esa secuencia. En conclusión, las NGS no funcionan para regiones con repeticiones en los genomas. Tal vez los efectores más importantes en Xanthomonas son las llamadas TAL (sigla del término inglés transcriptional activator-like proteins). Estos efectores tienen secuencias repetitivas de gran importancia para su funcionamiento. Las TAL son proteínas que no solo se inyectan en el citoplasma de las células de yuca durante la infección, sino que entran en el núcleo y activan la expresión de genes de una manera muy precisa, tal y como lo hacen los factores de transcripción nativos de la yuca. La diferencia es que la activación de genes por los TAL es ventajosa para la bacteria. Así pues, los TAL son como caballos de Troya que manipulan la célula vegetal para que la bacteria pueda multiplicarse y causar enfermedad usando mecanismos que parecerían amigables para la planta (la activación de la transcripción). Para hacer esto, los TAL tienen unas repeticiones en la región central que hacen que la proteína se una específicamente a una secuencia de ADN y “prenda” ese gen para transcripción. La secuencia de estas repeticiones es lo que hace que un TAL active un gen y no otro, y es lo que diferencia un TAL de otro que cumpla otro papel, pues estas repeticiones actúan de manera muy específica (figura 5). Tanto que ahora, y con algunas modificaciones, prometen ser la panacea en la edición de genomas humanos y de otros organismos [7]. Debido a la importancia de estos efectores en la virulencia y en la identificación de genes R, era prioritario determinar cuántos efectores TAL existían en cada cepa secuenciada y cuál era el número de repeticiones, aunque la secuenciación del genoma no fuera de gran utilidad. Para identificar el número de efectores TAL en las cepas de Xam se debieron usar técnicas “arcaicas” de biología molecular, como el Southern Blot, que permite identificar el número y tamaño aproximado de los efectores TAL en todo el genoma y generar bibliotecas genómicas y secuenciación por la técnica clásica de Sanger. Así, no fue posible encontrar el repertorio de TAL de todas las 65 cepas de Xam, sino tan solo de 10 cepas, y con un esfuerzo mucho mayor que el que se requirió para caracterizar el resto del genoma de estas cepas. En conclusión, con estas investigaciones se demostró que la era de la genómica de poblaciones en fitopatología ha empezado con pie firme mediante el uso de NGS. Estas tecnologías nos han permitido encontrar el repertorio de efectores y otros genes implicados en virulencia de un alto número de cepas de cualquier patógeno, de manera rápida y relativamente económica, lo que nos ha posibilitado revolucionar los estudios en fitopatología que se venían realizando hasta el momento. Adicionalmente, la identificación de los efectores más conservados entre diferentes cepas bacterianas permitirá enfocarse en ellos para encontrar proteínas R que sirvan para las diferentes cepas de determinado patógeno en cualquier parte del mundo, lo que facilitará generar en plantas una resistencia durable a los patógenos. Por último, la combinación de técnicas de secuenciación de nueva generación y biología computacional, sin olvidar las propias de la biología molecular clásica, marcan una nueva manera de encontrar resistencias en cultivos y permiten vislumbrar el futuro de la fitopatología en la era postgenómica como un área que puede aportar soluciones a problemas de seguridad alimentaria mundial. • Referencias [1] Mohamed S, Syed BA. Commercial prospects for genomic sequencing technologies. Nature Reviews Drug Discovery 2013; 12(5): 341-342. [2]Shendure J, Lieberman AE. The expanding scope of DNA sequencing. Nature Biotechnology 2012; 30(11): 1084-1094. [3]Agrios GN. 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VIVES Fuente: http://www.britishlichens.co.uk/species/Parmotrema%20perlatum%20large.JPG Ecología y la importancia de lo invisible En la naturaleza, el papel de lo infinitamente pequeño es infinitamente grande. Louis Pasteur Patrick Venail Ph. D., profesor asistente de la Université de Genève, Institut F. A. Forel. [email protected] Martha J. Vives Ph. D., profesora asociada del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Dos preguntas importantes en ecología: ¿por qué tanta diversidad? y ¿para qué tanta diversidad? La ecología es el estudio de las interacciones entre organismos vivos y de sus relaciones con el entorno. Su propósito es entender, entre otras cosas, la diversidad, la abundancia, la composición y el funcionamiento de los sistemas biológicos en relación con el medio que los rodea. Gracias a la ecología hoy sabemos, por ejemplo, que no solo las condiciones físico-químicas del entorno influyen sobre los organismos vivos y sus interacciones, sino que estos a su vez modifican su entorno. La ecología no es una ciencia exacta: está plagada de preguntas sin resolver y de hipótesis sin validar. En ciertos casos, y a pesar del esfuerzo de varias generaciones de investigadores, las preguntas siguen sin encontrar respuesta. Un claro ejemplo es lo que el ecólogo Hutchinson llamó, a mediados del siglo XX, la paradoja del plancton [1]; la paradoja consiste en la enorme diversidad de formas de vida que se observa en un entorno aparentemente sencillo, como un lago, cuando lo que se espera es que la competencia por los recursos sea feroz y que solo la forma de vida más “fuerte” logre imponerse, dominar y acabar con todas las otras. Una observación similar a esta fue hecha por Charles Darwin, setenta años atrás, cuando, durante sus viajes a la selva tropical brasilera se sorprendió con la diversidad de formas de vida que allí encontró. Hoy en día, entender la alta diversidad biológica de algunos sistemas, como la selva tropical [2] o la diversidad microbiana del suelo [3], sigue siendo una prioridad de investigación en ecología. Recientemente, dada la acelerada disminución de la diversidad biológica, en gran medida como consecuencia de actividades humanas, se ha generado un enorme interés por entender las posibles consecuencias para las sociedades humanas de dicha pérdida de diversidad [4]. A pesar de la falta de información sobre casos particulares, el mensaje es abrumador: los sistemas biológicos menos diversos son menos capaces de suplir las necesidades y de mantener las condiciones de vida óptimas para el desarrollo de las sociedades humanas. De seguir erosionando la biodiversidad de nuestro planeta como lo venimos haciendo, pondremos en peligro nuestra subsistencia, ya que la pérdida de biodiversidad tendría efectos negativos comparables, e incluso superiores, con los ocasionados por el cambio climático [5]. Por esto es imperativo reunir información experimental convincente, con información cuantitativa del impacto, que demuestre la importancia de conservar la diversidad. Este tipo de experimentación no es fácilmente realizable con organismos conspicuos como animales o plantas. Estudios ecológicos con microorganismos como modelo Mucho de lo que sabemos hoy en día sobre los mecanismos que explican la diversidad de las formas de vida y sobre las consecuencias de la pérdida de biodiversidad proviene de estudios cuyo modelo 60 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 1. El investigador sostiene un cultivo en el que se observan alrededor de 100 colonias de una especie de bacteria. Las colonias se hacen visibles tras repetidas divisiones celulares de una única célula bacteriana inicial. Cada colonia puede albergar cerca de 1.000 millones de células. Fuente: fotografía de Patrick Venail. experimental son los microorganismos, sean algas, bacterias, hongos o virus. A pesar de las críticas y la reticencia de muchos ecólogos [6] (¿macroecólogos?), esta área de investigación tiene en los microorganismos un gran aliado y una herramienta muy valiosa para seguir aportando elementos de respuesta a algunos de los grandes enigmas de la ecología. Entre las ventajas ofrecidas por los microorganismos para realizar estudios en ecología se cuentan su tamaño, que permite manejar grandes poblaciones en un espacio reducido (figura 1), con la consecuente facilidad para realizar experimentos con múltiples réplicas y repeticiones, y la vasta información que se tiene sobre su material genético y su actividad metabólica [7, 8]. La utilización de microorganismos en ecología presenta, igualmente, ciertas limitaciones, entre las que sobresalen su aparente simplicidad ecológica y su reducido tamaño (¡considerado previamente como una ventaja!), que hacen que los resultados obtenidos se consideren difícilmente extrapolables a otros organismos o sistemas más complejos [7, 8]. El uso de microorganismos como organismos modelo para estudios ecológicos fue establecido en 1934 por G. F. Gause en sus trabajos pioneros sobre competencia y predación usando microcosmos conformados por bacterias, levaduras y protozoos [7]. Más recientemente sobresalen los trabajos experimentales con la bacteria Pseudomonas fluorescens que han permitido conocer mejor las condiciones necesarias para la generación y el mantenimiento de biodiversidad [9], pero se han explotado poco las ventajas de los microorganismos como modelos experimentales manipulables para probar hipótesis ecológicas y la actividad de dichos organismos como actores principales en el contexto ecológico. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 61 ¿Qué importancia tienen los microorganismos en el ambiente? Además de la utilización de los microorganismos como modelos ecológicos experimentales, estos cumplen papeles esenciales en los ecosistemas. La mayoría de la información sobre microorganismos que recibimos a través de los medios de comunicación y de entretenimiento tiene que ver con las enfermedades que causan. Sin embargo, los microorganismos patógenos (es decir, aquellos que causan enfermedades) representan una proporción pequeña en la enorme diversidad del mundo microbiano; la realidad es que la gran mayoría de ellos son irreemplazables en las funciones que cumplen para la sostenibilidad de los ecosistemas (figura 2). La historia de la vida sobre la Tierra inició con organismos unicelulares microscópicos, parecidos a algunas de las bacterias actuales. Son las formas más pequeñas de vida, pero constituyen en conjunto la mayor biomasa sobre el planeta: los cálculos del número de células microbianas existentes en la Tierra apuntan al orden de 5 x 1030 células. Fueron los microorganismos los responsables de sentar las bases actuales de la existencia de animales y plantas [10]; por ejemplo, los cloroplastos (organelos que realizan la fotosíntesis en las plantas) se derivaron de un grupo de bacterias fotosintéticas y, de la misma forma, las mitocondrias (organelos que producen energía en las células) provienen de un linaje de bacterias aerobias. A pesar de su omnipresencia e importancia, las bacterias y los hongos microscópicos no fueron descritos hasta el siglo XVII. El desarrollo de la microbiología requirió de mucho tiempo: inició en el siglo XVII, pero fue solo en el siglo XIX (conocido como el Siglo de Oro de la Microbiología) que tuvo su auge, representado en una gran cantidad de estudios desarrollados sobre bacterias patógenas, la ubicuidad de los microorganismos y sus funciones en los ecosistemas [11]. Esos trabajos fueron desarrollados por grandes figuras, como Robert Koch, Louis Pasteur, Sergei Winogradski, Martinus Beijerinck y Ferdinand Cohn. En el siglo XX se dio un desarrollo sin precedentes del uso biotecnológico de los microorganismos en diversos campos, incluyendo los primeros experimentos de ingeniería genética y la producción industrial de antibióticos. Hasta ese momento de la historia de su desarrollo, las investigaciones y aplicaciones de los microorganismos dependían directamente de su cultivo en el laboratorio. En la década de los setenta, el trabajo revolucionario de Carl Woese con el ARN ribosomal y su aplicación en ecología microbiana por Norman Pace [10] abrieron la puerta a los estudios cultivo-independientes, es decir, investigaciones en las que se estudia la diversidad y función de los microorganismos sin necesidad de cultivarlos en el laboratorio. Con ellos se dio paso a una nueva visión de la diversidad de los organismos y sus relaciones evolutivas [12], en la que la más alta categoría taxonómica de los reinos (Monera, Protista, Fungi, Plantae y Animalia) fue remplazada por el concepto de los dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Nitrogeno atmosférico (N2) Plantas Asimilación Bacterias desnitrificantes Nitrato (NO3−) Descomponedores (bacterias, hongos) Bacterias fijadoras de N2 de las raices Amonificación Nitrificación Amonio (NH4+) Bacterias fijadoras de N2 del suelo Bacterias nitrificantes Nitrito (NO2−) Bacterias nitrificantes Figura 2. Ciclo del nitrógeno. El nitrógeno es un elemento esencial para los seres vivos, quienes lo requieren en grandes cantidades. Los seres humanos obtenemos el nitrógeno de los alimentos proteicos que consumimos: vegetales y animales; los animales carnívoros lo obtienen de otros animales y, los animales herbívoros de las plantas. Pero ¿De dónde obtienen su nitrógeno las plantas en un ecosistema natural? Los microorganismos juegan un papel central en este (y otros) ciclo geoquímico de elementos. En el ciclo del nitrógeno participan un buen número de especies diferentes de bacterias, arqueas y hongos. El nitrógeno existe en la tierra en forma de rocas de sales de amonio (muchas veces inasequible para los microbios) y en forma gaseosa. La forma más abundante en la tierra es el nitrógeno gaseoso, N2, presente en la atmósfera; sin embargo, solo un pequeño grupo de procariotes es capaz de aprovecharlo: las bacterias y arqueas fijadoras de nitrógeno. El nitrógeno fijado es transformado en amonio (-NH4), forma de nitrógeno ya asimilable para las plantas y otros microorganismos. La degradación de la materia orgánica también libera amonio por medio de la actividad de microorganismos usualmente llamados descomponedores. Esta es la manera como obtienen su nitrógeno las plantas de forma natural. El amonio acumulado es transformado en nitrito (-NO2) y nitrato (-NO3) por las bacterias nitrificantes. Todas las formas de nitrógeno en cantidades excesivas pueden ser tóxicas, por lo que las bacterias denitrificantes juegan un papel fundamental al remover los nitratos, transformándolos en nitrógeno gaseoso, y cerrando así el ciclo del elemento. Además de estos procesos, que ocurren en presencia de oxígeno, también hay bacterias capaces de realizar transformaciones que generan amonio en condiciones anaerobias (no mostrado); esta ruta se conoce con el nombre de anamox. Fuente: elaboración propia. 62 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 El papel esencial que juegan los microorganismos en los ecosistemas fue postulado por Cornelius van Niel a mediados del siglo XX. Van Niel describió la fotosíntesis anoxigénica, proceso fotosintético que no genera oxígeno y que es exclusivo de microorganismos procariotes (organismos cuyas células no poseen organelos rodeados por membrana, como mitocondrias, cloroplastos, núcleo, etc.). Evidencias previas de otros procesos únicos en microorganismos, como la fijación de nitrógeno atmosférico y la degradación de lignina, lo condujeron a formular los siguientes postulados de la ecología microbiana [13]: a) Todas las moléculas que existen en la naturaleza pueden ser usadas como fuente de carbono o energía por un microorganismo que se encuentre en algún lugar de la biosfera. b) Los microorganismos se encuentran en todos los ambientes de la Tierra. Los postulados de Van Niel implicaban una extraordinaria variedad de especies microbianas capaces de realizar una gran diversidad de reacciones para producir energía, y no que todos los microorganismos se encuentren en todos los lugares, ni que una sola especie microbiana sea capaz de usar cualquier molécula. Los estudios en diversidad y ecología microbiana han demostrado que los postulados de Van Niel eran correctos y, efectivamente, los microorganismos habitan en todos los ambientes conocidos en la Tierra, y sumados son capaces de explotar como fuente de carbono y energía prácticamente cualquier molécula orgánica o inorgánica. Hoy se sabe que los microorganismos reciclan la materia orgánica en los ecosistemas terrestres y acuáticos, y la dejan en una forma nuevamente disponible para las plantas y los animales. Aunque invisible, esta actividad de reciclaje es esencial para nuestra sobrevivencia en el planeta, y de ella depende nuestra productividad agrícola. La geoquímica microbiana da forma a la biósfera global; por ejemplo, una sola especie de bacteria fotosintética marina, Prochlorococcus, aporta por lo menos el 50% de todo el oxígeno atmosférico [14]; las capacidades microbianas de degradación de desechos y contaminantes nos ofrecen una gran oportunidad para mitigar los efectos de la actividad humana [13], sin mencionar las alternativas biotecnológicas para la optimización de múltiples procesos. Los microorganismos y las relaciones ecológicas El uso de los cultivos puros de microorganismos, en los que cada especie es aislada y analizada en detalle, permitió avances fundamentales, principalmente en medicina, en el conocimiento del metabolismo microbiano y de los ciclos biogeoquímicos; pero tiene dos grandes limitaciones: primero, la proporción de microorganismos fácilmente cultivables es pequeña; varía dependiendo de la muestra, pero los ecólogos microbianos estiman que se cultiva solo el 0,5% de la diversidad microbiana total [10]; por lo tanto, los estudios dependientes de cultivo se restringen al pequeño porcentaje que se cultiva en el laboratorio, lo que limita la visión del mundo microbiano. Segundo, la metodología de cultivos puros (aislando cada especie para su estudio) elimina las relaciones ecológicas y, por lo tanto, se desconocía en gran medida la composición e interacciones de las comunidades microbianas. La combinación de herramientas moleculares modernas con las técnicas de la microbiología clásica, sumadas al avance en los sistemas de microscopía, han permitido comprender mejor la importancia de los microorganismos, su impacto en los ecosistemas, sus interacciones con otros organismos y la biología de las comunidades microbianas. Los microorganismos establecen innumerables interacciones con otros organismos, y también entre ellos. Dichas interacciones se pueden clasificar, según el beneficio o perjuicio que reciben los individuos participantes, en relaciones negativas, positivas y neutras [12]. Sin embargo, la complejidad de las interacciones hace que esta clasificación no sea suficiente para describirlas, por lo que existen otros esquemas de organización expuestos en tabla 1 [13]. Tipo de interacción Efectos de la interacción Ejemplo Mutualismo Dos organismos crecen en íntima relación especie-específica, ambos participantes se benefician y es posible que no crezcan independientemente. Sinergismo Ambas especies participantes Bacterias del colon humano producen se benefician, pero se pueden H2 y CO2, que son convertidos en separar fácilmente y pueden metano por los metanógenos. crecer independientemente. Comensalismo Una especie se beneficia y la otra no, pero tampoco se ve afectada. Amensalismo Una especie se beneficia En la piel humana, Staphylococcus porque afecta a la otra, pero epidermidis produce ácidos grasos la relación no es específica. volátiles (AGV) que inhiben el crecimiento de otras bacterias. Parasitismo La especie parásita se beneficia a expensas de la otra (hospedera). La relación es usualmente obligatoria para el parásito. Líquenes (asociación hongo-alga u hongo-cianobacteria). Beggiatoa oxida H2S. La remoción de H2S beneficia a otros microorganismos porque es tóxico para ellos; Beggiatoa no recibe nada a cambio. Legionella pneumophila parasita a amebas en ambientes acuáticos y macrófagos en los pulmones humanos. Tabla 1. Interacciones que involucran especies microbianas. Fuente: tomado de [13]. Además de las interacciones descritas en la tabla 1, entre las interacciones positivas también se cuenta la metabiosis, situación en la que un organismo crea condiciones que favorecen o son requeridas para que otros organismos no relacionados puedan crecer [12]. La metabiosis agrupa relaciones complejas en las que no siempre es claro si hay coexistencia o sucesión (substitución) de las diferentes especies. La degradación de mezclas complejas de contaminantes, como el petróleo, por consorcios microbianos es un ejemplo de metabiosis. Biorremediación de petróleo por consorcios de microorganismos La biorremediación es el uso de procesos biológicos para eliminar contaminantes ambientales. Los microorganismos, en Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 63 especial bacterias y hongos, tienen una gran versatilidad metabólica que les permite usar como fuente de carbono y energía sustancias que son tóxicas para cualquier otro organismo. Esta y otras características que confieren ventajas comparativas han hecho de la biorremediación microbiana una de las estrategias más utilizadas para la remoción de contaminantes del ambiente. El petróleo es una mezcla compleja de innumerables compuestos hidrocarburos de diversa naturaleza, por lo que el uso de una única especie microbiana sería insuficiente para su remoción, dada la enorme diversidad de rutas metabólicas que se requieren para atacar las diferentes fracciones del petróleo. Es por esto que se utilizan consorcios microbianos, es decir, la asociación de dos o más poblaciones microbianas, de diferentes especies, que actúan conjuntamente como una comunidad en un sistema complejo [15]. En la mayoría de los casos de estudio, los experimentos se basan en el aislamiento de (en lo posible) todos los microorganismos que se encuentran en un ambiente contaminado dado, se evalúan sus capacidades metabólicas de degradación y dichos microorganismos son usados para conformar el consorcio que será usado en la biorremediación; durante este proceso no se consideran las relaciones ecológicas que se puedan establecer entre ellos y que con certeza son esenciales para el éxito del proceso de biorremediación. de ensayo (a lo que llamamos diversidad taxonómica), así como su similitud genética (o diversidad filogenética), y medimos su efecto en la producción de biomasa bacteriana. Demostramos que las asociaciones de bacterias de alta diversidad filogenética, es decir, con poca similitud genética entre ellas, eran más productivas que aquellas asociaciones compuestas por bacterias con mayor similitud genética. Los resultados también mostraron que la naturaleza de las fuerzas subyacentes al efecto de la diversidad filogenética dependió del número de tipos de bacterias presentes. Cuando tan solo dos tipos bacterianos estaban presentes, el efecto positivo de la diversidad filogenética se debió a una mayor influencia de bacterias altamente productivas y que dominaron los cultivos a medida que las asociaciones contenían bacterias genéticamente menos similares. Por otra parte, cuando cuatro tipos de bacterias estaban presentes, parecían complementarse mejor (¡o interferir menos!) entre sí, haciendo que la productividad total aumentara en la medida en que eran menos similares genéticamente [16]. A pesar de la importancia evidente de las interacciones entre especies en cualquier ambiente, estas relaciones y los efectos de la diversidad han sido poco estudiados en contextos de remoción de petróleo debido principalmente a las dificultades asociadas al trabajo con un sustrato que no es soluble en agua, de difícil homogeneización y cuya cuantificación requiere de técnicas sofisticadas, sin mencionar las limitaciones intrínsecas de los estudios de las comunidades microbianas. Sin embargo, es esencial dedicar esfuerzos para comprender las relaciones microbianas en este contexto con el fin de optimizar los procesos de biorremediación y la recuperación de ambientes contaminados. En uno de nuestros trabajos sobre biorremediación de petróleo, publicado recientemente en la revista Ecology [16], y realizado con el apoyo técnico de María Camila Orozco y Ángela Holguín (estudiantes de maestría y doctorado, respectivamente, del Departamento de Ciencias Biológicas), nos dimos a la tarea de explorar justamente el impacto que puede tener la diversidad bacteriana en un contexto de degradación de contaminantes en el que el petróleo haya sido utilizado como única fuente de alimento (fuente de carbono y energía) para las bacterias; esto implica que solo las bacterias capaces de consumir componentes del petróleo lograrán sobrevivir y reproducirse. En este trabajo experimental, llevado a cabo en el Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC), manipulamos directamente la diversidad biológica de bacterias degradadoras de petróleo, que habían sido aisladas previamente de dos sitios contaminados en los Llanos Orientales colombianos: manipulamos simultáneamente el número de tipos distintos de bacterias presentes en tubos 64 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 3. Microcosmos y placas de petri inoculados con la bacteria Pseudomonas fluorescens. Esta bacteria habita en el suelo y favorece el crecimiento de las plantas. Fuente: fotografía de los autores. Dada esta interacción entre diversidad taxonómica y diversidad filogenética, los resultados de este trabajo subrayan la importancia de incluir múltiples facetas de la biodiversidad para llegar a entender los efectos de esta sobre el funcionamiento de los ecosistemas. Este estudio representa apenas la primera etapa de un largo proceso al final del cual esperamos reunir la información que nos permita obtener una óptima degradación del petróleo utilizando métodos de bajo impacto ambiental. Las perspectivas futuras para el trabajo se centran en aumentar la diversidad filogenética en los consorcios mediante el uso combinado de bacterias y hongos, y en complementar nuestros datos de productividad con datos de remoción de petróleo. Conclusión La diversidad de los organismos presentes en un ecosistema es fundamental para el funcionamiento del mismo. Los experimentos con microorganismos generan datos que permiten cuantificar el impacto de su diversidad en el aprovisionamiento de servicios tales como la remoción de contaminantes. Por ello, su estudio Figura 4. Cultivos in vitro de algas verdes microscópicas provenientes de los grandes lagos norteamericanos. Fuente: fotografía de los autores. contribuye a la mejor comprensión de las relaciones que se establecen entre organismos que realizan funciones únicas y esenciales. Los microorganismos aún no han revelado todos sus secretos. Referencias [1] Hutchinson GE. The paradox of the plankton. The American Naturalist 1961; 95(882): 137-145. [2] Pimm SL, Brown JH. Domains of diversity. Science 2004; 304(5672): 831-833. [3] Zhou J, Xia B, Treves DS, Wu LY, Marsh TL, O’Neill RV et al. Spatial and resource factors influencing high microbial diversity in soil. Applied and Environmental Microbiology 2002; 68(1): 326-334. [4]Cardinale BJ, Duff JM, González A, Hooper DU, Perrings C, Venail P et al. Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature 2012; 486(7401): 59-67. [5] Hooper DU, Adair EC, Cardinale BJ, Byrnes JEK, Hungate BA, Matulich KL et al. A global synthesis reveals biodiversity loss as a major driver of ecosystem change. Nature 2012; 486(7401): 105-108. [6]Carpenter SR. 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[email protected] Los ingenieros son primates humanos que usando varias áreas del conocimiento y técnicas científicas pueden dar respuesta a problemas y optimizar soluciones que afectan a los miembros de su especie. El término ingenieros ecosistémicos se ha acuñado para las especies que pueden afectar el medioambiente de manera evidente, mediante la creación o modificación drástica de hábitats que pueden hacer que se vea alterada la cantidad de recursos disponibles para otras especies que habitan en el mismo ecosistema [1]. Entre los ejemplos clásicos de este tipo de ingenieros están los castores, capaces de convertir ecosistemas terrestres en hábitats acuáticos represando intencionalmente corrientes de agua [2]. También se sabe que grandes mamíferos, como elefantes, pueden afectar profundamente la composición y estructura de la vegetación [3]. Por ejemplo, en zonas donde estos son excluidos experimentalmente, la cobertura de la vegetación puede ser muy distinta a la de zonas que ellos ocupan; de hecho, tienen la capacidad de transformar un ecosistema de bosque en uno de sabana [4]. Este concepto también se ha aplicado a organismos de menor tamaño, incluso a microorganismos que pueden cambiar las condiciones químicas del ambiente [5], o a pequeños insectos. Entre los insectos, los ejemplos mejor documentados son las hormigas [6]; por ejemplo, una colonia de hormigas cortadoras de hojas puede remover entre 51 y 500 kg de hojas al año [7]. Las termitas degradan una enorme cantidad de material muerto y, de manera similar, las lombrices cumplen un papel muy importante en la aceleración de los procesos de degradación [8] y posibilitan que otros organismos más pequeños sigan utilizando los detritos en el suelo. En quince años de estudios sobre este tipo de especies se ha determinado que existen diversos tipos de ingenieros ecosistémicos, y se han propuesto varias categorías para clasificarlos, según sus efectos [9]. Pocos estudios se han centrado en revisar el papel de los primates como ingenieros ecosistémicos [10], aunque es claro que nuestra especie (Homo sapiens) es el principal modificador ecosistémico a lo largo y ancho de todo nuestro planeta [11]. El doctor Colin Chapman, de la Universidad de McGill (Canadá) [10], ha resaltado que los primates pueden jugar el papel de ingenieros ecosistémicos, principalmente por sus comportamientos relacionados con la búsqueda de alimentos. Según él, numerosos estudios demuestran que muchas especies de primates comedores de frutos, mientras realizan esta actividad, ingieren y luego defecan en buena condición las semillas de las plantas (un proceso conocido como dispersión de semillas). Por otra parte, Chapman y sus colaboradores resaltan que los primates pueden consumir tal cantidad de hojas y flores de plantas individuales, que pueden causar la muerte de dichas plantas. Basándose en datos de un estudio a largo plazo, han demostrado que la probabilidad de morir de unas plantas consumidas por monos colobos está asociada con su alto consumo por estos primates. De esta manera, se ha postulado que los primates no humanos pueden ejercer el papel de ingenieros ecosistémicos por su alto consumo de hojas y por sus preferencias alimenticias, que afectarían más a unas especies que a otras, lo cual implica potenciales cambios en la composición de los bosques. No obstante, en esta nota me centraré en describir el papel de los primates relacionados con la dispersión de las semillas, en vista de que los estudios relacionados con este tema son más numerosos. Las plantas, por ser organismos preponderantemente estáticos, requieren del movimiento de sus semillas para colonizar nuevos hábitats, llegar a lugares adecuados para su establecimiento y evitar procesos negativos como el derivado de establecerse debajo de la copa de una planta parental [12]. De hecho, en bosques tropicales se ha encontrado que la probabilidad de establecimiento de una semilla es mucho 68 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Figura 1. Neimar, un macho adulto de mico churuco del parque nacional natural Cueva de los Guácharos (Huila). Nótese que tiene un collar con un dispositivo GPS que permite rastrear sus movimientos a lo largo y ancho de su rango de hogar. De esta manera se pueden estimar las distancias a las que dispersa las semillas que ingiere Fuente: Foto de Sasha Cárdenas. mayor entre aquellas que se alejan de las plantas parentales que las producen [13]. Esto puede ocurrir por dos razones: porque cerca del parental caen numerosas semillas, y es más fácil que animales las encuentren y consuman; que las semillas o plántulas, cuando se concentran en altas densidades, mueran porque hay mayor posibilidad de que se vean infestadas por patógenos o por la alta competencia con plantas de su misma especie. Por lo tanto, la dispersión es un proceso sumamente relevante, y afecta la composición de especies de plantas y la disponibilidad de los recursos que generan. Las plantas cuentan con dos tipos básicos de dispersión de semillas: por agentes bióticos (animales) o abióticos (viento, agua, gravedad, etc.). Cuando consumen frutos, los animales cargan semillas en el tracto digestivo por un tiempo (endozoocoria), antes de desecharlas en otro lugar; pero también transportan semillas cuando estas quedan adheridas a sus pelos o plumas (epizoocoria), o incluso cuando las cargan deliberadamente (sinzoocoria). En muchos casos, en la sinzoocoria participan animales depredadores de semillas, como roedores, que cuando tienen mucho alimento pueden esconder algunas semillas para consumirlas con posterioridad. Cuando algunas de estas semillas son olvidadas pueden llegar a germinar, en un proceso también conocido como dispersión dizoocórica. Por ejemplo, en semillas marcadas con isótopos de escandio se ha encontrado que, a pesar de haber sido alejadas apenas unos metros de su parental por el viento, pueden llegar a alejarse cientos de metros cuando son tomadas sucesivamente por varias ardillas [14]. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 69 Figura 2. Ejemplos de semillas que pertenecen a especies que pueden ser dispersadas por los micos churucos: a) Garcinia macrophylla (Clusiaceae) y b) Pseudomalmea diclina (Annonaceae) Fuente: fotografías del autor La probabilidad de establecimiento de una semilla depende en gran medida de que logre sobrevivir [15] a enemigos naturales, que incluyen vertebrados, invertebrados y microorganismos. También son determinantes las condiciones abióticas que enfrentan, ya que una semilla pequeña, que tiene pocas reservas, requiere de mucha luz para desarrollarse [16]. Por su lado, semillas grandes pueden contar con reservas que les permiten perdurar en ambientes con poca luz (como bajo el follaje de los árboles de un bosque). Esto puede conducir a suponer que las plantas deberían tener semillas grandes (al menos en bosques); sin embargo, las semillas grandes no pueden ser eficientemente dispersadas por el viento o el agua. Por esta razón, entre el 70 y el 90% de las plantas de los bosques tropicales producen frutos carnosos para atraer animales que puedan dispersar sus semillas grandes en sus tractos digestivos, o cargándolas para llevarlas a escondites temporales [17]. En la actualidad se reconoce que el papel de los primates puede ser muy variable entre especies y dentro de la misma especie [18, 22]; por ejemplo, estudios realizados en África indican que los simios son destacados dispersores de semillas, ya que las trasladan a grandes distancias de los árboles parentales, mientras que los micos guenones suelen acumular frutos y semillas en abazones que tienen en los cachetes y luego escupen muchas de las semillas cerca de los árboles parentales. Los micos churucos suelen depredar (dañando por masticación) una proporción significativa de semillas (7% de las especies); sin embargo, este rol es mucho más frecuente en épocas de escasez de frutos, cuando no tienen acceso a otros recursos del bosque [20]. Adicionalmente, las semillas que dispersan la mayor parte de las especies frugívoras de primates pasan intactas por el tracto digestivo y luego pueden germinar en alta proporción [23]. Aquí los primates entran a jugar un papel relevante, porque son uno de los grupos de animales comedores de frutos que más abundan en los bosques tropicales [18]. A partir de la década de 1980 se han desarrollado numerosas investigaciones sobre el papel que juegan los primates en este proceso de dispersión de semillas, y se ha visto que incluso primates pequeños, de cerca de un kilo de peso, son capaces de ingerir y dispersar sin dañar semillas de más de 1 cm de largo [19]. Los estudios que realicé para el doctorado indicaron que los micos churucos (de hasta 9 kg de peso [figura 1]) ¡dispersan semillas de hasta 1,8 cm de ancho y más de 3 cm de largo! (figura 2). Además, en la localidad estudiada, situada en el parque nacional Tinigua (Meta), su abundancia es tan alta (entre 40 y 50 individuos por kilómetro cuadrado) que la población entera podría dispersar cerca de un millón de semillas por kilómetro cuadrado cada día [20]. De manera similar, los monos araña (entre 8 y 10 kg de peso) pueden ingerir semillas muy grandes (de cerca de 2 cm de ancho) y también dispersan semillas de muchas especies, que son viables y llevadas lejos de los parentales [21]. A pesar de esta variación, en un estudio reciente se documentó mediante una comparación realizada en lugares donde la abundancia de monos atelinos (como los churucos y los monos araña) es alta, que la diversidad de plantas que se regeneran es mayor que cuando la densidad de estos animales es baja o cuando han sido extinguidos por la cacería [24]. Otros estudios han demostrado que en lugares donde se cazan micos grandes, que son los que aportan más carne, la diversidad de plantas que se regeneran es baja y la composición de las plantas cambia [25, 26]. Varios estudios también han reportado de modo consistente que en lugares donde abunda la cacería y no hay tantos dispersores naturales, aumenta la cantidad de plantas que basan su dispersión en el viento y disminuyen aquellas cuyas semillas son de mayor tamaño y que deben ser dispersadas por animales [27]. Por estas razones, parece razonable concluir que, a largo plazo, la ausencia de los primates dispersores de semillas ocasiona cambios en la composición de las plantas y en los recursos presentes en el ecosistema que benefician a otros organismos. 70 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Es importante resaltar que estos cambios en la composición de especies pueden ser lentos, ya que los ejemplares juveniles y adultos de plantas pueden vivir largos períodos, y toma bastante tiempo la extinción local de especies que mayoritariamente basan su dispersión en los primates [24]. Sin embargo, cuando la intervención humana incluye otros efectos, aparte de la cacería, como la deforestación, se espera que los cambios en la composición sean más grandes y rápidos. Por lo tanto, de los trabajos realizados hasta el momento se puede concluir que los primates (especialmente las poblaciones de frugívoros grandes) tienen un papel determinante en la composición de los bosques donde habitan, y se prevé que en su ausencia los recursos del bosque cambiarán a largo plazo. De acuerdo con esto, se puede concluir que estos animales actúan como ingenieros ecosistémicos, dado el papel que juegan en la regeneración de los bosques. • Referencias [1] Jones CG, Lawton JH, Shachak M. Organisms as ecosystem engineers. Oikos 1994; 69: 373-386. [2]Naiman RJ, Johnston CA, Kelley JC. Alteration of North-American streams by beaver. Bioscience 1988; 38(11): 753-762. [3] Dublin HT, Sinclair ARE, Mcglade J. Elephants and fire as causes of multiple stable states in the Serengeti Mara woodlands. Journal of Animal Ecology 1990; 59(3): 1147-1164. [4]Stuart NOE, Hatton JC, Spencer DHN. 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En su libro de divulgación científica Hablaba con las bestias, los peces y los pájaros (Er redete mit dem Vieh, den Vögeln und den Fischen, 1949) expresaba el sueño de que los seres humanos pudieran hablar el lenguaje de las bestias mediante la imitación de sus propias señales de comunicación. Aunque la situación parece a primera vista exótica, desde los años ochenta se ha venido incrementando exponencialmente la cantidad de estudios que utilizan playbacks, la reproducción de sonidos animales, como técnica principal para la realización de experimentos. Experimentos de playback de sonidos e imágenes han sido utilizados no solo para resolver preguntas sobre comunicación animal, sino también específicamente con seres humanos, en psicología, mercadeo y publicidad. Se ha probado, por ejemplo, el efecto de distintos tipos de música de fondo en las decisiones de compra en las tiendas de ropa, el efecto de distintos empaques de dulces en el tiempo que los niños pasan observándolos, y el efecto de distintas fotografías del mismo político en las reacciones de empatía o agresividad de los potenciales votantes. En la tarea de entender el funcionamiento del cerebro animal y humano, con frecuencia se realizan experimentos en los que se mide la respuesta de una neurona, un nervio o una región específica del cerebro frente a estímulos auditivos o visuales (playbacks). Esta idea de entender el funcionamiento de las partes para explicar el todo (el organismo) es, por supuesto, limitada. Las partes pueden interactuar de manera compleja para generar la sensación o respuesta del organismo, por lo que la simple reacción, por ejemplo, del nervio auditivo nos da una idea necesariamente incompleta de lo que percibe el individuo. En el caso de los animales, parece difícil preguntarle al todo (el individuo) qué escucha, ve o siente cuando se lo expone a un estímulo. Este es precisamente el espacio que se llena con experimentos de playback en condiciones naturales o seminaturales: como en el sueño de Lorenz, entablar “conversaciones” con los animales para entender mejor la manera como su cerebro funciona. 74 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Sandra Victoria Flechas M. Sc., estudiante de doctorado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Adolfo Amézquita Ph. D. Profesor titular del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Figura 1. Preparando los estímulos sintéticos Fuente: fotografía de Karen Siu-Ting. Uno de los problemas más intrigantes en neuroetología es cómo lidia el cerebro con el exceso de información. Nuestros órganos de los sentidos proporcionan cada segundo cantidades astronómicas de información que, en su mayoría, debe ser ignorada por el cerebro para concentrarse en la información que sea relevante para cada contexto. Por ejemplo, deberíamos recibir millones de estímulos provenientes de la piel, porque la ropa hace contacto con ella y excita las neuronas mecanorreceptoras. Estas neuronas, sin embargo, dejan de reaccionar cuando estímulos muy parecidos persisten por unas fracciones de segundo. La consecuencia es que no percibimos la ropa sobre la piel a menos que nos movamos y cambie la presión que la ropa ejerce sobre ella. Sistemas parecidos de economía o filtración de información ocurren en otros órganos de los sentidos, pero no precisamente en las neuronas del oído. Aunque es cierto que, con el tiempo, el cerebro puede hacer que perdamos atención e ignoremos a una persona que habla mucho, no por esto las palabras de esta persona dejan de estimular el oído. Se trataría entonces de un caso en el que el exceso de información es filtrado en áreas centrales del sistema nervioso (el cerebro) y no en el órgano sensorial (el oído). La comunicación acústica es esencial para las ranas y los sapos. Los machos son, en la mayoría de las especies, quienes cantan, y su canto cumple dos funciones principales: informar a las hembras que están disponibles y en condiciones para reproducirse, y, además, alertar a otros machos de su presencia, de manera que lo piensen dos veces antes de acercarse. Un encuentro agresivo entre dos machos claramente implicaría un gran gasto de energía y un mayor riesgo de ser detectados por depredadores, ambos costos tal vez innecesarios. El tipo de canto que utilizan, con este doble propósito, es conocido como llamada de anuncio (advertisement call), un nombre bastante elocuente, dado que les anuncian a hembras y a otros machos sobre su presencia e intención. Este no es el único tipo de canto que emiten las ranas. Muchas incluyen en su repertorio llamadas agresivas, que son usadas cuando hay otro individuo muy cerca, y así evitan que un simple acercamiento se convierta en una riña. También se han descrito llamadas que se utilizan durante el cortejo, que en otras palabras es la última arma que tienen los machos para convencer a una hembra de que se aparee con ellos. A diferencia de las llamadas de anuncio, las llamadas de cortejo son emitidas a muy corta distancia del otro individuo. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 75 Por último, hay un tipo de llamadas que son producidas tanto por machos como por hembras cuando son capturados por un depredador o cuando son sujetados con fuerza por una persona. Este canto, en muchos casos, consiste en un grito capaz de desconcertar y asustar a quien está sujetando al animal, y le permite escapar al atribulado sapo. En las regiones donde una gran cantidad de especies de ranas se concentran para reproducirse, las ranas confrontan un claro problema de filtración de información. Los individuos de la misma especie se deben escuchar, reconocer y ubicar para que la reproducción sea posible, todo en medio de la cacofonía que generan cientos o miles de ranas de diferentes especies cantando al mismo tiempo. En el caso particular de las ranas venenosas, familia Dendrobatidae, el problema de comunicación existe, pero en relación con la defensa de territorios. Se trata de especies en las que los machos defienden sus territorios a capa y espada porque de su defensa depende que puedan atraer hembras para reproducirse. Machos sin territorios serán machos solteros, incapaces de propagar sus genes a la siguiente generación. Su principal herramienta, por supuesto, son los cantos, y cuando estos no logran detener a un posible intruso, no es raro observar un par de machos rodando por la hojarasca, como dos grandes luchadores, hasta que uno de los involucrados se rinde y se retira. Este problema de comunicación en ambientes ruidosos es muy fácil de percibir en Panguana, una reserva natural en la Amazonía peruana, donde cada día al menos nueve especies de ranas venenosas deben arreglárselas para comunicarse y defender su territorio entre el canto simultáneo de cientos de individuos. Semejantes niveles de ruido parecerían simplemente impedir la comunicación, a menos que sus cerebros tuvieran mecanismos para filtrar el exceso de información. ranas filtran los cantos de otras especies, según el riesgo que representen de interferir en su propio proceso de comunicación. Cuando el canto de otra especie es muy similar al propio, su cerebro será más selectivo para rechazar este tipo de sonido. Preguntamos entonces a las ranas qué tanto puede variar un canto hasta que dejan de reconocerlo como un canto propio. Para esto, nos fuimos a Panguana y, en primera instancia, realizamos grabaciones de las llamadas de varios individuos de cada una de las nueve especies. Analizamos en computador las características temporales de los cantos, aquellas que tienen que ver con su duración, el número de notas, el tiempo entre cada par de notas, y las características espectrales, que pueden ser entendidas como qué tan grave o agudo cantan los individuos de cada especie. En este estudio realizamos cientos de experimentos de playback para probar precisamente esa hipótesis: que los cerebros de las Con los valores obtenidos, fabricamos en el computador llamadas sintéticas (o estímulos), que en su mayoría ni siquiera existen naturalmente, pues representan combinaciones matemáticas de los cantos de todas las especies del sitio. Para establecer si los animales eran capaces de reconocer semejantes sonidos sintéticos, realizamos experimentos de playback, que básicamente consisten en 1) ubicar un macho que esté cantando, 2) a uno o dos metros del animal, ubicar un altoparlante en dirección al individuo, y 3) reproducir el sonido sintético con ayuda de una grabadora digital. La respuesta comportamental de los machos es bastante obvia: si reconocen los cantos como de su especie, el macho lo interpreta como la presencia de un intruso e inmediatamente se acerca y lo busca en los alrededores del parlante. La interpretación es un poco más compleja cuando el animal no se mueve mientras escucha el estímulo. ¿Cómo saber si el animal no respondió porque no reconoció el sonido como propio, o porque no está interesado ni tiene el ánimo de combatir? Para solucionar este problema, tan pronto como termina de reproducirse el estímulo de prueba, reproducimos un canto “promedio” de la población que debería generar una respuesta perfecta. Si Figura 2. Ameerega picta. Fuente: fotografía de Sandra V. Flechas. Figura 3. Ameerega trivittata. Fuente: fotografía de Sandra V. Flechas. 76 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 el animal se acerca, consideramos el primer experimento efectivamente como una falta de reconocimiento del primer estímulo. Si el animal tampoco muestra interés por el estímulo promedio, el experimento es anulado y volvemos a probar con otro animal. En resumen, consideramos una respuesta binaria en la que un playback se interpreta como positivo cuando la rana responde al estímulo, y negativo cuando no responde al estímulo, pero sí al canto promedio. Durante un periodo de tres meses realizamos en Panguana más de mil experimentos de playback con 531 machos de cinco especies. De todo este esfuerzo, 577 experimentos fueron considerados válidos y, posteriormente, utilizados para desarrollar novedosos modelos mentales sobre los parámetros que utiliza cada especie para reconocer cantos propios y filtrar los cantos de otras especies. Encontramos grandes diferencias en el mapa mental de reconocimiento entre las especies. Cuatro de ellas respondieron a estímulos considerados como supernormales, en otras palabras, a estímulos muy por afuera de los límites propios de su señal. En un extremo, la especie Allobates femoralis respondió a estímulos sintéticos cuyos parámetros cambiamos cuatro o cinco veces más allá del rango natural en la población. Se trata de cantos que estos machos jamás conocieron, porque simplemente no existen. En el otro extremo, la especie Ameerega picta fue muy estricta y solo reconoció como cantos propios aquellos cuyos parámetros variaban muy poco alrededor del promedio. Además, resultó claro que la mayoría de las especies toleran más los cambios en los parámetros temporales que los cambios en la frecuencia de la llamada. Lo más importante fue, sin duda, que nuestros resultados mostraron, por primera vez para la ciencia, que cada especie de rana ajusta un mapa mental de sonidos que va filtrando el canto de las otras especies según el riesgo de interferencia que cada una representa. Aunque sus oídos perciben casi todo el ruido Figura 4. Ameerega petersi. Fuente: fotografía de Sandra V. Flechas. ambiental, su cerebro filtra aquello que les conviene oír. De esta manera, probablemente mejoran la detección de sonidos de su propia especie en un ambiente ruidoso y evitan los costos de involucrarse en combates innecesarios. Encontramos, de hecho, que nunca se traslaparon las respuestas entre especies, de modo que parece haber una muy buena separación acústica que evita que haya malentendidos y confusiones. Los resultados han permitido replantear hipótesis sobre la manera como los cerebros lidian con el exceso de información. En la evolución de los sentidos parece existir una dualidad entre, por un lado, percibir del ambiente toda la información que sea relevante y, por otro, ser capaz de procesarla. Una solución a este problema es tener órganos de los sentidos ajustados para solo percibir la información que sea relevante. Esta estrategia parece ambigua, en la medida en que sería difícil reconocer los límites de lo que sea relevante. Una segunda estrategia implicaría los procesos mismos de atención. Aunque la información llegue al cerebro, él mismo escoge los elementos de información que serán analizados, aquellos a los que se les presta atención. En los seres humanos, los procesos de atención son altamente flexibles y el objeto de atención puede ser remplazado en fracciones de segundo. En las ranas que estudiamos, el mecanismo parece menos flexible, porque no depende de las ranas de otras especies que estuvieran cantando en el momento en que hicimos el experimento. El mecanismo neurológico que explicaría esta diferencia es, por supuesto, desconocido. Pero, quizás, podemos avanzar con seguridad en comprender el funcionamiento de la mente humana si entendemos cómo funcionan ciertos procesos en organismos con cerebros menos complicados que el nuestro, por ejemplo, las ranas. Amézquita A, Flechas SF, Lima AP, Gasser H, Hödl W. Acoustic interference and recognition space within a complex assemblage of dendrobatid frogs. PNAS 2011; 108(41): 17058-17063. • Figura 5. Allobates femoralis. Fuente: fotografía de Sandra V. Flechas. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 77 Fuente: NOAA/Monterey Bay Aquarium Research Institute, http://www.photolib.noaa.gov/bigs/expl0836.jpg UN CORAL A LA CONQUISTA DE LOS OCÉANOS PROFUNDOS Santiago Herrera, Juan Armando Sánchez Santiago Herrera, Juan Armando Sánchez Un coral a la conquista de los océanos profundos Considerado un vasto desierto perpetuamente oscuro y helado, hasta finales del siglo XIX se creía que el mar profundo, a más de 550 metros, era un lugar no apto para la vida [1]. Sin embargo, hoy se sabe que existe vida, que prospera hasta en el lugar más profundo del océano, a casi 11 kilómetros en la fosa de las Marianas [2], donde la presión es 1.100 veces mayor a la que vivimos, y que la biodiversidad en el mar profundo es comparable a la encontrada en los lugares más diversos en aguas someras [3]. De hecho, para muchos grupos de organismos, como los corales, la mayoría de especies se encuentran en el mar profundo [4]. La capacidad de los corales de aguas profundas de albergar una gran diversidad de vida marina, incluyendo especies de peces de importancia comercial, hacen que estos organismos formadores de hábitat sean de Figura 1. Paragorgia arborea (L.) en el monte marino Davidson (California, EE. UU.), 21 de mayo de 2002 Fuente: NOAA/Monterey Bay Aquarium Research Institute (http://www.photolib.noaa.gov/bigs/expl0924.jpg) 80 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Santiago Herrera M. Sc., candidato a doctorado en Oceanografía Biológica del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y del Instituto Oceanográfico de Woods Hole. [email protected] Juan Armando Sánchez Ph. D., profesor titular del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Figura 2. Colonias de Paragorgia arborea en el cañon Heezen (Atlántico Norte, EE. UU.), 9 de agosto de 2002. Fuente: NOAA Okeanos Explorer Program, 2013 Northeast U.S. Canyons Expedition (http://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/explorations/ex1304/dailyupdates/media/aug9-hires.jpg). gran interés para conservacionistas, administradores de recursos ambientales y científicos. La protección de estos corales requiere el conocimiento de procesos históricos que han moldeado su biodiversidad y biogeografía. Aunque poco se sabe acerca de estos procesos, nuestra investigación, publicada en la revista Molecular Ecology [5], ayuda a dilucidar los patrones históricos de migración de corales de aguas profundas y su flujo genético, que coincide con patrones de circulación oceánica y eventos geológicos. Un gran número de especies del mar profundo, incluyendo los corales, tienen distribuciones aparentemente amplias, casi cosmopolitas, y habitan en más de un océano [6]. Se han sugerido varios mecanismos para explicar la existencia de dichas especies, cuyas poblaciones se encuentran en ocasiones separadas por decenas de miles de kilómetros, y cuya conectividad entre poblaciones está mediada por una capacidad de dispersión a larga distancia. Los resultados de estudios que han examinado la diversidad genética de algunas de estas especies en un contexto regional sugieren que la diferenciación genética entre poblaciones no ocurre a escalas de rasgos topográficos discretos, como montes marinos o cañones, sino probablemente a escalas mayores [7, 8]. Sin embargo, antes de nuestro artículo titulado “Spatial and temporal patterns of genetic variation in the widespread antitropical deep-sea coral Paragorgia arborea”, ningún otro estudio había evaluado la diversidad genética de una especie putativa del mar profundo con amplia distribución en todo su rango de ocurrencia. En este estudio nos enfocamos en el coral de aguas profundas Paragorgia arborea (figuras 1 y 2), también conocido como coral goma de mascar, descrita por Carl Linnaeus en 1758, y que se ha encontrado en las regiones polares, subpolares y subtropicales de todos los océanos del mundo, pero no en regiones tropicales (por lo tanto, se dice que tiene una distribución antitropical). Individuos de esta conspicua especie pueden alcanzar enormes tamaños, de hasta ocho metros de altura, lo que lo convierte en el organismo bentónico de mayor tamaño en el planeta [9]. Esta especie de corales es una de las más abundantes en montes marinos y cañones de los océanos Atlántico, Índico y Pacífico, y puede llegar a vivir más de quinientos años. Colonias Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 81 Figura 3. Distribución geográfica actual de Paragorgia arborea y su subdivisión poblacional. Existen seis poblaciones principales: Atlántico norte (AN), Atlántico sur (AS), Índico meridional (IM), el Pacífico sur (PS), Pacífico noroccidental (PNOc) y Pacífico nororiental (PNOc). Fuente: Mapa de batimetría base reproducido del mapa mundial Gebco 2013, www.gebco.net individuales de P. arborea pueden albergar cientos de individuos de decenas de especies asociadas, como estrellas de mar, cangrejos, anémonas, e incluso especies de peces de importancia económica y nutricional. La fauna asociada a este coral es hasta tres veces más diversa que la fauna encontrada en organismos equivalentes de aguas someras [10], lo que indica que esta especie cumple un papel ecológico fundamental en los ecosistemas marinos de profundidad. Una de las preguntas que tratamos de resolver con esta investigación es si Paragorgia arborea es, de hecho, una sola especie de escala global o si se ha convertido en un conjunto de especies crípticas, es decir, genéticamente diferentes, pero morfológicamente indistinguibles. El análisis de ocho regiones genéticas de más de cien individuos que se han encontrado a lo largo del mundo durante los últimos 134 años en varios montes submarinos y otros hábitats de fondos duros, tales como cañones, fiordos y pendientes continentales, reveló evidencia de que los individuos recolectados en regiones separadas por decenas de miles de kilómetros, a profundidades que van desde los 100 a los 1.500 metros, realmente parecen pertenecer a la misma especie. Esta cobertura genómica y de muestreo representa un esfuerzo sin precedentes para resolver preguntas evolutivas fundamentales en corales de aguas profundas. También encontramos diferencias significativas en la composición genética de las poblaciones de esta especie, correlacionadas con su situación geográfica a escalas de cuencas oceánicas 82 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 (figura 3), que indican que los individuos de cada población tienen muchas más probabilidades de reproducirse localmente con sus vecinos que con individuos de otras cuencas. Sin embargo, a diferencia de lo que se ha encontrado en otras especies marinas [11, 12], la profundidad no parece ser un factor de estructuración poblacional determinante. Esto sugiere que, contrario a lo que sostiene el paradigma actual, para algunas especies las diferencias de presión, salinidad, temperatura y niveles de oxígeno encontradas a lo largo de gradientes de profundidad no necesariamente representan barreras infranqueables. Hemos identificado seis poblaciones principales: Atlántico norte, Atlántico sur, Índico meridional, Pacífico sur, Pacífico noroccidental, y Pacífico nororiental (figura 3). El zoólogo noruego Hjalmar Broch propuso en 1957, en un breve artículo publicado en la revista Nature, que las posibles conexiones entre las poblaciones de este octocoral se facilitaron por el mar Ártico, que comunica los océanos Atlántico y Pacífico hacia el norte [13]. Sorprendentemente, encontramos que la población del Atlántico norte comparte una conexión histórica más reciente con las poblaciones del hemisferio sur que con las poblaciones del Pacífico norte, que geográficamente son mucho más cercanas. Los patrones de diversidad genética de este coral sugieren que la especie se originó en el Pacífico oriental hace aproximadamente diez millones de años (MA), muy probablemente en el hemisferio norte, tras lo cual colonizó el hemisferio sur durante el período del Mioceno tardío al Plioceno temprano, antes de que iniciara su migración al Atlántico norte (figura 4). Fuente: NOAA Okeanos Explorer Program, 2013 Northeast U.S. Canyons Expedition (http://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/ explorations/ex1304/dailyupdates/media/july21-hires.jpg) Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 83 Otros estudios previos sobre especies de tiburones espinosos y briozoos, también conocidos como animales musgo, han encontrado este mismo patrón histórico de diversidad genética [14, 15]. Además, los patrones encontrados son consistentes con los últimos modelos de circulación oceánica de la época [16]. Estos resultados del mar profundo presentan un marcado contraste con la hipótesis de un intercambio trans-Ártico [17] que sugiere una conexión migratoria reciente entre el Pacífico norte y el Atlántico norte, propuesta con base en la distribución de varias especies de animales de aguas poco profundas, como algas rojas, estrellas de mar, bivalvos, gasterópodos y percebes, entre otros. Los patrones de diversidad genética observados y la historia evolutiva del origen y colonización inferida para Paragorgia arborea podrían explicar los patrones de distribución actuales de muchos otros grupos de especies marinas, por ejemplo, simbiontes de corales de aguas profundas, como estrellas de mar y langostas, por lo que esta especie de coral podría haber jugado un papel determinante en la formación de la diversidad faunística existente en aguas profundas. Más aún, sugerimos que este mismo mecanismo de dispersión fue importante para otros organismos del mar profundo y puede explicar los patrones actuales de distribución y diversidad de muchas otras especies. Esta investigación representa una contribución significativa a la biología marina y la oceanografía por sus resultados pioneros, que cambian paradigmas antiguos en estas disciplinas y permiten avanzar hipótesis para explicar patrones de biodiversidad globales. Los datos generados en esta investigación proveen una línea de base fundamental que puede ser usada para evaluar posibles efectos de perturbaciones ambientales antropogénicas, como sobrepesca, calentamiento global y acidificación oceánica, que incidirían sobre las poblaciones que habitan el mayor bioma terrestre. Además, crea nuevas oportunidades para examinar los patrones de migración de otros organismos marinos. El siguiente paso de este estudio será comprobar qué factores ambientales de menor escala producen las diferencias en la composición genética de las poblaciones vecinas, tales como las poblaciones del Pacífico noroccidental y nororiental, y tratar de identificar las adaptaciones específicas de las poblaciones de esta especie que viven en los extremos ambientales de su distribución, por ejemplo, a profundidades muy someras y profundas y en condiciones de pH relativamente bajo y alto. Esta investigación fue realizada en colaboración con el Dr. Timothy Shank, del Instituto Oceanográfico de Woods Hole, y se basó en el trabajo apoyado por el Proyecto del Censo Global de la Vida Marina en los Montes Submarinos (CenSeam); la Facultad de Ciencias, Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes; el Laboratorio Nacional de Sistemática del Servicio Nacional de Pesquerías Marinas, de la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional de los Estados Unidos (NOAA); el Instituto Smithsonian; la Asociación Sistemática del Reino Unido; la Sociedad Linneana de Londres y la Sociedad de Investigación Sigma Xi. • Figura 4. Patrón de migración hipotética de Paragorgia arbórea: 1. Origen en el Pacífico norte, probablemente en la parte occidental (~10 MA); 2. Migración al hemisferio sur en el Pacífico (5 MA); 3. Colonización del Pacífico sur (~5 MA); 4. Trasporte al oriente por medio de la corriente circumpolar antártica y colonización del Atlántico; 4’. Ruta alternativa de transporte al oriente por el Ecuador; 5. Migración al hemisferio norte en el Atlántico; 5’. Ruta alternativa de migración al hemisferio norte en el Atlántico por la vía marítima centroamericana; 6’. Colonización del Atlántico norte (~2 MA); 7 y 8. Continua migración circumpolar; 9. Colonización del Pacífico noroccidental (~6 MA). Fuente: Mapa de batimetría base reproducido del mapa mundial Gebco 2013, www.gebco.net 84 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Fuente: Deepwater Canyons 2013 - Pathways to the Abyss, NOAA-OER/BOEM/USGS (http://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/13midatlantic/logs/may19/media/bythitid2-hires.jpg) Referencias [1] Forbes E. Report on the Mollusca and Radiata of the Aegean Sea, and on their distribution, considered as bearing on geology. London: British Association for the Advancement of Science; 1844. [2]Glud RN, Wenzhofer F, Middelboe M, Oguri K, Turnewitsch R, Canfield DE et al. 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Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 85 Fuente: cortesia de Laura Olear. http://lauraolearstudio.com/?page_id=7 LO QUE SIEMPRE SE QUISO SABER SOBRE EL SEXO Y HASTA AHORA LO PODEMOS CONTAR: EL CASO DE TRYPANOSOMA CRUZI Juan David Ramírez, Felipe Guhl Lo que siempre se quiso saber sobre el sexo y hasta ahora lo podemos contar: el caso de Trypanosoma cruzi Juan David Ramírez Becario posdoctoral en el Molecular Parasitology Section, National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), National Institutes of Health (NIH), Bethesda MD – USA. [email protected] Felipe Guhl Profesor emérito del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. [email protected] Los protozoos son organismos unicelulares del dominio Eukarya que presentan una altísima diversidad de ciclos de vida y características metabólicas. Estos pueden ser heterótrofos, fagótrofos, depredadores, detrívoros o mixótrofos. En el phylum Protozoa se encuentra una serie de especies que han desarrollado una adaptación al parasitismo y causan enfermedades en humanos y animales que pueden considerarse graves para la salud pública. Entre estas enfermedades se encuentran la malaria, causada por el Plasmodium spp., la leishmaniasis, causada por parásitos del género Leishmania, la toxoplasmosis, causada por el Toxoplasma gondii, la enfermedad de Chagas, causada por el Trypanosoma cruzi, la enfermedad del sueño, causada por el Trypanosoma brucei, la amebiasis, causada por la Entamoeba histolytica, y la giardiasis causada por la Giardia intestinalis, entre otras. La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha estimado que aproximadamente más de mil millones de personas en el planeta se encuentran infectadas por parásitos protozoarios, lo cual constituye un serio problema de salud pública [1]. El entendimiento de la biología de estos organismos puede ayudar a la comprensión holística de las enfermedades parasitarias. A pesar de la aplicación de las modernas técnicas de biología molecular, aún no se conoce exactamente el mecanismo de reproducción de la mayoría de los protozoos causantes de enfermedades parasitarias en el hombre y los animales. Estos microorganismos pueden presentar una reproducción asexual por fisión binaria, y también sexual por gametos o por conjugación; pero en aquellos organismos en los que se cree que se da la fisión binaria se ha observado un peculiar mecanismo de intercambio genético. Por esta razón, actualmente se consideran tres hipótesis que pueden explicar los mecanismos de reproducción de los protozoos: i) Tibayrenc y Ayala propusieron en 1991 que los protozoos presentan una estructura clonal con infrecuentes eventos de recombinación [2]; ii) Harvey y Keymer demostraron en 1987 que los protozoos presentan una estructura netamente sexual con amplios eventos de recombinación [3]; iii) Maynard-Smith et al. sugirieron en 1993 que los protozoos presentan una mezcla de las dos hipótesis anteriores, o sea, que los protozoos experimentan eventos de recombinación y que los productos de estos eventos (recombinantes ó híbridos) presentan una expansión clonal [4] (figura 1). Desde 1990, diferentes investigadores han unido esfuerzos con el fin de corroborar los mecanismos de reproducción de los protozoos. La secuenciación de genomas y su respectiva anotación ha sido 88 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Somos solo clonales sexo Sexo y más sexo Pero uno de nosotros presentaremos expansión clonal Aunque yo rara vez tengo sexo Harvey and Keymer, 1987 Tibayrenc et al., 1991 Maynard-Smith et al., 1993 Figura 1. Diagrama de las hipótesis actuales que explican los mecanismos de propagación de los parásitos protozoarios. Fuente: elaboración propia. de gran utilidad en Leishmania, Giardia, T. brucei y T. cruzi con el fin de buscar marcadores moleculares que puedan ayudar a determinar la frecuencia de intercambio genético en poblaciones naturales o, asimismo, la ausencia de sexo y presencia de estructura clonal pura. Un modelo ideal para esta determinación es el hemoflagelado Trypanosoma cruzi, agente causal de la enfermedad de Chagas, una antropozoonosis que afecta aproximadamente a diez millones de personas en Latinoamérica, y en Colombia, específicamente, 1,2 millones de personas. Este parásito presenta una alta variabilidad genética evidenciada en seis unidades discretas de tipificación (DTU por su sigla en inglés) nombradas TcI-TcVI, con la reciente descripción de un nuevo genotipo asociado a murciélagos llamado TcBat [5]. Una DTU se define como un grupo de cepas que presentan la misma característica genética. En Colombia se han reportado todas las DTU que circulan en humanos, insectos vectores y reservorios, de las cuales la TcI es la más frecuente (figura 2). Durante los últimos veinte años el CIMPAT ha recolectado muestras de T. cruzi en un amplio número de especies de reservorios, triatominos y pacientes con distintos fenotipos clínicos. A partir de estos aislamientos se han obtenido más de trescientos clones biológicos que han sido analizados con una gran variedad de marcadores moleculares, entre los cuales se rescatan el Multilocus Sequence Typing mitocondrial (MLSTm) y el Multilocus Microsatellite Ty- ping (MLMT), que permiten obtener los fragmentos polimórficos a nivel de genoma mitocondrial y nuclear. Mediante el análisis de las características genéticas de estos clones se logró demostrar una increíble diversidad genética y una inconguencia a nivel de las filogenias de marcadores nucleares y mitocondriales (figura 3). La incongruencia a nivel filogenético sugiere eventos de introgresión, y por ende, de recombinación genética. Estos eventos de incongruencia en filogenias se han demostrado en otros parásitos protozoarios, como Leishmania y Giardia [6, 7, 8]. Para algunos autores, la incongruencia de filogenias no representa intercambio genético, debido a que son métodos matemáticos en los que se observan señales débiles de recombinación. Sin embargo, durante los últimos cuatro años hemos aplicado algoritmos como MaxChi, GenCONV y RDP, entre otros, según los cuales las señales de recombinación son altamente frecuentes. Estos eventos de recombinación no han sido solo observados en Colombia: en poblaciones naturales de T. cruzi en Ecuador, Venezuela, Paraguay y Brasil se repite el mismo patrón, lo que demuestra que la hipótesis de clonalidad de Tibayrenc y Ayala debe ser reconsiderada. La clonalidad, defendida como una de las hipótesis existentes, no debe ser excluida como un mecanismo de reproducción. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 89 Ciclo doméstico TcI (70%) TcII (20%) TcIII (1.6%) TcIV (3.6%) TcV (2.2%) TcVI (2,6%) TcI (85%) TcII (0.3%) TcIII (5.5%) TcIV (7%) TcVI (1.1%) TcBat (1.1%) Ciclo selvático Figura 2. Panorama ecoepidemiológico de la transmisión de las unidades discretas de tipificación del Trypanosoma cruzi en Colombia. Fuente: elaboración de Juan David Ramírez. De hecho, existen ciertas poblaciones en nuestros datos que presentan una estructura netamente clonal. Es por esto que al examinar las hipótesis existentes creemos que los protozoos, y en especial el T. cruzi, cumplen lo propuesto por Maynard-Smith et al.: existe una alta frecuencia de recombinación, y luego estos híbridos presentan una expansión clonal con el fin de tener una estabilidad poblacional. Esto sugiere el planteamiento de un nuevo mecanismo de “propagación sexual”, lo que hemos podido corroborar con el establecimiento de genotipos robustos a nivel sub-DTU. En TcI hemos reportado dos genotipos:uno asociado a las infecciones humanas (ciclo doméstico) y otro relacionado con el ciclo silvestre de transmisión. Como tenemos la posibilidad de calibrar relojes moleculares con eventos filogeográficos, hemos podido determinar, con análisis de coalescencia, el surgimiento y expansión de este genotipo humano, que se ha denomidado TcIDOM. Estos análisis de coalescencia e inferencia bayesiana han permitido encontrar asociaciones entre la emergencia de este genotipo y los primeros asentamientos humanos en el Pleistoceno tardío, con lo que se ha ratificado que el humano es un accidente en el ciclo natural del T. cruzi (figura 4). El surgimiento de este genotipo presenta serias consecuencias en términos de salud pública. Al realizar la caracterización molecular de este genotipo en pacientes chagásicos crónicos con distintos grados de severidad se encontró que los 90 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 infectados con TcIDOM presentaban miocarditis severa y muerte letal [9, 10]. Esto demuestra que el surgimiento de recombinantes puede conducir a la severidad de la enfermedad. Asimismo, los patrones de superinfección juegan un papel importante tanto en la biología del parásito como en la clínica de la enfermedad. En un estudio retrospectivo de aislamientos de T. cruzi asociados con la transmisión oral (jugos y alimentos) de la enfermedad de Chagas se pudo observar que aquellos pacientes infectados con varios genotipos de T. cruzi murieron una semana después de infectarse, lo cual sugiere que conocer la biología del parásito y sus mecanismos de reproducción es fundamental para comprender la clínica de la enfermedad [11]. Esta estrategia utilizada por el T. cruzi y otros protozoos es congruente con la evolución de los mecanismos de la reproducción de los protistas, en la que todo comienza con la fisión binaria, que es netamente “asexual” (tripanosomátidos, amebas, diplomonas, etc.), luego eventos de intercambio genético en los que ocurre el de conjugación (ciliados), seguido de la esquizogonia, en la que se alteran los mecanismos de reproducción asexual y sexual (apicomplejos y esporozoarios). Siguiendo este orden de ideas, los eventos de recombinación genética en la fisión binaria no son un paradigma, y sencillamente demuestran evolución a un nivel microbiológico que no se había considerado Genoma nuclear 6 82 2 10 1 12 13 6 9 95 8 7 84 93 88 7 11 5 84 86 100 99 85 99 100 Genoma mitocondrial CAN III (TclV) CM17 (Tclll) 0,040 ESM cl3 (TcII) Figura 3. Introgresión mitocondrial de cien clones colombianos de Trypanosoma cruzi. En la izquierda se observa el gráfico multidimensional de un análisis discriminante de componentes principales que muestra trece grupos definidos usando marcadores microsatélites (MLMT). En la derecha se observa una reconstrucción filogenética de máxima verosimilitud de cien clones basada en diez genes mitocondriales (MLST). Las estrellas rojas demuestran los eventos de introgresión y la alta frecuencia de intercambio genético. Fuente: [8]. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 91 l3 2 cl1 cl1 EH SP 91,1 2 cl1 EM cl15 FEC cl8 SMA l15 MGc JLcl5 82,3 l14 CACQc CGcl6 FcHcl6 Tcmarinke Y SL AS1 SLD D2cl cl2 1 N5P 1Eccl 1 6 Palm 4cl7 Coy1 ascl7 1cl1 2 NA3c l4 SLB3cl2 SLA9cl7 NB2cl5 SN5cl7 AAD6cl7 X380cl11 Emergencia de TcIDOM 4,5 4 3,5 Log del tamaño efectivo poblacional 0,03 0 cl1 BB EE Rp 54 l61c l1 0 PA cl9 6 Ne 1cl6 coc llcl6 TV X23 cl9 6cl8 Dm3 8cl1 6 Dm7c l6 D18cl1 0 YTT1cl1 SR2cl7 X1082cl9 NR1cl10 SLDm2cl9 l7 NDm1c 1cl9 m D L S l2 YB1c cl6 2 a p Ce cl1 3 m1 l AAD m18c 10 YD 44cl 0 5 l1 X1 16c Mcl2 D 1 l9 c m YD NC2 Tm Xch cl1 4 LER cl1 1 DY Rc l15 YLY cl1 4 SEV cl12 cl7 LC V c DAcl14 LJVP JEMcl2 AAC11cl2 SN11cl3 Td3cl10 Td11cl7 Tdcl9 0 H10cl1 4 D1cl1 l15 YD1c 1cl3 AAC l10 5c SLF 83cl2 AA 5 l c A7 cl17 11 Dm AA Ga Genotipo TcIDOM 3 2,5 2 1,5 Limites del 95% HPD 1 0,5 0 0 Mediana de la estimacion Bayesiana basado en un modelo de creimiento expansional 5000 10.00015.00020.00025.00030.00035.00040.00045.000 95% HPD de la emergencia de TcIDOM Emergencia de TcIDOM Evidencia molecular de la colonizacion humana en las Americas Evidencia arqueologica de los primeros asentamientos humanos en las Americas Años antes del presente Figura 4. En la izquierda se observa un árbol de distancias que demuestra dos grupos robustos y la emergencia del genotipo TcIDOM. En la derecha se observa el análisis de coalescencia bayesiana que demuestra que la emergencia del genotipo TcIDOM coincide con los primeros asentamientos humanos del Pleistoceno tardío. Fuente: [8]. 92 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 anteriormente. Lo curioso de este proceso es la estrategia que utilizan los protozoos para diversificarse. Con este enigma surge la posibilidad de fusión, mediante la cual dos organismos diploides se unen para formar un organismo tetraploide que tiene varias opciones: ser viable por erosión genómica y regresar a su estado de diploidia; perder una copia de cromosomas y ser triploide, punto en el que la parasexualidad aparece como una posible explicación, pues se sabe que evolutivamente los hongos y protozoos no son tan lejanos; o por último, seguir en estado de tetraploidia, en la que se genera una célula viable, para de nuevo ir en contra de los tratados de biología celular conocidos hasta el momento [12]. Esto pone de presente un campo de investigación increíble y promisorio para entender a fondo la biología de estos protozoos y dilucidar claramente el mecanismo de fusión. Actualmente, en los recombinantes encontrados con MLST y MLMT estamos aplicando herramientas de genómica comparativa y deep-sequencing. Los primeros resultados demuestran que en un mismo clon con cubrimientos por deep-sequencing de 8000x es posible encontrar mosaicos de distintas DTU dentro de un clon TcI, lo cual demuestra claramente que el sexo es la regla en el T. cruzi. A lo largo de estos años de investigación hemos desarrollado herramientas para solucionar los problemas que propone el T. cruzi, y que comenzaremos a aplicar en otros parásitos que representan problemas de salud pública en Colombia. En este sentido, los géneros Leishmania, Giardia y Cryptosporidium se convierten en potenciales organismos de investigación que serán evaluados a nivel de análisis de genomas con el fin de validar previas hipótesis y demostrar que el sexo es la regla y es un evento más ancestral que lo reportado previamente. • Referencias [1] World Health Organization (WHO). Millennium Development Goals: progress towards the health-related 2010. [2] Tibayrenc M, Kjellberg F, Ayala FJ. 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Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 93 Fuente: Kristine Paulus, http://www.flickr.com/photos/kpaulus/4493710632/ UNA REVISIÓN DE LA BIOLOGÍA DEL DIDELPHIS MARSUPIALIS Y SU RELACIÓN CON EL MAL DE CHAGAS Y LA LEISHMANIASIS JULIÁN DAVID APONTE QUIMBAY Una revisión de la biología del Didelphis marsupialis y su relación con el mal de Chagas y la leishmaniasis Julián David Aponte Quimbay Estudiante de Ingeniería Ambiental en la Universidad de los Andes. [email protected] El Didelphis marsupialis es conocido por diferentes nombres comunes, como chucha de oreja negra, zorro mochilero, rabipelao, zorro hediondo, gambá, raposo(a), comadreja, chucho, faro, fara, runcho y zorra [1]. Pertenece a la familia Didelphidae, género Didelphis [2]. En algunos lugares, su carne sirve de alimento y es comparada con el sabor del pollo, a pesar de que es un animal que despide un mal olor. En otras partes este mamífero es considerado plaga, ya que se alimenta de gallinas, patos, aves cantoras, frutales, etc., y puede llegar a habitar en zonas urbanas y suburbanas. Figura 1. Macho adulto de Didelphis marsupialis Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Didelphis_marsupialis_%28taxidermied%29,_American_Museum_of_Natural_History,_New_York_City,_New_York_-_20110107.jpg 96 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Esta especie es de interés en salud pública debido a que sirve como reservorio de diversas enfermedades graves para los humanos, como el mal de Chagas y la leishmaniasis [3]. Aspectos poblacionales La distribución del Didelphis marsupialis es relativamente sencilla, ya que habita desde zonas abiertas hasta bosques maduros, y ocasionalmente visitan fincas en busca de aves de corral y frutos cultivados. También pueden consumir gusanos, culebras, frutos, néctar, semillas, hojas, mamíferos, aves y otros pequeños vertebrados e invertebrados. Demuestran una especial preferencia por los plátanos y bananos maduros. Se caracterizan por ser nocturnos, solidarios y semiarborícolas, excepto cuando crían, aunque en Costa Rica se reporta un gran número de estos mamíferos de hábitos arborícolas [4]. Por lo regular son nómadas: se ha observado que no pueden permanecer en una zona por más de dos o tres meses. En un estudio realizado en 2003 por Kristen Hagmann se evidenció que la hembra suele ser más sedentaria que el macho, y que ambos emplean el olfato y el tacto para desplazarse a lo largo de las zonas que habitan, pero no suelen defender un área o territorio específico. Sin embargo, cuando en las áreas por las que se desplazan se cruzan varias madrigueras, cada mamífero (usualmente el macho) marca la zona con saliva, orina o sus excretas. Si dos o más machos se encuentran, pueden presentar comportamientos agresivos que manifiestan abriendo la boca, gruñendo, silbando o arrastrando las patas, aunque por lo general tienden más a distanciarse [5]. Sus madrigueras las hacen en huecos de troncos, dormideros abandonados de otros mamíferos, grietas de rocas y techos de casas. En la noche pueden llegar a caminar hasta un kilómetro, y es fácil detectarlos, ya que sus ojos presentan un color rojo cuando son alumbrados. El mal olor característico de estos mamíferos se debe a que se revuelcan en sus heces frescas, y si son capturados, defecan y expelen una orina de olor muy fuerte, irritante y desagradable, que dispersan agitando la cola. Su peso oscila entre los 565 y 1.610 gramos, y, según la Human Ageing Genomic Resources, pesan en promedio 0,2 gramos al nacer [6]. Sin embargo, otro autor afirma que su peso al nacer es de 2 gramos o 1/15 oz, de tal modo que pueden caber en una cuchara de té [7]. Su cuerpo es de color negro o gris, con dos capas de pelo: la primera es densa y amarilla o negra, la segunda, o exterior, se caracteriza por ser gruesa, negra o gris. Sobresale en su cara un amarillo aparentemente sucio, a veces con líneas negras en la nariz, que cruzando por los ojos llegan casi hasta las orejas, y por el centro de la corona, desde dentro de las orejas a los ojos; sus mejillas son color amarillo, naranja o blanco opaco; su nariz es rosa; las orejas son puntiagudas y negras; su cola es desnuda, negra, blanca en la punta, y suele ser más larga que la cabeza y el cuerpo juntos [8]. La longitud de la cabeza y el cuerpo oscila entre los 263 mm a 430 mm; la longitud de la cola, de 295 a 450 mm; la longitud del pie es de 42 a 69 mm, y la de las orejas, de 45 a 60 mm. Los machos tienden a ser más largos que las hembras; sin embargo, se encontró que estas medidas pueden diferir según el país de origen; por ejemplo, en Venezuela se encontró que la hembra adulta es más grande y pesada que los machos adultos [9]. Fuente: http://ianloydwildlife.blogspot.com/ Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 97 Figura 2. Cría de Didelphis marsupialis Fuente: Maximiliam Paradiz, http://www.flickr.com/photos/maxorz/ La época de apareamiento comienza en enero, cuando el macho comienza a marcar el terreno y la hembra a construir el nido para la camada. En cautiverio se han evidenciado camadas de hasta diez crías, y hasta tres camadas al año. Los cachorros nacen ciegos y sin pelaje, con una medida de 10 mm de longitud, aproximadamente. Las crías alcanzan la madurez sexual entre los ocho y los doce meses de edad, aunque en otro estudio se demostró que las hembras son reproductivamente maduras a los siete meses y pueden criar durante su primer año. Los picos de nacimiento se dan en febrero y julio, y no suelen reproducirse entre octubre y diciembre. En estado natural, su periodo de gestación dura de doce a trece días (un periodo significativamente corto si se compara con el de otros mamíferos), y pueden nacer hasta veinte crías, más de las que se pueden acomodar en la bolsa o marsupio de la madre. Cabe aclarar que, debido al período de gestación tan corto, las crías nacen muy poco desarrolladas, y completan su crecimiento después de dos meses en el marsupio; luego, a los cien días se destetarán. El promedio de tetas es de nueve, aunque pueden llegar a trece, y el promedio de crías que caben en su bolsa es de seis. Se ha visto también que una hembra puede completar la crianza de sus cachorros dentro del marsupio y al mismo tiempo estar preñada. El número 98 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 de crías de la camada varía dependiendo de la latitud; las más pequeñas se encuentran cerca del ecuador. Sus principales depredadores son lechuzas, culebras, el puma (Puma concolor), el “manigordo” (Leopardus pardalis) y la mayoría de mamíferos carnívoros. Se ha demostrado, no obstante, que el D. marsupialis tiene una gran resistencia al veneno de las serpientes. La mortalidad es mayor en las crías recién destetadas. Aspectos demográficos Según la Corporación Suna Hisca, el Didelphis marsupialis puede habitar en bosques húmedos y páramos; sin embargo, otro estudio encontró que habitan sabanas y todos los tipos de bosque, hasta de 2.000 metros de altitud, y que ocupan desde bosques maduros hasta zonas perturbadas. El Didelphis marsupialis es muy adaptativo, ya que puede habitar, como se mencionó, un rango extenso de zonas, excepto aquellas que son muy áridas. Su diseminación es extensa: se encuentra desde el oriente de México hasta el norte de Argen- tina; en Colombia habita en todo el país. Cabe aclarar que la gran cantidad de información obtenida a partir del análisis de vida de este mamífero indica claramente que los fenómenos de reproducción, densidad y supervivencia están estrechamente relacionados con variables ambientales más complejas, entre las que se incluyen las condiciones climáticas, la distribución, abundancia y calidad de alimento, la relación predador-presa y las condiciones de vivienda, entre otras. La longevidad o período de vida del Didelphis marsupialis depende de si se encuentra en un medio salvaje o, por el contrario, en cautiverio. En un ambiente salvaje puede vivir hasta dos años, mientras que en cautiverio puede llegar hasta los siete años de vida, aunque el promedio en cautiverio es de 4,2 años. Aspectos epidemiológicos Hindes y Mizell descubrieron en 1976 que las crías nacen sin anticuerpos, y que los adquieren en las primeras horas, luego de que comienzan a amamantar. Esto hace que el Didelphis marsupialis dependa de la lactancia materna para su supervivencia, y de su periodo de incubación o permanencia en la bolsa materna para su desarrollo. El largo periodo de estrecha relación entre la madre y la camada puede podría explicar el alto grado de infección natural encontrada en las zarigüeyas por Trypanosoma cruzi, el agente que causa el mal de Chagas. Sin embargo, en un estudio realizado por Jansen y otros en 1994 no se encontró transmisión neonatal de T. cruzi en los animales utilizados para la prueba, así como tampoco se observó que los parásitos invadieran glándulas anales. Los resultados que arrojó este estudio sugieren, por ende, que los altos niveles de T. cruzi encontrados en Didelphis marsupialis no provienen de una transmisión vertical de madre a hijos, sino que, por el contrario, las madres que están infectadas transfieren grandes cantidades de anticuerpos que protegen a las crías contra infecciones, en este caso particular, contra el T. cruzi. Esto puede ser explicado por el corto período de gestación y las características del embrión, que hacen que sea poco probable una contaminación, ya que este tiene un corto período de contacto con el interior de la madre y permanece cubierto, incluso después del parto, por un saco vitelino o membrana mucosa [10]. En un experimento realizado por Ana Jansen con Didelphis marsupialis infectados natural o artificialmente con dos subgéneros de Trypanosoma —Trypanosoma (Schizotrypanum) cruzi y T. (Megatrypanum) freitasi— se encontró que estos se multiplicaban en las glándulas anales de las zarigüeyas [11]; cuando el material era inoculado al marsupial en el laboratorio, podía pasar de las glándulas al torrente sanguíneo, donde se estimulaba la producción de ciertos anticuerpos específicos que defendían al animal. Estos descubrimientos condujeron a realizar otra investigación, en la que se identificó por qué las glándulas odoríferas ofrecen un ambiente ideal para la reproducción de los trypanosomátidos. Este ambiente es propicio debido, en principio, a los nutrientes y la temperatura del lugar, y al parecer porque los parásitos en las glándulas se ven perfectamente protegidos de las defensas inmunológicas del marsupial. También se descubrió que los Trypanosomas que habitan en los mamíferos han desarrollado una serie de mecanismos que les permiten reproducirse en los tejidos de su sistema inmune. Es posible que estos mecanismos los hayan desarrollado en una confrontación pasada y superada por los flagelados del parásito, ya que los insectos hacen parte de la dieta de muchos mamíferos, y el Didelphis marsupialis es uno de los que más los prefieren. De esta manera, pudieron haber atravesado el tracto digestivo hasta alcanzar las glándulas anales. En un estudio realizado por Teixeira y otros en el 2001 se encontraron 92 especies de triatominos silvestres, seis de las cuales están asociadas con microhábitats en las palmeras y once correspondían a especies infectadas con T. cruzi [12]. De igual modo, se ha encontrado que el chinche de sangre (Triatoma dimidiata) vive asociado al Didelphis marsupialis, pues habita en las madrigueras de estos, que con frecuencia son portadores de la enfermedad de Chagas (dos de cada tres de estos mamíferos la portan). De varias especies de mamíferos capturados en el bosque seco tropical se obtuvo una muestra de veintidós Didelphis marsupialis. La confirmación de que en Colombia las zarigüeyas son un foco frecuente de leishmaniasis visceral evidencia una estrecha relación entre la picadura de flebótomos y el contagio en estos mamíferos [13]. Este mismo estudio concluye que el principal flebótomo involucrado en la transmisión es el Lutzomyia evansi, que, según se ha comprobado en Colombia y Venezuela, transmite leishmaniasis visceral. El Didelphis marsupialis es un reservorio secundario de Leishmania guyanensis, Leishmania infantum y Leishmania amazonensis [14]. Discusión Luego de revisar diferentes reportes sobre la biología del Didelphis marsupialis resulta evidente la gran importancia que tiene para el ser humano la existencia de este mamífero en zonas rurales y semiurbanas del continente americano. Se ha demostrado que es reservorio de la enfermedad de Chagas y la leishmaniasis visceral y cutánea; el desarrollo y multiplicación del ciclo del T. cruzi, por ejemplo, en la glándulas anales del Didelphis marsupialis no solo evidencia que este es un reservorio, sino que puede ser también un vector de los parásitos [15]. Debido a sus características, puede introducir la enfermedad en diferentes territorios, movido por su instinto nómada, por la búsqueda de alimento y la presión antropológica materializada en la destrucción de su hábitat. De igual modo, tiene una alta capacidad adaptativa que le permite vivir y desarrollarse en diferentes condiciones, exceptuando las propias de zonas áridas. A pesar de que muchas poblaciones utilizan su carne como alimento, no se Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 99 Figura 3. Marsupio de una hembra Fuente: Se publica con autorización de Adam Espelee Cohen e Ian Loyd, http://inkedanimal.com/wp-content/uploads/2011/11/IMG_5519.jpg. ha encontrado evidencia de contagio por su consumo cuando la carne es cocida. Las infecciones adquiridas de forma natural tienden a ser estables y muy comunes: las tasas de contagio son muy altas. Aunque es muy poco probable encontrar un Didelphis marsupialis con las glándulas anales infectadas con T. cruzi, para este parásito el ambiente que ofrecen dichas glándulas es el más propicio para desarrollarse, por estar alejado de las defensas del animal. La supervivencia del parásito y los mecanismos de adaptación que ha desarrollado son resultado de muchos años de contacto e interacción, no solo con el D. marsupialis, sino incluso con vectores triatominos. A pesar de la cercanía física con la madre y el largo periodo de lactancia del Didelphis marsupialis, no se identificó una transmisión vertical de T. cruzi durante este período. Los anticuerpos 100 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 transmitidos en la leche materna aseguran defensas suficientes para afrontar los parásitos, a pesar de que en raras ocasiones se encontró T. cruzi en la leche materna. Muy poco se sabe acerca de los mecanismos que protegen a los recién nacidos en la condición tan vulnerable en la que nacen. Lo que sí se sabe es que la madre transmite los anticuerpos necesarios en la lactancia, y puede que otros factores que aún no han sido identificados. En los bosques tropicales, algunas especies de palmas de hoja ancha ofrecen las condiciones adecuadas para la contaminación, el desarrollo y dispersión de la enfermedad de Chagas debido a que allí conviven diferentes clases de marsupiales y triatominos que terminan por contagiar a las comunidades cercanas de estos mamíferos que allí habitan. Sin embargo, hacen falta más estudios e inversión gubernamental para prevenir las enfermedades aquí comentadas entre la población de estas zonas, que sufren condiciones de pobreza y aislamiento. • Figura 4. Características de las garras del D. marsupialis Fuente: Tony Alter, http://www.flickr.com/photos/78428166@N00/8679805238/ Referencias [1] Morales-Jiménez AL, Sánchez F, Poveda K, Cadena A. Mamíferos terrestres y voladores de Colombia: guía de campo. Bogotá: Fundación Biodiversa, 2004. [2]Elizondo LH. INBio, http://darnis.inbio.ac.cr/FMPro?DB=ubipub.fp3&-lay=WebAll&-Format=/ubi/detail.html&Op=bw&id=1483&-Find. [3]Adler GH, Arboledo JJ, Travi BL. Population dynamics of Didelphis marsupialis in northern Colombia. Oshkosh: Swets & Zeitlinger, 1997. [4]Antonio RL, Teixeira PSP. Emerging Chagas disease: trophic network and cycle of transmission of Trypanosoma cruzi from palm trees in the Amazon. Emerging Infections Diseases 2001; 7(1): 100-112. [5] Hagmann K. 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Memórias do Instituto Oswaldo Cruz 1988; 83(3): 271-272. [12] Teixeira AR, Monteiro PS, Rebelo JM, Argañaraz ER, Vieira D, Lauria-Pires L et al. Emerging Chagas disease: trophic network and cycle of transmission of Trypanosoma cruzi. Emerging Infectious Disease 2001; 7(1): 100-112. [13] Travi B, Jaramillo C, Montoya J, Segura I, Zea A, Goncalves A et al. Didelphis marsupialis, an important reservoir of Trypanosoma (Schizotrypanum) cruzy and Leishmania (Leishmania) chagasi in Colombia. The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene 1994; 50(5): 557-565. [14] World Health Organization. Control of the leishmaniases. Geneva: WHO; 2010. [15] Jansen AM, Santos de Pinho AP, Varella Lisboa C, Cupolillo E, Mangia RH, Fernandes O. The sylvatic cycle of Trypanosoma cruzi: a still unsolved puzzle. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz 1999; 94(1): 203-204. [16]Corporación Suna Hisca. Mamíferos. En Parque ecológico distrital de Montaña Entrenubes. Bogotá. Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 101 [ Entrevista con Nohora Elízabeth Hoyos ] Nohora Elízabeth, como le gusta que la llamen, es una de las egresadas insignia del Departamento de Ciencias Biológicas. Es alegre, jovial y se le nota a leguas que ama lo que hace. Empezó sus estudios de Premédico en la Universidad de los Andes, pero el enfoque asistencial, de diagnóstico y tratamiento de esta carrera la desencantaron y empezó a sentir fascinación por la biología y la investigación, porque su naturaleza es curiosa, exploradora, le interesa entender el porqué de las cosas y, también, porque los alumnos de Premédico tomaban clases similares con estudiantes de Biología. En segundo año, y gracias a un trabajo sobre diabetes, salió a explorar, sin Internet, sin celulares, a buscar información física. Encontró la Sociedad Colombiana de Diabetes y tocó la puerta de algún médico que le pudiera ayudar con el trabajo para la universidad. Tuvo la fortuna de dar con el Dr. Jaime Ahumada, que, cuando escuchó sus inquietudes científicas, la invitó a conocer los laboratorios de medicina nuclear del Instituto Nacio- Fuente: fotografías de Juan Gabriel Sutachán. 102 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 nal de Cancerología. Ella, visitó los laboratorios de microscopía electrónica, la verdad revelada en esa época, que permitía llegar al fondo de las cosas y aumentar hasta un millón de veces una partícula, un virus, una bacteria, y ver por dentro las células con todas sus posibilidades y realidades. Nohora Elízabeth quedó fascinada y se contactó con personas como el Dr. Efraín Otero, director de Medicina Nuclear, que la introdujo en el medio, y el Cancerología, donde ejerció la jefatura de Biología experimental por varios años. Luego sería directora ejecutiva de la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia (ACAC) desde donde lideró el proyecto para la creación del Programa Nacional para la Apropiación Social de la Ciencia y la Tecnología que opera desde hace quince años: Maloka. Actualmente es la presidente ejecutiva de esa institución. ¿Cómo definió su vida y sus proyectos futuros el paso por la Universidad de los Andes? Impactó mi vida en todos los aspectos. Ser uniandina representa para mi una forma de abordar el mundo y de respetar y valorar la vida en toda su magnitud. Me permitió construir mi proyecto de vida más allá de lo laboral y me posibilitó fortalecer tres principios que aprendí en casa: el amor por aprender, el respeto y fascinación por la naturaleza, y el valor del compromiso con la comunidad. Los Andes me orientó y me alineó para ser quien soy hoy. Frecuentemente recuerdo que soy una orgullosa uniandina, pues allí entendí que la ciencia debe estar orientada al bienestar de la sociedad, que yo debía ir más allá de lo disciplinar. Los Andes me dio la fortaleza para abrir nuevos caminos para la biología en tiempos en los que la biología no existía o era considerada una disciplina de segundo nivel. Cuando trabajé en el Instituto Nacional de Cancerología posicioné la biología como algo trascendental, igual de respetable a la medicina, y desarrollé programas y proyectos para mostrar por qué la biología es la gran plataforma para el sector salud. Entender el origen de las patologías a nivel celular y articularlas con temas de prevención, diagnóstico y tratamiento, representó una gran oportunidad para estimular una mirada diferente hacia la Biología Al regreso de la Universidad de Yale ¿cuál fue su balance del estado de la ciencia en Colombia? Dr. Julio Enrique Ospina, patólogo que estaba montando el Laboratorio de Patología Ultraestructural. Les solicitó autorización para ir a mediodía, cuando ellos salían a almorzar, a explorar en las bibliotecas y laboratorios, y a mirar y aprender sola. Y así comenzó su historia! Se trasladó entonces al programa de Biología y empezó a conectar temas que estaba aprendiendo en el Instituto de Nacional de Cancerología con materias como Virología de la Dra. Elizabeth Grosse. Fue alumna de profesores ilustres del Departamento de Ciencias Biológicas, como Hugo Hoenigsberg, de Genética, o el profesor Alberto Cadena, que llevaba a sus alumnos a las cuevas para estudiar los murciélagos. Después de terminar su carrera salió del país para adelantar estudios en Biología Molecular en la Universidad de Yale, y a su regreso se vinculó nuevamente con el Instituto Nacional de Fue dramático, y eso hizo que me volviera una abanderada del tema, porque al regresar me di cuenta de los criterios, recursos, políticas y programas para ciencia y tecnología eran aún muy incipientes. Era casi heroico desarrollar un proyecto. Confieso que tuve la tentación de regresar a Estados Unidos, pero decidí quedarme y llamé al que fue el primer director de Colciencias y primer presidente de ACAC, el doctor Alberto Ospina Taborda, y le dije: “Yo quiero ir más allá de lo que me toca, porque aquí no se puede trabajar en ciencia”. Y él me dijo: “Sí, tiene razón”. Entonces me llamaron para presidir como voluntaria el Comité Científico de la ACAC, e hicimos muchas cosas, desde hacer boletines hasta abrir espacios para comunicar ciencia. Nos inventamos los “almuerzos científicos” para hablar y escuchar sobre temas importantes, y se empezaron a gestar iniciativas. En 1987 les propuse a los miembros del Comité que trabajáramos por una ley de ciencia y tecnología, y de ahí nació la primera ley, que creó el Sistema Nacional de Ciencia y Tecnología. Así entendí que sin políticas públicas, la ciencia y la tecnología no lograrían el enfoque e impacto que requerían. En 1990 pasé a Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 103 ser la directora ejecutiva de la ACAC, y en 1994 lideré el proyecto para crear Maloka, como entidad privada sin ánimo de lucro que estimula la vocación científica y desarrolla estrategias de educación no formal para aportar a la apropiación social de ciencia y tecnología. ¿Qué se necesita para incentivar aún más la ciencia en el país, y qué podría hacer la Universidad para aportar a este propósito? Hay que llegar a un grupo muy importante, que son los líderes, líderes públicos y privados, y hacer dos cosas en paralelo con ellos: uno, que comprendan y se apropien del tema, y que sus decisiones sean contundentes y de largo plazo. Por ejemplo, Colombia, con la segunda biodiversidad del mundo, debería tener el programa más fuerte de América Latina en biotecnología. Esa es una decisión de los líderes, y no solo del presidente, los ministros y los empresarios. Dos, hacer que, en paralelo, el tema de la educación vaya más allá de lo formal. La Universidad podría jugar un papel muy importante estimulando en la niñez y en la juventud la curiosidad y el amor por explorar y comprender el entorno. Deberían existir conexiones muy claras entre la educación básica y media y la Universidad que les permita a los alumnos ingresar a la educación superior con las capacidades y competencias que se requieren para ser buenos científicos. La Universidad puede ejercer un papel fundamental en el desarrollo de la ciencia en el país, diseñando programas con la comunidad, apoyados en sus docentes y universitarios, que generen dinámicas de cultura y formación ciudadana en estos temas. ¿Cree usted que la academia está cumpliendo cabalmente con su obligación de formar nuevos investigadores? La academia quiere cumplir su función pero no tiene las herramientas adecuadas, le faltan recursos, conciencia ciudadana, caminos, estrategias, estímulos, y en condiciones tan precarias es difícil que cumpla bien esta función. Por eso creo que tanto la educación formal como no formal e informal, que son los medios masivos y la experiencia cotidiana, son la gran llave. Creo que la educación de un país es el eje del cambio social, porque la educación abre caminos a nuevas oportunidades para que las personas puedan hacer sus proyectos de vida, y no solo su proyecto laboral, para crecer, aprender, mejorar y construir sueños: la educación abre todas las puertas, la educación significa libertad, libertad responsable, con armonía y respeto por los demás. En el país no hay políticas públicas adecuadas, o todavía son muy débiles, para incidir en la educación en ciencia y en tecnología. Aún tenemos la tendencia a pensar que la ciencia es una cosa lejana, incomprensible y aburridora, que les compete a 104 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 países desarrollados. Entones, hay que incidir a profundidad en el tema de la educación, abrirla para fortalecer igualmente estrategias novedosas para la creación de conciencia ciudadana en ciencia y tecnología. Hay que apostarle a este tipo de iniciativas que hacen sinergia entre lo formal y lo no formal, que buscan trabajar de la mano con los medios, que incentivan a los científicos para que salgan de los laboratorios, no para que dejen lo que están haciendo, sino para contarle a la gente el impacto de su ciencia, lo que hace la ciencia en Colombia, para mostrar cuál es el producto de sesenta años de biólogos y microbiólogos, de sus resultados de investigación y del impacto social y económico que han logrado. Como egresada estrella del Departamento de Ciencias Biológicas, ¿cómo ve la contribución del Departamento al desarrollo de las Ciencias Biológicas del país? Es muy importante, significativo y valioso. Primero, por la personas que ha formado: son científicos de muy alto nivel que se destacan en Colombia o en el exterior por los aportes que han hecho al conocimiento en Colombia y en el mundo entero; segundo, por la formación de docentes, que son un lujo y un ejemplo; y tercero, por crear nuevos escenarios tan importantes como el Centro de Investigación —CIMPAT—que dirige Felipe Guhl. Hay muchos escenarios y ámbitos donde el Departamento ha trascendido de manera muy significativa a la sociedad. Cada egresado ha contribuido de manera notable. El Departamento ha creado grupos y centros de investigación, así como líneas de investigación de las que se nutren otras universidades y docentes de colegios. ¿Cuál es su opinión sobre los aciertos o desaciertos de la nueva ley de regalías para apoyar el avance de la ciencia en Colombia? Primero, me parece un gran acierto que por lo menos haya un camino para destinar recursos considerables a ciencia y tecnología. Ese es el gran acierto. Los desaciertos no los conocemos, porque su aplicación apenas está empezando. Como en todo proceso nuevo, experimental, creo que más que desaciertos habrá cosas para ajustar, pero es una oportunidad muy significativa para realizar proyectos mucho más ambiciosos en todos los sentidos: en recursos, en impacto, en proyección a largo plazo, y en alianzas entre entidades públicas, privadas y regionales. Ese es un logro muy significativo para el país, pero el resultado no lo podemos ver a corto plazo, y la vedad, no estábamos preparados para enfrentar esos retos. De hecho, la mitad del dinero destinado para regalías no se adjudicó porque no había suficientes proyectos de esa envergadura. Nos toca ajustarnos, ¡claro!, y aprender a hacer macroproyectos y a asociarnos con el vecino y con otros departamentos. Eso es muy interesante, porque en Colombia no tenemos la cultura de trabajar por la sociedad. A esa ley hay que buscarle las partes buenas, y ser parte de la solución para ajustar las cosas que haya que ajustar. Maloka fue el primer centro interactivo del país, ¿cuál ha sido el principal aporte de Maloka a la educación en ciencias en Colombia? Mostrar que sí se puede. Es su propia existencia, es una marca que está en el corazón de los colombianos, una marca que asumen y asimilan las ciencias y la tecnología. Maloka abre las puertas a las personas, crea conciencia ciudadana sobre temas científicos. Y eso sí se ha logrado, no en la medida en que quisiéramos, porque quisiéramos llegar a los 48 millones de colombianos; pero hay miles de personas de todo el programa nacional que han visto su vida transformada por Maloka. Se han mostrado otras formas de pensar; se ha trabajado con el sector de educación formal; tenemos una red de veinte mil profesores con los que trabajamos en estrategias de educación-aprendizaje; tenemos los clubes de ciencia y tecnología para niños y jóvenes entre cuatro y siete años, que han sido un semillero importante para estudiantes, políticos y empresarios. Maloka ha incidido en muchas políticas públicas y en los planes de gobierno. El solo mensaje de que la ciencia es de todos y para todos, es un gran aporte. ¿Cuáles han sido los retos más difíciles de superar para Maloka en estos quince años? El más complejo ha sido la autosostenibilidad financiera, porque debemos pagar impuestos muy altos y nacimos sin capital de trabajo. Siempre faltan recursos para desarrollar nuevos proyectos y esto demora la gestión de programas prioritarios. ¿Cuál es su mensaje para las nuevas generaciones que están iniciando sus estudios en la Universidad de los Andes? Que crean en ellos y en su capacidad de hacer realidad sus sueños. Que crean en la Universidad y crean y le apuesten a Colombia. Los invito a que sean líderes del cambio, que vayan más allá de lo que les corresponde, porque son privilegiados. Que amen a la sociedad y que sepan claramente que estudiar ciencias implica la posibilidad de generar conocimiento para solucionar problemas básicos de nuestra sociedad, brindando calidad de vida y bienestar para toda la ciudadanía. ¡Qué orgullo tan grande! • Por Carolina Hernández Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 105 [ Noticias ] Grupo de Ecología y Fisiología Vegetal (EcoFiv) EcoFiv es un nuevo grupo de investigación del Departamento de Ciencias Biológicas que surgió en agosto del 2012. Es liderado por la nueva profesora de Fisiología Vegetal, Eloísa Lasso de Paulis, y tiene como propósito general entender los mecanismos fisiológicos, ecológicos y evolutivos que ayudan a mantener la diversidad vegetal y cómo esos mecanismos se verán afectados en un escenario de cambio climático. Actualmente el grupo tiene un proyecto en curso en colaboración con el Instituto Smithsonian de Panamá, que busca evaluar las consecuencias ecológicas y genéticas de la reproducción clonal en arbustos de Piper del bosque tropical lluvioso, con el fin de resolver uno de los mayores rompecabezas de la biología: la evolución y el mantenimiento del sexo. Otras investigaciones en curso, con la intención de mejorar las predicciones de las consecuencias del cambio climático en la biodiversidad, buscan evaluar la susceptibilidad de especies de páramo y de bosque tropical seco al cambio climático; en páramo, específicamente, a aumentos de la temperatura, y en bosque seco, a cambios en la disponibilidad de agua. • Biología Computacional y Evolutiva • Durante 2011 y 2012, los grupos de Biología Computacional y Evolutiva y el Laboratorio de Fitopatología colaboraron en la elucidación del genoma del agente causal de la roya del café, el hongo Hemileia vastatrix. Este proyecto fue liderado por investigadores de Cenicafé. El principal resultado fue el borrador del genoma nuclear y mitocondrial de este hongo y su respectiva anotación e información sobre variabilidad a nivel genómico entre ocho razas de Hemileia. Los investigadores participantes esperan que estos resultados permitan desarrollar nuevas herramientas para el monitoreo y manejo de esta enfermedad en nuestro país. • El grupo de Biología Computacional y Evolutiva, junto con investigadores de Cenipalma, viene participando desde 2012 en el ensamblaje del transcriptoma de dos accesiones de la palma de aceite que se destacan por sus fenotipos contrastantes en la respuesta a la interacción con el hongo Thielaviopsis paradoxa. Este trabajo permitirá entender los mecanismos moleculares responsables de la interacción en este sistema planta-patógeno, lo que posibilitará proponer hipótesis que contribuyan a desarrollar métodos para combatir al patógeno o generar nuevas variedades resistentes de palma de aceite. • El grupo de Biología Computacional y Evolutiva fue liderado hasta diciembre de 2012 por el Dr. rer. nat. Diego Mauricio Riaño Pachón, quien actualmente lidera un grupo de investigación en la 106 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 misma área en el Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol en Campinas, Brasil (http://bce/bioetanol.cnpem.br/). • Biología Molecular Marina (Biommar) El 14 de mayo de 2013 se celebraron los cincuenta años del intercambio académico entre Justus-Liebig-Universität-Gießen y Colombia. La relación entre Colombia y la Universidad de Gießen inició cuando Mario Laserna, rector de la Universidad de los Andes en 1963, inició la promoción de intercambio científico con la visita de los profesores R. Weyl (Geología), H. Uhlig (Geografía), T. von Uexküll (Botánica) y W. E. Ankel (Zoología). Esta etapa fue fundamental para lo que hoy es la Universidad de los Andes. Desde entonces ambas universidades han tenido un sostenido vínculo académico, en el que se destaca el intercambio de estudiantes de pregrado. En los últimos años, miembros de Biommar han sido parte de la reactivación de esta relación con énfasis en el doctorado, y este año han iniciado tres convenios de doble titulación doctoral. Durante abril de 2013 el profesor Juan Armando Sánchez y tres estudiantes doctorales —Luisa Dueñas, Elena Quintanilla e Iván Calixto— fueron invitados por el profesor Bernd Werding al evento de la celebración de los cincuenta años de Gießen-Colombia (Werding es el delegado del rector de Justus-Liebig-Universität-Gießen para la cooperación con Colombia y gestor principal del Center of Exellence in Marine Sciences —CEMarin—). Durante la visita, el profesor Sánchez fue vinculado como profesor adjunto del International Giessen Graduate Centre for the Life Sciences (GGL), un consorcio de doctorados en ciencias de la vida de Gießen, principalmente en biomédicas y biotecnología. El GGL establece y unifica altos estándares a todos los programas inscritos y ofrece una serie de beneficios y complementos para los estudiantes doctorales. Colegas de la Universidad de Gießen previamente habían solicitado la apertura del área de Ciencias Marinas en el GGL, y se inscribieron, además, los primeros diez estudiantes doctorales. Esta invitación a Biommar incluyó el privilegio de que el Dr. Sánchez participara como tutor y los tres estudiantes doctorales de Uniandes asistieran a la salida de “Biodiversidad Marina”, en el módulo de Zoología de la maestría de Biología de la Universidad de Gießen, al mar Rojo (Dahab, Egipto). En esta salida se estudió la fauna costera y sumergida de los arrecifes coralinos que bordean el golfo de Aqaba, que incluye los arrecifes de coral mejor conservados y que es un punto caliente de altísima diversidad, caracterizado por un sinnúmero de especies endémicas. • Centro de Investigaciones Ecológicas La Macarena La conservación de bosques es clave para amortiguar efectos del cambio climático, ya que actúan como sumideros de carbono, captan el carbono atmosférico y lo fijan en su biomasa por medio de los procesos fotosintéticos. Recientemente, varios investigadores del Laboratorio de Ecología de Bosques Tropicales y Primatología han trabajado para estimar la biomasa aérea (AGB) de veintitrés parcelas de vegetación de una hectárea ubicadas en bosques de tierras bajas en distintos lugares del país (Magdalena medio, Vichada, Sierra de la Macarena y Vaupés). Allí han recopilado información florística, estructural y de densidad de madera que ha permitió realizar cálculos sobre cuánta biomasa aérea se está manteniendo en la vegetación leñosa. Así, se ha determinado que la localidad que aporta mayor AGB promedio/ha es San Juan, en el Magdalena medio (1.516 t ± 1,91), seguida por el parque nacional natural Tinigua, en la Macarena (1.096 t ± 1,16), Caparú, en Vaupés (1.016 t ± 1,4) y Tomo Grande, en Vichada (301 t ± 0,22). En general, se ha encontrado que la mayor acumulación de biomasa aérea no está relacionada directamente con la densidad de madera de los árboles, y en cambio está positivamente relacionada con el tamaño promedio de los mismos (medido como el diámetro de los troncos a la altura del pecho) y la diversidad local, lo que sugiere que en suelos más fértiles este servicio ecosistémico es más eficiente. De hecho, los bosques inundables de aguas blancas —donde muchos sedimentos fértiles se han depositado— son los que han hecho el mayor aporte. Curiosamente, la localidad que mayor biomasa aérea promedio aporta es San Juan, ubicada en una región que ha sufrido grandes procesos de intervención y deforestación, hasta el punto de que sus bosques se encuentran totalmente fragmentados, hecho que aumenta aún más la importancia de la conservación de bosques fragmentados. La investigación permite concluir que bosques que crecen en suelos fértiles tienen un papel determinante en la fijación de carbono, relativamente independiente de la intervención antrópica (a menos que esta afecte la permanencia de árboles grandes). • Centro de Investigaciones en Bioquímica (CIBI) Los errores innatos del metabolismo constituyen un grupo de alteraciones hereditarias que afectan la función celular. En forma aislada, cada enfermedad muestra una baja frecuencia, hasta el punto de ser clasificadas como raras o huérfanas; sin embargo, en conjunto pueden presentar una incidencia significativa en la población. Desafortunadamente, muy pocos grupos de investigación se dedican a la detección, confirmación diagnóstica y seguimiento de estos desórdenes, por lo cual uno de los principales objetivos del Centro de Investigaciones en Bioquímica es la implementación de nuevas estrategias para el estudio de estas alteraciones en Colombia. sangre seca recolectada en papel filtro. Esta estrategia permite acercar a los pacientes al diagnóstico y seguimiento de estas enfermedades, obviando las estrictas condiciones de refrigeración que requieren las muestras líquidas durante su desplazamiento. Con esta nueva estrategia de tamizaje, el CIBI ha logrado analizar a más de 4.700 pacientes, de los cuales 242 han sido diagnosticados con la enfermedad de Fabry (n=31), la enfermedad de Pompe (n=16), el síndrome de Hurler (n=15), el síndrome de Maroteaux-Lamy (n=34), la gangliosidosis GM1 (n=10), la enfermedad de Gaucher (n=101), la enfermedad de Sandoff (n=1), la mucolipidosis (n=2) y el síndrome de Hunter (n=31). En el último año el CIBI ha recopilado la información de siete años de estudio para reportar, por primera vez en Colombia, el estado del arte de estas enfermedades. Adicionalmente, este grupo de investigación ha establecido nuevos protocolos para el diagnóstico de enfermedades como la leucodistrofia metacromática y la enfermedad de Krabbe, así como valores de referencia de biomarcadores para los cuales no había reportes previos en Colombia. • Centro de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Tropical (CIMPAT) Mediante cursos avanzados y actividades concretas de investigación, este centro ha asumido como misión fortalecer la capacidad de investigación y formación de investigadores en las áreas de parasitología básica, inmunología, biología molecular, epidemiología, arqueoparasitología, helmintología, ecología sensorial de insectos vectores, entomología médica y manejo e interpretación de sistemas de información geográfica (SIG). Sus objetivos son impulsar y promover el desarrollo de la investigación biomédica y de las ciencias biológicas; entrenar y capacitar estudiantes a nivel de pre y posgrado en el estudio, manejo y control de enfermedades tropicales; asesorar a los diferentes entes de salud involucrados en prevención, control y manejo de enfermedades tropicales como la leishmaniasis, la enfermedad de Chagas y el Dengue. El CIMPAT adelanta estudios que permiten una mejor comprensión de los factores de riesgo que condicionan la transmisión de las enfermedades tropicales en los diferentes escenarios de transmisión, así como la de la biología de los parásitos y su patología. Como parte de dicho proceso, el CIBI ha orientado sus esfuerzos especialmente al tamizaje y diagnóstico de los desórdenes lisosomales, un grupo de enfermedades metabólicas respecto de las cuales el CIBI ha reportado los primeros resultados relacionados con el comportamiento enzimático de población control y de pacientes afectados por estas alteraciones. En sus 43 años de funcionamiento, el CIMPAT ha desarrollado diferentes investigaciones que han dado como resultado la publicación de más de cuatrocientos artículos en revistas nacionales e internacionales, quince libros y dieciocho capítulos en diferentes publicaciones, materiales que han hecho un valioso aporte al conocimiento de las enfermedades tropicales. A la fecha, 132 estudiantes de posgrado a nivel de maestría y tres de doctorado se han formado en el Centro. Para ello, desde hace varios años el Centro de Investigaciones en Bioquímica viene desarrollando protocolos de tamizaje en muestras de Estudios realizados por el CIMPAT han conducido a la promulgación del decreto-ley que hace obligatorio el diagnóstico de la enfermedad Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 107 de Chagas en todos los donantes en bancos a nivel nacional. Otras investigaciones lideradas por el Centro han conducido la creación de iniciativas continentales para el control de la enfermedad de Chagas, concretamente, las Iniciativas de los Países Andinos y los Países Amazónicos. Igualmente, entre 1996 y 2002 el CIMPAT lideró en Colombia la creación del Programa Nacional de Control de la Enfermedad de Chagas. • Grupo de Investigación de Bioquímica y Biología Molecular de Parásitos (BBMP) La investigación de este grupo se centra en la identificación de blancos terapéuticos para el control de parásitos Toxoplasma gondii, un organismo considerado modelo entre los parásitos Apicomplexa. Se ha demostrado que la síntesis de pirimidinas es una vía indispensable para la replicación del parásito; por tanto, el interés del grupo se centra en caracterizar las enzimas involucradas en la ruta, con el fin de hacer una búsqueda racional de compuestos con potencial inhibitorio. En este proceso se conjugan herramientas bioinformáticas como docking molecular con producción de proteínas recombinantes y ensayos cinéticos. Este grupo también trabaja un proyecto en colaboración con el Mycology and Plant Disease Laboratory (LAMFU) consistente en estudiar esta vía como posible punto de control químico del patógeno de plantas Phytophthora infestans. Por otra parte, el BBMP, en cooperación con la Universidad Distrital, desarrolla una investigación para tratar de dilucidar la relación entre el metabolismo de pirimidinas en plantas de arroz con resistencia a estrés abiótico. Adicionalmente, en colaboración con el grupo de Biofísica del Departamento de Física de la Universidad de los Andes, adelanta estudios sobre los compuestos de venenos de serpientes colombianas. • Laboratorio de Micología y Fitopatología (LAMFU) Este laboratorio, dirigido por Silvia Restrepo y Adriana Bernal, ha hecho grandes avances en los campos de la fitopatología, el control biológico y la micología médica. En el área de la fitopatología, el grupo ha participado en investigaciones de avanzada en genómica con los primeros estudios en genómica poblacional de bacterias patógenas de tomate y yuca. Estos estudios le han permitido al LAMFU hacer aportes importantes en el área de la filogenómica de fitopatógenos, como el primer estudio filogenómico reportado para el género Xanthomonas. Adicionalmente, ha reportado el primer gen de patogenicidad del Xanthomonas axonopodis pv. manihotis o Xam, causante del añublo bacteriano de la yuca; dicho gen codifica una proteína que entra a la célula vegetal y activa transcripción de ciertos genes en la yuca, para ventaja de la bacteria. En otros sistemas fitopatológicos, el LAMFU ha avanzado hacia la era postgenómica con estudios de transcriptómica de plantas de papa infectadas con el Oomycete causante de la gota de la papa (Phytophthora 108 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 infestans). En estos estudios se han propuesto genes candidatos de resistencia de la papa que podrían ser útiles en programas de mejoramiento para el control de esta grave enfermedad. En el área de control biológico, el grupo ha hecho avances notables en el aislamiento de hongos endófitos de frailejón que tienen el potencial de controlar varias enfermedades, incluida la gota de la papa. Además, el grupo ha descubierto en el hongo Lecanicillium una solución natural que puede salvar al tradicional caucho sabanero de Bogotá del insecto escama que lo está deteriorando. Estos dos hongos pueden parasitar al patógeno e insecto de plantas, respectivamente, por lo que se convierte en una estrategia promisoria para el control de la enfermedad y de la plaga. En el área de micología médica se realizaron avances en elucidar las relaciones filogenéticas de especies de la levadura asociada a dermatitis atópica (Malassezia sp.). Adicionalmente, el LAMFU ha determinado algunos de los factores predisponentes a la dermatitis atópica. • Laboratorio de Diagnóstico Molecular y Bioinformática (LDMB) Desde la creación del LDMB, en 2004, los investigadores de este centro, en conjunto con investigadores de varias instituciones hospitalarias, han enfocado sus esfuerzos en el avance del conocimiento en el ámbito de la salud, y específicamente en el campo de las enfermedades infecciosas con énfasis en el diagnóstico de patologías respiratorias y gastroduodenales, entre ellas, el cáncer gástrico. Como parte de ello, en 2012 el LDMB y la Fundación Neumológica Colombiana obtuvieron como reconocimiento a sus aportes el Premio a la Excelencia en Investigación concedido por la Asociación Colombiana de Neumología Pediátrica, por el trabajo titulado “Determinación de la prevalencia de Mycoplasma pneumoniae mediante técnicas moleculares en una población seleccionada de niños de 2 a 15 años con crisis de asma”, y asimismo un premio por el trabajo de investigación “Uso de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), secuenciación y caracterización de cepas virulentas de Helicobacter pylori en niños con patologías gastroduodenales”, en el Congreso Internacional de Gastroenterología, Hepatología y Nutrición Pediátrica. Este último trabajo, realizado de manera conjunta con investigadores de la Fundación Santa Fe de Bogotá, estuvo orientado a la detección de Helicobacter pylori y la caracterización molecular del gen cagA en niños y adolescentes con enfermedad gastroduodenal. Tanto estos como los otros trabajos realizados en el Centro tienen gran trascendencia desde dos puntos de vista: desde la visión del clínico y desde una visión científico-tecnológica, ya que, por una parte, aportan al conocimiento de los agentes etiológicos y a la determinación de su prevalencia, y por otra, al desarrollo y aplicación de métodos de diagnóstico más sensibles y específicos. Estudios como estos contribuyen a mejorar nuestro conocimiento a nivel epidemiológico de estas enfermedades que aquejan a la población infantil, con miras a establecer estrategias para la prevención y mejor tratamiento de estas dolencias. • Laboratorio de Ecología Molecular de Vertebrados Acuáticos (LEMVA) En mayo de 2013, investigadores del Laboratorio de Ecología Molecular de Vertebrados Acuáticos enviaron dos reportes para que fueran considerados como insumos científicos en las discusiones que se llevaron a cabo entre el 3 y 15 de junio del presente año en la isla Jeju, en Corea del Sur. Dichos reportes se presentaron a consideración del Subcomité de Pequeños Cetáceos, en el que científicos de los países miembros de ese tratado internacional discuten diversos aspectos relacionados con la conservación y el manejo de cetáceos como delfines, marsopas y ballenas picudas. Uno de los reportes presentó resultados de investigaciones sobre comercialización de mota, un pez carroñero que en nuestro país se vende como si fuera “capaz del Magdalena” y que se captura en algunas zonas del Amazonas de Brasil utilizando delfines rosados como carnada. El segundo reporte presentó resultados iniciales sobre una investigación en curso sobre estructura poblacional de delfines nariz de botella (Tursiops truncatus) en Bocas del Toro (Caribe panameño). En ese lugar, estos delfines son un atractivo turístico importante, pero a veces las actividades ecoturísticas de observación de estos animales no se realizan de manera responsable, lo que parece estar afectando a los delfines y las áreas usadas por estos animales. Los resultados del trabajo de investigación doctoral de Dalia Barragán, estudiante del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes, demuestran que los animales de esta población presentan diversidad genética limitada y parecen estar genéticamente aislados de otras poblaciones de estos delfines en el Caribe. Esta es una información clave para que el Gobierno panameño pueda establecer programas de manejo de la población y observación responsable de cetáceos en esas aguas. Colombia es miembro de la Comisión Ballenera Internacional desde 2010, y la profesora asociada del Departamento de Ciencias Biológicas, Susana Caballero, es uno de los delegados científicos por Colombia ante esa comisión. • Laboratorio de Genética Humana El Laboratorio de Genética Humana (LGH), en colaboración con la Universidad Hebrea de Jerusalén, desde hace varios años viene desarrollando una investigación dirigida a buscar nuevos antibióticos mediante el estudio de las sustancias secretadas por la piel de las ranas en cultivos de microórganos. Recientemente, estudios realizados principalmente por la estudiante de doctorado Carolina Muñoz, bajo la dirección de los profesores Helena Groot y Eduardo Mitrani, en el LGH de la Universidad de los Andes, obtuvieron resultados muy promisorios al identificar y caracterizar ocho péptidos con actividad antibiótica contra cepas bacterianas de interés para la salud pública, como el S. aureus, E. coli, P. aeruginosa y S. typhimurium. Del 27 al 29 de junio de 2012 se realizaron las Primeras Jornadas Internacionales de Autismo, evento organizado por la profesora María Claudia Lattig en el que se congregaron familias, profesionales y estudiantes para profundizar sobre este trastorno y dar a conocer herramientas de última generación para la intervención del trastorno del espectro autista (TEA). Esta condición se exploró desde diversos campos del conocimiento, como son la psicología, la educación, la intervención y la genética. Durante las Jornadas se consolidaron colaboraciones con entidades como el Ministerio de Salud y Protección Social y el Hospital for Sick Children, de Toronto. En el último año, el LGH recibió varias distinciones. Una de ellas es el Premio Academia Nacional de Medicina a la Investigación Científica 2012 por un trabajo que resalta el impacto de las alteraciones genéticas, inmuno-fenotipo y de proliferación celular en pacientes pediátricos con leucemia linfioide aguda. Dicho trabajo tiene una repercusión notable en el diagnóstico y tratamiento de los pacientes. La investigación fue realizada por el LGH (M. Mercedes Torres y Liliana Vásquez) en colaboración con la Fundación Santa Fe de Bogotá (Sandra Quijano, Carlos Saavedra y Rafael Andrade, entre otros). En ese mismo premio el LGH recibió mención honorífica por el trabajo “Identificación y caracterización de dos receptores en la hormona tiroides (TRb) en dos familias colombianas con RTH”, realizado por M. Claudia Lattig, M. Consuelo Lozano, F. Salguero y otros. Otra distinción obtenida es el Premio Sociedad Colombiana de Medicina del Trabajo, por la investigación “Evaluación de la exposición a plaguicidas y efectos genotóxicos en trabajadores agrícolas de cultivos de arroz”, trabajo realizado en colaboración con el Instituto Nacional de Salud y la Universidad del Rosario (Marcela Varona, Diana Narváez, Helena Groot y Carlos Torres, entre otros). Recientemente, Helena Groot, directora del Laboratorio de Genética Humana, fue nombrada miembro de número de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. • Centro de Investigaciones Microbiológicas (CIMIC) Este centro, fundado por la Dra. Elizabeth Grosse (q. e. p. d.), inició liderando proyectos básicos en el conocimiento de microorganismos nativos de utilidad en los campos ambiental, agrícola y de salud pública en Colombia. La transferencia de resultados de investigación básica en procesos tecnológicos de interés para el sector privado, particularmente desde el año 2002 a empresas de la industria petrolera, ha sido uno de los principales aportes del grupo de investigación, de manera que el manejo de pasivos ambientales y la recuperación de suelos es un proceso continuo y funcional en lugares de Casanare, Arauca y Meta. Con la continua participación de estudiantes en formación a nivel de pregrado, maestría y doctorado, la investigación básica se ha dirigido a Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 109 1) la secuenciación de genomas de bacterias nativas degradadoras de hidrocarburos, y con alta capacidad de acumulación de metales como plomo, cromo, arsénico, uranio y níquel; 2) al análisis de transcriptomas y desempeño de consorcios microbianos degradadores, para determinar las relaciones de cooperación o antagonismo que se establecen entre ellos; 3) al entendimiento de los mecanismos de acumulación de metales por la presencia de la proteína capaS en la bacteria Lysinibacillus sphaericus. En control biológico de mosquitos transmisores de enfermedades tropicales, un tema clave para el sector de la salud, en lo que respecta a aislamientos nativos de la bacteria L. sphaericus, el CIMIC ha determinado que su actividad entomopatógena contra larvas de Culex quinquefasciatus se relaciona tanto con la toxina binaria como con la pared celular y la proteína capaS. Por otra parte, en el desarrollo de alternativas a la resistencia bacteriana a los antibióticos, desde el año 2007 se trabaja con bacteriófagos, virus que infectan bacterias: se desarrollan cocteles de fagos contra cepas de bacterias multirresistentes, que han sido efectivos en ensayos in vitro e in vivo en modelos animales. Estas investigaciones se realizan en colaboración con hospitales, centros de investigaciones y la industria privada. El CIMIC colabora activamente con diferentes unidades de la Universidad de los Andes para desarrollar proyectos interdisciplinarios en biotecnología. • Laboratorio de Ecología Microbiana y de Alimentos (LEMA) El LEMA realizó el trabajo “Bioinformatic Analysis of Virulence Regulator PrfA and Antimicrobial Resistance of Listeria monocytogenes Isolated from Artisan Cheeses in Cundinamarca”, que reportó en nuestro país la presencia de genes de virulencia en cepas circulantes de Listeria monocytogenes aisladas de alimentos, y obtuvo el primer puesto en el II Premio ACTA a la Investigación en Inocuidad de Alimentos, otorgado por ACTA en 2012. De igual manera, en la tesis “Virulence Evaluation of Listeria monocytogenes Strains Isolated in Colombia” se puso en evidencia que en Colombia las cepas de L. monocytogenes aisladas de alimentos tienen capacidad invasiva en ensayos en líneas celulares. El trabajo titulado “Bacterial Characterization of Aphrodisiac Drinks Based on Crab, a Traditional Artisan Colombian Beverage” informó que algunos jugos tenían Listeria monocytogenes y Salmonella sp. Estos dos microorganismos son patógenos y no deberían estar en dichos alimentos. En Colombia existe legislación para combatir la Salmonella sp., pero no contra la Listeria monocytogenes, por lo que no es obligatoria su detección. En otros productos también se encontraron las mencionadas bacterias, en particular en un estudio en salchichón y mortadela 110 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 de tiendas de barrio. También se han encontrado diferentes bacterias multirresistentes a antibióticos, como S. aureus, Enterococcus sp., Salmonella sp., Pseudomonas sp. y Escherichia coli, aisladas de alimentos como ensaladas, hortalizas, hortalizas de cultivos orgánicos y agua. Finalmente, también por medio del proyecto interdepartamental realizado con el Departamento de Química, se determinó una gran actividad antimicrobiana del aceite esencial extraído de las hojas de guayaba, contra bacterias patógenas transmitidas por alimentos. Los resultados de estos últimos trabajos realizados por el LEMA aportan información valiosa para la salud pública y para el sector industrial del país, y podrían servir de base para una agenda de investigación sobre ese tema y para la toma de decisiones sobre inocuidad alimentaria en Colombia. • Grupo de Palinología y Paleoecología Tropical El Grupo de Palinología y Paleoecología Tropical fue creado en 2010, y desde entonces su principal objetivo ha sido darle una perspectiva temporal más amplia a los estudios ecológicos y de biodiversidad mediante la reconstrucción de la vegetación y del clima del pasado en la región neotropical (especialmente durante el Cuaternario). Nuestra principal herramienta es el análisis palinológico en sedimentos marinos, costeros y continentales, que junto con el aporte de otras técnicas nos permite abordar preguntas acerca de la historia de los ecosistemas en relación con los cambios climáticos, los patrones de biodiversidad y las interacciones entre grupos humanos, clima y vegetación. Durante estos años ha trabajado en la reconstrucción de la historia de los humedales costeros del Caribe en relación con eventos extremos (e. g., huracanes) y con los cambios del nivel del mar. De manera complementaria, trabaja en la caracterización de las comunidades de dinoflagelados marinos en aguas del Caribe y del océano Pacífico tropical, como una herramienta con gran potencial en estudios estratigráficos, paleoceanográficos y biogeográficos que hasta ahora no se ha explorado en Colombia. Algo en lo que ha hecho mayor énfasis durante este tiempo es la creación de una nueva línea de paleoecología humana para abordar el análisis interdisciplinario de la historia de la ocupación humana de los Andes colombianos. Con ello se pretende sentar las bases para el análisis de los contextos paleoecológicos en los que habitaron los antiguos pobladores de los Andes colombianos, especialmente en la zona del valle medio del río Cauca y la sabana de Bogotá. El grupo también ha trabajado en la conformación de colecciones de referencia que comprendan diferentes indicadores arqueobotánicos (polen, semillas, maderas), que tendrán un amplio rango de aplicabilidad en distintas disciplinas. Con métodos palinológicos y geoquímicos está analizando las condiciones ambientales que prevalecieron en la zona cafetera colombiana hace 10.000, años y está explorando el potencial paleoclimático de altísima resolución de maderas subfósiles provenientes de la misma región. • [ Artículos destacados ] Phylogenetic distance Contrasting responses and species richness interactively affect of two Caribbean mangroves to the productivity of bacterial communities sea-level rise in the Guajira Peninsula (Colombian Caribbean) P. A. Venail y M. J. Vives Ecology 2013; in press. Los microorganismos, bacterias, virus, microalgas, protistas y hongos son modelos excepcionales para el trabajo de laboratorio. Sin embargo, a pesar de las grandes ventajas que ofrecen, han sido poco utilizados para dar respuesta a preguntas de la ecología, como por ejemplo explicar el porqué de la existencia de diversidad de especies en un ecosistema, o determinar si esta diversidad es realmente necesaria. Este trabajo presenta el uso de comunidades bacterianas de complejidad variable y expone el impacto que pueden tener la diversidad taxonómica y la diversidad genética de la comunidad en un contexto de degradación de petróleo. Se encontró que las comunidades de bacterias de alta diversidad filogenética, es decir, con poca similitud genética entre ellas, son más productivas que aquellas compuestas de bacterias con mayor similitud genética. Los resultados también mostraron que la naturaleza de las fuerzas subyacentes al efecto de la diversidad filogenética depende del número de tipos de bacterias presentes. Las observaciones confirmaron que los experimentos con microorganismos generan datos que permiten cuantificar el impacto de su diversidad en la provisión de servicios ecosistémicos. Los microorganizmos cumplen papeles esenciales, como la remoción de contaminantes, y su estudio contribuye con una mekor comprensión de las relaciones que establecen mientras realizan sus funciones. http://dx.doi.org/10.1890/12-2002.1 L. E. Urrego, A. Correa-Metrio, C. González, A. R. Castaño y Y. Yokoyama Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2013; 370: 92-102. En la actualidad, el aumento del nivel del mar asociado al calentamiento global es una de las principales amenazas que enfrentan los ambientes costeros. Por tanto, es prioritario entender la interacción entre los factores globales, regionales y locales que definen el grado de vulnerabilidad de los ecosistemas que se asientan en estas áreas. En este artículo, Urrego y colaboradores logran reconstruir las variaciones de la vegetación costera durante los últimos 6000 años como respuesta a los cambios del clima, mediante el análisis palinológico de dos núcleos perforados en manglares del Caribe colombiano. En el artículo se muestra cómo los aumentos del nivel del mar ocurridos hace 6000 y 3000 años promovieron la expansión de los manglares en áreas que recibían aportes de agua dulce y sedimentos de los ríos. Se identificó una intensa sequía ocurrida hace 2450 años debido a la intensificación de los vientos alisios, y se observó una más reciente tendencia generalizada a la pérdida de áreas de manglar como resultado de la erosión costera y la intervención antrópica. Pero el mensaje es claro: no todos los ecosistemas costeros han respondido igual a los mismos cambios del clima, ni tampoco tienen la misma capacidad de enfrentar las perturbaciones naturales y antrópicas. A partir de este estudio vemos cómo los aportes de agua dulce y de sedimentos provenientes de los ríos cercanos son los que realmente determinan si un manglar puede o no soportar las tasas aceleradas de aumento del nivel del mar. http://dx.doi.org/10.1016/j.palaeo.2012.11.023 Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 111 In search of magnetosensitivity and ferromagnetic particles in Rhodnius prolixus: behavioral studies and vibrating sample magnetometry D. Giraldo, C. Hernández y J. Molina Journal of Insect Physiology 2013; 59(3): 345-350. El insecto Rhodnius prolixus es un hematófago obligado en todo su ciclo de vida. Cuando el R. prolixus rompe el grupo hemo de la sangre, libera energía y deja una cantidad de átomos de hierro con potencial para acumular partículas ferromagnéticas en diferentes partes del cuerpo del insecto y ser utilizadas como magnetorreceptores durante su dispersión activa. Este estudio buscó primero detectar por vibrating sampling magnetometry la presencia de partículas ferromagnéticas en el cuerpo del R. prolixus, y luego complementar los resultados mediante experimentos que mostraran el efecto sobre el comportamiento del insecto ante cambios artificiales en el campo magnético local. Los resultados demostraron que el R. prolixus no presenta partículas ferromagnéticas en su cuerpo, y ante los cambios en el campo magnético tampoco se registraron movimientos corporales significativos. El papel del hierro liberado durante la degradación del grupo hemo queda como un tema de investigación abierto y se concluye que durante su dispersión activa, el R. prolixus no puede detectar variaciones locales en el campo magnético que le brinden información local por medio de partículas ferromagnéticas. El trabajo fue el resultado de la interacción entre los departamentos de Ciencias Biológicas y Física de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes. http://dx.doi.org/10.1016/j.jinsphys.2012.12.005 Molecular typing of adenovirus circulating in a Colombian paediatric population with acute respiratory infection L. Rojas, C. Jaramillo, M. F. Mojica, M. Escalante y M. P. Delgado Epidemiology and Infection 2012; 140(5): 818-822. Los adenovirus humanos, pertenecientes al género Mastadenovirus, han sido clasificados en 6 especies (AdVH A-F) que agrupan los 51 serotipos descritos hasta el momento de acuerdo a pruebas de inhibición de hemaglutinación, sensibilidad a neutralización con anticuerpos, on- 112 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 cogenicidad en ratones, y según estudios filogenéticos. Aun cuando estos virus son los causantes del 10% de las infecciones respiratorias agudas (IRAS) que requieren hospitalizaciones en menores de 5 años en Colombia, debido a la carencia de pruebas útiles para su tipificación, es escasa la información que se tiene respecto a los tipos circulantes. Con el objetivo de detectar y tipificar los adenovirus circulantes en Bogotá entre enero y noviembre de 2008, 52 muestras respiratorias de pacientes menores de 5 años con síntomas compatibles con IRA fueron sometidas a un protocolo de PCR-secuenciación del gen VA, y las secuencias fueron sometidas a un BLAST contra la base de datos de Gen Bank, a partir de lo cual se obtuvieron coincidencias con las especies B (41/48; 85,42%), C (6/48; 12,5%) y D (1/48; 2,08%), específicamente con los tipos 3, 7, 2, 1, 5, 6 y 8, siendo el tipo 3 (45,83%; 22/48) el más frecuente. Los resultados demuestran que el protocolo implementado es útil para la rápida y efectiva identificación de las especies y tipos de adenovirus y aporta información epidemiológica pionera en relación con la caracterización de estos agentes en el país. http://dx.doi.org/10.1017/S0950268811001269 Isolation of potential fungal pathogens in gorgonian corals at the Tropical Eastern Pacific J. Barrero-Canosa, L. F. Dueñas y J. A. Sánchez Coral Reefs 2013; 32(1): 35-41. En la década de los ochenta se dieron varios fenómenos que cambiaron la salud de los corales del mar Caribe para siempre. En 1983, los corales constructores de arrecifes Acropora palmata y A. cervicornis sufrieron mortalidad masiva, y un año después se presentó la casi desaparición del erizo negro (Diadema antillarum) y de los abanicos de mar (Gorgonia ventalina y G. flabellum). Estos eventos coincidieron con el fuerte fenómeno de El Niño de 1983-1984. Las especies de Acropora desde entonces no se han recuperado y se encuentran en estado de extinción. Los abanicos de mar igualmente desaparecieron de muchos arrecifes, y hasta hoy están ausentes de muchas regiones del Caribe. En ambos casos, los causantes del proceso fueron enfermedades microbianas cuya prevalencia continúa hasta el presente. El grupo BIOMMAR detectó en el 2008 la primera mortalidad masiva de un grupo de abanicos de mar del Pacífico oriental tropical, completamente diferentes de los del mar Caribe, en este caso del género Pacifigorgia. De manera preocupante, más de ocho especies de abanicos de mar presentaban lunares de tejido muerto que progresivamente iban terminando con la vida de toda la colonia. Esta enfermedad se observó en diversas localidades de Colombia, incluyendo la zona de cabo Corrientes, en el Chocó, y las islas de Gorgona y Malpelo. Similar a lo ocurrido en el mar Caribe, la prevalencia de esta enfermedad continúa ocasionando mortalidad en los abanicos hasta hoy en día. Surgieron entonces las preguntas de si se trataba del mismo tipo de enfermedad que ocasionó la mortandad en el Caribe y, por supuesto, de si estaba relacionada con anomalías térmicas. Pese a las dificultades logísticas para trabajar en esas remotas localidades del Pacífico colombiano, gracias a la financiación de Colciencias y de National Geographic Society (Waitt Grants) fue posible realizar aislamientos de colonias sanas y enfermas de este tipo de abanicos en la región del Chocó. Mediante métodos microbiológicos y moleculares se encontró que las colonias enfermas presentaban de manera consistente los hongos del género Aspegillus, el mismo patógeno causante de la mortandad de Gorgonia en el mar Caribe. Esta investigación fue posible gracias al excelente trabajo de grado conjunto de Biología y Microbiología de Jimena Barrero-Canosa, quien actualmente realiza estudios de doctorado en Microbiología Marina en Alemania (Max Planck Institute for Marine Microbiology). Actualmente el grupo se dedica a conocer las condiciones ambientales relacionadas con la presencia y el desarrollo de la enfermedad, la expresión de los genes en los corales afectados y sanos, la respuesta molecular a diferentes condiciones de estrés y la relación de la enfermedad con una especie invasora de coral blando, entre otros factores. http://dx.doi.org/10.1007/s00338-012-0972-2 Drought tolerance in wild plant populations: the case of common beans (Phaseolus vulgaris L.) A. J. Cortés, F. A. Monserrate, J. Ramírez-Villegas, S. Madriñán y M. W. Blair PLoS ONE 2013; 8(5): e62898. Las estimaciones fiables de tolerancia a la sequía en poblaciones vegetales naturales constituyen un reto experimental. En este estudio se analizan diferentes índices para predecir estrés hídrico basado en sistemas de información geográfica. Ciento cuatro accesiones de fríjol común silvestre fueron usadas para estimar tolerancia a la sequía en sus hábitats naturales. Esta muestra cubre una gama de hábitats muy secos, desde México hasta Argentina. Dos modelos de evapotranspiración potencial que consideran los efectos de la temperatura y la radiación se acoplaron con los regímenes de precipitación de los últimos cincuenta años. Los diferentes regímenes de sequía siguieron un gradiente latitudinal y se correlacionaron con subpoblaciones genéticas naturales. También se detectó una distribución geográfica más amplia para el fríjol silvestre en comparación con 297 variedades cultivadas. El modelo de Thornthwaite fue equivalente al modelo de Hamon para estimar evapotranspiración potencial. Un índice de estrés hídrico como el propuesto facilitará iniciativas de mapeo asociativo y escaneos genómicos de selección para identificar en el genoma regiones ligadas con tolerancia a la sequía del fríjol común, el cual es generalmente considerado susceptible al estrés hídrico. Adicionalmente, permitirá explorar poblaciones silvestres y explotar su variación para mejorar variedades de valor comercial. De igual modo, dicho índice es aplicable a otros sistemas vegetales. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0062898 Ecological speciation along an elevational gradient in a tropical passerine bird? L. M. Caro, P. C. Caycedo-Rosales, R. C. K. Bowie, H. Slabbekoorn y C. D. Cadena Journal of Evolutionary Biology 2013; 26(2): 357-374. La teoría de la evolución por selección natural de Charles Darwin indica que las poblaciones de organismos tienen diferentes respuestas a variaciones en el ambiente, de tal manera que si dos poblaciones ocupan ambientes distintos pueden adaptarse a condiciones contrastantes, lo que da como resultado el origen de especies diferentes. El proceso en el que la selección natural conduce a que una especie ancestral se separe en dos especies se conoce como especiación ecológica. Por muchos años, los biólogos evolutivos han esperado encontrar ejemplos de especiación ecológica en montañas tropicales, donde las condiciones ambientales varían notoriamente entre distintas elevaciones. En este trabajo pusimos a prueba la hipótesis de que las condiciones ambientales cambiantes a lo largo de las laderas de la Sierra Nevada de Santa Marta habrían dado origen a dos especies diferentes de un ave pequeña de bosque conocida como cucarachero pechigrís. Estudiamos la variación en morfología, en genes y en cantos de esta ave, combinando trabajo de campo y laboratorio, y encontramos que existen dos poblaciones diferentes que se reemplazan a lo largo de esta montaña. Las diferencias entre ellas son tan marcadas que llegamos pensamos que se trata de dos especies diferentes. A pesar de vivir juntas en esa montaña aislada, encontramos que estas dos especies no están cercanamente relacionadas: son descendientes de dos ancestros diferentes que colonizaron la Sierra Nevada en diferentes tiempos. Aunque el origen de estas dos especies no se dio a partir de un ancestro único, las variaciones en el canto y en la morfología sugieren que la selección natural podría haber estado involucrada. http://dx.doi.org/10.1111/jeb.12055 Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 113 TALE1 from Xanthomonas axonopodis pv. manihotis acts as a transcriptional activator in plant cells and is important for pathogenicity in cassava plants L. F. Castiblanco, J. Gil, A. Rojas, D. Osorio, S. Gutiérrez, A. Muñoz-Bodnar, A. L. Pérez-Quintero, R. Koebnik, B. Szurek, C. López, S. Restrepo, V. Verdier y A. J. Bernal Molecular Plant Pathology 2013; 14(1): 84-95. Los efectores TALE (del inglés Transcriptional Activator Like-Effectors) son proteínas exclusivas de las patógenas de plantas Xanthomonas spp. y Ralstonia solanacearum. Estas proteínas han sido ampliamente estudiadas y asociadas con virulencia en diferentes patosistemas, debido a que son transportadas durante la infección hacia las células de la planta, en donde van al núcleo y afectan la expresión de ciertos genes a favor del patógeno. Es decir, son proteínas codificadas por bacterias, pero con la capacidad de activar la transcripción en un eucariota. Este artículo describe la primera caracterización de un TALE en Xanthomonas axonopodis pv. manihotis, el agente causal del añublo bacteriano de la yuca, principal enfermedad bacteriana de este cultivo. En este estudio se obtuvo por primera vez la secuencia completa de este efector y se estableció que es importante para la patogenicidad de Xam. Adicionalmente, se construyó una genealogía para establecer sus relaciones con los TALE que se han identificado en otros patógenos, se determinaron algunas regiones proteicas importantes para su funcionamiento y se validó su función como activador transcripcional por medio de un sistema de promotor-reportero. En conjunto, nuestros resultados permitieron establecer la importancia de TALE1Xam para la patogenicidad de Xam y constituyen una base para estudios posteriores que podrían establecer la relevancia de otros TALE en Xam y sus posibles blancos en yuca. http://dx.doi.org/10.1111/j.1364-3703.2012.00830.x The genus Cecropia: a biological clock to estimate the age of recently disturbed areas in the Neotropics P. C. Zalamea, P. Heuret, C. Sarmiento, M. Rodríguez, A. Berthouly, S. Guitet, E. Nicolini, C. Delnatte, D. Barthélémy y P. R. Stevenson PLoS ONE 2012; 7(8): e42643. Los bosques tropicales son los principales reservorios de carbono y de biodiversidad en el mundo, pero también son los ecosistemas más 114 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 amenazados del planeta. La deforestación y la tala selectiva han causado la desaparición de los bosques primarios, que son reemplazados por áreas de bosque secundario, que es el que se crea después de un disturbio y está compuesto por especies pioneras que son remplazadas poco a poco, a medida que pasa el tiempo, por nuevas especies que conformarán una matriz forestal similar a la inicial, antes del disturbio. El proceso de recuperación del bosque después de una perturbación puede tomar varias décadas, incluso en los bosques tropicales, donde estos procesos son más rápidos que en zonas templadas. Los estudios que han documentado el cambio en la vegetación de estos bosques en el trópico son escasos. Estudios de este tipo requieren datación exacta de los bosques secundarios, que hasta ahora ha sido una tarea difícil y costosa. El equipo de investigadores utilizó el género de árboles pioneros Cecropia como modelo de estudio. En dos especies de Cecropia, los investigadores han demostrado que la tasa de emisión de nuevas hojas es extraordinariamente estable. Además, han demostraron que la floración y el proceso de ramificación son periódicos, con un periodo anual. Como las cicatrices de hojas e inflorescencias son visibles durante toda la vida de la planta, en las especies Cecropia es posible estimar con exactitud la edad de cada árbol mediante la observación de esas cicatrices. La edad calculada a partir de la datación de individuos de Cecropia fue comparada con los datos de la edad real de cada lugar estudiado (esta información era conocida para cada uno de los cinco lugares en los que se llevó a cabo el estudio). Esta comparación permitió confirmar que la edad estimada de los árboles está altamente correlacionada con la edad real del bosque. Finalmente, y basados en investigaciones previas, los científicos proponen una lista de 21 especies de Cecropia potencialmente utilizables como relojes de bosques secundarios. Esto permitiría aplicar este método sencillo y fiable de datación a lo largo de todo el neotrópico (región tropical del continente americano). http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0042643 Phylogeography and sex-biased dispersal across riverine manatee populations (Trichechus inunguis and Trichechus manatus) in South America P. Satizábal, A. Mignucci-Giannoni, S. Duchene, D. Caicedo-Herrera, C. M. Perea-Sicchar, C. R. García-Dávila, F. Trujillo y S. Caballero. PLoS ONE 2012; 7(12): e52468. En este trabajo se investiga la estructura poblacional y el flujo genético del manatí del Caribe y del manatí amazónico, especies que se encuentran en peligro de extinción. Utilizando métodos moleculares, se encontró que en estas dos especies existe flujo genético mediado por ma- chos. Esto quiere decir que las hembras tienden a quedarse en un lugar mientras los machos viajan, a veces muchos kilómetros, para encontrar una pareja. En el caso de los manatíes caribeños que se encuentran en Colombia, viven en ríos, lo cual ha influido en su estructura genética, que se ha diferenciado de la estructura poblacional que se ha encontrado en manatíes caribeños que viven en el mar, donde tanto machos como hembras se mantienen en un territorio limitado por el acceso a fuentes de agua dulce. Esto es muy importante desde el punto de vista de conservación de estas especies, ya que es necesario conocer las diferencias entre poblaciones de diversos ríos para poder reintroducir animales que han sido confiscados y que se quieren devolver a sus poblaciones de origen. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0052468 Using functional traits and phylogenetic trees to examine the assembly of tropical tree communities C. Baraloto, O. J. Hardy, C. E. T. Paine, K. G. Dexter, C. Cruaud, L. T. Dunning, M. A. González, J. F. Molino, D. Sabatier, V. Savolainen y J. Chave Journal of Ecology 2012; 100(3): 690-701. Los bosques tropicales albergan un gran número de especies de plantas que compiten por los mismos recursos para sobrevivir. Entender esta coexistencia de especies representa uno de los mayores desafíos para la comprensión de la biodiversidad tropical. Esta investigación se realizó en nueve hectáreas de bosque húmedo tropical de la Guayana Francesa, y su objetivo fue comprender los mecanismos que estructuran el ensamblaje de las especies de árboles. Como una aproximación para comprender la capacidad de explotación de los recursos en cada especie, se midieron rasgos funcionales como capacidad de fotosíntesis, altura, densidad de madera, etc., en 4.600 individuos de 668 especies. Asimismo, se generaron secuencias genéticas del cloroplasto para el 90% de las especies, lo cual permitió estimar el grado de parentesco entre las especies que coexisten en cada hectárea de bosque. Se encontró que las especies que coexisten en una localidad tienen similitud en sus rasgos funcionales y que su grado de parentesco es superior a lo esperado si su ensamblaje hubiese ocurrido al azar. El conjunto de los patrones funcionales y filogenéticos indican que en el bosque húmedo tropical de la Guayana Francesa, la coexistencia de las especies parece ser en gran parte explicada por el filtro ambiental. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2745.2012.01966.x Contemporary cryptic sexuality in Trypanosoma cruzi J. D. Ramírez, F. Guhl, L. A. Messenger, M. D. Lewis, M. Montilla, Z. Cucunuba, M. A. Miles y M. S. Llewellyn Molecular Ecology 2012; 21(17): 4216-4226. El artículo corresponde a un trabajo realizado por Juan David Ramírez como parte de su tesis doctoral dirigida por el profesor Felipe Guhl. La enfermedad de Chagas constituye un serio problema de salud en las Américas, y en Colombia se han reportado más de un millón de individuos infectados. Aún no existe una vacuna efectiva contra esta enfermedad y el tratamiento disponible es efectivo entre el 60 y el 85% de los casos. Los resultados demuestran una gran diversidad genética en el parásito Trypansoma cruzi, agente causal de la enfermedad. A partir de aislamientos obtenidos en diferentes áreas geográficas del país se pudieron obtener clones del parásito provenientes de diferentes orígenes: insectos vectores, mamíferos silvestres (actúan como reservorios) y humanos habitantes en áreas endémicas. Se demostró por primera vez que hay evidencias de reproducción sexual en aislamientos encontrados en la naturaleza, lo que implica una enorme variabilidad genética que debe tenerse en cuenta para el desarrollo de futuras vacunas, técnicas diagnósticas y nuevas moléculas de fármacos dirigidas a blancos más específicos, teniendo en cuenta que diversos genotipos son capaces de infectar diferentes tejidos del cuerpo humano. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-294X.2012.05699.x Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 115 [ Concurso de fotografía e imágenes ] En este número, el concurso de fotografía e imágenes de Hipótesis se centro en el tema de Ciencias Biológicas para celebrar los sesenta años del Departamento. El Comité Editorial de Hipótesis seleccionó Linternas en el mar como la fotografía ganadora entre las 17 recibidas. Participaron de la selección Annelie Franke de Vergara, profesora del Departamento de Diseño, y Juan Gabriel Sutachán, diseñador de la Facultad de Ciencias. A continuación se reseñan las fotografías finalistas. Infraganti Insecto reposando en fabulosa flor. Tomada en un día iluminado con buen clima en un jardín de Bogotá Autor: Luis Alberto González Estigarribia, fotógrafo ([email protected]) Lugar: Bogotá Fecha: agosto de 2012 Paisaje hecho por el mar Las olas me pintaron unos árboles en la arena de una playa del Chocó. Autor: Camila Navas Röthlisberger, fotógrafa independiente ([email protected]) Lugar: Arusí, playa del Amargal, Chocó Fecha: enero de 2013 Campanitas de Mycena La fotografía retrata dos pequeños cuerpos fructíferos de Mycena sp., mostrando detalles de vida que brotan en todo lugar. La imagen fue tomada durante la salida de campo del curso Biología de Organismos, 2013-1. Autor: Andrea Peralta Mejía, estudiante de la Universidad de los Andes ([email protected]) Lugar: Parque Nacional Natural Chingaza Fecha: abril de 2013 116 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, número especial, 2013 Linternas en el mar Estas anémonas parecen linternas de luz púrpura en el mar. Autor: Camila Navas Röthlisberger, fotógrafa independiente ([email protected]) Lugar: Isla de Providencia, Caribe colombiano. Fecha: septiembre de 2012 Antes del salto Una rana arlequín (Dendrobates histrionicus) en la selva chocoana. Autor: Camila Navas Röthlisberger, fotógrafa independiente ([email protected]) Lugar: Arusí, Chocó Fecha: enero de 2013 [ hipótesis. Política editorial ] La Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes se ha esforzado por ofrecer nuevos espacios para divulgar los avances científicos en las áreas de Ciencias Biológicas, Física, Química, Matemáticas y Geociencias. La Revista Ciencias Biológicas, Física, Química, Matemáticas y Geociencias. La revista Hipótesis nació en 2003 como resultado de este esfuerzo y se ha fortalecido dentro de la comunidad académica como una revista de divulgación que tiene por objetivo comunicar los adelantos científicos en un lenguaje claro y sencillo al alcance tanto de los lectores especializados como de los no especializados. La extensión de los artículos debe estar entre las 1.500 y 3.000 palabras. Las notas no deben superar las 1.000 palabras. Para el envío de los archivos se deben adjuntar los textos y las imágenes en una carpeta comprimida con el nombre del autor seguido por un guion bajo y el título del texto. Se debe incluir la información completa de todos los autores: nombre completo, teléfono, correo electrónico, dirección, último título académico y afiliación y cargo actual. Estilo y edición Hipótesis está dirigida a estudiantes, profesores, investigadores e interesados que busquen enriquecer su bagaje intelectual sobre temas de actualidad científica. La revista se publica semestralmente en los meses de mayo y noviembre, y acepta artículos y notas inéditos de autores nacionales y extranjeros. Los artículos recibidos son evaluados por el Comité Editorial, que verifica la calidad temática y editorial del contenido. Las notas deben estar escritas, preferiblemente, por estudiantes de pregrado y posgrado. Se publican artículos y notas en español, inglés, francés, portugués e italiano, y se permite su reproducción para fines académicos, citando la fuente; para reproducciones con otros fines se debe solicitar la autorización de la revista. Hipótesis incluye en cada número un concurso de fotografía e imágenes sobre ciencias naturales y exactas, abierto al público general de la revista. La fotografía ganadora se publica en la revista y en la página web, citando al autor. INDICACIONES PARA LOS AUTORES Hipótesis acepta artículos y notas inéditas de autores nacionales y extranjeros. Los artículos y notas deben estar escritos con un estilo de redacción sencillo y claro, que los haga accesibles a un público no especializado, y deben tener como propósito general destacar información de gran interés de las ciencias básicas. En la sección de notas se dará preferencia a aquellas escritas por estudiantes de pregrado y posgrado. Se recomienda el uso de notas a pie de página solo en los casos en que se requiera una explicación más detallada. Las citas dentro del texto deben estar numeradas entre corchetes y debidamente relacionadas en detalle en la sección de referencias, al final. De igual forma, se deben numerar las referencias entre corchetes según el orden en que se citaron en el texto. A continuación se presentan algunos ejemplos de referencias bibliográficas. Libro [1] Marco D, ed. Metagenomics. Theory, methods and aplications. Norfolk: Caister Academic Press; 2010. Capítulo de libro [2]Charles T. The potential for investigation of plant-microbe interactions using metagenomics methods. In: Marco D, ed. Metagenomics. Theory, methods and aplications. Norfolk: Caister Academic Press; 2010. Artículo de revista [3] Viaud M, Pasquier A, Brygoo Y. Diversity of soil fungi studied by PCR-RFLP of ITS. Mycological Research 2000; 104(9): 10271032. Presentación y extensión Imágenes Los artículos y notas, junto con las imágenes, deben ser enviados por correo electrónico a [email protected], o mediante el formulario en línea de la página web de la revista. Además, deben estar escritos en Word, a espacio sencillo, con fuente Times New Roman de 12 puntos. Se recomienda el uso de imágenes para dinamizar el texto. De cada una de las imágenes, cuadros, gráficos o fotografías debe citarse la fuente, y el autor debe gestionar el permiso de reproducción, si fuera necesario. • Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 117 Fuente: fotografía de Juan Gabriel Sutachán. Núm. especial 2013 / 3.000 ejemplares ISSN 1962-729X ISSN ONLINE 1794-354X © Universidad de los Andes Para la reproducción total o parcial de esta obra solicitar la autorización de la Revista. Comité editorial Silvia Restrepo Restrepo Decana Adriana Rosillo Coordinadora de Investigaciones Catalina González Profesora Departamento de Ciencias Biológicas Editor invitado Felipe Guhl James Weston Profesor Departamento de Química Coordinadora editorial Carolina Hernández Universidad de los Andes Facultad de Ciencias Carrera 1.a núm. 18A-10 / Apartado aéreo: 4976, Bogotá, D. C., Colombia Teléfonos: (571) 332 4533, 339 4949, 339 4999, ext. 2700 [email protected] Alexander Cardona Profesor Departamento de Matemáticas Juan Manuel Pedraza Profesor Departamento de Física Juan Pablo Rincón Pabón Estudiante de Posgrado Indexada en: Ediciones Uniandes Carrera 1.a núm. 19-27, edificio AU 6, Bogotá, D. C., Colombia Teléfonos: (571) 339 4949, 339 4999, ext. 2181, 2071, 2099 [email protected] Ulrich’s Periodicals Directory Dialnet Fotografías Juan Gabriel Sutachán Corrección de estilo Precio de venta: $12.000 Edgar Hernán Ordóñez Nates Diagramación Andrés Leonardo Cuéllar V. Fotografías de la carátula: archivo del Departamento de Ciencias Biológicas y de la Facultad de Ciencias http://hipotesis.uniandes.edu.co 3Editorial Vivas, vivas... ¡por muchos años! 5Notas 12 Ciencias Biológicas en Uniandes: Sesenta años de compromiso con la docencia y la investigación Felipe Guhl 22 El Departamento de Ciencias Biológicas hoy Carlos Daniel Cadena 33 El futuro de las Ciencias Biológicas Silvia Restrepo 40 Mosquitos, minería y petróleo. Lysinibacillus sphaericus: la versatilidad de un microorganismo en beneficio del ambiente y la salud pública Jenny Dussán Garzón, Lucía C. Lozano Ardila, Tito D. Peña Montenegro, Vivian A. Bojacá 50 El uso de nuevas tecnologías de la genómica para defender nuestros cultivos César Augusto Medina Culma, Adriana Jimena Bernal Giraldo Entrevista con Nohora Elízabeth Hoyos Nohora Elízabeth Hoyos es Bióloga de la Universidad de los Andes con estudios en Biología Molecular de la Universidad de Yale. Fue jefe de Biología Experimental en el Instituto Nacional de Cancerología y Directora General de la Asociación Colombiana para el Avance de la Ciencia. Ha sido cogestora de importantes leyes y políticas públicas en ciencia y tecnología en el país, y lideró el proyecto para la creación del Programa Nacional para la Apropiación Social de la Ciencia y la Tecnología que opera desde hace quince años: Maloka. Actualmente es la presidente ejecutiva de esa institución. hipótesis • Número especial • 2013 • Universidad de los Andes CONTENIDO ISSN 1692-729X • Número especial • 2013 • Universidad de los Andes • Facultad de Ciencias Apuntes científicos uniandinos 58 Ecología y la importancia de lo invisible Patrick Venail, Martha J. Vives 67 Los primates no humanos como ingenieros ecosistémicos Pablo R. Stevenson 72 La belleza está en los oídos del que la oye Sandra Victoria Flechas, Adolfo Amézquita 79 Un coral a la conquista de los océanos profundos Santiago Herrera, Juan Armando Sánchez 87 Lo que siempre se quiso saber sobre el sexo y hasta ahora lo podemos contar: el caso de Trypanosoma cruzi Juan David Ramírez, Felipe Guhl 95 Una revisión de la biología del Didelphis marsupialis y su relación con el mal de Chagas y la leishmaniasis Julián David Aponte Quimbay 102 Entrevista con Nohora Elízabeth Hoyos 106Noticias 111 Artículos destacados 116 Concurso de fotografía e imágenes 117 Política editorial 60 años del Departamento de Ciencias Biológicas Precio de venta $12.000