Recc 6

REVISTA ´ EL CLUB CUANTICO Ciencia del siglo XXI No 6 -ESPECIAL 1- MARZO 2014

Editores: Marco Corgini Videla - Ingrid Torres Castillo http://elclubcuantico.blogspot.com

´Indice 1. EDITORIAL

3

2. TEOR´IA INFLACIONARIA DEL UNIVERSO Y ´ DE ONDAS GRAVITACIONALES DETECCION

7

2.1. A la b´ usqueda de ondas gravitacionales

7

2.2. Conclusiones

9

3. A LA ZAGA DE CAMPOS ESCALARES

11

3.1. El Inflat´on

11

3.2. ¿Es el Higgs el Inflat´on?

15

3.3. Conclusiones

20

´ 4. EL EFECTO CASIMIR Y EL VAC´IO CUANTICO 22 4.1. Efectos de un vac´ıo fluctuante

22

4.2. Observaci´on del Efecto Casimir Din´amico

23

4.3. Conclusiones

24

´ ´ 5. ACIDOS NUCLEICOS SINTETICOS

25

5.1. ¿DNA o XNA?

25

5.2. Conclusiones

26

´ SON LOS DUONES? 6. ¿QUE

28

6.1. El c´odigo oculto

28

6.2. Conclusiones

29

´ 7. GENETICA, BOLOG´IA MOLECULAR Y MEDICINA

31

7.1. Los retrovirus humanos

31

7.2. Terapias g´enicas

31

7.3. Leucemia linfobl´astica aguda

32

7.4. Terapias g´enicas y Alzheimer

33

´ EL CLUB CUANTICO

2

7.5. Conclusiones

34

´ NUMERO 6, 2014

1.

3

EDITORIAL

El ser humano es un ser simb´olico. S´ımbolo y representaci´on son su impronta en la aventura que ha emprendido por acceder al conocimiento cient´ıfico de la realidad, pero esto no debe confundirse con alucinaci´on y arbitrariedad.

Preparado, como resultado de la presi´on selectiva, para manejar su entorno inmediato, el hombre desarroll´o herramientas estructuradas sobre la base de su propia biolog´ıa en interacci´on con el medio tales como el lenguaje (que sorprendentemente posee mucho de matem´atico), ´ el pensamiento abstracto, etc. Estas le facilitaron el sistematizar, dar coherencia y estructura a dicha relaci´on, permiti´endole elaborar conjeturas e hip´otesis sobre la naturaleza y sus fen´omenos y poner a prueba la verosimilitud de sus presunciones con el concurso de sofisticadas tecnolog´ıas.

Estos u ´ltimo cinco a˜ nos, por poner una cota, han estado cruzados por avances espectaculares en f´ısica y biolog´ıa.

En este sentido, Revista El Club Cu´antico ha querido hacer una peque˜ na s´ıntesis de lo que nos ha parecido m´as relevante durante ese per´ıodo. Obviamente hay muchos descubrimientos y avances que pueden haber quedado fuera de esta breve recopilaci´on. Invitamos al lector a hacerse part´ıcipe de esa b´ usqueda y a realizar su propia y particular reflexi´on respecto de lo que la ciencia aporta a nuestro conocimiento del mundo.

La teor´ıa est´andar de la f´ısica de part´ıculas (o modelo est´andar-ME), fundada en base a la teor´ıa cu´antica de campos y la teor´ıa especial de la relatividad, ha permitido no s´olo predecir la existencia de la mayor´ıa de las part´ıculas elementales hasta hoy conocidas, sino que tambi´en ha

´ EL CLUB CUANTICO

4

indicado en qu´e rangos de energ´ıa escudri˜ nar y cu´ales son las trazas que delatan su presencia (las evidencias indirectas).

Esta b´ usqueda que parece culminar, al menos en el contexto del MEpues otras conjeturas deber´an reemplazarlo m´as all´a de los l´ımites que ´el mismo se impone-con el descubrimiento de una nueva part´ıcula, el bos´on de Higgs, es de gran relevancia para la f´ısica te´orica y experimental, por cuanto se trata del u ´ltimo eslab´on de la teor´ıa y del primer bos´on escalar fundamental (esp´ın cero) encontrado en la naturaleza.

En particular, lo anterior constituye un respaldo experimental descomunal para la teor´ıa estandar de la f´ısica de part´ıculas elementales en general y la teor´ıa cu´antica de campos en particular. Esta u ´ltima el a˜ no 2012 hab´ıa registrado un avance importante, resultado de un experimento que condujo por primera vez a la generaci´on de “fotones reales” a partir del vac´ıo cu´antico (Efecto Casimir Din´amico), cuesti´on que abordaremos en uno de nuestros art´ıculos.

As´ı como el campo de Higgs, el Inflat´on es un hipot´etico campo escalar que podr´ıa ser el responsable de la inflaci´on c´osmica previa al Big-Bang tal cual ha sido conjeturado en la denominada teor´ıa inflacionaria desarrollada inicialmente por Alan Guth en 1981 y que, con modificaciones, todav´ıa se destaca como la m´as plausible al momento de explicar los or´ıgenes y posterior evoluci´on del Universo que conocemos.

Hoy d´ıa, a poco m´as de un a˜ no de haber sido obtenidas evidencias contundentes respecto de la part´ıcula de Higgs, se especula acerca de la relaci´on existente entre su campo y el Inflat´on o un nuevo campo, el Dilat´on, el que se presume habr´ıa facilitado la ruptura de simetr´ıa de escalas en el universo.

´ NUMERO 6, 2014

5

Por otro lado, en el largo y necesario camino de la verificaci´on experimental, en marzo de este a˜ no se inform´o acerca de la detecci´on, en la conocida radiaci´on de fondo de microondas, de los denominados modos B (asociados a la polarizaci´on a˜ nos atr´as detectada) los cuales aportar´ıan importantes evidencias acerca de la presencia de ondas gravitacionales, predichos por la teor´ıa. Este descubrimiento ser´ıa tan importante para la cosmolog´ıa como lo fue la detecci´on de la part´ıcula de Higgs para el ME. La ciencia avanza de esa forma. Sus conjeturas, que no son inamovibles, son puestas a prueba experimentalmente, cuesti´on que puede ser ardua y dif´ıcil de materializar en lo inmediato, poseyendo sus resultados exitosos car´acter de respaldo pero raramente de conclusi´on y cierre.

En biolog´ıa, la teor´ıa de la evoluci´on de Darwin se vio enriquecida por los avances espectaculares de la gen´etica dando lugar a la teor´ıa sint´etica de la evoluci´on. En este sentido, la decodificaci´on del gen´oma humano en 2003 es quiz´as uno de los avances cient´ıfico-tecnol´ogicos m´as importantes de nuestra historia.

La plasticidad fenot´ıpica que manifiestan los organismos procariotas y muchos eucariotas, resultado de procesos que involucran intercambio y readecuaci´on de informaci´on g´enica, tanto end´ogenos como ex´ogenos, no s´olo como huella sino en calidad de mecanismo vigente del proceso evolutivo, es un signo de la relevancia que en ´este ocupan las interacciones con el medio.

Dentro de los procesos mencionados se encuentran bien documentados, por ejemplo, la denominada “transferencia horizontal” de genes entre bacterias y la acci´on de estructuras estrictamente proteicas-llamados priones-no relacionadas con ´acidos nucleicos. En el primer caso, se consideran mecanismos como la transferencia directa de ADN desde el

´ EL CLUB CUANTICO

6

medio de material gen´etico (Transformaci´on), transferencia de ADN entre procariotas, mediada por un bacteri´ofago, por ejemplo un virus (Transducci´on) y la transferencia de organismo a organismo (bacterias) a trav´es del contacto directo, por medio de pl´asmidos (Conjugaci´on procariota).

En este n´ umero indagaremos acerca de nuevos descubrimientos en gen´etica y develaremos c´omo el ser humano intenta ponerlos al servicio de su propia especie, haciendo uso de mecanismos sugeridos por la misma naturaleza.

Invitamos al lector a revisar con nosotros, en esta edici´on especial dedicada a la f´ısica y la biolog´ıa, algunos descubrimientos, avances y conjeturas de la ciencia actual.

Marco Corgini Videla

´ NUMERO 6, 2014

2.

7

TEOR´IA INFLACIONARIA DEL UNIVERSO Y ´ DE ONDAS GRAVITACIONALES DETECCION

2.1.

A la b´ usqueda de ondas gravitacionales. Con objeto de

resolver algunos del los problemas asociados a la teor´ıa del Big Bang, muy familiar hoy a todos, el f´ısico estadounidense Alan Guth desarroll´o el a˜ no 1981 la denominada teor´ıa de la “Inflaci´on C´osmica” [1]. Si bien hasta nuestros d´ıas la conjetura tuvo modificaciones, en lo esencial se ha mantenido la hip´otesis original respecto de la existencia de un campo escalar bautizado como “Inflat´on”, cuya part´ıcula asociada lleva el mismo nombre, que habr´ıa regido sin competencia en los inicios del universo primitivo.

Sometido a fluctuaciones cu´anticas, este campo habr´ıa dado origen a la repentina expansi´on c´osmica y a la variaci´on en la distribuci´on de materia en el universo que posteriormente resultar´ıa responsable de la aparici´on de las estructuras gal´acticas que hoy conocemos.

Stephen Hawking se˜ nala en su libro El Gran Dise˜ no: “[. . . ] es como si una moneda de un cent´ımetro de di´ametro s´ ubitamente explotara a una dimensi´on de unos diez mil millones de veces la anchura de la v´ıa l´actea. Podr´ıa parecer que eso viola la relatividad, ya que ´esta establece que nada puede moverse m´as r´apido que la luz en el vac´ıo, pero dicha velocidad l´ımite no se aplica a la expansi´on del propio espacio”.

La perdida de energ´ıa del mencionado campo con el transcurso del tiempo (muy breve por lo dem´as) se habr´ıa traducido en la desintegraci´on de su part´ıcula, resultando en la consecuente producci´on de part´ıculas normales. Es en este momento cuando habr´ıa emergido el “universo caliente”.

´ EL CLUB CUANTICO

8

En este punto, la energ´ıa potencial del Inflat´on se habr´ıa transferido a la radiaci´on, produciendo el proceso de termalizaci´on que hoy se traduce en la homogeneidad de la radiaci´on de fondo c´osmica (RFC, fondo de microondas o CMB en ingl´es-cosmic microwave background, remanente del proceso de expansi´on inicial) que permea nuestro universo.

De esta forma, una vez finalizada la ´epoca inflacionaria, la evoluci´on del universo es descrita en esta teor´ıa por la teor´ıa est´andar del BigBang.

Esa abrupta etapa inflacionaria ser´ıa la raz´on por la cual el universo se “aplan´o”, tal cual se determin´o a partir del an´alisis de los datos obtenidos por los sat´elites COBE (Cosmic Background Explorer) y WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) durante los u ´ltimos decenios.

Por otro lado, el astrof´ısico ingl´es Martin Rees predijo en 1968 que cierta “polarizaci´on” u “orientaci´on” de la radiaci´on de fondo, conteniendo informaci´on acerca de la din´amica de las inhomogeneidades iniciales presentes durante los primeros cientos miles de a˜ nos del universoresponsables de las actuales estructuras gal´acticas-debiera ser observable.

El a˜ no 2002, se anunci´o el descubrimiento de dicha polarizaci´on. En este caso fueron detectados los denominados modo E de la polarizaci´on de fotones que componen la radiaci´on de fondo.

Por otra parte, la transici´on desde la etapa de inflaci´on a la de recalentamiento habr´ıa producido enormes ondas de choque acompa˜ nadas de la transformaci´on de parte importante de la energ´ıa liberada en ondas gravitacionales desplaz´andose libremente luego de su separaci´on del

´ NUMERO 6, 2014

9

´ plasma [3]. Estas suelen ser descritas como “arrugas” o “inhomogeneidades” en la estructura del espacio-tiempo, cuya existencia podr´ıa ser detectada en nuestros d´ıas a trav´es de una se˜ nal asociada precisamente a la “polarizaci´on” registrada en la RFC, ahora asociada a los llamados modos B primordiales, bastante m´as dif´ıciles de detectar, por cuanto son de una intensidad mucho menor que los modos E previamente observados.

As´ı, una forma de confirmar aspectos importantes de la teor´ıa se refer´ıa adem´as a la detecci´on de ese fondo de ondas gravitacionales generadas despu´es de la expansi´on y que debiera atravesar el universo [2].

El gran hallazgo: Los d´ıas 17 y 18 de marzo de 2014, cient´ıficos han hecho p´ ublicos dos art´ıculos asociados a los an´alisis realizados a los datos recabados desde el polo sur por el observatorio BICEP 2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) indicando la identificaci´on de “ondas gravitacionales primordiales” (modos B primordiales) [5].

2.2.

Conclusiones. Si bien es cierto el an´alisis de datos deber´a ser

confirmado, como es natural en ciencias, por especialistas en todo el mundo, este resultado junto a los exitosos experimentos asociados al bos´on de Higgs, constituir´an hitos en el desarrollo cient´ıfico de la f´ısica futura, no s´olo como respaldo a las teor´ıas y conjeturas que llevaron a indagar, all´ı donde los modelos indicaban, sino tambi´en como plataforma para desarrollar nuevas estrategias para seguir develando los misterios acerca de los origenes del universo.

Referencias [1] A.H. Guth. Phys. Rev. D 23, 347 (1981)

10

´ EL CLUB CUANTICO

[2] J. Garc´ıa-Bellido, D.G. Figueroa.Una ventana al primer instante del universo. Investigaci´on y Ciencia, No. 435, 68-75, 2012.

[3] Agullo, A. Ashtekar, W. Nelson. A Quantum Gravity Extension of the Inflationary Scenario. http://xxx.lanl.gov/abs/1209.1609, 2012. (publicado en Phys. Rev. Lett.)

[4] S. Hawking, L. Mlodinov. El Gran Dise˜ no. Cr´ıtica, Barcelona. 2011.

[5] POLARIZATION AT DEGREE ANGULAR SCALES. arXiv:1403.4302v1 (2014) BICEP2 II: EXPERIMENT AND THREE-YEAR DATA SET. BICEP2 I: DETECTION OF B-mode http://arxiv.org/pdf/1403.

3985.pdf (2014)

´ NUMERO 6, 2014

3.

3.1.

11

A LA ZAGA DE CAMPOS ESCALARES

El Inflat´ on. En alg´ un instante, en el cual prevalec´ıan altas tem-

peraturas, todas las interacciones que conocemos habr´ıan sido manifestaciones de una misma fuerza. As´ı, primero se habr´ıa desacoplado la gravitaci´on, luego la interacci´on fuerte y finalmente las interacciones electromagn´etica y d´ebil.

Hay varias ventajas en suponer la existencia de una fase de inflaci´on ´ acelerada en las teor´ıas . Esta resuelve varios problemas no aclarados por la llamada teor´ıa est´andar del Big Bang: planitud del Universo, existencia de monopolos magn´eticos (im´an con un s´olo polo magn´etico), causalidad del horizonte, etc.

Para que esta fase se materialice, hace falta que de alguna manera se manifieste una presi´on negativa en el Universo.

En este sentido, una tierra f´ertil para la especulaci´on te´orica y desarrollo de modelos ad-hoc es, en cosmolog´ıa y f´ısica de part´ıculas elementales, aqu´ella que considera la existencia de ciertos campos denominados “escalares”, asociados a part´ıculas escalares (de esp´ın nulo).

Matem´aticamente hablando, un campo escalar queda determinado por una funci´on que para cada elemento en su dominio de definici´on asume un valor real. En f´ısica muchos campos suelen ser funciones del espacio y el tiempo.

As´ı, el Universo debi´o encontrarse primero en una fase inflacionaria, la que al decaer dio lugar a la llamada “fase de recalentamiento”, momento a partir del cual habr´ıan comenzado a emerger todas las part´ıculas que hoy conocemos (las mismas del modelo est´andar).

´ EL CLUB CUANTICO

12

En este contexto, los campos escalares permiten ser analizados como fluidos, es decir poseen propiedades termodin´amicas tales como la presi´on. Esto hace factible el estudio de simetr´ıas globales, todas asociadas a leyes de conservaci´on en la naturaleza, y por consiguiente tambi´en se hacen accesibles a la investigaci´on sus rupturas, sean ´estas espont´aneas o no. Un buen ejemplo lo constituye el bos´on de Higgs, part´ıcula que media la denominada ruptura de la simetr´ıa electrod´ebil.

Perm´ıtame el lector, en este punto, una peque˜ na pero necesaria disgresi´on matem´atica.

Ya sea que la transici´on descrita sea de primer o de segundo orden, depender´a de la forma del potencial V (φ), donde φ(t) (t es tiempo) es el campo escalar al cual le corresponde conducir la inflaci´on, denominado por este motivo “Inflat´on”, naturalmente asociado a la ruptura de simetr´ıa que supone la transici´on mencionada en un p´arrafo anterior.

Notemos que una transici´on de fase de un sistema de muchas part´ıculas corresponde simplemente a la evoluci´on de ´este desde un cierto estado accesible a otro. Adem´as, las transiciones de fase de primer orden est´an asociadas a rupturas espont´aneas de simetr´ıas (son abruptas) y a la liberaci´on o absorci´on de energ´ıa, mientras las de segundo orden, en un sentido que no profundizaremos aqu´ı, son continuas.

Cabe destacar en este punto que el Inflat´on, representa un escenario plausible para explicar la generaci´on de estructuras complejas en el Universo (como las galaxias). De hecho ser´ıan las inevitables y peque˜ nas fluctuaciones cu´anticas del campo las que se habr´ıan transformado en fluctuacionse cl´asicas residuales en densidad de materia y/o energ´ıa luego de que la inflaci´on ces´o.

Modelos inflacionarios diferentes surgen de diferentes elecciones para dicho potencial.

´ NUMERO 6, 2014

13

En los primeros modelos inflacionarios de primer orden (ver [6]), la inflaci´on finaliza con una ruptura espont´anea de simetr´ıa, tal como ´ una transici´on de fase de primer orden. Esta se habr´ıa producido al encontrarse el Inflat´on en un estado de “falso vac´ıo” (matem´aticamente un m´ınimo local de V (φ)) y en una situaci´on de supercongelamiento.

Fundamentalmente, esta propuesta y otras variantes afines propusieron una fase de expansi´on acelerad´ısima (exponencial y superlum´ınica) del universo en sus primeros instantes, doblando enormemente su tama˜ no en un breve lapso.

La detenci´on, en tiempo finito, de este crecimiento acelerado tiene lugar al producirse la transici´on del campo desde dicho estado al del verdadero vac´ıo (transici´on de fase).

Desde el punto de vista de la mec´anica cl´asica el falso vac´ıo es un estado estable pues el campo no posee la energ´ıa necesaria para atravesar la barrera de potencial que lo separa del verdadero vac´ıo. En este caso, el decaimiento desde el falso vac´ıo al verdadero no es posible. Sin embargo, dado que en los primeros instantes son los fen´omenos cu´anticos los que prevalecen, el efecto t´ unel permite que tal tr´ansito sea posible. M´as a´ un, la energ´ıa del campo debe transformarse en radiaci´on, inici´andose con esto el per´ıodo radiativo de la cosmolog´ıa est´andar [1].

Este modelo presentaba inconsistencias respecto del Universo conocido. Por este motivo fue reemplazado por un potencial m´as bien plano, es decir un sistema con un estado semi estable y el m´ınimo global usual (verdadero vac´ıo). En este caso el falso vac´ıo no corresponde a un m´ınimo local del potencial V (φ) sino que se trata de una regi´on relativamente plana de su gr´afico. As´ı, un campo escalar cuya energ´ıa fuese preponderante en el universo y cuyo t´ermino de energ´ıa potencial dominara sobre el cin´etico (φ˙ 2 /2 ≤ |V (φ)|) conducir´ıa a una inflaci´on

´ EL CLUB CUANTICO

14

finita adecuada a trav´es de lo que se denomin´o rodadura lenta”(slow roll-inflation) de la energ´ıa potencial.

En la rodadura, el inflat´on disminuye paulatinamente su energ´ıa potencial lo que tendr´a como consecuencia el que la energ´ıa cin´etica aumente y termine por dominar el escenario (cinematizaci´on). En efecto, inmediatamente despu´es del per´ıodo de inflaci´on la densidad de energ´ıa potencial es pr´acticamente nula y a partir de ese momento alg´ un mecanismo a determinar debe producir el recalentamiento. Algunas conjeturas sostienen que un acoplamiento entre el inflat´on y otros campos le permitir´ıa transferir energ´ıa a ´estos durante sus oscilaciones en el pozo de potencial, generando as´ı la fase de recalentamiento.

De cualquier forma, esta propuesta tambi´en presenta problemas como el de la planitud del potencial en el origen y el equilibrio t´ermico en el que deb´ıa encontrarse la regi´on inicial.

Hoy d´ıa existe una gama extensa de conjeturas y por lo tanto escenarios para la inflaci´on, dependiendo fundamentalmente de la elecci´on del campo Inflat´on. Entre estos encontramos los modelos de inflaci´on ca´otica y de inflaci´on h´ıbrida. Los primeros consideran inflaci´on polinomial caracterizada por potenciales del tipo V (φ) = φα , con α > 1 e inflaci´on en ley de potencias para la cual V (φ) = ekφ , siendo k un par´ametro fijo.

En el caso de la inflaci´on h´ıbrida los modelos incluyen varios campos (que notaremos porφ y ψ) caracterizados por potenciales del tipo: V (φ, ψ) =

1 1 (M 2 − λψ 2 )2 + U (φ) + g 2 ψ 2 φ2 4λ 2

que mostramos s´olo con prop´osito ilustrativo. Aqu´ı, M, λ y g representan par´ametros fijos y U (φ) es energ´ıa potecial asociada al campo φ.

´ NUMERO 6, 2014

15

No discutiremos aqu´ı estos constructos matem´aticos dado que el prop´osito de este art´ıculo es s´olo destacar la multiplicidad de modelos existentes asociados a campos escalares vinculados a la conjetura inflacionaria. Dejamos a la curiosidad del lector el investigar en profundidad, si lo desea, ´estas u otras hip´otesis, todas disponibles en el abigarrado y fascinante libro de la cosmolog´ıa actual.

3.2.

¿Es el Higgs el Inflat´ on? En el contexto de lo dicho en la

secci´on anterior, el bos´on de Higgs goza del privilegio de ser la “primera part´ıcula escalar fundamental”descubierta.

Recordemos que la obtenci´on de la masa de muchas de las part´ıculas elementales hoy conocidas ocurrir´ıa a trav´es de la interacci´on de ´estas con el campo de Higgs, cuya part´ıcula mediadora es denominada “bos´on de Higgs” (todas las part´ıculas que median interacciones f´ısicas pertenecen a una exclusiva clase cuyos miembros poseen caracter´ısticas muy particulares y a los cuales se les otorga el apelativo de “bosones” ).

Este singular campo ser´ıa entonces el responsable final de la existencia de la materia y de las estructuras complejas generadas a partir de ella tal cual las conocemos hoy d´ıa, es decir, de los planetas, las estrellas, las galaxias, la vida, etc.

El campo de Higgs no se acopla ni al fot´on ni al gluon, part´ıculas sin masa que median las interacciones electromagn´eticas y fuertes, respectivamente. Sin embargo, se acopla a leptones y a los bosones W y Z, mediadores de la fuerza d´ebil. Mientras mayor sea la interacci´on de part´ıcula con el campo de Higgs, mayor ser´a su masa.

Complementemos algo de lo ya mencionado en la secci´on anterior.

Las simetr´ıas se encuentran ligadas al concepto de leyes f´ısicas de conservaci´on, pero adem´as, el contexto matem´atico natural que las cobija

´ EL CLUB CUANTICO

16

es el de la llamada “Teor´ıa de Grupos”. Eso es lo que debemos leer en lo que sigue. Las simetr´ıas y sus rupturas, cuando se producen, siempre se refieren a “grupos matem´aticos”determinados.

Las ecuaciones diferenciales a partir de las cuales es posible estudiar la din´amica del sistema, de acuerdo a las estrategias matem´aticas est´andar, se obtienen por c´alculos directos realizados sobre la siguiente expresi´on matem´atica, denominada Lagrangiano:

LT ot = LM E

Mp2 R, − 2

donde Mp es la llamada masa reducida de Planck, R es el escalar de curvatura de Ricci (de la teor´ıa relativista de la gravitaci´on) y LM E representa al Lagrangiano asociado al modelo est´andar de la f´ısica de part´ıculas elementales que adem´as incluye entre sus t´erminos al Lagrangiano LH dado por:

LH = −Dµ H † Dµ H + µ2 H † H − λ(H † H), siendo Dµ la derivada covariante ante transformaciones de gauge asociadas al grupo de simetr´ıas SU (3)c ⊗SU (2)L ⊗U (1)Y , µ es un par´ametro que satisface la condici´on µ2 > 0, λ es una constante de autoacoplamiento y H es el denominado “doblete escalar de Higgs” el cual corresponde a una descomposici´on del campo en dos componentes:

H=

H+ H0

,

siendo H + la componente de carga positiva y H 0 la de carga neutra. La componente H + est´a asociada a la ruptura de simetr´ıa de la interacci´on fuerte, asociada al grupo SU (3)c , conducente a la obtenci´on de masa por parte de los quarks (constituyentes de protones y neutrones) y H 0 se

´ NUMERO 6, 2014

17

vincula a la ruptura de la sim´etria de las interacci´on electrod´ebil ligada a SU (2)L ⊗ U (1)Y a trav´es de la cual los bosones W y Z consiguen su masa.

Este modelo adem´as de presentar problemas en la fase post inflacionaria, exige en la inflacionaria que λ ' 10−13 lo cual es un valor muy bajo respecto de lo esperado de acuerdo a lo deducido a partir de los resultados del LHC y el LEP del CERN. El problema de la inconsistencia del valor de λ fue resuelto considerando un acoplamiento no m´ınimo del Higgs con la gravedad. As´ı, LT ot adopta la forma:

LT ot = LM E − ξH + HR donde ξ es la constante de acoplamiento no m´ınimo.

Sin embargo, tal como se destaca en [3], este modelo conduce a una f´ısica de part´ıculas no coincidente con lo observado. Es m´as, el valor de la constante de acoplamiento m´ınimo necesario para producir la deseada inflaci´on corresponde a ξ = 1032 lo cual habr´ıa hecho imposible la detecci´on de la part´ıcula de Higgs en el LHC por cuanto el campo se encontrar´ıa, en tales condiciones, ya casi totalmente desacoplado del resto del modelo est´andar.

A diferencia de estas aproximaciones, los modelos posteriores consideraron valores mucho menores para la constante de acoplamiento no m´ınimo [4].

Esto llev´o a considerar una nueva variaci´on para el Lagrangiano original, definido ahora como:

LT ot = LM E −

M2 R − ξH + HR 2

´ EL CLUB CUANTICO

18

donde M es un par´ametro de masa y ξ como antes es la constante de acoplamiento.

Si ξ = 0 tendremos un acoplamiento m´ınimo del campo de Higgs con la gravedad. En este caso M = Mp .

Tal cual se menciona en [3], debiera ser posible “una elecci´on intermedia entre M y ξ que se ajuste adecuadamente a la inflaci´on de tipo rodadura lenta y a la f´ısica de part´ıculas elementales al mismo tiempo”.

El doblete escalar de Higgs toma la forma H =

0 φ

Es en este caso, el del acoplamiento m´ınimo, en donde se ha intentado identificar el bos´on de Higgs del modelo est´andar con el Inflat´on.

M´as a´ un, se ha sugerido que ´esta propuesta puede ser colocada en un contexto m´as amplio.Aqu´ı el elemento crucial es la extensi´on de la denominada invarianza de escala, para lo cual un nuevo campo debe ser introducido, el Dilat´on [5].

Aparentemente, si bien hoy d´ıa no puede ser excluida la posibilidad de que el Higgs sea el Inflat´on, algunos resultados obtenidos en el LHC hacen este escenario m´as complicado: “Over the years there has been considerable interest in the Higgs boson non-minimal coupling to gravity in the literature. This coupling is particularly important in models of “induced gravity” where the scale is generated spontaneously by setting M = 0 and requiring that ξ = 1032 . Such a setup was also shown to be able to produce good inflation with the standard model Higgs boson acting as the inflaton [...] Clearly the discovery of the Higgs boson rules out such models on the grounds that with such a large ξ the Higgs boson would be almost

´ NUMERO 6, 2014

19

completely decoupled from the rest of the standard model and would never be produced at a collider [...] Later models of Higgs inflation used a much smaller value of the non-minimal coupling of the order of 104 ... Our results imply that colliders will not be able to probe the size of the non-minimal coupling down to these scales in the foreseeable future”[...]“We have shown that the recent discovery of the Higgs boson at the Large Hadron Collider at CERN implies that the absolute value of the non-minimal coupling is smaller than 2,6 × 1015 ”[4].

Por otro lado, en un art´ıculo y conferencia recientes, se se˜ nala, respecto de dicha posibilidad: “The role of the inflaton can be played by the Standard Model (SM) Higgs field with its mass lying in the interval where the SM can be considered a consistent effective feld theory up to the inflationary scale.

More precisely, if the Higgs boson is non-minimally coupled to gravity and the value of the corresponding coupling constant ξh is sufficiently large, the model is able to provide a successful inflationary period followed by a graceful exit to the standard hot Big Bang theory”[5].

“In this talk I will discuss the possibility that the Higgs mass of 126 GeV may be hinting at a new fundamental symmetry, scale invariance, connecting the Fermi and Planck scales. The predictions of this model are a period of inflation driven by the Higgs acting as the inflaton and a late universe acceleration driven by the dilaton, the Goldstone boson associated with the breaking of scale invariance. The scalar spectral index in this model is the same as for Higgs inflation, ns=0.967, and the ratio of tensor to scalar amplitude is r=0.0033, in agreement with

´ EL CLUB CUANTICO

20

Planck observations of the CMB. Furthermore, there is a specific prediction for the equation of state of dark energy today, which is related to the scalar spectral index, 3(1+w)=1-ns, as well as the running of both: 3wa=-dns/dlogk. Future observations by PRISM and Euclid will be able to rule out this model”[7].

3.3.

Conclusiones. El modelo inflacionario, en todas sus variantes,

es una de las conjeturas actuales m´as importantes al momento de investigar el comportamiento del Universo en sus instantes iniciales por cuanto permite explicar en forma adecuada algunas situaciones que el modelo est´andar del Big Bang, hoy familiar a todos, no lograba conciliar.

Es esencial el papel que en estas conjeturas juega la noci´on de campo escalar, cuesti´on que ha ganado relevancia con el descubrimiento de la primera part´ıcula escalar fundamental a trav´es de los experimientos realizados recientemente en el LHC. Existen otras propuestas asociadas al problema de los inicios, sin embargo hay que destacar que los antecedentes obtenidos de la observaci´on del fondo de microondas y destacados en el art´ıculo anterior, brindan a la hip´otesis inflacionaria un respaldo enorme.

La cuesti´on respecto a si es posible identificar el bos´on de Higgs con el Inflat´on tendr´a que decidirse a la luz no s´olo de los resultados hoy conocidos sino tambi´en de aqu´ellos que paulatinamente vayan surgiendo en futuros experimentos en el LHC. Si bien, con el actual estado del arte, no es posible dar por cierta esta conexi´on o incluso puede ser dudosa, tampoco es razonable descartada. Esto hace m´as interesante la aventura.

´ NUMERO 6, 2014

21

Referencias [1] Ellie D’Hondt. From Minimal to Nonminimal Coupling in Cosmological Inflation. Thesis, 1999.Vrije Universiteit Brussel Faculteit van de Wetenschappen Departement Natuurkunde http://www.vub.ac. be/CLEA/ellie/homepage/PDFdirectory/thesisCosmo.pdf.

[2] P. Frieded. Cosmological Inflation and Quntessence. Master Thesis.

Instituut voor Theoretische Fysica Universiteit van Amsterdam 2004 [3] C. D. Peralta, Y. Rodr´ıguez. Identificando al Inflat´on con el Bos´on de Higgs del Modelo Est´andar.Rev. Acad.Colomb. Cienc. Volumen XXXVI, N´ umero 138, 25-36, 2012.

[4] Michael Atkins and Xavier Calmet. Bounds on the non-minimal coupling of the Higgs boson to gravity. Phys. Rev. Lett 110: 051301 (2013). http://arxiv.org/pdf/1211.0281v2.pdf,2013 [5] Fedor Bezrukov, Georgios K. Karananas y Javier Rubio, and Mikhail Shaposhnikov. Higgs-Dilaton Cosmology: an effective field theory approach.http://arxiv.org/abs/1212.4148, 2013.

[6] A.H. Guth. Phys. Rev. D 23, 347 (1981) [7]Juan Garc´ıa Bellido-Diciembre 2013. https://agenda.infn.it/conferenceDisplay.py?confId=7206

´ EL CLUB CUANTICO

22

4.

4.1.

´ EL EFECTO CASIMIR Y EL VAC´IO CUANTICO Efectos de un vac´ıo fluctuante. La mec´anica cu´antica deter-

mina que lo que denominamos vac´ıo f´ısico se encuentra cruzado, tejido de campos f´ısicos (gravitacional, electromagn´etico, d´ebil y fuerte, adem´as del ahora descubierto campo de Higgs), responsables de todas las interacciones conocidas y de la aparici´on de la masa de las part´ıcu´ las elementales. Estos sufren fluctuaciones o lo que es equivalente, generan “part´ıculas virtuales” (part´ıculas de gauge), de muy corta vida, mediadoras de dichas fuerzas, reguladas sus exiguas apariciones en el tiempo (por eso se les denomina as´ı) por el principio de incertidumbre de Heisenberg que establece que no es posible determinar con precisi´on, simult´aneamente, su impulso y su posici´on.

As´ı, part´ıculas y antipart´ıculas virtuales surgen y desaparecen r´apidamente despu´es de un tiempo ´ınfimo, violando el principio de conservaci´on de la energ´ıa s´olo por instantes. Luego todo vuelve a la normalidad. De esta forma, el vac´ıo cu´antico bullir´ıa de electrones, positrones, fotones (part´ıculas de luz), quarks, antiquarks, gluones. y muchas otras tambi´en virtuales. Evidencias indirectas de este fen´omeno lo constituyen el denominado “Lamb shift” del espectro at´omico (consiste de una peque˜ na diferencia de energ´ıa entre dos niveles del a´tomo de hidr´ogeno en el vac´ıo para los cuales ´esta debiera tomar un mismo valor) y la modificaci´on del espectro at´omico del electr´on.

Por otra parte, la introducci´on externa de una energ´ıa adecuada, permitir´ıa transformar part´ıculas “virtuales” en “part´ıculas reales”, sin violar la ley de conservaci´on mencionada. Pero, una pregunta surge inmediata:¿Hay actualmente evidencias experimentales que respalden estas conjeturas?.

´ NUMERO 6, 2014

23

Hendrik Casimir, en 1948, fue el primero en sostener que espejos pod´ıan ser usados para medir fluctuaciones del vac´ıo. Predijo que dos espejos, es decir dos placas met´alicas perfectamente conductoras, paralelas una respecto de la otra (a distancia de nan´ometros), experimentar´ıan en el vac´ıo, una fuerza atractiva, que ser´ıa manifestaci´on inmediata de tal fluctuaci´on.

En la pr´actica, los espejos reducir´ıan la densidad de modos electromagn´eticos o fotones virtuales (part´ıculas mediadoras de la interacci´on electromagn´etica) en el espacio que los separa, evitando la aparici´on all´ı de aquellos cuya longitud de onda fuese mayor que la distancia entre las placas. As´ı, la presi´on de radiaci´on del vac´ıo entre los espejos (presi´on del campo interno) resultar´ıa menor que la presi´on en la regi´on externa, en donde no hay restricci´on, generando de esta forma la fuerza mencionada. Este es el denominado “efecto est´atico de Casimir”, el cual fue observado por primera vez experimentalmente en 1997 por Steve Lamoreaux (Universidad de Washington).

Pero, si bien esto respaldaba la tesis de las fluctuaciones, cab´ıa preguntarse si resultar´ıa posible producir part´ıculas reales de virtuales.

En 1970 el f´ısico G. Moore propuso que un espejo bajo movimiento relativista (velocidad cercana a la de la luz) pod´ıa convertir fotones virtuales en “reales”, directamente observables. Este efecto fue denominado con posterioridad “efecto din´amico de Casimir”. En este caso las fluctuaciones del vac´ıo se ver´ıan afectadas por el objeto en movimiento, permitiendo la transformaci´on de fotones virtuales en reales.

4.2.

Observaci´ on del Efecto Casimir Din´ amico. La revista Na-

ture en noviembre de 2011 public´o el art´ıculo “Observation of the dynamical Casimir effect in superconducting circuit” [1] en donde sus

´ EL CLUB CUANTICO

24

autores, liderados por Christopher Wilson del Departamento de Microtecnolog´ıa y Nanociencia de la Universidad Chalmers de Tecnolog´ıa, en Suecia, informaron acerca de la confirmaci´on experimental de este fen´omeno. En este caso, dado que resultaba imposible hacer uso de un espejo, ´este fue sustituido por un campo electromagn´etico (CEM) al que se hizo vibrar en el extremo de una fibra ´optica (esta juega un papel equivalente al de un espejo ideal respecto de los fotones virtuales o reales fuera de la fibra) a una velocidad muy cercana a la de la luz y a temperaturas muy bajas (50 microkelvins) -esto u ´ltimo asegura que el campo electromagn´etico se encuentre en el estado “vac´ıo”- donde se hacen distinguibles los efectos de los llamados fotones t´ermicos (de baja incidencia a tales temperaturas) de aquellos generados por el efecto din´amico de Casimir. El campo se hizo vibrar haciendo uso de un dispositivo denominado SQUID (Superconducting Quantum Interference Device).

El experimento fue exitoso y pares de fotones “reales”, fuertemente correlacionados, provenientes del vac´ıo cu´antico fueron detectados a trav´es de estas modernas t´ecnicas.

4.3.

Conclusiones. Han sido establecidas evidencias importantes

que respaldan las conjeturas respecto de la estructura y comportamiento del vac´ıo. Estos resultados debiesen tener a futuro profundas repercusiones en el estudio tanto te´orico como experimental de los or´ıgenes de nuestro universo y de aquello que contiene.

Referencias [1] C. M. Wilson, G. Johansson, A. Pourkabirian, M. Simoen, J. R. Johansson, T. Duty, F. Nori, P. Delsing. Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit. Nature 479, 376–379, 2011.

´ NUMERO 6, 2014

5.

5.1.

25

´ ´ ACIDOS NUCLEICOS SINTETICOS

¿DNA o XNA?. Hasta hace poco se supon´ıa que el almace-

namiento de informaci´on gen´etica y posterior procesamiento descansaba en las macromol´eculas de DNA y RNA. Sin embargo la forma en que estos pol´ımeros surgieron y llegaron a constituir la base sobre la cual la evoluci´on de la vida, tal como la conocemos, tuvo lugar en nuestro planeta, es un asunto desconocido.

Una investigaci´on cuyos resultados fueron comentados en la revista Science el a˜ no 2012, demuestra que la informaci´on gen´etica puede ser guardada haciendo uso de seis pol´ımeros alternativos basados en arquitecturas de a´cidos nucl´eicos simples no encontrados en la naturaleza (´acidos xeno nucleicos AXNs (XNAs en ingl´es): “Hemos seleccionado tambi´en adaptadores de AXNs los cuales unen sus blancos con gran afinidad y especificidad, demostrando que m´as all´a de la herencia, los AXNs espec´ıficos tienen capacidad para evoluci´on Darwiniana y para desplegarse en estructuras definidas. As´ı, herencia y evoluci´on, dos sellos de la vida, no se limitan s´olo al AND y al ARN sino que parecen ser propiedades emergentes de pol´ımeros capaces de almacenar informaci´on” [1].

M´as a´ un, no s´olo es posible guardar informaci´on gen´etica haciendo uso de los AXNs sino tambi´en de transmitirla. Esto quiere decir que es primera vez que un grupo de a´cidos nucleicos desarrollados en forma artificial (sint´eticos) en laboratorios, diferentes de los conocidos DNA y RNA, son capaces de hacer pasar genes a sus descendientes.

A diferencia del ADN y el ARN, construidos a base de un az´ ucar, un fosfato y una base, los AXNs se dise˜ nan con diferentes az´ ucares o definitivamente a partir de otras mol´eculas. En estas condiciones,

´ EL CLUB CUANTICO

26

los XNAs obtenidos imitan o replican muchas de las propiedades de nuestros conocidos a´cidos nucleicos.

El mayor desaf´ıo de los investigadores fue el desarrollo de enzimas que ayudaran a los seis XNAs a armar y replicar mensaje gen´eticos. ´ Estas, una vez sintetizadas, transcribieron DNAs en los XNAs y luego volvieron atr´as creando nuevas fibras de DNAs con un 95 % de confiabilidad o m´as.

Luego se guard´o informaci´on en XNA, se la transfiri´o a DNA y se procedi´o a realizar el proceso inverso, almacen´andola en XNA. El ciclo es parecido al que realiza una retrovirus, lo cual implica, de acuerdo a los investigadores, que los XNAs son capaces de evolucionar.

La transmisi´on gen´etica en sucesivos ciclos DNA-XNA permiti´o a los investigadores seleccionar solamente aquellos XNAs ligados a ciertas prote´ınas provenientes de un grupo de muestras aleatorias, un proceso similar a la evoluci´on sobre m´ ultiples generaciones. “Esta habilidad u ´nica del DNA y el RNA para codificar informaci´on puede ser implementada en otras cadenas” [. . . ] “Por primera vez esto confirma que la replicaci´on, la herencia y la evoluci´on son posibles en esas cadena alternativas” declar´o Philipp Holliger del MRC Laboratory of Molecular Biology en Cambridge, Reino Unido.

El experimento mostr´o que uno de los ANXs, denominado ANH (1.5anhydrohexitol nucleic acid, HNA en ingl´es) puede plegarse en una estructura tridimensional y ligarse a mol´eculas objetivo espec´ıficas. Lo mismo hab´ıa sido hecho previamente para el denominado “´acido treosa nucl´eico” (ATN) ( threose nucleic acid (TNA) en ingl´es).

5.2.

Conclusiones. Este resultado, tal como acotan los mismos in-

vestigadores, sugiere que el que la informaci´on gen´etica se codifique

´ NUMERO 6, 2014

27

sobre la base del ADN y el ARN podr´ıa tener s´olo al oportunismo como causa. Es decir no es poco probable que otras formas de vida en el universo puedan haber evolucionado sobre la base de diferentes cadenas de nucle´otidos, como los descritos.

Referencias [1] V.P. Pinheiro et al. Synthetic genetic polymers capable of heredity end evolution. Science, 2012, Vol. 336 No. 6079 pp. 341-344. Traducido por Revista El Club Cu´antico.

´ EL CLUB CUANTICO

28

6.

6.1.

´ SON LOS DUONES? ¿QUE

El c´ odigo oculto. Descubrimientos recientes [1-4] comienzan

a modificar la idea extendida de que los cambios en el DNA que afectan al c´odigo gen´etico inciden exclusivamente en la s´ıntesis de prote´ınas.

El c´odigo gen´etico hace uso de un alfabeto de 64 letras denominados “codones”. Cada una de estas unidades est´a conformada por tres bases de nucle´otidos en una base de ADN o ARN y especifica un amino´acido determinado.

Un estudio realizado por los investigadores Andrew B. Stergachis, Eric Haugen, Anthony Shafer, Wenqing Fu, Benjamin Vernot, Alex Reynolds, and Joshua M. Akey, todos del UW (University of Washington) Department of Genome Sciences, Anthony Raubitschek del UW Department of Immunology and Benaroya Research Institute, Steven Ziegler del Benaroya Research Institute, Emily M. LeProust, antiguamente en investigadora del Agilent Technologists y ahora con Twist Bioscience, liderados por John A. Stamatoyannopoulos tambi´en del UW Department of Genome Sciences, permiti´o determinar la existencia de un nuevo y escondido c´odigo que instruye a la c´elula acerca de la forma en la que se controla a los genes ha sido descubierto. Los estudios se˜ nalan que el 15 % de los codones humanos tienen car´acter dual-a ´estos se les denomina “duones”-especificando simult´aneamente amino´acidos y sitios de factores de transcripci´on (FT), es decir, de prote´ınas que participan en la regulaci´on de la transcripci´on del DNA. Los FT regulan la expresi´on de los genes en el n´ ucleo de la c´elula.

“Lo que sab´ıamos del c´odigo gen´etico era correcto. Pero ahora tenemos todo un lenguaje nuevo en el que no sab´ıamos que se pod´ıa escribir.

Esto da informaci´on adicional a la que ya se sab´ıa y corrige la idea de

´ NUMERO 6, 2014

29

que un cambio en la regi´on de las prote´ınas s´olo puede afectar a la prote´ına en s´ı misma” [5], indica John Stamatoyannopoulos, l´ıder del grupo cient´ıfico que llev´o a cabo la investigaci´on.

As´ı, en [1] se se˜ nala que: ”Duons are highly conserved and have shaped protein evolution, and TF-imposed constraint appears to be a major driver of codon usage bias. Conversely, the regulatory code has been selectively depleted of TFs that recognize stop codons. More than 17 % of single-nucleotide variants within duons directly alter TF binding. Pervasive dual encoding of amino acid and regulatory information appears to be a fundamental feature of genome evolution”.

6.2.

Conclusiones. Los resultados de estas investigaciones mues-

tran una vez m´as la complejidad y capacidad reguladora de la impronta gen´etica y se˜ nalan rasgos importantes del proceso de su evoluci´on, hasta ahora ignorados.

Nuevas puertas se abren al conocimiento no s´olo de nuestra propia biolog´ıa sino tambi´en respecto de c´omo informaci´on de este tipo se replica en la naturaleza y estructura los mecanismos de funcionamiento de la vida.

Referencias [1] Stergachis, A. B. et al. 2013. Exonic Transcription Factor Binding Directs Codon Choice and Affects Protein Evolution. Science. 342 (6164): 1367-1372, 2013.

[2] J. M. Franco-Zorrilla, I. L´opez-Vidriero, J. L. Carrasco, M. Godoy, P. Vera and R. Solano. DNA-binding specificities of plant transcription factors and their potential to define target genes. Ver direcci´on electr´onica:

´ EL CLUB CUANTICO

30

file:///C:/Users/L505/Downloads/PNAS-2014-Franco-Zorrilla-1316278111. pdf, a˜ no 2014 [3] Neph, S. et al. An expansive human regulatory lexicon encoded in transcription factor footprints. Nature. 489 (7414): 83-90, 2012.

[4] Sanna, C. R., W. H. Li, and L. Zhang. Overlapping genes in the human and mouse genomes. BMC Genomics. 9: 169. 2008.

[5] http://diario.latercera.com/2013/12/16/01/contenido/tendencias/ 16-153495-9-cientifico-detalla-hallazgo-de-segundo-codigo-genetico-en-el-adn. shtml

´ NUMERO 6, 2014

7.

7.1.

31

´ GENETICA, BOLOG´IA MOLECULAR Y MEDICINA Los retrovirus humanos. Dispersos en nuestro genoma (tam-

bi´en los hay en otros animales) hay una clase de estructuras gen´eticas denominadas retrovirus end´ogenos humanos (siglas en ingl´es: RVEH) que constituyen cerca del 8 % de nuestro genoma y los cuales desde la perspectiva de la evoluci´on constituir´ıan remanentes de infecciones producidas por retrovirus ex´ogenos.

Estos retrovirus participan en innumerables procesos como la codificaci´on directa de prote´ınas, la regulaci´on gen´etica, la reparaci´on y recombinaci´on de DNA y la transducci´on viral, fundamental en el mecanismo de transferencia horizontal entre bacterias-ya mencionaday la resistencia a retrovirus ex´ogenos [4].

7.2.

Terapias g´ enicas. Este proceso de incorporaci´on de material

gen´etico externo a trav´es de mecanismos como el descrito resulta sugerente en el contexto del desarrollo de terapias g´enicas, muchas veces discutidas.

En general, ´estas consisten en que una copia de un gen determinado es empaquetada en un virus que ha sido despojado de gran parte de su contenido original. Este h´ıbrido es introducido en el organismo donde ataca a ciertos receptores o a c´elulas objetivo. Una vez dentro de la c´elula, la copia correcta del gen la instruye a manufacturar aquella o aqu´ellas prote´ınas que originalmente no era capaz de producir.

Obviamente pueden producirse efectos indeseados por efecto de la inserci´on accidental de genes capaces de producir c´ancer o cuando el propio organismo receptor genera una acci´on defensiva demasiado vigorosa en contra de los organismos invasores. Los g´eneros conocidos de retrovirus son los oncovirus, lentivirus y espumavirus. Sus genomas

´ EL CLUB CUANTICO

32

est´an constituidos por ARN (´acido ribonucleico) y no por ADN, contrariamente a lo que sucede con otros tipos de virus. Sin embargo, en el proceso de invasi´on de una c´elula, transforman el primero en el segundo por medio de una enzima espec´ıfica denominada “transcriptaza inversa”.

Los denominados lentivirus (como el HIV), pertenecientes a la familia de los retrovirus, tienen las propiedades de evadir las respuestas inmunes del organismo y de no ser usualmente oncog´enicos (generadores de c´ancer). Por estas razones resultan ser candidatos ideales para constituirse en vectores virales en terapias g´enicas [1,2].

Algunos resultados alentadores en situaciones espec´ıficas han sido documentados recientemente.

7.3.

Leucemia linfobl´ astica aguda. La leucemia linfobl´astica agu-

da donde el 20 % de los enfermos son refractarios a los tratamientos de quimioterapia. En tal situaci´on, se desarroll´o una terapia g´enica que habilit´o a las c´elulas inmunes de algunos ni˜ nos enfermos a destruir las c´elulas cancerosas recalcitrantes [1].

El tratamiento se basa en la llamada tecnolog´ıa de receptor de ant´ıgeno quim´erico. Este receptor consiste de dos mol´eculas del sistema inmune que usualmente no se encuentran juntas.

La terapia consiste en que algunas c´elulas inmunes conocidas como c´elulas T son provistas de dichos receptores permiti´endoles as´ı reconocer prote´ınas que se encuentran en gran cantidad en las c´elulas cancerosas y de este modo proceden a destruirlas. Para esto se toman muestras de sangre de un paciente, procedi´endose a aislar algunas c´elulas T “objetivo” a las cuales se les inyecta lentivirus previamente provistos de los genes adecuados. Finalmente las c´elulas T fueron devueltas al organismo.

´ NUMERO 6, 2014

33

En uno de los casos informados, despu´es de tres semanas de tratamiento un cuarto de las c´elulas T en la m´edula espinal de la paciente compart´ıan la correcci´on gen´etica, comenzando a atacar las c´elulas cancerosas las cuales pronto desaparecieron en su totalidad.

A fines de 2013 se hab´ıan reportado como tratados 120 pacientes adoleciendo del mismo tipo de leucemia y tres con otros tipos de c´ancer resultando con remisi´on (libres de c´ancer) 5 adultos y 19 ni˜ nos de un grupo de 22.

7.4.

Terapias g´ enicas y Alzheimer. Las placas formadas por el

p´eptido beta amiloide (asociadas con una p´erdida local de espinas dendr´ıticas)-amiloidosis- constituyen las mayor parte de las placas seniles en la enfermedad de Alzheimer (EA). A esto debemos agregar la aparici´on de ovillos neurofibrilares intracelulares compuestos por la llamada prote´ına Tau hiperfosforilizada, la disfunci´on sin´aptica (presuntamente provocada por la toxicidad del beta amiloide), la p´erdida progresiva de memoria y la muerte de neuronas cerebrales. Todo lo anterior implica un deterioro cognitivo importante.

Cabe se˜ nalar que la prote´ına Tau est´a presente en las neuronas y tiene como tarea estabilizar los denominados microt´ ubulos, a veces llamados neurot´ ubulos (polimeros que forman parte fundamental de la arquitectura neuronal), utilizando dos mecanismos, las isoformas y la fosforilazi´on (adici´on de un grupo fosfato inorg´anico a cualquier tipo de mol´ecula- este proceso permite el transporte de energ´ıa).

Hace ya algunos a˜ nos algunas investigaciones sugirieron que la leptina, una hormona de la grasa que regula el apetito podr´ıa proteger contra el Alzheimer y la demencia.

Se ha identificado receptores de leptina en neuronas de varias regiones cerebrales tales como el hipocampo, encontr´andose evidencias

´ EL CLUB CUANTICO

34

de su acci´on neuroprotectora en varios modelos de Alzheimer en animales transg´enicos en el sentido de la disminuci´on de beta-amiloide y reducci´on de la fosforolizaci´on Tau. En el caso de estudios cl´ınicos de pacientes con EA se ha detectado baja circulaci´on de leptina en el torrente circulatorio.

En este escenario, en un estudio reciente con ratones con alteraciones similares a las producidas por la EA se ha analizado la posible reducci´on de los disturbios cognitivos y neuropat´ologicos asociados a la amiloidosis por aplicaci´on cr´onica de Leptina. El experimento arroj´o como resultado que la sobre exposici´on a Leptina por transferencia g´enica a trav´es de vectores virales permiti´o la modulaci´on de los progenitores neuronales (pueden dividirse un n´ umero limitado de veces y activarse en caso de da˜ no o muerte celular o de tejidos) y la neuroprotecci´on.

En este caso la transferencia gen´etica al sistema nervioso central para tratar modelos de EA en ratones transg´enicos se realiz´o utilizando vectores lentivirales recombinantes dada su habilidad para transducir c´elulas que no se dividen. El gen viral distribuidor de leptina se transfiri´o v´ıa inyecci´on estereot´actica (procedimiento en el que se utiliza un computador y un explorador tridimensional). Despu´es de tres meses de realizado el experimento con un rat´on de seis meses, la Leptina redujo la acumulaci´on de beta-amiloide y alivi´o las alteraciones sin´apticas. De esta forma los cient´ıficos que llevaron a cabo los experimentos declararon que ´estos representan un novedoso m´etodo para distribuir leptina en el sistema nervioso central para el tratamiento de la EA [3].

7.5.

Conclusiones. Estas aplicaciones, basadas obviamente en meca-

nismos ya observados en la naturaleza, dan cuenta de la factibilidad, al menos potencial, de hacer uso de intervenci´on gen´etica en el caso de algunas enfermedades espec´ıficas altamente refractarias a tratamientos

´ NUMERO 6, 2014

35

farmacol´ogicos o en aquellas situaciones en que ´estas sirvan de complemento a otros tratamientos.

Referencias [1] R. Lewis. Gene Therapy‘s Second Act. Scientific American, March 2014, Volume 310, No 3, Pages 52-57.

[2] P. Colella, A. Auricchio. Gene Therapy of Inherited Retinopathies: A Long and Succesfull Road from Viral‘s Vectors to Patients. Human Gene Therapy, Vol.8, No. 23, 796-807, 2012.

[3] R. P´erez-Gonz´alez, et. al.

Leptin gene therapy attenuates neu-

ronal damages evoked by amyloid-beta and rescues memory deficits in APP/PS1 mice. Gene Therapy (2014) 21, 298–308.

[4] Y. LLu, C. Soper. The Natural History of Retroviruses: Exogenization vs Endogenization. Answers Research Journal 2 (2009):97–106.

36

´ EL CLUB CUANTICO

´ EL CLUB CUANTICO www.youtube.com/elclubcuantico www.goear.com/elclubcuantico www.twitter.com/elclubcuantico Figura 1. Ouρoβoρoς

Derechos Reservados@2014