System” con una de las

dos proteínas que hacen

que las plantas crezcan o

florezcan al ser expues-

tas al sol, y proteínas

activadoras de genes a la

otra proteína, el equipo

logró exitosamente acti-

var y desactivar algunos

genes al exponerlos con

luz azul.

Entre las aplicaciones

potenciales para este

nuevo sistema, se en-

cuentra su gran utilidad

para la ingeniería de teji-

dos o como menciona

Gersbach, como un apa-

rato con una luz azul que

cuando se expone a una

herida hace que se cure

automáticamente, sien-

do esta, evidentemente

una visión futurística.

Este sistema es excelen-

te y nos muestra cómo

se pueden reducir los

costos al momento de

utilizarlo. Podemos ver

entonces, como se pue-

den observar cómo se

cumplen 2 de los 12 prin-

cipios de la química ver-

de, siendo éstos: dismi-

nución del consumo

energético y la potencia

de la catálisis.

Charles Gersbach, profe-

sor asistente del depar-

tamento de ingeniería

biomédica de Duke Uni-

versity, dirigió el estudio

y luego lo publicó en la

revista “Nature Chemical

Biology” el 9 de febrero

de 2015. Éste y su equipo

de investigación, logra-

ron crear un sistema en

el cual podían activar

genes al exponerlos a la

luz. Este sistema se com-

pone de 2 factores: un

sistema de defensa viral

de una bacteria y la habi-

lidad fototáxica de las

plantas de reaccionar a

la luz solar. Según Lau-

ren Polstein, candidata a

PhD de Duke University,

la tecnología, tiene la

capacidad de activar o

desactivar, utilizando la

luz, cualquier gen de un

cromosoma. Además,

nos comenta que la ven-

taja de utilizar la luz es

por su facilidad y rapidez

al activar o desactivar el

gen, controlando a su

vez el nivel de activación

al cambiar la intensidad

de la luz. Para evitar que

el gen se active o desac-

tive en cualquier mo-

mento que el mismo se

exponga a la luz, se usan

patrones específicos de

luz para llevar a cabo el

proceso.

Para poder orientar el

gen, se utiliza el

“CRISPR/Cas9 System”,

también conocido como

“LACE System”. Este

sistema, induce la trans-

cripción de genes endó-

genos en presencia de la

luz. La inducción del sis-

tema se debe a la unifi-

cación de proteínas he-

terodimerizantes que

inducen la luz, como:

CRY2, dominio de tran-

sactivación, y CIB1, se

une a la nucleasa Cas9

inactiva en LACE. Lo

conveniente del sistema

es que puede ser utiliza-

do para orientar o con-

trolar nuevas secuencias

de ADN. ¿Por qué es

beneficioso este siste-

ma? Todo se debe a su

acción fototáxica, ya que

los investigadores pue-

den llegar a tener una

mejor descripción de

cómo funcionan los ge-

nes, o para poder crear

sistemas beneficiosos

para el crecimiento de

tejido. Lo interesante es

que al unir el “LACE

El control y orientación de genes activados por luz

ACS UPR-Ag

División de Química Verde agosto-diciembre 2015 Novena edición

La Idea Química

En esta edición:

El control y orientación de

genes activados por luz 1

La bio-impresión del ADN 2

Vida a escala nano 4-5

Bacterias para un planeta mas

limpio 6

Conoce a las organizaciones

estudiantiles 6-7

Cristina C. Torres Cabán, Editora

¡Hola! En esta edición, honramos algunos avances en la rama de la

biología. También, los invitamos a conocer acerca de algunas de las or-ganizaciones activas en nuestro De-partamento de Ciencias Naturales.

Consejera: Dra. Brenda J. Ramos Santana

Por Widaliz Vega | Miembro activo de ACS UPR-Ag

Desde el descubrimiento del ADN, han surgido un sin número de investigaciones interdiscipli-narias que han abierto las puer-tas para el profundo entendi-miento y la posibilidad de mani-pular el mismo. Entre la infinidad de temas que emergen de un siglo de investigación, se destaca la medicina regenerativa, y den-tro de ella, la bio-impresión tridi-mensional. El principio es simple: Si tenemos el código, ¿por qué no fabricar el producto? La impresión tridimensional no es otra cosa que un “proceso aditivo en el cual capas sucesivas de material son distribuidas para formar una figura tridimensio-nal.”3 Originalmente, esta se utilizó solo para materiales iner-tes, pero mientras fue progre-sando el entendimiento de cómo se desarrolla el embrión hu-mano, floreció la idea de la cons-trucción de órganos y tejidos mediante un impresor tridimen-sional. El proceso de bio-impresión conlleva varios pasos: 1. Obtener la imagen del teji-

do u órgano perjudicado. La imagen del tejido u órgano es esencial ya que provee información de la estructura y el funcionamiento del su-jeto in vivo. Los métodos más comunes son la tomo-grafía computadorizada y las imágenes por resonancia magnética (CT y MRI res-pectivamente por sus siglas en inglés).

2. Elegir el modelo o diseño a utilizarse, Hay tres tipos de modelos en los que se basa la impresión tridimensional: Biomimética, “Autoensamblaje” y Mini-tejidos. La biomimética se alinea por la reproducción artificial del tejido u órgano, utilizando solo el biomate-rial micro. El autoensambla-je sugiere que se manipule a

Página 2 La Idea Química

La bio-impresión del ADN Por Erika N. Ortiz | Miembro activo de ACS UPR-Ag

las células proveyéndole el ambiente extrace-lular necesario para que ella misma se dife-rencie en el tejido deseado. Por su parte, “el concepto de mini-tejidos es relevante para ambas de las estrategias anteriores”3

y con-siste de utilizar las unidades funcionales más básicas de un tejido (como el osteón del hue-so por ejemplo) y de ahí hacer una de dos cosas, o ensamblarlas a un macro-tejido sin-tético (biomimética) o diseñar varios mini-tejidos y permitir que ellos mismos formen el macro-tejido (autoensamblaje).

3. Seleccionar el material que se utilizará como andamio. El andamio se refiere a la matriz extracelular en la que se coloca la célula al principio del proceso. El propósito de ésta es proveerle a la célula el ambiente necesario para que comience a desarrollarse. Además, parte de su función es ir degradándose y per-mitiendo que el tejido secrete su propia ma-triz mientras se va madurando. El andamio es imprescindible para la impresión efectiva del órgano o tejido y la capacidad del tejido de permanecer viable. No solo esto, en el caso de las células madres, la diferenciación celu-lar depende en gran medida de su ambiente. El material a seleccionarse debe ser capaz de proteger a la célula durante el proceso de impresión, así como permitir la precisión es-pacial y temporal de esta. Debe ser biocom-patible, esto no solo significa una sana inter-acción con el tejido endógeno, sino que debe facilitar y apoyar el funcionamiento del teji-do. Además, debe ser degradable, y esta de-gradación debe coincidir con la taza en la que el tejido va produciendo su propia matriz y no debe secretar sustancias tóxicas para el teji-do. También, el andamio debe proveerle al tejido todo el apoyo estructural que recibiría si se estuviese produciendo naturalmente. Esto, no solo porque es clave para la creación correcta del tejido, sino porque varios estu-dios han revelado que la diferenciación celu-lar también es afectada por factores físicos, tales como tensión, interacciones adhesivas, mecanotransducción y la figura que adopte la célula a causa de la topografía a nano-escala. Como se pudiese imaginar, esto se ha presen-tado como un gran reto para investigadores, y es aquí donde la bioquímica, utilizando prin-cipios de la química verde, ha aportado gran-demente al desarrollo de la bio-impresión.

4. Seleccionar el tipo de célula a utilizarse. El uso de células madres es común porque su manejo no es tan restrictivo como el de célu-

las ya diferenciadas. Aún más, las células madres son preferi-bles ya que tienen una alta capacidad de dividirse y man-tenerse en su estado indife-renciado, como diferenciarse en una amplia variedad de tejidos.

5. La Bio-impresión en sí. Este quinto paso conlleva una de las tres tecnologías principales utilizadas para bio-impresión: la bio-impresión “inkjet”, “microextrusión” y “bio-impresión láser-asistida”. Fi-nalmente, la aplicación. Este último paso se ha logrado con piel y cartílago, y se pronostica que pronto se logrará con teji-do tubular. Los retos a largo plazo son los órganos huecos como la vejiga y los órganos sólidos.

6. La aplicación. Desde la con-cepción, el código de ADN reacciona a condiciones exter-nas, tejiendo una amalgama de proteínas, transmitiendo una amalgama de señales que resultan en un organismo or-ganizado y funcional. Y noso-tros, mediante el estudio de este código y las condiciones que lo hacen funcionar, podre-mos en algún futuro, no tan lejano, ser capaces de grandes cosas, incluyendo el diseño de órganos de reemplazo.

La expresión de ADN resulta en un organismo.

©Drury University

Página 3

¡Sonríe!

©Beatrice the Biologist

Novena edición

La nanotecnología ha tenido un crecimiento exponencial en estos últimos años en el cam-po de la medicina. La razón es la gran ventaja que tienen las nano par-tículas para tratar en-fermedades. Las nano partículas son estructu-ras, mayormente esféri-cas, a escala nano (10-9) que pueden ser utiliza-das para enviar drogas a alguna parte del cuerpo en específico. Entre sus ventajas podemos in-cluir que son fácilmente modificadas para tener afinidad a tejidos del cuerpo. Estas liberan las drogas o genes solo cuando reciben el esti-mulo adecuado; de esta forma se evita la perdi-da de medicamento y el daño a otros tejidos sanos. Su composición puede variar depen-diendo de la enferme-dad o área del cuerpo que se esté tratando. Estas pueden tener una composición orgánica, inorgánica o una combi-nación de ambos. Estas han mostrado ser efectivas para tratar enfermedades como el cáncer. El cáncer es una condición causada por varias mutaciones ge-néticas, específicamen-te en aquellos genes que regulan la división celular. Por esta razón,

las células cancerosas se dividen incontrola-blemente creando acu-mulación de tejidos lla-mados tumores. El cán-cer empieza cuando las células del tumor logran tener acceso al corrien-te sanguíneo y emigran a otras partes del cuer-po, este proceso se co-noce como metástasis. Las células cancerosas desarrollan característi-cas distintivas como: un ambiente acídico causa-do por la liberación de ácido láctico por el pro-ceso de glucólisis y una permeabilidad mayor para adquirir más nu-trientes del ambiente extracelular. Los cientí-ficos han utilizado estas características para crear nano partículas que sean afín con los tejidos cancerosos. Recientemente, se han desarrollado varias téc-nicas nanotecnológicas para tratar el cáncer. La primera es la creación de las nano partículas teranósticas. Las mis-mas tienen la habilidad de diagnosticar y tratar la enfermedad a la mis-ma vez. Son creadas con un imán en su cen-tro que puede asistir en el análisis hecho por las máquinas de MRI. De esta manera se pueden visualizar los tumores con mayor contraste y

resolución. Además, estas contienen drogas que son liberadas al en-trar en contacto con los tejidos cancerosos. Otra técnica muy in-teresante y revolucio-naria es la creación de una nano partícula que simboliza un capullo esférico. El casco o membrana que rodea el capullo esta hecho de una hebra de ADN con proteínas de ácido fóli-co y en su interior con-tiene la proteína DNAasa y una droga llamada doxorubicina (DOX). Esta proteína tiene la habilidad de romper las hebras del ADN. La razón por la cual está inactiva den-tro del capullo es por-que está rodeada por un polímero. Este comple-jo polímero – proteína se visualiza como una espada adentro de su vaina. Al entrar en con-tacto con el tejido can-ceroso las nano partícu-las se pegan a los recep-tores utilizando las pro-teínas de ácido fólico en su membrana. El tejido las absorbe y dentro el ambiente acídico de-grada el polímero que inhibe la proteína DNAasa y esta a su vez comienza a degradar el capullo y libera DOX dentro de la célula can-

cerosa. Como consecuencia la droga causa la muerte de la célula. Este método es muy específico porque el ambiente acídico que causa la liberación de la DNAasa no se encuentra en células normales, sólo se encuentra en células cancero-sas. Es importante enfatizar los principios de la química verde que se exponen en este artícu-lo. El primero es resaltar que la cantidad del uso de mate-riales es muy pequeño ya que son estructuras a escala nano. Además, el uso de reactivos es preciso y casi nada se pierde en el cuerpo innecesariamen-te, cumpliendo con el princi-pio de economía atómica. La razón es la gran afinidad que tienen las nano partículas a su blanco. La nanotecnología ha demostrado ser una ciencia muy prometedora en la bata-lla contra el cáncer. No obs-tante, esta no se limita solo al cáncer sino que también po-dría ser utilizada para comba-tir otras enfermedades y para la terapia génica en un futuro.

Nanotecnología y cáncer Por Andrés Hernández | Miembro activo de ACS UPR-Ag

Vida a escala nano

Las enfermedades neuroló-gicas son difícil de tratar da-do que el cerebro está cubier-to por una barrera hema-toencefálica (Blood-brain en Inglés) la cual regula y res-tringe diversas sustancias encontradas en la sangre de entrar al sistema nervioso. El Alzheimer es una enferme-dad neurológica y progresiva que afecta el cerebro me-diante la perturbación de las neuronas causando pérdida de memoria. Es una enfer-medad predominante en la etapa senil del ser humano y aún se desconoce de su causa y cura, en su totalidad. Ac-tualmente, se está trabajan-do con la proteína β-amiloide que asiste el crecimiento y reparación neural, la misma se dificulta con el tiempo tornándose en un causante del Alzheimer. Como inicio a tratamientos del Alzheimer tenemos que traspasar la barrera hema-toencefálica para la distribu-ción de medicamentos con-tra el exceso o acumulación de la proteína β-amiloide formada por la enzima β-secretasa. Actualmente hay varios métodos siendo desa-rrollados para traspasar la barrera hematoencefálica como los catéteres, nano partículas y anticuerpos de doble cara. Cada método

ofrece una manera distinta para traspasar la barrera pero no necesariamente son con-venientes a la salud del ser humano. Los catéteres es un método en cual se inserta un tubo directamente en el ce-rebro para administrar un medicamento, pero se ha comprobado inconveniente ya que no hay una distribu-ción eficaz del mismo con este método. Los métodos predominantes en este momento son los anticuerpos de doble cara y nano partículas. Los anticuer-pos de doble cara se basan en traspasar la barrera al pegarse de la proteína trans-ferrina, que si es aceptada a través de la barrera hema-toencefálica. Funciona dado que es un anticuerpo modifi-cado con dos puntos de ad-hesión, uno para la transferri-na y otro para la enzima β-secretasa, formador de β-amiloide. Al adherirse con la enzima β-secretasa la inhibe de crear β-amiloide y reduce la posibilidad del Alzheimer. Este método tiene como efecto colateral que el anti-cuerpo se apegue a los glóbu-los rojos por los niveles de transferrina en ellos. Con las nano partículas existen diver-sos métodos, los más desta-cados se basan en adherirse a

moléculas que sí traspasan la barrera y administran la me-dicina en ellos para luego verse afectado en el cerebro. El otro método relacionado con nano partículas conlleva el magnetismo, las partículas llegan a la barrera y con una resonancia magnética elevan su temperatura para penetrar la barrera formando un orifi-cio por dos horas. Cada uno de los métodos falla en cumplir con algunos de los 12 principios de la quí-mica verde. Los anticuerpos de doble cara y nano partícu-las ambos fallan con el uso de metodologías que generen productos con toxicidad re-ducida dado que los anticuer-pos de doble cara se conside-ran gravemente tóxicos para el cuerpo al atacar los glóbu-los rojos y las nano partículas pueden ser altamente neuro-tóxicas si no son administra-das correctamente. Otro principio que se observa es la generación de un producto eficaz pero no tóxico, en otras palabras lograr que algún de estos métodos o variaciones de ellos llegue a combatir el Alzheimer sin afectar el cuerpo. Al poder controlar y observar el proce-so estaríamos cumpliendo con el desarrollo de la meto-dología para monitorizar el

Nanotecnología y Alzheimer’s Por Fabiola Gallardo | Miembro activo de ACS UPR-Ag

método y mantener los efectos de toxicidad a un mínimo. Un procedi-miento ejemplar va directamente a traspasar la barrera hematoencefáli-ca y distribuye la medicina de mane-ra controlada y sin daños a la barrera y cuerpo, eficazmente combatiendo el Alzheimer.

Las nano partículas inhiben la formación de la proteína β-amiloide. ©ACS

Página 5 La Idea Química

Uno de los principales problemas del planeta Tierra es la contaminación y el abuso de fuentes sus-ceptibles de agotamiento (entiéndase petróleo, etc.) estos factores provocan un grave impacto al plane-ta. Sin embargo existen otras fuentes, las cuales son seguras para el medio ambiente, conocidas co-mo las energías renova-bles. Estas energías son un poco más costosas y presentan dificultad para almacenar, sin embargo son fuentes inagotables. Una de las energías reno-vables reconocida, son las bioenergías. Esta energía involucra a los biocarbu-rantes, biocombustibles y biogas, los cuales intenta sustituir el carbono fósil y crear energía con fermen-tación. Para producir bio-energía se debe transfor-mar la biomasa por ter-moquímica, conversión biológica o conversión

química. La biomasa se realiza con la utilización de las plantas, a través de la fotosíntesis transforma la energía solar en energía química; esta se puede almacenar o transformar en combustible. Uno de los combustibles más utili-zados en áreas industria-les y domésticas es el eta-nol. Sin embargo existe otro tipo de etanol el cual es producido a partir de materiales biológicos co-mo plantas y animales, esté se llama bioetanol. Biólogos de la Universidad de Indiana creen haber encontrado una manera más rápida, económica y limpia de incrementar la producción de bioetanol con el uso del gas nitró-geno (N2). Esto podría ayudar ya que se evita el uso de fertilizantes indus-triales los cuales son mu-chos más costosos El eta-nol celulósico es un bio-

etanol producido a partir de materiales de madera, pastos o de partes inco-mible de plantas, este ofrece emisiones de car-bono más baja que el eta-nol convencional. El nitró-geno es un nutriente im-portante que facilita el crecimiento de los micro-bios productores de eta-nol. Los productores del etanol celulósico gastan millones de dólares al año para poder obtener fertili-zantes nitrogenados como licor de maíz fermentado y fosfato diamónico. Sin embargo, se descubrió que la bacteria Zymomo-nasmobilis, productora del bioetanol, puede utilizar el N2 como fuente de nitró-geno. Se encontró que el rendimiento de etanol se mantuvo sin algún cambio cuando la bacteria utiliza-ba N2 y que en ciertas con-diciones, convertían las azúcares en etanol mucho más rápido. Esto sería una

Bacterias para un planeta mas limpio

Página 6 La Idea Química

forma eficaz de sustituir los ferti-lizantes nitrogenados y utilizar N2 para la producción de etanol celulósico. El nuevo uso del gas N2 puede reducir más de 1 millón

de dólares al año. También puede beneficiar al me-dio ambiente ya que se evita las emisiones de CO2 que están aso-ciados con los fertilizantes indus-triales. El principio de la química verde aplicado es: la utilización de materias primas renovables.

Por Karyliz Hernández | Miembro activo de ACS UPR-Ag

¡Conoce a las organizaciones del Dept. de Ciencias Naturales!

Vida Marina

El Centro de Restauración y Conservación Ecológica: Vida Marina, es un centro dedicado a la restauración ecológica y a la biología de conservación marina (incluyendo las tortugas marinas del área noroeste de la isla) cuya misión es restaurar ecológicamente y conservar áreas costeras. El centro opera desde la Universidad de Puerto Rico en Aguadilla y tiene una

base comunitaria fuerte ya que cuenta con un grupo de estudiantes, sub graduados de la Universidad de Puerto Rico en Aguadilla quienes son los principales recursos del mismo y voluntarios de la co-munidad. El Centro contribuye con la restauración ecológica de áreas importantes como las dunas de arena y monitorea las tortugas marinas en el

área noroeste de la isla, mientras contribuye a la creación de futu-ras generaciones de un nuevo tipo de especialista ambiental, uno que pueda traducir asuntos científicos y sociales en política pública efectiva. El Centro actual-mente opera con fondos del Ser-vicio de Pesca y Vida Silvestre de los Estados Unidos de América y del Departamento de Recursos Naturales y Ambientales de Puerto Rico.

Por Erick Soto | Project Manager en Vida Marina

Página 7 Novena edición

Sociedad Ambientalista Universitaria (SAU)

Nuestro grupo fundado en el 1999, es una organización estudiantil dedicada a la educación, demostración y diseminación de la información técnica y científica asociada con el ambiente a la comunidad universitaria y general. También, la SAU se involucra y promueve la investigación de los temas ambientales y actividades relacionadas a dichos temas. Somos una organización abierta a toda la comunidad estudiantil universitaria de nuestro recinto lo que significa que no necesariamente tienes que ser del Departamento de Ciencias Naturales para poder ser miembro de SAU. Nuestros miembros deben cumplir con: tener

interés por el ambiente, tener un promedio de general de 2.00 o más y cumplir con una membresía de $40 por año académico. Al igual que el Sol, nuestro símbolo, estamos llenos de energía para trabajar por nuestro Planeta Tierra. Por ser un área tan extensa,

tenemos diferentes actividades de acuerdo a tus intereses. Entre estas actividades están: charlas educativas dentro y fuera del Recinto, asistencia a congresos y talleres, caminatas y visitas interpretativas a la naturaleza, visitas técnicas a entidades

La Sociedad Nacional de Honor de Biología, mejor conocida como Tribeta (βββ), es una organización nacional fundada en el 1922 por el Dr. Frank G. Brooks en la Universidad de Oklahoma. Actualmen-te, existen ocho capítu-los en Puerto Rico, sien-do Zeta-Lambda el ca-pítulo de UPR-Aguadilla. La βββ tiene

como metas desarrollar el interés intelectual por las ciencias biológicas, promo-ver la diseminación del co-nocimiento científico y la investigación científica, y proveer las herramientas necesarias para el mejora-miento académico. Como capítulo de excelencia nos involucramos en actividades comunitarias, proveemos charlas al estudiantado y realizamos viajes de estudio

para promover el amor a la ciencia. Gracias a la excelente labor de nuestros miembros, nuestro capítulo ha ganado “Outstanding Chapter” a nivel nacional por cuatro años con-secutivos, y en 2014 fue el úni-co capítulo de Puerto Rico en ganar este premio.

Sociedad Nacional de Honor de Biología (βββ)

gubernamentales y privadas, trabajo voluntario para ayuda (limpiezas de playa y embalses, reciclaje del plástico en nuestro departamento, huerto demostrativo, contaje de aves, investigación ambiental, propagación de plantas en peligro y otros), “movie nights”, pasadías y “camping”. Además, nos gusta trabajar en colaboración con distintas organizaciones y proyectos de nuestro Recinto. ¡Así! Que anímate y únete a un grupo dinámico y lleno de oportunidades, además de ayudar y aprender sobre nuestro planeta Tierra. Estamos ubicados en el Departamento de Ciencias Naturales y nos puedes encontrar a través de nuestra página de Facebook: www.facebook.com/SocAmbUni o nuestro tablón de información en el primer piso de Ciencias Naturales.

Por Sue Heidi Loperena | Presidente βββ 2015-2016

Por Tatiana M. Carrero | Presidente SAU 2015-2016

La bio-impresión del ADN

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América, (ACS por sus siglas en inglés), está constituida

por profesionales y estudiantes con pasión a la química.

El capítulo estudiantil de la Universidad de Puerto Rico

en Aguadilla demuestra esta pasión a través de la edu-

cación, la confraternización, y el trabajo voluntario con

la comunidad. Los invitamos a ser parte de nosotros

este año académico 2015-2016.

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