por Fernando Peregrín

La revista Science ha publicado la lista de los diez hitos más importantes del año 2010.

1º Hasta este año, todos los objetos fabricados por los hombres se han movido según las leyes de la mecánica clásica. En marzo de este año, sin embargo, un grupo de investigadores han diseñado un artilugio que se mueve de forma que sólo puede ser descrita mediante las leyes de la mecánica cuántica, es decir, los mismos principios, leyes, y reglas que gobiernan el mundo de lo muy pequeño, como son los átomos, las moléculas y partículas subatómicas.

Los físicos Andrew Cleland y John Martinis de la University of California en Santa Barbara y sus colegas han diseñado una máquina – una minúscula paleta metálica de semiconductor, visible a simple vista – y han conseguido que ese artilugio bailase en un surco cuántico. Primero, han enfriado la paleta hasta alcanzar el estado fundamental, o el de la menor energía permitida por las leyes de la mecánica cuántica, un objetivo largamente buscado por los físicos. Entonces aumentaron la temperatura del dispositivo un solo cuánto a fin de producir un mecánico cuántico de movimiento. Incluso se las arreglaron para poner al artilugio en ambos estados a la vez, de forma que vibraba literalmente muy poco y mucho a la vez, un fenómeno extraño permitido por las leyes de la mecánica cuántica

Este hito del año 2010 representa la primera vez que los científicos han demostrado los efectos cuánticos en el movimiento de un objeto hecho por el hombre. En una línea conceptual, se trata de un logro muy importante, porque extiende la mecánica cuántica a todo un nuevo campo. En el sentido práctico, se abren una variedad de posibilidades que van de nuevos experimentos para manejar el control cuántico sobre la luz, corrientes eléctricas y movimiento a, quizá algún día, investigar los límites de la mecánica cuántica y nuestro sentido de la realidad.

Esta máquina cuántica prueba que los principios de la mecánica cuántica se pueden aplicar al movimiento de objetos macroscópicos así como a las partículas atómicas y subatómicas. Nos el primer paso clave para lograr un control completo sobre las vibraciones de un objeto a nivel cuántico. Ese control sobre el movimiento de un dispositivo ingenieril deberá permitir a los científicos manipular estos minúsculos movimientos, tal y como hoy controlan las corrientes eléctricas y las partículas de luz. A su vez, esta capacidad puede llevar a nuevos dispositivos para controlar los estados cuánticos de la luz, detectores de fuerzas ultra-sensibles, y finalmente, nuevas investigaciones sobre los límites de la mecánica cuántica y la mecánica clásica, que es el fundamento de nuestro sentido de la realidad (este último gran objetivo pude que se alcance tratando de poner un objeto macroscópico en un estado en el cual está literalmente en dos lugares ligeramente diferentes al mismo tiempo, un experimento que permitirá saber por qué algo tan grande como un cuerpo humano no puede estar en dos sitios a la vez)

Es necesario tener en cuenta, no obstante, que los físicos aun no han logrado el estado cuántico dos lugares a la vez con este objeto munúsculo. Pero ahora que se ha logrado el estado más simple del movimiento cuántico, parece mucho más obtenible, más bien una cuestión de cuándo que de si se podrá.

2º Constrúyase su propio genoma

Este ha sido el año de la biología sintética. En toda la prensa internacional aparecieron titulares que un reciente logro de la biotecnología se habría logrado en el J. Craig Venter Institute (JCVI), en San Diego, California. Se trataba de la construcción de un genoma sintético que se insertó a continuación en una bacteria en lugar del ADN original de la bacteria. El nuevo genoma fue la causa de que la bacteria produjera un conjunto nuevo de proteínas.

El genoma sintético era una copia casi idéntica del genoma natural, pero en última instancia, los investigadores ven la posibilidad de genomas sintéticos fabricados a la medida para producir bio-carburantes, fármacos u otros productos químicos de interés. También este año, investigadores de Hardvard University mejoraron sus métodos de alta tecnología para modificar genomas con esos objetivos, y otros biólogos han demostrado que los “interruptores” (switches) basados en ARN pueden hacer que las células respondan de forma diferente en respuesta a determinadas señales.

En el experimento de J. Craig Venter que costó 40  millones de dólares, éste y su equipo construyeron un genoma de piezas más pequeñas compradas en laboratorios proveedores de ADN. Primero juntaron el ADN sintético en diversas etapas en la levadura; entonces lo transplantaron en la bacteria, en la que reemplazó el genoma original.

A pesar de n ser verdaderamente “vida artificial”, como se dijo en diversos medios de comunicación, el éxito propició un interrogatorio del Congreso de EE UU y una comisión presidencial para asesorar sobre los problemas éticos de la biología sintética.

Pero hay otros investigadores y laboratorios que están trabajando en la biología sintética. George Church, de Hardvard, introdujo una técnica llamada ingeniería multiplexora de genoma, que añade múltiples filamentos de ADN a una bacteria cada par de horas, generando rápidamente organismos creados por ingeniería genética con genomas extensamente reformados. Este año, su equipo y él, lograron métodos más baratos para producir los filamentos de ADN que se utilizan para modificar el genoma, con la esperanza de hacer de este procedimiento económicamente viable.

3º El genoma del Neandertal

Este año los investigadores han publicado un borrador del genoma nuclear del Neandertal y sus primeros análisis de lo que esos 3.000 millones de bases de ADN revelan respecto a la evolución de esos seres humanos extintos y nosotros, los Homo sapiens sapiens o humanos modernos.

Usando nuevos métodos para secuenciar fragmentos degradados de ADN antiguo (http://www.sciencemag.org/content/330/6011/1616.full), los investigadores unieron una secuencia compuesta de tres hembras de Neandertal que vivieron en Croacia hace 38.000 y 44.000 años, para reconstruir aproximadamente dos tercios del genoma entero del Neandertal. Por la primera vez, los científicos pudieron comparar en detalle los genomas del Neandertal y de los humanos modernos.

Leyendo esta secuencia, los investigadores han concluido los modernos europeos y asiáticos – pero no africanos – han heredado entre el 1% y el 4% de sus genes del Neandertal. Aparentemente, los neandertales se aparearon con los humanos modernos después de que dejaran África al menos hace 80.000 años, pero antes de que se extendieran por Europa y Asia. Si es correcto, este asombroso descubrimiento desafía un modelo que dice que a medida que los humanos modernos dejaban África, reemplazaron completamente a humanos arcaicos como los Neandertal sin apareamientos.

El genoma del Neandertal da también a los investigadores una nueva y poderosa herramienta para pescar genes que han evolucionado recientemente en los humanos, desde que se separaron de los Neandertal. El catálogo incluye 78 genes diferentes que codifican proteínas que son importantes para sanar las heridas, el movimiento de los flagelos del esperma, y trascripción de genes. Algunos codifican proteínas expresadas en la piel, glándulas del sudor y las raíces del pelo, así como la pigmentación de la piel, todas estas diferencias que reflejan la adaptación a nuevos climas y medioambientes que encontraron los modernos humanos a medida que se dispersaban alrededor del mundo

Cuando los investigadores se concentran en los pocos genes que nos separa del Neandertal, están también tratando de descifrar como diferencias en el código genético alteran las proteínas producidas en los laboratorios. Este año, los científicos insertaron 11 pares de un solo péptido en células eucariotas para buscar diferencias en la expresión de los genes. Con suerte, tal vez descubran algunos de los genes que nos han equipado a nosotros para sobrevivir mientras que los Neandertales se extinguieron.

4º y siguientes, ver Science http://www.sciencemag.org/content/330/6011/1605.short