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Isabel CorderoAlberto ApariciBorja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasagua pesada cern universidad autónomamicroscopía de fluorescencia en agua pesadatinción ribosomal de segmentos 16sarqueas en garrafas abandonadasprotocolo fish para ribosomas activosdetección de bacterias con fisharqueas no detectadas con fishviñeta xkcd científicos laboratorioARN ribosomalJuan Carlos GilCERNUniversidad Autónoma de Madridbacteria ConanHéctor SocasAnaNitrógenoAzufreAgujero negroRihannaMesorrhizobium japonicumADNFISHXKCD
Microscopía de fluorescencia en Agua pesada
Ep516: Premios Princesa de Asturias; El Enigma del He; Bacterias en Agua Pesada; Alones
13 de junio de 20257 momentos
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Juan Carlos Gil describe cómo garrafas de agua pesada donadas por el CERN a la Universidad Autónoma de Madrid en 1989 fueron almacenadas durante más de 30 años antes de ser examinadas.
…por el CERN al Departamento de Física de Materiales de entonces de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Madrid en 1989, 1989. No he encontrado; no existe referencia de qué demonios, para qué demonios se donó y qué hacía ahí, ¿no? Esperando. Bueno, pues estas garrafas de agua pesada purísima han estado selladas a oscuras, sin nutrientes, olvidadas y abandonadas ahí en un sótano durante más de 30 años, hasta que hace un par de años a alguien se le ocurrió mirar dentro. Supongo que sin mucha esperanza, ¿no? Bueno, pues se le ocurrió a ver si había algún bichito. Utilizaron microscopía de fluorescencia, utilizaron tinción específica para el ARN ribosomal de los segmentos 16S de bacterias y otra tinción específica para arqueas. El protocolo de esto se llama Hibridación Fluorescente In-Situ, FISH, como pescado en inglés. Bueno, el caso es que estas extinciones detectan ribosomas activos, es decir, actividad metabólica, vamos, bichitos vivos y coleando. Y vaya si detectaron montones y montones de bacterias; arqueas no apareció ninguna, ¿vale? Pero aparecieron montones y montones de arqueas. Recordaba cuando preparaba esto hace un par de semanas; había una tira de XKCD, que todos los frikis conoceremos, en una de sus viñetas se ve que están varios científicos en un laboratorio y dice uno: Es curioso cómo, pese a ser una De las ramas principales del árbol de la vida, no se conoce ninguna especie de arquea que cause enfermedades en humanos. Al que otro responde: mira, personalmente creo que es porque esos respiradores de metano, dicen, son demasiado raros e incompetentes como…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil está explicando un tema científico relacionado con bacterias en agua pesada, corrigiendo una información previa sobre bacterias Conan y radiación.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6bacterias conan y radiaciónagua pesada y bacteriasdecaimiento del deuterio radiactividad…no son papers, curiosamente, que no pasa nada, también hay mucha ciencia que no son papers. Pero en este caso empezamos con uno, además de unos investigadores españoles. Comentaba yo lo de las bacterias en el balneario radiactivo, Juan Carlos ¿Cómo es esto? ¿30 años? ¿Unas bacterias de ahí a su bola? Aquí no hay radiación, esas eran las de la bacteria Conan que conté en otro momento. Aquí es en agua pesada. ¿Y el problema no es por la radiactividad del decaimiento del deuterio? No, para nada. Ah, vale, vale. Igual debería haberlo leído. Pero no pasa nada, para eso estoy yo, yo me lo leo y luego lo cuento. Bien, me contaban en el instituto cuando estudia química de Aquel entonces que la química está gobernada exclusivamente por los electrones, que no se entera para nada del núcleo, así que supuestamente los isótopos no tienen, se comportan igual en términos químicos. Luego, en la carrera me contaron que eso no era del…
Juan Carlos Gil continúa hablando sobre los efectos del uso de agua pesada en experimentos con bacterias.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12agua pesada deuterio masa molecularenlaces oxígeno-deuterio vibran lentamenteagua pesada fase líquida estabilizadaagua pesada viscosidad punto ebulliciónenlaces de hidrógeno en agua pesadaenergía de punto cero en deuterioproteolisis más lenta en agua pesadatransferencias de protones en agua pesadaequilibrio químico del agua pesadadeuterio altera el ph del aguapd como cologaritmo de deuterioconductividad iónica en agua pesadaagua pesada y legamiento de proteínasinhibición de la transcripcion del adn por agua pesadaactividad enzimatica afectada por agua pesadaestudios previos sobre agua pesadaagua pesada y bacteriasfenotipo en experimentos con rihannacrecimiento molecular en bacteriasalteración morfología pared celular…caso del hidrógeno, que el isótopo más ligero, el proteo, no tiene neutrones, solo tiene un protón y el siguiente, el deuterio, ya tiene un neutrón y por tanto la masa es el doble que la del proteo, es el 100% más, o sea que ahí es obvio que algo tendría que. Hacer me hablaron, por ejemplo, de cómo el agua pesada, que es un átomo de hidrógeno I2 de deuterio, tiene una masa molecular, obviamente, de 20 gramos por mol, 16 del oxígeno I2 de cada deuterio, frente a los 18 del agua normal, es un 10% y entonces es más densa. Además, los enlaces oxígeno-deuterio vibran más lentamente que los oxígeno-proteo, lo que estabiliza la fase líquida, con lo cual el agua pesada es más viscosa; no solo más densa, también más viscosa, que no tendría por qué correlacionar y tiene puntos de fusión y ebullición más altos también en el agua pesada que el agua normal. Más aún, los enlaces de hidrógeno son más fuertes en agua pesada. Los enlaces de hidrógeno, que ya no sé si llaman los de hidrógeno o de deuterio, tienen menor energía de punto cero, con lo cual las redes responsables de la mayor parte de las propiedades del agua, de los enlaces de hidrógeno, pues son más rigidas. y en particular los procesos de proteolisis, las transferencias de protones, muchas de las relaciones redox son más lentas en agua pesada que en agua normal y esto incluye la autoionización del agua. El agua, hay un equilibrio; el agua en fase acuosa, valga la redundancia, pues se parten los protones, se forman iones hidroxilo y se recombinan; hay un equilibrio que todos sabéis que el pH del agua es 7, mientras que en el agua pesada, bueno no se puede hablar de pH, a veces se habla de PD, el cologaritmo de la concentración de deuterio, bueno es 7,44, que logaríticamente es mucho más. Con lo cual el agua pesada también es peor conductora de iones, con lo cual si queréis las reacciones ácido-base son más lentas; o sea, con todo esto pues parece lógico que podría tener. Una influencia en la bioquímica, aunque bueno, yo nunca llegué a reflexionar sobre eso; la bioquímica porque obviamente el medio acuoso es el medio bioquímico por excelencia. Así que ya os digo, no había reflexionado sobre eso, así que cuando vi este artículo, pues leí cosas, me tuve que formar y vi como que hay estudios previos que determinan que basta sustituir un 20 o un 30% de las moléculas de agua por agua pesada para que procesos químicos fundamentales, legamiento de proteínas, actividad enzimática, incluso transcripción del ADN, empiecen a inhibirse o incluso colapsen. Hay numerosos experimentos que se han hecho con agua pesada en bacterias que dan lugar a respuestas fenotípicas. Lo hablamos antes: que no te tienes que fiar mucho del fenotipo, ¿no? Con los hijos de aquí Rihanna, ¿no? Bueno, retraso en el crecimiento molecular de las bacterias, alteración de la morfología, por ejemplo, en el espesor de la pared celular o incluso el propio tamaño de la bacteria al meterla en agua pesada. Por tanto, el consenso es, o debía decir, era, que la adaptación y mantenimiento y la evolución genética de metabolismo complicados en agua deuterada, pues simplemente se pensaba que no era posible. Recordemos que en la Tierra el protio, este hidrógeno…
Juan Carlos Gil describe cómo garrafas de agua pesada donadas por el CERN a la Universidad Autónoma de Madrid en 1989 fueron almacenadas durante más de 30 años antes de ser examinadas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1agua pesada cern universidad autónomamicroscopía de fluorescencia en agua pesadatinción ribosomal de segmentos 16sarqueas en garrafas abandonadasprotocolo fish para ribosomas activosdetección de bacterias con fisharqueas no detectadas con fishviñeta xkcd científicos laboratorio…por el CERN al Departamento de Física de Materiales de entonces de la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Madrid en 1989, 1989. No he encontrado; no existe referencia de qué demonios, para qué demonios se donó y qué hacía ahí, ¿no? Esperando. Bueno, pues estas garrafas de agua pesada purísima han estado selladas a oscuras, sin nutrientes, olvidadas y abandonadas ahí en un sótano durante más de 30 años, hasta que hace un par de años a alguien se le ocurrió mirar dentro. Supongo que sin mucha esperanza, ¿no? Bueno, pues se le ocurrió a ver si había algún bichito. Utilizaron microscopía de fluorescencia, utilizaron tinción específica para el ARN ribosomal de los segmentos 16S de bacterias y otra tinción específica para arqueas. El protocolo de esto se llama Hibridación Fluorescente In-Situ, FISH, como pescado en inglés. Bueno, el caso es que estas extinciones detectan ribosomas activos, es decir, actividad metabólica, vamos, bichitos vivos y coleando. Y vaya si detectaron montones y montones de bacterias; arqueas no apareció ninguna, ¿vale? Pero aparecieron montones y montones de arqueas. Recordaba cuando preparaba esto hace un par de semanas; había una tira de XKCD, que todos los frikis conoceremos, en una de sus viñetas se ve que están varios científicos en un laboratorio y dice uno: Es curioso cómo, pese a ser una De las ramas principales del árbol de la vida, no se conoce ninguna especie de arquea que cause enfermedades en humanos. Al que otro responde: mira, personalmente creo que es porque esos respiradores de metano, dicen, son demasiado raros e incompetentes como…
Juan Carlos Gil explica la razón por la cual las bacterias adaptadas al agua pesada durante 30 años han reducido el tamaño de sus genomas, relacionándolo con la interacción de los aminoácidos polares y los enlaces de hidrógeno del agua pesada.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #12aminoácidos polares en agua pesadaenlaces de hidrógeno del agua pesadaproteínoma optimizado y coste metabólico…el Mesorrhizobium japonicum, suele tener unos 9 millones. De alguna forma, en 30 años este bichito ha cortado su genoma en un tercio. Más cosas: Proteinoma, han evolucionado estos bichitos para hacer un uso reducido de aminoácidos polares en sus proteínas. ¿Por qué? Porque estos aminoácidos polares, como podéis imaginar, son hidrofílicos y en el agua pesada estos interaccionan demasiado con los enlaces de hidrógeno del agua pesada lo que ralentiza y disminuye su función, así que tienden a evitarlos y también han desarrollado su proteínoma optimizando el coste metabólico de sintetizarlo. ¿Cómo? Utilizando diferencialmente aminoácidos baratos de sintetizar en términos energéticos. La síntesis, tengo aquí una tablita del triptofano, requiere 74 ATPs de forma equivalente; no es que entren 74 ATPs ahí detrás de uno, ¿vale? Hay también NADPs y…
Juan Carlos Gil responde a una pregunta sobre el sustento de las comunidades bacterianas adaptadas al agua pesada, aclarando que no se trata de agua común sino de agua pesada.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #8comunidades bacterianas agua pesadaagua pesada condiciones durascarbono y elementos para bacterias…barajar los genes, a ver quién le toca el bueno y poder medrar en estas condiciones tan duras. Juan Carlos, una pregunta que como me he desconectado por culpa de un problema técnico he llegado y ya habías empezado. A lo mejor ya lo has dicho, ¿se sabe de qué? ¿Viven estas comunidades dentro de esos contenedores con agua? Porque básicamente tiene agua y el agua pues no sé. No, agua pesada tiene. Claro, exacto. Por eso digo, pero que vamos, que no tiene agua pesada y trocitos de pan, entonces, ¿de qué viven? Pues está claro: las condiciones son extraordinariamente duras, pero tú lo dices, de algún sitio tienes que sacar carbono y otros elementos para formar tus cuerpos y tus membranas y tus ribosomas, ¿no? Bueno, obviamente, obviamente reciclan los cuerpos de las compañeras fallecidas, ¿vale? ¿Qué se le va a hacer? Pero claro, al principio había muy poquitas, eso no justifica cómo al principio consiguiera medrar. Bueno, pues sí, los autores... ¿Solo los cuerpos…
Juan Carlos Gil continúa la analogía con agujeros negros para describir el potencial de las bacterias adaptadas al agua pesada, mencionando la presencia inicial de nitrógeno y azufre como impurezas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9agua pesada y bacterias adaptadasnitrógeno y azufre como impurezasexperimentos con bacterias a 30 añosautorres sobre agua ultra pura…para la vida como nitrógeno y azufre. Pero da igual, una vez que se coman las paredes ya serán libres. Bueno, tienes que agujerar un milímetro, no, no, no les ha dado para eso; estaría bien que rompiesen la pared y de repente otro universo, ¿no? Es como un agujero negro, pasaría, Ana Bueno, pues de nitrógeno y azufre, ¿qué tenemos al principio? Las impurezas mínimas, pero el agua era pesada; era ultra pura, o dicen los autores, pero no aportan. Obviamente aquí no podemos hacer más experimentos, no podemos meter nuevas bacterias 30 años, cerrarlas y volver en 30 años, ¿vale? Con lo cual hay poca... Podemos observar lo que hay aquí. Bueno, dicen que quizá contaminantes con polímeros nitrogenados o con azufre del propio polietileno les haya servido. Vamos. Qué curioso, madre mía. Es sorprendente. Desde luego ahí no tienen un al campo al que poder ir a comprar patatas con sabor a cebolla;…
Héctor Socas aclara una posible confusión sobre el término 'agua pesada', explicando que se refiere a su mayor peso debido al átomo de deuterio.
Habla: Héctor SocasPalabras #6ideas al ducharseagua pesada concepto erróneoagua pesada peso realagua pesada y átomo de deuteriodeuterio duplica peso del hidrógenomasa atómica del oxígenomolécula de agua normal pesa 18enlaces de hidrógeno y deuteriocambio en densidad es un 11 por cientoagua pesada densidad 1 105masa atómica agua normal 18masa atómica agua pesada 20…tu tiempo al ocio, pero sigues trabajando. Es un catalizador de la creatividad, ¿no? Exacto, es una musa; hay películas que son musas. O sea, hay películas que te atraen y algunas que te desatraen lo suficiente como para que hagas otras cosas interesantes. Eso dice que las ideas te vienen en la ducha y tal. Ah, quería hacer el comentario que el agua pesada, porque eso puede, tiene a lo mejor, es un término que se usa mucho y a lo mejor la gente puede pensar que el agua pesada realmente es muy pesada. ¿Cuánto más pesada? Sí, claro, evidentemente el agua pesada es más pesada que el agua normal porque lo que pesa en los átomos son los nucleones y claro, el átomo de hidrógeno de agua pesada con deuterio pues tiene el doble de nucleones, o sea que pesa el doble, pero recordemos que lo. ¿Qué más pesa en una molécula de agua es el oxígeno, o sea el oxígeno tiene una masa atómica de 16, le juntas dos hidrógenos se te quedan 18, o sea una molécula de agua normal pesa 18 unidades de masa atómica. 18 frente a 16, pero esa no es el factor de la densidad, porque como también he contado, la fuerza de los enlaces de hidrógeno es distinta, así que se apretujan más los de deuterio y el cambio en densidad, lo tengo delante, es un 11%. Ah, vale, vale. El agua pesada es un 11% más densa que el casi 1.0 gramos por centímetro cúbico del agua. Es 1,105; 1,105, o sea que al final es un 10% más pesada, por así decirlo. Bueno, pero eso es más o menos el factor, porque el agua normal es 18 y el agua pesada es 20 unidades de masa atómica, que es el 10%. O sea que casi todo ese aumento de densidad se explica con el... Es verdad, es más o menos, es cierto. No se nota lo del cambio de volumen. Eso es, bueno, total que es un 10%, a mí me llamó la atención lo de la viscosidad, aunque no lo acabo de entender, pero bueno. Pues un 25% de cambio, 25%, pero eso es por la red; es lo…