REVISTAEL CLUB CUANTICOCiencia 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. TEORIA INFLACIONARIA DEL UNIVERSO Y

DETECCION DE ONDAS GRAVITACIONALES 7

2.1. A la busqueda de ondas gravitacionales 7

2.2. Conclusiones 9

3. A LA ZAGA DE CAMPOS ESCALARES 11

3.1. El Inflaton 11

3.2. ¿Es el Higgs el Inflaton? 15

3.3. Conclusiones 20

4. EL EFECTO CASIMIR Y EL VACIO CUANTICO 22

4.1. Efectos de un vacıo fluctuante 22

4.2. Observacion del Efecto Casimir Dinamico 23

4.3. Conclusiones 24

5. ACIDOS NUCLEICOS SINTETICOS 25

5.1. ¿DNA o XNA? 25

5.2. Conclusiones 26

6. ¿QUE SON LOS DUONES? 28

6.1. El codigo oculto 28

6.2. Conclusiones 29

7. GENETICA, BOLOGIA MOLECULAR Y

MEDICINA 31

7.1. Los retrovirus humanos 31

7.2. Terapias genicas 31

7.3. Leucemia linfoblastica aguda 32

7.4. Terapias genicas y Alzheimer 33

2 EL CLUB CUANTICO

7.5. Conclusiones 34

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1. EDITORIAL

El ser humano es un ser simbolico. Sımbolo y representacion son su

impronta en la aventura que ha emprendido por acceder al conocimien-

to cientıfico de la realidad, pero esto no debe confundirse con aluci-

nacion y arbitrariedad.

Preparado, como resultado de la presion selectiva, para manejar su

entorno inmediato, el hombre desarrollo herramientas estructuradas

sobre la base de su propia biologıa en interaccion con el medio tales co-

mo el lenguaje (que sorprendentemente posee mucho de matematico),

el pensamiento abstracto, etc. Estas le facilitaron el sistematizar, dar

coherencia y estructura a dicha relacion, permitiendole elaborar conje-

turas e hipotesis sobre la naturaleza y sus fenomenos y poner a prueba

la verosimilitud de sus presunciones con el concurso de sofisticadas tec-

nologıas.

Estos ultimo cinco anos, por poner una cota, han estado cruzados

por avances espectaculares en fısica y biologıa.

En este sentido, Revista El Club Cuantico ha querido hacer una

pequena sıntesis de lo que nos ha parecido mas relevante durante ese

perıodo. Obviamente hay muchos descubrimientos y avances que pueden

haber quedado fuera de esta breve recopilacion. Invitamos al lector a

hacerse partıcipe de esa busqueda y a realizar su propia y particular

reflexion respecto de lo que la ciencia aporta a nuestro conocimiento

del mundo.

La teorıa estandar de la fısica de partıculas (o modelo estandar-ME),

fundada en base a la teorıa cuantica de campos y la teorıa especial de

la relatividad, ha permitido no solo predecir la existencia de la mayorıa

de las partıculas elementales hasta hoy conocidas, sino que tambien ha

4 EL CLUB CUANTICO

indicado en que rangos de energıa escudrinar y cuales son las trazas

que delatan su presencia (las evidencias indirectas).

Esta busqueda que parece culminar, al menos en el contexto del ME-

pues otras conjeturas deberan reemplazarlo mas alla de los lımites que

el mismo se impone-con el descubrimiento de una nueva partıcula, el

boson de Higgs, es de gran relevancia para la fısica teorica y experi-

mental, por cuanto se trata del ultimo eslabon de la teorıa y del primer

boson escalar fundamental (espın cero) encontrado en la naturaleza.

En particular, lo anterior constituye un respaldo experimental des-

comunal para la teorıa estandar de la fısica de partıculas elementales

en general y la teorıa cuantica de campos en particular. Esta ultima

el ano 2012 habıa registrado un avance importante, resultado de un

experimento que condujo por primera vez a la generacion de “fotones

reales” a partir del vacıo cuantico (Efecto Casimir Dinamico), cuestion

que abordaremos en uno de nuestros artıculos.

Ası como el campo de Higgs, el Inflaton es un hipotetico campo es-

calar que podrıa ser el responsable de la inflacion cosmica previa al

Big-Bang tal cual ha sido conjeturado en la denominada teorıa infla-

cionaria desarrollada inicialmente por Alan Guth en 1981 y que, con

modificaciones, todavıa se destaca como la mas plausible al momento

de explicar los orıgenes y posterior evolucion del Universo que conoce-

mos.

Hoy dıa, a poco mas de un ano de haber sido obtenidas evidencias

contundentes respecto de la partıcula de Higgs, se especula acerca de

la relacion existente entre su campo y el Inflaton o un nuevo campo, el

Dilaton, el que se presume habrıa facilitado la ruptura de simetrıa de

escalas en el universo.

NUMERO 6, 2014 5

Por otro lado, en el largo y necesario camino de la verificacion experi-

mental, en marzo de este ano se informo acerca de la deteccion, en la

conocida radiacion de fondo de microondas, de los denominados modos

B (asociados a la polarizacion anos atras detectada) los cuales apor-

tarıan importantes evidencias acerca de la presencia de ondas gravita-

cionales, predichos por la teorıa. Este descubrimiento serıa tan impor-

tante para la cosmologıa como lo fue la deteccion de la partıcula de

Higgs para el ME.

La ciencia avanza de esa forma. Sus conjeturas, que no son inamovi-

bles, son puestas a prueba experimentalmente, cuestion que puede ser

ardua y difıcil de materializar en lo inmediato, poseyendo sus resultados

exitosos caracter de respaldo pero raramente de conclusion y cierre.

En biologıa, la teorıa de la evolucion de Darwin se vio enriquecida

por los avances espectaculares de la genetica dando lugar a la teorıa

sintetica de la evolucion. En este sentido, la decodificacion del genoma

humano en 2003 es quizas uno de los avances cientıfico-tecnologicos

mas importantes de nuestra historia.

La plasticidad fenotıpica que manifiestan los organismos procariotas

y muchos eucariotas, resultado de procesos que involucran intercambio

y readecuacion de informacion genica, tanto endogenos como exogenos,

no solo como huella sino en calidad de mecanismo vigente del proceso

evolutivo, es un signo de la relevancia que en este ocupan las interac-

ciones con el medio.

Dentro de los procesos mencionados se encuentran bien documenta-

dos, por ejemplo, la denominada “transferencia horizontal” de genes en-

tre bacterias y la accion de estructuras estrictamente proteicas-llamados

priones-no relacionadas con acidos nucleicos. En el primer caso, se con-

sideran mecanismos como la transferencia directa de ADN desde el

6 EL CLUB CUANTICO

medio de material genetico (Transformacion), transferencia de ADN

entre procariotas, mediada por un bacteriofago, por ejemplo un virus

(Transduccion) y la transferencia de organismo a organismo (bacterias)

a traves del contacto directo, por medio de plasmidos (Conjugacion

procariota).

En este numero indagaremos acerca de nuevos descubrimientos en

genetica y develaremos como 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 edicion especial

dedicada a la fısica y la biologıa, algunos descubrimientos, avances y

conjeturas de la ciencia actual.

Marco Corgini Videla

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2. TEORIA INFLACIONARIA DEL UNIVERSO Y

DETECCION DE ONDAS GRAVITACIONALES

2.1. A la busqueda de ondas gravitacionales. Con objeto de

resolver algunos del los problemas asociados a la teorıa del Big Bang,

muy familiar hoy a todos, el fısico estadounidense Alan Guth desarro-

llo el ano 1981 la denominada teorıa de la “Inflacion Cosmica” [1]. Si

bien hasta nuestros dıas la conjetura tuvo modificaciones, en lo esencial

se ha mantenido la hipotesis original respecto de la existencia de un

campo escalar bautizado como “Inflaton”, cuya partıcula asociada lleva

el mismo nombre, que habrıa regido sin competencia en los inicios del

universo primitivo.

Sometido a fluctuaciones cuanticas, este campo habrıa dado origen

a la repentina expansion cosmica y a la variacion en la distribucion de

materia en el universo que posteriormente resultarıa responsable de la

aparicion de las estructuras galacticas que hoy conocemos.

Stephen Hawking senala en su libro El Gran Diseno: “[. . . ] es como

si una moneda de un centımetro de diametro subitamente explotara a

una dimension de unos diez mil millones de veces la anchura de la vıa

lactea. Podrıa parecer que eso viola la relatividad, ya que esta establece

que nada puede moverse mas rapido que la luz en el vacıo, pero dicha

velocidad lımite no se aplica a la expansion del propio espacio”.

La perdida de energıa del mencionado campo con el transcurso del

tiempo (muy breve por lo demas) se habrıa traducido en la desinte-

gracion de su partıcula, resultando en la consecuente produccion de

partıculas normales. Es en este momento cuando habrıa emergido el

“universo caliente”.

8 EL CLUB CUANTICO

En este punto, la energıa potencial del Inflaton se habrıa transferi-

do a la radiacion, produciendo el proceso de termalizacion que hoy se

traduce en la homogeneidad de la radiacion de fondo cosmica (RFC,

fondo de microondas o CMB en ingles-cosmic microwave background,

remanente del proceso de expansion inicial) que permea nuestro uni-

verso.

De esta forma, una vez finalizada la epoca inflacionaria, la evolucion

del universo es descrita en esta teorıa por la teorıa estandar del Big-

Bang.

Esa abrupta etapa inflacionaria serıa la razon por la cual el universo

se “aplano”, tal cual se determino a partir del analisis de los datos

obtenidos por los satelites COBE (Cosmic Background Explorer) y

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) durante los ultimos

decenios.

Por otro lado, el astrofısico ingles Martin Rees predijo en 1968 que

cierta “polarizacion” u “orientacion” de la radiacion de fondo, conte-

niendo informacion acerca de la dinamica de las inhomogeneidades ini-

ciales presentes durante los primeros cientos miles de anos del universo-

responsables de las actuales estructuras galacticas-debiera ser observa-

ble.

El ano 2002, se anuncio el descubrimiento de dicha polarizacion. En

este caso fueron detectados los denominados modo E de la polarizacion

de fotones que componen la radiacion de fondo.

Por otra parte, la transicion desde la etapa de inflacion a la de reca-

lentamiento habrıa producido enormes ondas de choque acompanadas

de la transformacion de parte importante de la energıa liberada en on-

das gravitacionales desplazandose libremente luego de su separacion del

NUMERO 6, 2014 9

plasma [3]. Estas suelen ser descritas como “arrugas” o “inhomogenei-

dades” en la estructura del espacio-tiempo, cuya existencia podrıa ser

detectada en nuestros dıas a traves de una senal asociada precisamente

a la “polarizacion” registrada en la RFC, ahora asociada a los llamados

modos B primordiales, bastante mas difıciles de detectar, por cuanto

son de una intensidad mucho menor que los modos E previamente ob-

servados.

Ası, una forma de confirmar aspectos importantes de la teorıa se

referıa ademas a la deteccion de ese fondo de ondas gravitacionales

generadas despues de la expansion y que debiera atravesar el universo

[2].

El gran hallazgo: Los dıas 17 y 18 de marzo de 2014, cientıficos

han hecho publicos dos artıculos asociados a los analisis realizados a

los datos recabados desde el polo sur por el observatorio BICEP 2

(Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) indican-

do la identificacion de “ondas gravitacionales primordiales” (modos B

primordiales) [5].

2.2. Conclusiones. Si bien es cierto el analisis de datos debera ser

confirmado, como es natural en ciencias, por especialistas en todo el

mundo, este resultado junto a los exitosos experimentos asociados al

boson de Higgs, constituiran hitos en el desarrollo cientıfico de la fısica

futura, no solo como respaldo a las teorıas y conjeturas que llevaron a

indagar, allı donde los modelos indicaban, sino tambien como platafor-

ma para desarrollar nuevas estrategias para seguir develando los mis-

terios acerca de los origenes del universo.

Referencias

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

10 EL CLUB CUANTICO

[2] J. Garcıa-Bellido, D.G. Figueroa.Una ventana al primer instante

del universo. Investigacion 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 Diseno. Crıtica, 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)

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3. A LA ZAGA DE CAMPOS ESCALARES

3.1. El Inflaton. En algun instante, en el cual prevalecıan altas tem-

peraturas, todas las interacciones que conocemos habrıan sido mani-

festaciones de una misma fuerza. Ası, primero se habrıa desacoplado

la gravitacion, luego la interaccion fuerte y finalmente las interacciones

electromagnetica y debil.

Hay varias ventajas en suponer la existencia de una fase de inflacion

acelerada en las teorıas . Esta resuelve varios problemas no aclarados

por la llamada teorıa estandar del Big Bang: planitud del Universo,

existencia de monopolos magneticos (iman con un solo polo magnetico),

causalidad del horizonte, etc.

Para que esta fase se materialice, hace falta que de alguna manera

se manifieste una presion negativa en el Universo.

En este sentido, una tierra fertil para la especulacion teorica y desarro-

llo de modelos ad-hoc es, en cosmologıa y fısica de partıculas elemen-

tales, aquella que considera la existencia de ciertos campos denomi-

nados “escalares”, asociados a partıculas escalares (de espın nulo).

Matematicamente hablando, un campo escalar queda determinado

por una funcion que para cada elemento en su dominio de definicion

asume un valor real. En fısica muchos campos suelen ser funciones del

espacio y el tiempo.

Ası, el Universo debio encontrarse primero en una fase inflaciona-

ria, la que al decaer dio lugar a la llamada “fase de recalentamiento”,

momento a partir del cual habrıan comenzado a emerger todas las

partıculas que hoy conocemos (las mismas del modelo estandar).

12 EL CLUB CUANTICO

En este contexto, los campos escalares permiten ser analizados como

fluidos, es decir poseen propiedades termodinamicas tales como la pre-

sion. Esto hace factible el estudio de simetrıas globales, todas asociadas

a leyes de conservacion en la naturaleza, y por consiguiente tambien se

hacen accesibles a la investigacion sus rupturas, sean estas espontaneas

o no. Un buen ejemplo lo constituye el boson de Higgs, partıcula que

media la denominada ruptura de la simetrıa electrodebil.

Permıtame el lector, en este punto, una pequena pero necesaria dis-

gresion matematica.

Ya sea que la transicion descrita sea de primer o de segundo orden,

dependera de la forma del potencial V (φ), donde φ(t) (t es tiempo) es

el campo escalar al cual le corresponde conducir la inflacion, denomina-

do por este motivo “Inflaton”, naturalmente asociado a la ruptura de

simetrıa que supone la transicion mencionada en un parrafo anterior.

Notemos que una transicion de fase de un sistema de muchas partıcu-

las corresponde simplemente a la evolucion de este desde un cierto es-

tado accesible a otro. Ademas, las transiciones de fase de primer orden

estan asociadas a rupturas espontaneas de simetrıas (son abruptas) y

a la liberacion o absorcion de energıa, mientras las de segundo orden,

en un sentido que no profundizaremos aquı, son continuas.

Cabe destacar en este punto que el Inflaton, representa un escenario

plausible para explicar la generacion de estructuras complejas en el

Universo (como las galaxias). De hecho serıan las inevitables y pequenas

fluctuaciones cuanticas del campo las que se habrıan transformado en

fluctuacionse clasicas residuales en densidad de materia y/o energıa

luego de que la inflacion ceso.

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

inflacion finaliza con una ruptura espontanea de simetrıa, tal como

una transicion de fase de primer orden. Esta se habrıa producido al

encontrarse el Inflaton en un estado de “falso vacıo” (matematicamente

un mınimo local de V (φ)) y en una situacion de supercongelamiento.

Fundamentalmente, esta propuesta y otras variantes afines propusieron

una fase de expansion aceleradısima (exponencial y superlumınica) del

universo en sus primeros instantes, doblando enormemente su tamano

en un breve lapso.

La detencion, en tiempo finito, de este crecimiento acelerado tiene

lugar al producirse la transicion del campo desde dicho estado al del

verdadero vacıo (transicion de fase).

Desde el punto de vista de la mecanica clasica el falso vacıo es un es-

tado estable pues el campo no posee la energıa necesaria para atravesar

la barrera de potencial que lo separa del verdadero vacıo. En este caso,

el decaimiento desde el falso vacıo al verdadero no es posible. Sin em-

bargo, dado que en los primeros instantes son los fenomenos cuanticos

los que prevalecen, el efecto tunel permite que tal transito sea posi-

ble. Mas aun, la energıa del campo debe transformarse en radiacion,

iniciandose con esto el perıodo radiativo de la cosmologıa estandar [1].

Este modelo presentaba inconsistencias respecto del Universo cono-

cido. Por este motivo fue reemplazado por un potencial mas bien plano,

es decir un sistema con un estado semi estable y el mınimo global u-

sual (verdadero vacıo). En este caso el falso vacıo no corresponde a

un mınimo local del potencial V (φ) sino que se trata de una region

relativamente plana de su grafico. Ası, un campo escalar cuya energıa

fuese preponderante en el universo y cuyo termino de energıa potencial

dominara sobre el cinetico (φ2/2 ≤ |V (φ)|) conducirıa a una inflacion

14 EL CLUB CUANTICO

finita adecuada a traves de lo que se denomino rodadura lenta”(slow

roll-inflation) de la energıa potencial.

En la rodadura, el inflaton disminuye paulatinamente su energıa po-

tencial lo que tendra como consecuencia el que la energıa cinetica au-

mente y termine por dominar el escenario (cinematizacion). En efecto,

inmediatamente despues del perıodo de inflacion la densidad de ener-

gıa potencial es practicamente nula y a partir de ese momento algun

mecanismo a determinar debe producir el recalentamiento. Algunas

conjeturas sostienen que un acoplamiento entre el inflaton y otros cam-

pos le permitirıa transferir energıa a estos durante sus oscilaciones en

el pozo de potencial, generando ası la fase de recalentamiento.

De cualquier forma, esta propuesta tambien presenta problemas co-

mo el de la planitud del potencial en el origen y el equilibrio termico

en el que debıa encontrarse la region inicial.

Hoy dıa existe una gama extensa de conjeturas y por lo tanto esce-

narios para la inflacion, dependiendo fundamentalmente de la eleccion

del campo Inflaton. Entre estos encontramos los modelos de inflacion

caotica y de inflacion hıbrida. Los primeros consideran inflacion poli-

nomial caracterizada por potenciales del tipo V (φ) = φα, con α > 1

e inflacion en ley de potencias para la cual V (φ) = ekφ, siendo k un

parametro fijo.

En el caso de la inflacion hıbrida los modelos incluyen varios campos

(que notaremos porφ y ψ) caracterizados por potenciales del tipo:

V (φ, ψ) =1

4λ(M2 − λψ2)2 + U(φ) +

1

2g2ψ2φ2

que mostramos solo con proposito ilustrativo. Aquı, M,λ y g repre-

sentan parametros fijos y U(φ) es energıa potecial asociada al campo

φ.

NUMERO 6, 2014 15

No discutiremos aquı estos constructos matematicos dado que el

proposito de este artıculo es solo destacar la multiplicidad de mode-

los existentes asociados a campos escalares vinculados a la conjetura

inflacionaria. Dejamos a la curiosidad del lector el investigar en pro-

fundidad, si lo desea, estas u otras hipotesis, todas disponibles en el

abigarrado y fascinante libro de la cosmologıa actual.

3.2. ¿Es el Higgs el Inflaton? En el contexto de lo dicho en la

seccion anterior, el boson de Higgs goza del privilegio de ser la “primera

partıcula escalar fundamental”descubierta.

Recordemos que la obtencion de la masa de muchas de las partıcu-

las elementales hoy conocidas ocurrirıa a traves de la interaccion de

estas con el campo de Higgs, cuya partıcula mediadora es denominada

“boson de Higgs” (todas las partıculas que median interacciones fısicas

pertenecen a una exclusiva clase cuyos miembros poseen caracterısticas

muy particulares y a los cuales se les otorga el apelativo de “bosones” ).

Este singular campo serıa 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 dıa, es decir, de los planetas, las estrellas,

las galaxias, la vida, etc.

El campo de Higgs no se acopla ni al foton ni al gluon, partıculas sin

masa que median las interacciones electromagneticas y fuertes, respec-

tivamente. Sin embargo, se acopla a leptones y a los bosones W y Z,

mediadores de la fuerza debil. Mientras mayor sea la interaccion de

partıcula con el campo de Higgs, mayor sera su masa.

Complementemos algo de lo ya mencionado en la seccion anterior.

Las simetrıas se encuentran ligadas al concepto de leyes fısicas de con-

servacion, pero ademas, el contexto matematico natural que las cobija

16 EL CLUB CUANTICO

es el de la llamada “Teorıa de Grupos”. Eso es lo que debemos leer en

lo que sigue. Las simetrıas y sus rupturas, cuando se producen, siempre

se refieren a “grupos matematicos”determinados.

Las ecuaciones diferenciales a partir de las cuales es posible estu-

diar la dinamica del sistema, de acuerdo a las estrategias matematicas

estandar, se obtienen por calculos directos realizados sobre la siguiente

expresion matematica, denominada Lagrangiano:

LTot = LME −M2

p

2R,

donde Mp es la llamada masa reducida de Planck, R es el escalar de

curvatura de Ricci (de la teorıa relativista de la gravitacion) y LME

representa al Lagrangiano asociado al modelo estandar de la fısica de

partıculas elementales que ademas incluye entre sus terminos al La-

grangiano LH dado por:

LH = −DµH†DµH + µ2H†H − λ(H†H),

siendo Dµ la derivada covariante ante transformaciones de gauge aso-

ciadas al grupo de simetrıas SU(3)c⊗SU(2)L⊗U(1)Y , µ es un parametro

que satisface la condicion µ2 > 0, λ es una constante de autoacoplamien-

to y H es el denominado “doblete escalar de Higgs” el cual corresponde

a una descomposicion del campo en dos componentes:

H =

(H+

H0

),

siendo H+ la componente de carga positiva y H0 la de carga neutra. La

componente H+ esta asociada a la ruptura de simetrıa de la interaccion

fuerte, asociada al grupo SU(3)c, conducente a la obtencion de masa

por parte de los quarks (constituyentes de protones y neutrones) yH0 se

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vincula a la ruptura de la simetria de las interaccion electrodebil ligada

a SU(2)L ⊗ U(1)Y a traves de la cual los bosones W y Z consiguen su

masa.

Este modelo ademas de presentar problemas en la fase post infla-

cionaria, 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 con-

siderando un acoplamiento no mınimo del Higgs con la gravedad. Ası,

LTot adopta la forma:

LTot = LME − ξH+HR

donde ξ es la constante de acoplamiento no mınimo.

Sin embargo, tal como se destaca en [3], este modelo conduce a una

fısica de partıculas no coincidente con lo observado. Es mas, el valor

de la constante de acoplamiento mınimo necesario para producir la

deseada inflacion corresponde a ξ = 1032 lo cual habrıa hecho imposible

la deteccion de la partıcula de Higgs en el LHC por cuanto el campo

se encontrarıa, en tales condiciones, ya casi totalmente desacoplado del

resto del modelo estandar.

A diferencia de estas aproximaciones, los modelos posteriores con-

sideraron valores mucho menores para la constante de acoplamiento no

mınimo [4].

Esto llevo a considerar una nueva variacion para el Lagrangiano origi-

nal, definido ahora como:

LTot = LME −M2

2R− ξH+HR

18 EL CLUB CUANTICO

donde M es un parametro de masa y ξ como antes es la constante de

acoplamiento.

Si ξ = 0 tendremos un acoplamiento mınimo del campo de Higgs con

la gravedad. En este caso M = Mp.

Tal cual se menciona en [3], debiera ser posible “una eleccion inter-

media entre M y ξ que se ajuste adecuadamente a la inflacion de tipo

rodadura lenta y a la fısica de partıculas elementales al mismo tiempo”.

El doblete escalar de Higgs toma la forma H =

(0φ

)Es en este caso, el del acoplamiento mınimo, en donde se ha inten-

tado identificar el boson de Higgs del modelo estandar con el Inflaton.

Mas aun, se ha sugerido que esta propuesta puede ser colocada en un

contexto mas amplio.Aquı el elemento crucial es la extension de la de-

nominada invarianza de escala, para lo cual un nuevo campo debe ser

introducido, el Dilaton [5].

Aparentemente, si bien hoy dıa no puede ser excluida la posibilidad

de que el Higgs sea el Inflaton, algunos resultados obtenidos en el LHC

hacen este escenario mas 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

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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 artıculo y conferencia recientes, se senala, res-

pecto 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 con-

sidered 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 fol-

lowed 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

20 EL CLUB CUANTICO

Planck observations of the CMB. Furthermore, there is a specific pre-

diction 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 mas importantes al momento de in-

vestigar el comportamiento del Universo en sus instantes iniciales por

cuanto permite explicar en forma adecuada algunas situaciones que el

modelo estandar del Big Bang, hoy familiar a todos, no lograba conci-

liar.

Es esencial el papel que en estas conjeturas juega la nocion de campo

escalar, cuestion que ha ganado relevancia con el descubrimiento de la

primera partıcula escalar fundamental a traves 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 obser-

vacion del fondo de microondas y destacados en el artıculo anterior,

brindan a la hipotesis inflacionaria un respaldo enorme.

La cuestion respecto a si es posible identificar el boson de Higgs con

el Inflaton tendra que decidirse a la luz no solo de los resultados hoy

conocidos sino tambien de aquellos que paulatinamente vayan surgien-

do en futuros experimentos en el LHC. Si bien, con el actual estado

del arte, no es posible dar por cierta esta conexion o incluso puede ser

dudosa, tampoco es razonable descartada. Esto hace mas interesante

la aventura.

NUMERO 6, 2014 21

Referencias

[1] Ellie D’Hondt. From Minimal to Nonminimal Coupling in Cosmo-

logical 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. Rodrıguez. Identificando al Inflaton con el Boson

de Higgs del Modelo Estandar.Rev. Acad.Colomb. Cienc. Volumen XXXVI,

Numero 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 ap-

proach.http://arxiv.org/abs/1212.4148, 2013.

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

[7]Juan Garcıa Bellido-Diciembre 2013.

https://agenda.infn.it/conferenceDisplay.py?confId=7206

22 EL CLUB CUANTICO

4. EL EFECTO CASIMIR Y EL VACIO CUANTICO

4.1. Efectos de un vacıo fluctuante. La mecanica cuantica deter-

mina que lo que denominamos vacıo fısico se encuentra cruzado, teji-

do de campos fısicos (gravitacional, electromagnetico, debil y fuerte,

ademas del ahora descubierto campo de Higgs), responsables de todas

las interacciones conocidas y de la aparicion de la masa de las partıcu-

las elementales. Estos sufren fluctuaciones o lo que es equivalente, gen-

eran “partıculas virtuales” (partıculas de gauge), de muy corta vida,

mediadoras de dichas fuerzas, reguladas sus exiguas apariciones en el

tiempo (por eso se les denomina ası) por el principio de incertidumbre

de Heisenberg que establece que no es posible determinar con precision,

simultaneamente, su impulso y su posicion.

Ası, partıculas y antipartıculas virtuales surgen y desaparecen rapi-

damente despues de un tiempo ınfimo, violando el principio de con-

servacion de la energıa solo por instantes. Luego todo vuelve a la

normalidad. De esta forma, el vacıo cuantico bullirıa de electrones,

positrones, fotones (partıculas de luz), quarks, antiquarks, gluones. y

muchas otras tambien virtuales. Evidencias indirectas de este fenomeno

lo constituyen el denominado “Lamb shift” del espectro atomico (con-

siste de una pequena diferencia de energıa entre dos niveles del atomo

de hidrogeno en el vacıo para los cuales esta debiera tomar un mismo

valor) y la modificacion del espectro atomico del electron.

Por otra parte, la introduccion externa de una energıa adecuada,

permitirıa transformar partıculas “virtuales” en “partıculas reales”, sin

violar la ley de conservacion 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

podıan ser usados para medir fluctuaciones del vacıo. Predijo que dos

espejos, es decir dos placas metalicas perfectamente conductoras, parale-

las una respecto de la otra (a distancia de nanometros), experimen-

tarıan en el vacıo, una fuerza atractiva, que serıa manifestacion in-

mediata de tal fluctuacion.

En la practica, los espejos reducirıan la densidad de modos electro-

magneticos o fotones virtuales (partıculas mediadoras de la interaccion

electromagnetica) en el espacio que los separa, evitando la aparicion

allı de aquellos cuya longitud de onda fuese mayor que la distancia en-

tre las placas. Ası, la presion de radiacion del vacıo entre los espejos

(presion del campo interno) resultarıa menor que la presion en la re-

gion externa, en donde no hay restriccion, generando de esta forma la

fuerza mencionada. Este es el denominado “efecto estatico 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, cabıa pre-

guntarse si resultarıa posible producir partıculas reales de virtuales.

En 1970 el fısico G. Moore propuso que un espejo bajo movimiento

relativista (velocidad cercana a la de la luz) podıa convertir fotones

virtuales en “reales”, directamente observables. Este efecto fue denom-

inado con posterioridad “efecto dinamico de Casimir”. En este caso las

fluctuaciones del vacıo se verıan afectadas por el objeto en movimiento,

permitiendo la transformacion de fotones virtuales en reales.

4.2. Observacion del Efecto Casimir Dinamico. La revista Na-

ture en noviembre de 2011 publico el artıculo “Observation of the dy-

namical Casimir effect in superconducting circuit” [1] en donde sus

24 EL CLUB CUANTICO

autores, liderados por Christopher Wilson del Departamento de Mi-

crotecnologıa y Nanociencia de la Universidad Chalmers de Tecnologıa,

en Suecia, informaron acerca de la confirmacion experimental de este

fenomeno. En este caso, dado que resultaba imposible hacer uso de un

espejo, este fue sustituido por un campo electromagnetico (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 ultimo asegura que

el campo electromagnetico se encuentre en el estado “vacıo”- donde se

hacen distinguibles los efectos de los llamados fotones termicos (de ba-

ja incidencia a tales temperaturas) de aquellos generados por el efecto

dinamico de Casimir. El campo se hizo vibrar haciendo uso de un dis-

positivo denominado SQUID (Superconducting Quantum Interference

Device).

El experimento fue exitoso y pares de fotones “reales”, fuertemente

correlacionados, provenientes del vacıo cuantico fueron detectados a

traves de estas modernas tecnicas.

4.3. Conclusiones. Han sido establecidas evidencias importantes

que respaldan las conjeturas respecto de la estructura y comportamien-

to del vacıo. Estos resultados debiesen tener a futuro profundas reper-

cusiones en el estudio tanto teorico como experimental de los orıgenes

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 25

5. ACIDOS NUCLEICOS SINTETICOS

5.1. ¿DNA o XNA?. Hasta hace poco se suponıa que el almace-

namiento de informacion genetica y posterior procesamiento descansa-

ba en las macromoleculas de DNA y RNA. Sin embargo la forma en que

estos polımeros surgieron y llegaron a constituir la base sobre la cual

la evolucion de la vida, tal como la conocemos, tuvo lugar en nuestro

planeta, es un asunto desconocido.

Una investigacion cuyos resultados fueron comentados en la revista

Science el ano 2012, demuestra que la informacion genetica puede ser

guardada haciendo uso de seis polımeros alternativos basados en arqui-

tecturas de acidos nucleicos simples no encontrados en la naturaleza

(acidos xeno nucleicos AXNs (XNAs en ingles): “Hemos seleccionado

tambien adaptadores de AXNs los cuales unen sus blancos con gran

afinidad y especificidad, demostrando que mas alla de la herencia, los

AXNs especıficos tienen capacidad para evolucion Darwiniana y para

desplegarse en estructuras definidas. Ası, herencia y evolucion, dos se-

llos de la vida, no se limitan solo al AND y al ARN sino que parecen

ser propiedades emergentes de polımeros capaces de almacenar infor-

macion” [1].

Mas aun, no solo es posible guardar informacion genetica haciendo

uso de los AXNs sino tambien de transmitirla. Esto quiere decir que es

primera vez que un grupo de acidos nucleicos desarrollados en forma

artificial (sinteticos) 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 azucar,

un fosfato y una base, los AXNs se disenan con diferentes azucares

o definitivamente a partir de otras moleculas. En estas condiciones,

26 EL CLUB CUANTICO

los XNAs obtenidos imitan o replican muchas de las propiedades de

nuestros conocidos acidos nucleicos.

El mayor desafıo de los investigadores fue el desarrollo de enzimas

que ayudaran a los seis XNAs a armar y replicar mensaje geneticos.

Estas, una vez sintetizadas, transcribieron DNAs en los XNAs y luego

volvieron atras creando nuevas fibras de DNAs con un 95 % de confia-

bilidad o mas.

Luego se guardo informacion en XNA, se la transfirio a DNA y se

procedio a realizar el proceso inverso, almacenandola 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 transmision genetica en sucesivos ciclos DNA-XNA permitio a los

investigadores seleccionar solamente aquellos XNAs ligados a ciertas

proteınas provenientes de un grupo de muestras aleatorias, un proce-

so similar a la evolucion sobre multiples generaciones. “Esta habilidad

unica del DNA y el RNA para codificar informacion puede ser imple-

mentada en otras cadenas” [. . . ] “Por primera vez esto confirma que la

replicacion, la herencia y la evolucion son posibles en esas cadena al-

ternativas” declaro Philipp Holliger del MRC Laboratory of Molecular

Biology en Cambridge, Reino Unido.

El experimento mostro que uno de los ANXs, denominado ANH (1.5-

anhydrohexitol nucleic acid, HNA en ingles) puede plegarse en una

estructura tridimensional y ligarse a moleculas objetivo especıficas. Lo

mismo habıa sido hecho previamente para el denominado “acido treosa

nucleico” (ATN) ( threose nucleic acid (TNA) en ingles).

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

vestigadores, sugiere que el que la informacion genetica se codifique

NUMERO 6, 2014 27

sobre la base del ADN y el ARN podrıa tener solo al oportunismo co-

mo 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 nucleotidos, 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 Cuantico.

28 EL CLUB CUANTICO

6. ¿QUE SON LOS DUONES?

6.1. El codigo oculto. Descubrimientos recientes [1-4] comienzan

a modificar la idea extendida de que los cambios en el DNA que afectan

al codigo genetico inciden exclusivamente en la sıntesis de proteınas.

El codigo genetico hace uso de un alfabeto de 64 letras denominados

“codones”. Cada una de estas unidades esta conformada por tres bases

de nucleotidos en una base de ADN o ARN y especifica un aminoacido

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 Washing-

ton) Department of Genome Sciences, Anthony Raubitschek del UW

Department of Immunology and Benaroya Research Institute, Steven

Ziegler del Benaroya Research Institute, Emily M. LeProust, antigua-

mente en investigadora del Agilent Technologists y ahora con Twist

Bioscience, liderados por John A. Stamatoyannopoulos tambien del

UW Department of Genome Sciences, permitio determinar la existen-

cia de un nuevo y escondido codigo que instruye a la celula acerca de

la forma en la que se controla a los genes ha sido descubierto. Los

estudios senalan que el 15 % de los codones humanos tienen caracter

dual-a estos se les denomina “duones”-especificando simultaneamente

aminoacidos y sitios de factores de transcripcion (FT), es decir, de

proteınas que participan en la regulacion de la transcripcion del DNA.

Los FT regulan la expresion de los genes en el nucleo de la celula.

“Lo que sabıamos del codigo genetico era correcto. Pero ahora tene-

mos todo un lenguaje nuevo en el que no sabıamos que se podıa escribir.

Esto da informacion adicional a la que ya se sabıa y corrige la idea de

NUMERO 6, 2014 29

que un cambio en la region de las proteınas solo puede afectar a la

proteına en sı misma” [5], indica John Stamatoyannopoulos, lıder del

grupo cientıfico que llevo a cabo la investigacion.

Ası, en [1] se senala 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 bind-

ing. 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 mas la complejidad y capacidad reguladora de la impronta

genetica y senalan rasgos importantes del proceso de su evolucion, has-

ta ahora ignorados.

Nuevas puertas se abren al conocimiento no solo de nuestra propia

biologıa sino tambien respecto de como informacion 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 Bind-

ing Directs Codon Choice and Affects Protein Evolution. Science. 342

(6164): 1367-1372, 2013.

[2] J. M. Franco-Zorrilla, I. Lopez-Vidriero, J. L. Carrasco, M. Godoy,

P. Vera and R. Solano. DNA-binding specificities of plant transcrip-

tion factors and their potential to define target genes. Ver direccion

electronica:

30 EL CLUB CUANTICO

file:///C:/Users/L505/Downloads/PNAS-2014-Franco-Zorrilla-1316278111.

pdf, ano 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 31

7. GENETICA, BOLOGIA MOLECULAR Y MEDICINA

7.1. Los retrovirus humanos. Dispersos en nuestro genoma (tam-

bien los hay en otros animales) hay una clase de estructuras geneticas

denominadas retrovirus endogenos humanos (siglas en ingles: RVEH)

que constituyen cerca del 8 % de nuestro genoma y los cuales desde

la perspectiva de la evolucion constituirıan remanentes de infecciones

producidas por retrovirus exogenos.

Estos retrovirus participan en innumerables procesos como la codifi-

cacion directa de proteınas, la regulacion genetica, la reparacion y

recombinacion de DNA y la transduccion viral, fundamental en el

mecanismo de transferencia horizontal entre bacterias-ya mencionada-

y la resistencia a retrovirus exogenos [4].

7.2. Terapias genicas. Este proceso de incorporacion de material

genetico externo a traves de mecanismos como el descrito resulta suge-

rente en el contexto del desarrollo de terapias genicas, 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 hıbrido es introducido en el organismo donde

ataca a ciertos receptores o a celulas objetivo. Una vez dentro de la

celula, la copia correcta del gen la instruye a manufacturar aquella o

aquellas proteınas que originalmente no era capaz de producir.

Obviamente pueden producirse efectos indeseados por efecto de la

insercion accidental de genes capaces de producir cancer o cuando

el propio organismo receptor genera una accion defensiva demasiado

vigorosa en contra de los organismos invasores. Los generos conocidos

de retrovirus son los oncovirus, lentivirus y espumavirus. Sus genomas

32 EL CLUB CUANTICO

estan constituidos por ARN (acido ribonucleico) y no por ADN, con-

trariamente a lo que sucede con otros tipos de virus. Sin embargo, en

el proceso de invasion de una celula, transforman el primero en el se-

gundo por medio de una enzima especıfica denominada “transcriptaza

inversa”.

Los denominados lentivirus (como el HIV), pertenecientes a la fa-

milia de los retrovirus, tienen las propiedades de evadir las respuestas

inmunes del organismo y de no ser usualmente oncogenicos (genera-

dores de cancer). Por estas razones resultan ser candidatos ideales para

constituirse en vectores virales en terapias genicas [1,2].

Algunos resultados alentadores en situaciones especıficas han sido

documentados recientemente.

7.3. Leucemia linfoblastica aguda. La leucemia linfoblastica agu-

da donde el 20 % de los enfermos son refractarios a los tratamientos de

quimioterapia. En tal situacion, se desarrollo una terapia genica que

habilito a las celulas inmunes de algunos ninos enfermos a destruir las

celulas cancerosas recalcitrantes [1].

El tratamiento se basa en la llamada tecnologıa de receptor de antıgeno

quimerico. Este receptor consiste de dos moleculas del sistema inmune

que usualmente no se encuentran juntas.

La terapia consiste en que algunas celulas inmunes conocidas co-

mo celulas T son provistas de dichos receptores permitiendoles ası re-

conocer proteınas que se encuentran en gran cantidad en las celulas

cancerosas y de este modo proceden a destruirlas. Para esto se toman

muestras de sangre de un paciente, procediendose a aislar algunas celu-

las T “objetivo” a las cuales se les inyecta lentivirus previamente pro-

vistos de los genes adecuados. Finalmente las celulas T fueron devueltas

al organismo.

NUMERO 6, 2014 33

En uno de los casos informados, despues de tres semanas de tratamien-

to un cuarto de las celulas T en la medula espinal de la paciente com-

partıan la correccion genetica, comenzando a atacar las celulas can-

cerosas las cuales pronto desaparecieron en su totalidad.

A fines de 2013 se habıan reportado como tratados 120 pacientes

adoleciendo del mismo tipo de leucemia y tres con otros tipos de cancer

resultando con remision (libres de cancer) 5 adultos y 19 ninos de un

grupo de 22.

7.4. Terapias genicas y Alzheimer. Las placas formadas por el

peptido beta amiloide (asociadas con una perdida local de espinas den-

drıticas)-amiloidosis- constituyen las mayor parte de las placas seniles

en la enfermedad de Alzheimer (EA). A esto debemos agregar la apari-

cion de ovillos neurofibrilares intracelulares compuestos por la llamada

proteına Tau hiperfosforilizada, la disfuncion sinaptica (presuntamente

provocada por la toxicidad del beta amiloide), la perdida progresiva de

memoria y la muerte de neuronas cerebrales. Todo lo anterior implica

un deterioro cognitivo importante.

Cabe senalar que la proteına Tau esta presente en las neuronas y

tiene como tarea estabilizar los denominados microtubulos, a veces lla-

mados neurotubulos (polimeros que forman parte fundamental de la

arquitectura neuronal), utilizando dos mecanismos, las isoformas y la

fosforilazion (adicion de un grupo fosfato inorganico a cualquier tipo

de molecula- este proceso permite el transporte de energıa).

Hace ya algunos anos algunas investigaciones sugirieron que la lep-

tina, una hormona de la grasa que regula el apetito podrıa proteger

contra el Alzheimer y la demencia.

Se ha identificado receptores de leptina en neuronas de varias re-

giones cerebrales tales como el hipocampo, encontrandose evidencias

34 EL CLUB CUANTICO

de su accion neuroprotectora en varios modelos de Alzheimer en ani-

males transgenicos en el sentido de la disminucion de beta-amiloide y

reduccion de la fosforolizacion Tau.

En el caso de estudios clınicos de pacientes con EA se ha detectado

baja circulacion 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 reduccion

de los disturbios cognitivos y neuropatologicos asociados a la amiloi-

dosis por aplicacion cronica de Leptina. El experimento arrojo como

resultado que la sobre exposicion a Leptina por transferencia genica a

traves de vectores virales permitio la modulacion de los progenitores

neuronales (pueden dividirse un numero limitado de veces y activarse

en caso de dano o muerte celular o de tejidos) y la neuroproteccion.

En este caso la transferencia genetica al sistema nervioso central

para tratar modelos de EA en ratones transgenicos se realizo utilizando

vectores lentivirales recombinantes dada su habilidad para transducir

celulas que no se dividen. El gen viral distribuidor de leptina se trans-

firio vıa inyeccion estereotactica (procedimiento en el que se utiliza un

computador y un explorador tridimensional). Despues de tres meses de

realizado el experimento con un raton de seis meses, la Leptina redujo la

acumulacion de beta-amiloide y alivio las alteraciones sinapticas. De es-

ta forma los cientıficos que llevaron a cabo los experimentos declararon

que estos representan un novedoso metodo 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 intervencion genetica en el caso de

algunas enfermedades especıficas altamente refractarias a tratamientos

NUMERO 6, 2014 35

farmacologicos o en aquellas situaciones en que estas sirvan de comple-

mento 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. Perez-Gonzalez, 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: Exogeniza-

tion vs Endogenization. Answers Research Journal 2 (2009):97–106.

36 EL CLUB CUANTICO

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