Los investigadores biomédicos como yo sondean la base mecanicista de la salud y la enfermedad. En una larga trayectoria de trabajo en el extremo descubrimiento del espectro, he tenido el privilegio de vivir a través de, y hacer un poco pequeña contribución a, una extraordinaria revolución (y continua) en la comprensión médica y el bienestar humano.
Usando una mezcla de la observación y la experimentación, mi enfoque particular ha sido preguntar cómo los virus matan y, más especialmente, cómo nuestra respuesta inmune específica (o adaptativa) nos protege, sobre todo si estamos vacunados.
Junto con los sucesivos avances conceptuales, diversas tecnologías de punta han transformado la vida de trabajo de los detectives de enfermedades como yo.Recientemente, nuestro pensamiento está dictada cada vez más por la necesidad de comprometerse con grandes conjuntos de datos.
En ese y muchos otros sentidos, nos encontramos hablando un lenguaje de complejidad que abarca campos tan diferentes como la investigación del cáncer, la ecología animal y la ciencia del clima.
En efecto, diversos hilos de la gran interrogación de la naturaleza que llamamos ciencia se están uniendo en una rica y mutuamente informativo tapiz intelectual. Evitar los detalles técnicos, voy a tratar de que tomar sólo un poco más abajo de ese camino.
Un delicado tapiz
Ningún científico trabaja solo. Y en los últimos 25 años o más, los programas de investigación que he estado involucrado en gran medida han estado interesados en la comprensión de cómo la respuesta del huésped de mamíferos (ratones y seres humanos) se ocupa de los virus de influenza A (virus de este tipo) que causan epidemias regulares y pandemias.
Como todos los virus, virus de este tipo son parásitos intracelulares obligados; que crecen sólo en las células vivas, y son mucho menos complejos que somos. Pensar en términos de proteínas, los bloques de construcción básicos de toda la vida, virus de este tipo se componen de 11 proteínas codificadas por segmentos de genes de ARN de ocho, mientras que los humanos tienen más de 20.000 proteínas especificadas por 20.000 a 25.000 genes del ADN.
El genoma humano contiene también una gran cantidad de lo que se pensó durante un tiempo para ser ADN "basura" , pero que ahora se sabe que tienen todo tipo de diferentes funciones de regulación y otros.
Cuando la biología pone muy compleja es cuando el virus de la gripe aparentemente simple nos infecta. Los genes se encienden y se apagan, se hacen las proteínas del virus y del huésped, las células en nuestro tracto respiratorio se destruyen, podemos llegar a ser febril, tener dificultad para respirar y luego, con suerte, recuperarse y sentirse bien de nuevo. Y, aun antes de estar clínicamente enfermos, nuevas partículas de virus se están montando y transmitidas (a través de las gotitas de la respiración) a los cerca.
Lo que el investigador trata de iluminar es el detalle de la dinámica celular y mecanismos moleculares subyacentes. Cuando entendemos estos procesos podemos potencialmente, mediante la participación de nuevos equipos de diferentes especialistas, desarrollar mejores productos terapéuticos (fármacos) y estrategias de prevención (vacunas), aunque es probable que tomar una década o más para llegar a ese punto.
Donde el talento entra en esta ecuación es en el reconocimiento de un nuevo hallazgo de lo que es, a continuación, haciendo la pregunta correcta para ir al final de la ruta. Algunas personas tienen esta capacidad, algunos no lo hacen, y no es necesariamente acerca de conocer toda una amplitud de "cosas". El tipo de persona que es un profesor de ciencias fenomenal no necesariamente va a ser un gran investigador. Los investigadores científicos no están a menudo como las cabezas de huevo gran pensador que se ven en la televisión.
Los biólogos a veces tienen grandes ideas, como la percepción de que "ADN basura" debe tener una función. Pero, en general, los dos somos artesanos y pensadores (a menudo estrechos) que mantienen la nariz cerca del suelo y utilizan tanto el dispositivo de experimentos (infectar a un ratón con la gripe) y lo que está sucediendo en el mundo real (el estudio de una gripe pandemia) para informarnos.
La regla básica es mirar a "la cosa misma", para ser instruido por la naturaleza. Gran parte de la intensa actividad intelectual que caracteriza la vida de un biólogo investigador es, de hecho, ocupa de tratar de averiguar lo que los datos nos está diciendo.
Y es a menudo el caso de que los grandes descubrimientos siguen algún avance técnico clave en lugar de un momento "eureka". Nuevos y mejores datos nos permite pasar de ver "a través de un vidrio oscuro" para mayor claridad. En este sentido, la gente en mi campo de la inmunología son muy en deuda con los físicos, ingenieros y matemáticos que hacen y máquinas de programa.
Los campos científicos difieren organizativamente. Los físicos, por ejemplo, tienden a separarse en teóricos y experimentalistas - una división que no ha demostrado ser de gran utilidad en la biología. Los físicos teóricos vienen con grandes ideas - como el bosón de Higgs , los agujeros negros y la materia oscura - pero nosotros, los biólogos han, por necesidad, ser mucho más modesto y con conexión a tierra en nuestro pensamiento.
Mientras que, en el análisis final, todo lo vivo o no vivo obedece a las leyes de la física, esas leyes no están a la vanguardia de la mente de la mayoría de los investigadores biomédicos.
Una excepción es los biólogos estructurales, o cristalografía, que tradicionalmente utilizan los rayos X (ahora sincrotrones), y las reglas más básicas de la física y la química, de averiguar cómo se organizan las moléculas individuales de la vida y (especialmente para las proteínas) plegar y función.
Mientras que gran parte del trabajo del biólogo estructural se puede hacer en la pantalla del ordenador y que podría ser considerado como una especie de "diseño del reverso", la diferencia básica entre lo biológico y las ciencias físicas es que las plantas y los animales (a diferencia de las rocas y los planetas ) evolucionar.
Racing a la muerte
Las formas de vida más enfáticamente no están diseñados. "Los científicos creacionistas" no parecen estar particularmente interesados en reclamar los virus de la gripe, aunque las técnicas modernas de biología molecular permiten que los investigadores para jugar "Dios" y hacen virus de este tipo "de diseño" que podrían no siempre se encuentran en la naturaleza.
Ha habido una gran cantidad de angustia recientemente acerca de la posibilidad de que algún ingeniero molecular podría, al tratar de comprender cómo la enfermedad causa virus de este tipo, sin darse cuenta "de diseño", un patógeno virulento que podría simplemente posiblemente escapar del tipo de laboratorio de ultra alta seguridad siempre que dicho trabajo está hecho.
En contrapunto, el riesgo de no tratar de ganar este entendimiento es que la presión evolutiva es también un gran "ingeniero": virus de este tipo que son extremadamente virulenta para una o más especies surgen regularmente en la naturaleza. ¿No podría ser inteligente para salir adelante del juego e identificar los cambios genéticos que la bandera de peligro antes de que nos encontramos en medio de una nueva pandemia?
Se sabe, por ejemplo, que una única mutación en un gen clave influenza puede cambiar una IAV aviar leve a un patógeno extrema que mata pollos terriblemente en tres o cuatro días. Es por eso que todo el mundo estaba tan asustado de la gripe aviar hace unos años.
Y si alguna deidad hizo virus de este tipo de "diseño", el único propósito podría ser matar.Si usted quiere creer que, a continuación, la intención divina podría ser limitar la tasa de crecimiento de la población de las especies sensibles, incluidos nosotros.
La evolución es, de hecho, la teoría central de la biología, independientemente de si estamos hablando de virus o vertebrados. Los patógenos que infectan y potencialmente matar a tener claridad "en forma de" nuestro sistema inmunológico por "borrar" los menos "éxito" (en el sentido de la susceptibilidad a la enfermedad) variantes.
También hay muchas pruebas de que los virus grandes (de más de 100 genes), tales como el virus de Epstein-Barr (VEB), han desarrollado mecanismos genéticos para evitar su eliminación completa por nuestro sistema inmunológico. EBV se ha conformado con un compromiso evolutivo que permite la supervivencia controlada (por el sistema inmune) dentro de nosotros a un nivel que es, sin embargo, suficiente para permitir la transmisión.
Al infectarse con este virus, los adolescentes pueden desarrollar el debilitante (pero transitorio) condición de la mononucleosis infecciosa, o "enfermedad del beso".Recuperando por completo, a continuación, van a ser portadores de EBV para la vida.
La mayoría de la gente no muere de EBV, pero pueden matar (al causar linfomas) si el sistema inmunológico es destruido por, por ejemplo, los regímenes inmunosupresores masivos utilizados para el injerto de órganos, o el desarrollo del síndrome de inmunodeficiencia adquirida que sigue (en el ausencia de tratamiento con medicamentos antivirales) la infección con el virus de la inmunodeficiencia humana ( VIH ).
La complejidad de los organismos vivos que refleja, con diferentes retos (o presiones selectivas), el cambio mutacional de los genes existentes permiten que la especie sobreviva. La consecuencia es que la evolución artesanía estrategias moleculares que se asemejan a un edificio construido en series sucesivas de las fundaciones existentes.
No es necesariamente la solución óptima que un "arquitecto divina" a partir de primeros principios elegiría - es simplemente el mejor que se puede hacer con el material de partida disponible. Es por eso que la biología puede, a veces, parece tan caótica e impredecible, y por qué la teoría central y general de la biología es la teoría de la evolución.
A diferencia del universo físico, la biología se ve limitada por la homeostasis, la necesidad de mantener un medio interno estable. Las inundaciones y las temperaturas ambientales más altas no son, por ejemplo, un problema para las rocas, pero toman una forma de vida demasiado lejos de su zona de confort homeostático, o "sobre el medio ambiente" aceptable, y morirán.
Unas bacterias unicelulares tienen, por ejemplo, evolucionado para sobrevivir en agua hirviendo, pero que nunca podría ser el caso de los sistemas multicelulares, de múltiples órganos, como los vertebrados. formas de vida complejas hacen evolucionar, pero poco a poco, y sólo dentro de límites muy restringidos.
Introduzca El ecosistema
Como un patólogo experimental con un fondo muy amplio, lo que refleja la formación temprana en la medicina veterinaria, mi pensamiento sobre la base mecanicista de la vida está dictada en gran medida por dos consideraciones.
La primera es que ninguna construcción intelectual que no tiene sentido en el contexto de la evolución será inútil. Por cierto, virus de este tipo cambian constantemente debido a la presión selectiva ejercida por la respuesta inmune del huésped (en particular los anticuerpos neutralizantes) y muestran la evolución en su forma más simple.
La segunda idea es que el estudio de las enfermedades infecciosas se ocupa esencialmente de la iluminación de la naturaleza de los ecosistemas: ya sea el ecosistema "interno" de un Aedes mosquito especies o primate (incluidos nosotros) donde el virus Zika es replicar; o el ecosistema "externa", que se determina por el número de huéspedes susceptibles (personas y algunos monos), la temperatura ambiente, y la disponibilidad de agua estancada para la reproducción de mosquitos.
Podemos perturbemos estos ecosistemas vinculados entre sí por el "drenaje de los pantanos", rociar insecticidas en zonas húmedas, utilizando un repelente de insectos, dormir bajo mosquiteros DDT impregnado, o hacer una vacuna por lo que hay menos personas susceptibles de replicar el virus e infectar los mosquitos .
Lo que estamos viendo ahora con el virus Zika es una epidemia clásico "tierra virgen" en las Américas: nadie está protegido por la experiencia previa y (aunque pueden mostrar algunos signos clínicos) el virus se multiplica en la sangre de cualquier persona mordida por un infectado Aedes. En los años siguientes, habrá un menor número de personas susceptibles y la extensión de la infección voluntad cola fuera.
Para la mayoría de nosotros, la disciplina científica de ofertas de la ecología con la vida de las plantas y los animales en la naturaleza - el tipo de trabajo realizado por la gente como Tim Flannery - en lugar de la interfaz entre los agentes infecciosos y los vertebrados, particularmente humana, organismo.
Sin embargo, muchos médicos líder especializada en microbiología / virología han pensado así en el pasado. Y, si nos fijamos en la comunidad médica, no son sólo los microbiólogos que son enormemente preocupados por el calentamiento global.
La investigación sobre las consecuencias del cambio climático es, en efecto, todo acerca de la biología. Desde el efecto de calentamiento de los océanos y la acidificación en los corales y zooplancton, a ave alterada, el pescado y los patrones de migración y localización de insectos, a los efectos directos del calor extremo en animales homeotermos como los humanos.
Aparte de las posibles consecuencias médicas, a la vanguardia del pensamiento de todo el mundo es el tema de la pérdida de especies, especialmente las aves, abejas y murciélagos que realizan trabajos importantes como mover los nutrientes alrededor y polinización de las plantas.
Las aves no sudan y son muy susceptibles al estrés por calor: nos preocupa que las especies tropicales pueden perderse si no tomamos la iniciativa para moverlos a climas más fríos.
Los peores efectos negativos del calentamiento global están en nuestro futuro, sino que ya están en la cúspide de la sexta gran extinción de especies en la historia de la Tierra, la extinción antropogénica.
Como científico médico que publicó sólo uno de más de 400 artículos de investigación sobre la toxicidad de metales - cobre en el ganado ovino - y se crió con una conciencia de los venenos de las plantas en el medio ambiente, pienso mucho acerca de los efectos acumulativos. La ingestión continua de pequeñas cantidades de metales pesados, como el plomo y el arsénico, conduce a la acumulación progresiva, daño tisular grave y la muerte.
Lo que pasa con las emisiones de CO2 a la atmósfera es que la concentración aumenta inexorablemente, y se mantiene alta durante miles de años. Es cierto que cada vez más árboles, algas marinas, algas, fitoplancton y así sucesivamente se eliminan algunos de que el CO2, pero incluso ahora nuestra experiencia es que los árboles se están quemando en todo el planeta, los bosques siguen siendo claras y en constante expansión de las poblaciones humanas, con simultáneamente con la urbanización, están destruyendo la vida vegetal en ambientes frágiles, costeras.
Edad de datos
Me pregunto a veces si algunos de los viejos predominantemente geólogos, ingenieros y físicos teóricos que sostienen que el cambio climático no es un problema cada vez han escuchado la palabra "acumulativo". En general, parece que piensan en gran medida sobre las rocas y los planetas, no personas. Rocas sobrevivir en cualquier clima.
La investigación sobre la causa y el progreso del calentamiento global se basa en gran medida, por supuesto, con los físicos, los oceanógrafos, astrofísicos, meteorólogos, glaciólogos y así sucesivamente. Se ocupan de enormes conjuntos de datos que, con innovaciones como Argo dispersa flota a informar - a través de satélite - las temperaturas a distintas profundidades de los océanos, son cada vez más amplio.
Se requiere potencia de cálculo masivo para procesar toda esa información, sino que también es cierto en mi propia área de la infección y la inmunidad cuando extraordinarios avances en proteómica y genómica ofrecen la posibilidad de identificar todos los genes expresados y todas las proteínas que se están realizando en, por ejemplo, una células del epitelio bronquial humano infectada con un virus de influenza.
Tanto los científicos del clima y los científicos médicos dependen en gran medida de los programadores, los estadísticos y los modelistas que construyen las herramientas para dar sentido a estos conjuntos de datos masivos.
Tales personas intercambian fácilmente entre la informática médica y la ciencia del clima.Algunos incluso ir al lado oscuro y se convierten en banqueros o se unen a las agencias de apuestas.
Y, para las aplicaciones científicas, como mínimo, el protocolo general es que tanto la "cruda y" suavizan "- para eliminar los valores extremos de confusión - conjuntos de datos deben ser puestos en línea en los que son de libre acceso para cualquier duda Thomas analizar.
Para los investigadores médicos como yo, no importa que hemos sólo recientemente ha sido capaz de acceder a toda esta información, pero la situación de los científicos del clima es diferente.
El análisis del calentamiento global depende esencialmente de la evaluación de la magnitud de los cambios con el tiempo. mediciones termómetro dignas de la tierra y la temperatura de la superficie han sido, en su mayor parte, sólo ha estado disponible desde hace un siglo más o menos. Y los primeros datos de flotadores Argo vía satélite y se remontan a 1967 y 1999, respectivamente.
Es sólo recientemente que los satélites se han colocado de una manera que permite la medición de la altura de las olas, lo que permite el análisis de los efectos del viento sobre el movimiento del océano en lugar de sólo la onda de frecuencia.
Como consecuencia de ello, los científicos del clima que se centran en la comprensión de lo que sucedió en el tiempo histórico debe basarse en parámetros "sustituto", tales como la determinación de los niveles de gases en los núcleos de hielo, el clima y los cambios asociados a los nutrientes en los corales, el análisis de los sedimentos oceánicos profundos y la medición de tres anillos.
Todo el investigador médico tiene que hacer es simplemente infectar más células con un virus de la gripe y repetir el experimento.
Desde el punto de vista de un investigador de laboratorio que está acostumbrado a analizar los resultados de los grupos de cinco temas dados varios "tratamientos", el gran experimento incontrolado de CO2 atmosférico de dumping que la humanidad ha ido en aumento durante los últimos dos siglos es verdaderamente aterrador. Y tiene un tamaño de grupo de uno experimental - el planeta y toda la vida en la tierra.
Tenemos que parar. Debemos dejar de minería del carbón y la quema de todos los combustibles fósiles, como el petróleo y el gas natural.
Del mismo modo que manejamos de atención de la salud humana en cualquier sociedad civilizada, nuestra responsabilidad claro y actual es la gestión de este planeta, nuestro único hogar, y todas sus magníficas formas de vida. Aquí, por supuesto, tratamos de resolver otros niveles de complejidad extraordinaria, particularmente las necesidades de la conducta humana y de corto plazo.
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