Los científicos han identificado el momento
preciso en el que se inicia en el cerebro la enfermedad de Alzheimer. Le llaman
el Big Bang de esta forma de demencia y ocurre cuando una proteína del sistema
nervioso se vuelve tóxica, se adhiere a otras proteínas, se extiende como un
virus y comienza a destruir neuronas. Ahora tal vez sea posible impedirlo.
Las acumulaciones anormales de una
proteína llamada tau (en azul en la imagen) pueden acumularse dentro de las
neuronas, formando hilos enredados y, finalmente, dañando la conexión sináptica
entre las neuronas. Imagen: National Institute on Aging.
Los
científicos han conseguido observar por primera vez el momento preciso en el
que la enfermedad de Alzheimer comienza a formarse en el cerebro. El
descubrimiento abre la posibilidad de impedir clínicamente su desarrollo.
Investigaciones anteriores habían determinado que el Alzheimer se produce por
la acumulación de dos proteínas anormales:
beta amiloide y, especialmente, la
tau. Esta última proteína, abundante en el sistema nervioso central y
periférico, es la que destruye las células nerviosas, provocando la pérdida de
la memoria y de otras funciones cognitivas.
Lo que ha descubierto la nueva investigación es el momento en el que la
proteína tau se vuelve tóxica, antes de que pueda empezar a dañar las neuronas.
“Pensamos en esto como el 'Big
Bang' de la patología tau. Es una forma de observar desde el principio del
proceso de la enfermedad", explica Mark Diamond, Director del Centro
de Alzheimer y Enfermedades Neurodegenerativas de UT Southwestern, en un comunicado.
"Este es quizás el hallazgo más
grande que hemos realizado hasta la fecha, aunque es probable que pase algún
tiempo antes de que pueda traducirse en tratamientos clínicos. De momento
cambia mucho la forma en que pensamos sobre el problema", añade.
El estudio, publicado en la Revista
eLife, contradice la creencia anterior de que una proteína tau aislada no
tiene una forma definida y que sólo es dañina después de que comienza a
ensamblarse con otras proteínas tau para formar los distintos ovillos observados
en los cerebros de los pacientes de Alzheimer.
Los
científicos hicieron el descubrimiento después de extraer proteínas tau de
cerebros humanos y aislarlos como moléculas individuales. Descubrieron que
cuando la proteína tau se vuelve tóxica, una parte de ella se adhiere a otras
proteínas tau, formando así las marañas que luego terminan matando las
neuronas.
Estas acumulaciones anormales de la proteína tau pueden acumularse dentro de
las neuronas, formando hilos enredados y, finalmente, dañan la conexión
sináptica, originando así la enfermedad de Alzheimer.
Tau, la
clave
Investigaciones
anteriores de este mismo equipo habían determinado que tau actúa como una proteína
infecciosa que se puede diseminar como un virus a través del cerebro. También
había establecido que tau puede formar muchas cepas distintas en el cerebro
humano, e incluso había desarrollado métodos para reproducir estas cepas en el
laboratorio. Su investigación más reciente indica que una única forma
patológica de proteína tau puede tener múltiples formas posibles, cada una
asociada con una forma diferente de demencia.
El nuevo estudio proporciona una nueva comprensión de la naturaleza cambiante de
forma de una molécula tau, justo antes de que empiece a adherirse a sí misma
para formar agregados más grandes.
El hallazgo permite pensar en una nueva estrategia para detectar la enfermedad
de Alzheimer antes de que arraigue y permitirá desarrollar tratamientos que
estabilicen las proteínas tau antes de que cambien de forma y desencadene la
destrucción de neuronas.
Según Diamond,”
La búsqueda continua para conseguir un
tratamiento que bloquee el proceso de neurodegeneración allí donde comienza. Si
funciona, la incidencia de la enfermedad de Alzheimer podría reducirse
sustancialmente. Sería algo realmente sorprendente."
Según la
Organización Mundial de la Salud, el Alzheimer afecta al 20 por ciento de la
población mayor de 80 años.
IceCube
es un observatorio de neutrinos cuyos detectores están enterrados a más de una
milla por debajo de la superficie del Polo Sur. Crédito de la imagen: Emanuel
Jacobi / National Science Foundation.
Hace unos cuatro mil millones de años, cuando el planeta Tierra
todavía estaba en su infancia, el eje de un agujero negro aproximadamente mil
millones de veces más masivo que el sol apuntaba hacia donde estaría nuestro
planeta el 22 de septiembre de 2017.
A lo largo del
eje dispara neutrinos y rayos gamma a la Tierra: los Blazar son un tipo de
núcleo galáctico activo con uno de sus jets apuntando hacia nosotros. En
esta representación artística, un blazar emite tanto neutrinos como rayos gamma
que podrían ser detectados por el IceCube Neutrino Observatory así como por
otros telescopios en la Tierra y en el espacio. IceCube / NASA
A lo largo del eje, un chorro de partículas de alta
energía que envió fotones y neutrinos en nuestra dirección a la velocidad de la
luz o cerca de ella. El IceCube
Neutrino Observatory en el Polo Sur
detectó una de estas partículas subatómicas, el IceCube -170922A de neutrinos,
y la remontó a un pequeño parche de cielo en la Constelación de Orión y señaló
la fuente cósmica: Un Agujero Negro ardiente del tamaño de un billón soles, ubicado
a 3.7 billones de años luz de la Tierra, conocidos como Blazar TXS 0506 + 056.
Los Blazars se conocen desde hace un
tiempo. Lo que no estaba claro era que podían producir neutrinos
de alta energía.
Aún más emocionante fue que tales neutrinos nunca
antes se habían rastreado hasta su origen.
Encontrar la fuente cósmica de neutrinos de alta
energía por primera vez, anunciada el 12 de julio de 2018 por la National
Science Foundation, marca el comienzo de una nueva era de astronomía de neutrinos. Perseguidos desde 1976, cuando los
primeros físicos intentaron construir un detector
de neutrinos de alta energía a gran escala frente a la costa hawaiana ,
el descubrimiento de IceCube marca la conclusión triunfal de una larga y
difícil campaña de cientos de científicos e ingenieros, y simultáneamente el
nacimiento de una rama de astronomía completamente nueva.
La constelación de
Orión, con una diana en la ubicación del blazar. Silvia Bravo Gallart / Proyecto_WIPAC_Communications , CC BY-ND
La detección
de dos mensajeros astronómicos distintos (neutrinos y luz) es
una poderosa demostración de cómo la llamada astronomía multimessenger puede
proporcionar la influencia que necesitamos para identificar y comprender
algunos de los fenómenos más energéticos del universo. Desde su
descubrimiento como fuente de neutrinos hace menos de un año, el Blazar TXS
0506 + 056 ha sido objeto de un intenso escrutinio. Su flujo asociado de
neutrinos continúa proporcionando una visión profunda de los procesos físicos
en el trabajo cerca del agujero negro y su poderoso chorro de partículas y
radiación, transmitido casi directamente hacia la Tierra desde su ubicación
justo al lado de Orión.
Como tres científicos en un equipo global de
físicos y astrónomos involucrados en este notable descubrimiento, nos sentimos
atraídos por participar en este experimento por su gran audacia, por el desafío
físico y emocional de trabajar en turnos largos en un lugar brutalmente frío
mientras insertamos costosos, el equipo sensible en los agujeros perforó 1.5
millas de profundidad en el hielo y haciendo que todo funcione. Y, por
supuesto, por la emocionante oportunidad de ser las primeras personas en mirar
un nuevo tipo de telescopio y ver lo que revela sobre los cielos.
Un detector remoto y frío de
neutrinos
A una altitud que excede los 9,000 pies (2743
metros) y con temperaturas promedio en verano que rara vez alcanzan los
frígidos -30 grados Celsius, el Polo Sur puede no parecerle el lugar ideal para
hacer nada, además de alardear sobre visitar un lugar tan soleado y brillante
que necesita protección solar para tus narices. Por otro lado, una vez que
te das cuenta de que la altitud se debe a una gruesa capa de hielo ultrapuro
formado por varios cientos de miles de años de nieve prístina y que las bajas
temperaturas lo han mantenido todo muy bien congelado, entonces no te
sorprenderá que para el neutrino constructores de telescopios, las ventajas
científicas superan el entorno prohibitivo. El Polo Sur es ahora el hogar
del detector de neutrinos más grande del mundo, IceCube .
Marzo de 2015: el
laboratorio IceCube en la estación de South Pole de Amundsen-Scott, en la
Antártida, alberga las computadoras que recopilan datos brutos del
detector. Debido a las asignaciones de ancho de banda satelital, el primer
nivel de reconstrucción y filtrado de eventos ocurre casi en tiempo real en
este laboratorio. Erik Beiser, IceCube / NSF
Puede parecer extraño que necesitemos un detector
tan elaborado dado que alrededor de 100
mil millones de estas partículas fundamentales se desplazan a través de la uña
cada segundo y se deslizan sin esfuerzo por toda la Tierra sin interactuar
con un solo átomo terrestre.
De hecho, los neutrinos son las segundas partículas
más ubicuas, solo superadas por los fotones cósmicos del fondo de microondas
que quedaron del Big Bang. Comprenden una cuarta parte de las partículas
fundamentales conocidas. Sin embargo, debido a que apenas interactúan con
otras materias, son posiblemente las menos comprendidas.
Para atrapar un puñado de estas partículas elusivas
y descubrir sus fuentes, los físicos necesitan detectores de un gran kilómetro
de ancho hechos de un material ópticamente transparente, como el
hielo. Afortunadamente, la madre naturaleza nos proporcionó esta losa
prístina de hielo transparente donde pudimos construir nuestro detector.
El IceCube Neutrino Observatory
instrumenta un volumen de aproximadamente un kilómetro cúbico de hielo
antártico transparente con 5.160 módulos ópticos digitales (DOM) a
profundidades entre 1.450 y 2.450 metros. El observatorio incluye un
subdetector densamente instrumentado, DeepCore, y un conjunto de ducha de aire
de superficie, IceTop. Felipe Pedreros, IceCube / NSF
En el Polo Sur, varios cientos de científicos e
ingenieros han construido y desplegado más de 5.000 fotosensores individuales
en 86 agujeros separados de 1.5 millas (4.572 metros) de profundidad fundidos
en el casquete polar con un taladro de agua caliente diseñado a medida. En
el transcurso de siete temporadas de verano australes instalamos todos los
sensores. La matriz IceCube se instaló por completo a principios de 2011 y
ha estado tomando datos continuamente desde entonces.
Este conjunto de detectores unidos por hielo
puede detectar con gran precisión cuando un neutrino vuela e interactúa con
unas pocas partículas terrestres que generan patrones tenues de luz azul de
Cherenkov, emitidas cuando las partículas cargadas se mueven a través de un
medio como el hielo a una velocidad cercana a la de la luz.
La emisión de
Blazar llega a la Tierra: los rayos gamma (magenta), la forma más energética de
la luz, y las partículas elusivas llamadas neutrinos (grises) formadas en el
chorro de un núcleo galáctico activo muy, muy lejano. La radiación viajó
durante aproximadamente 4 mil millones de años antes de llegar a la Tierra. El
IceCube Neutrino Observatory en el Polo Sur detectó la llegada del neutrino
IC170922 a la Antártida el 22 de septiembre de 2017. Después de la interacción
con una molécula de hielo, una partícula secundaria de alta energía - un muón -
ingresa a IceCube, dejando un rastro de azul luz detrás de ella. Crédito:
Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA / CI Lab / Nicolle R. Fuller /
NSF / Ice Cube
Neutrinos del cosmos
El talón de Aquiles de los detectores de neutrinos
es que otras partículas, que se originan en la atmósfera cercana, también
pueden desencadenar estos patrones de luz azul de Cherenkov. Para eliminar
estas señales falsas, los detectores están enterrados profundamente en el hielo
para filtrar la interferencia antes de que pueda llegar al detector
sensible. Pero a pesar de estar a menos de una milla de hielo sólido,
IceCube todavía enfrenta una avalancha de aproximadamente 2,500 de tales
partículas por segundo, cada una de las cuales podría deberse a un neutrino.
Con la tasa esperada de interesantes interacciones
de neutrinos astrofísicos reales (como los neutrinos entrantes de un agujero
negro) que rondan alrededor de uno por mes, nos enfrentamos con un problema
desalentador como sería la búsqueda de una aguja en un pajar.
La estrategia de IceCube es mirar solo los eventos
con tanta energía que es muy poco probable que sean de origen
atmosférico. Con estos criterios de selección y varios años de datos,
IceCube descubrió los neutrinos astrofísicos que había estado buscando durante
mucho tiempo, pero no pudo identificar ninguna fuente individual, como núcleos
galácticos activos o estallidos de rayos gamma, entre las varias docenas de
neutrinos de alta energía que había capturado.
Para descubrir las fuentes reales, IceCube comenzó
a distribuir alertas de llegada de neutrinos en abril de 2016 con la ayuda de
la Red de
Observatorios Astrofísicos Multimessenger en Penn State.
En el transcurso de los próximos 16 meses, se
distribuyeron 11 alertas de neutrinos IceCube-AMON a través de AMON y la red de
coordenadas de rayos gamma, solo minutos o segundos después de ser detectados
en el Polo Sur.
El 22 de
septiembre de 2017, IceCube alertó a la comunidad internacional de
astronomía sobre la detección de un neutrino de alta energía. Alrededor de
20 observatorios en la Tierra y en el espacio realizaron observaciones de
seguimiento, lo que permitió la identificación de lo que los científicos consideran
una fuente de neutrinos de muy alta energía y, por lo tanto, de rayos
cósmicos. Además de los
neutrinos, las observaciones realizadas a través del espectro electromagnético
incluyeron rayos gamma, rayos X y radiación óptica y de radio. Estos
observatorios son administrados por equipos internacionales con un total de más
de 1,000 científicos apoyados por agencias de financiamiento en países de todo
el mundo. Nicolle R.
Fuller / NSF / IceCube
Swift fue la primera instalación que identificó el
blazar flamígero TXS 0506 + 056 como una posible fuente del evento de
neutrinos. El Telescopio de área grande de Fermi informó
que el Blazar estaba en un estado de llamarada y emitía muchos más rayos gamma
que en el pasado. A medida que se difundió la noticia, otros observatorios
se subieron al tren con entusiasmo y se produjo una amplia gama de
observaciones.
El telescopio terrestre MAGIC notó que nuestro
neutrino provenía de una región que producía rayos gamma de muy alta energía
(cada uno diez millones de veces más enérgico que un rayo X), la primera vez
que se ha observado tal coincidencia. Otras observaciones ópticas completaron
el rompecabezas midiendo la distancia al Blazar
TXS 0506 + 056: a unos cuatro mil millones de años luz de la Tierra.
Con la primera identificación de una fuente cósmica
de neutrinos de altas energía, ha surgido una nueva rama en el árbol de la astronomía. A
medida que la neutrino astronomía de
alta energía crece con más datos, una mejor coordinación entre interobservadores
y detectores más sensibles, podremos mapear el cielo de neutrinos con una
precisión cada vez mejor.
Y esperamos nuevos y emocionantes avances en
nuestra comprensión del universo para hacer lo mismo, tales como: resolver el
misterio centenario del origen de los rayos cósmicos increíblemente
energéticos; probar si el espaciotiempo en sí es espumoso, con
fluctuaciones cuánticas a escalas de distancia muy pequeñas, como lo predicen
ciertas teorías de la gravedad cuántica; y descubriendo exactamente cómo
los aceleradores cósmicos, como los que están alrededor del agujero negro TXS 0506 + 056, logran
acelerar las partículas a energías tan asombrosamente altas.
Durante 20 años, IceCube Collaboration tuvo el
sueño de identificar las fuentes de neutrinos cósmicos de alta energía, y este
sueño ahora es una realidad.
Este trabajo de Doug Cowen, Profesor
de Física y Astronomía y Astrofísica, de la Universidad Estatal de Pensilvania;
Azaden Keivani, Frontiers of Science Fellow, Columbia University y Derek Fox,
Profesor Asociado de Astronomía y Astrof{isica, Universidad Estatal de
Pensilvania, se encuentra en “The Conversation” bajo el título: “The IceCube observatory detects neutrino and discovers a blazar asits source”
Fuente: The Conversation – 12 de julio. 2018
Glosario
Blazar:Un blazar es una fuente
de energía muy compacta y altamente variable, asociada a un agujero negro
situado en el centro de una galaxia. Los blazares están entre
los fenómenos más violentos del universo y son un tema importante en la
astronomía extragaláctica. ... Los blazars no
constituyen un grupo homogéneo