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Revista de la Academia Mexicana de Ciencias abril-junio 2015 volumen 66 número 2

INMUNOLOGÍA Breve historia de la inmunología en México

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Luis A. Jiménez Zamudio

¿Qué es y cómo funciona el sistema inmune?

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Leticia Cedillo Barrón Moisés López González Benito Gutiérrez Castañeda

Las intrincadas redes de la inmunidad

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3

Jaime Urrutia Fucugauchi

Desde el Comité Editorial

Gustavo Pedraza-Alva Álvaro Torres-Huerta Yvonne Rosenstein

Vivir para contarlo. La memoria del sistema inmune

Mensaje del presidente de la AMC

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Miguel Pérez de la Mora

Presentación

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Inmunología Humberto Lanz Mendoza

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Vianney Ortiz Navarrete

¿Qué ocurre cuando el sistema inmune no funciona adecuadamente?

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Leopoldo Santos Argumedo

La inmunología y el desarrollo de armas contra viejos y nuevos enemigos

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Constantino López-Macías

Y Darwin tenía razón… La evolución del sistema inmunitario Humberto Lanz Mendoza Salvador Hernández Martínez

Comunicaciones libres Una alternativa limpia para la generación de energía eléctrica

La infertilidad y las anomalías genéticas también son cosa de hombres

60

68

Jesús Leyva Ramos Margarito Martínez Cruz

76

Francisco Contreras-Loya Guadalupe Hernández-Pacheco

Debate Réplica a “Comentarios al documento Endurecimiento del Hoy No Circula”

83

Héctor G. Riveros

Noticias y comentarios Noticias de la AMC

88

Política editorial

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Revista de la Academia Mexicana de Ciencias

Director fundador Ignacio Bolívar Urrutia (1850-1944) Director Miguel Pérez de la Mora

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Portada: Jupiter Images.

Comité editorial Raúl Ávila Beatriz Barba Ahuatzin Luis Benítez Bribiesca Ana Cecilia Noguez G. Raymundo Cea Deborah Dultzin Alfredo Feria Velasco Alonso Fernández Guasti Ronald Ferrera Alfonso N. García Aldrete Adolfo Guzmán Juan Pedro Laclette San Román Román Piña Chan † Carlos Prieto de Castro Sergio Sánchez Esquivel Alicia Ziccardi Coordinadora editorial Martha Lorena Soria Licona

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Editora Rosanela Álvarez Revisor de estilo Estrella Burgos Ruiz Diseño y formación Quinta del Agua Ediciones, S.A. de C.V. Ilustradores Ana Viniegra, pp. 18, 26, 37, 39, 51, 57, 60, 63, 76, 79, 80 Enrique Martínez de la Rosa, pp. 11, 15, 30, 47, 68, 73 Preprensa e impresión Tipos Futura, S.A. de C.V.

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Academia Mexicana de Ciencias Casa Tlalpan, km 23.5 de la Carretera Federal México-Cuernavaca Col. San Andrés Totoltepec, México 14400, D.F. tel.: 5849 4903, fax: 5849 5108 www.revistaciencia.amc.edu.mx

, pu­blicación tri­mes­tral de la Aca­de­mia Me­xi­ca­na de Cien­c ias, A. C. El con­t e­n i­d o de los ar­t í­c u­los es res­p on­s a­bi­li­d ad ex­c lu­s i­v a de los au­t o­r es y no re­fle­ja de mane­ ra al­g u­na el pun­t o de vis­ta de la Aca­de­mia Me­xi­ca­na de Cien­cias. Que­d a pro­h i­bi­d a la re­p ro­d uc­c ión to­t al o par­c ial del con­t e­n i­d o por cual­quier me­d io sin la au­to­ri­z a­ción ex­p re­sa de la Aca­d e­mia Me­xi­ca­na de Cien­cias. Cer­ti­fi­ca­do de Re­ser­va de De­r e­c hos al uso ex­c lu­s i­v o del tí­t u­lo 04-2001-072510183000-102 ex­p e­d i­d o el 25 de julio de 2001 por el Ins­t i­t u­t o Na­c io­nal del De­re­cho de Au­tor de la Se­cre­ta­ría de Edu­ca­c ión Pú­bli­c a. Cer­t i­f i­c a­d o de Li­c i­t ud de Tí­t u­lo 9971 y Cer­t i­f i­c a­d o de Li­c i­t ud de Con­t e­n ido 6971 ex­pe­di­dos por la Co­mi­sión Ca­li­f i­ca­do­ra de Pu­bli­ca­cio­nes de Re­vis­tas Ilus­tra­das de la Se­c re­t a­r ía de Go­ber­n a­c ión. ISSN 1405-6550. Formación: Quinta del Agua Ediciones, S.A. de C.V., tel.: 55 75 58 46. Impresión: Tipos Futura, S. A. de C. V., Yucatán 9-B, Col. Héroes de Padierna, Mé­xi­c o, D. F., 10700. Tel.: 55 68 50 65. Ti­r a­je 7 500 ejem­p la­res. Co­rres­pon­ den­c ia: Aca­d emia Me­xi­ca­na de Cien­cias, A. C., atención: Re­vis­ta Cien­c ia, Casa Tlalpan, km 23.5 de la Carretera Federal México-Cuernavaca, Col. San Andrés Totoltepec, México 14400, D. F., tel.: 58 49 49 03, fax: 58 49 51 08, rcien­cia­@ u­n am.mx, http://www.amc.mx.


Mensaje del presidente de la AMC nnnnnnn

2 015, Año D u al R ei n o Un i do - M éx i c o

E

l año 2015 es el Año Dual Reino Unido-México, cuyo objetivo es fortalecer las relaciones en diferentes áreas de interés mutuo. Son muchas y variadas las actividades que se enmarcan en esta celebración entre las dos naciones, mismas que han mantenido una relación bilateral permanente y exitosa. Entre las diferentes actividades destacan en el ámbito académico los programas de colaboración, intercambio académico y movilidad, vinculación academia-industria y de proyectos de investigación. La Academia Mexicana de Ciencias (amc) a lo largo de los años ha mantenido una fructífera colaboración con las academias del Reino Unido apoyando programas y actividades entre investigadores británicos y mexicanos. Uno de los primeros convenios internacionales de la amc, que resultó en el programa de intercambio académico, fue con la Royal Society. La Royal Society of London es una de las academias de ciencias más antiguas del mundo. Creada en 1660, cuenta con un importante legado de contribuciones al desarrollo de la ciencia y un gran liderazgo internacional. Desde sus inicios, la Royal Society se dedicó a difundir los resultados de investigaciones y actividades académicas, al crear los Philosophical Transactions. Éstos en 2015 celebran sus primeros 350 años, constituyendo la publicación periódica de mayor antigüedad y pionera de modelos de publicación y políticas editoriales. La Royal Society of London ha sido parte de la historia de la ciencia mundial y ha contribuido a su desarrollo durante más de tres siglos. El programa de intercambio amc-Royal Society, iniciado en 1967, apoyó estancias de colaboración de investigadores mexicanos con grupos de investigación en el Reino Unido y, de igual manera, de investigadores británicos que realizaron estancias de investigación en México. Este programa se mantuvo a lo largo de 40 años, logrando un total de 218 visitas de investigadores mexicanos al Reino Unido y 116 de investigadores británicos a México. El Año Dual ha permitido reiniciar y ampliar la colaboración y el intercambio de investigadores entre ambos países de una manera novedosa, pues además de retomar los programas de intercambio con la Royal Society, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), conjuntamente con la amc, firmaron en noviembre de 2014 un convenio de colaboración con las Academias del Reino Unido: la British Academy,

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Mensaje de la

amc

la Academy of Medical Sciences, la Royal Academy of Engineering y la Royal Society of London. El Reino Unido apoyará estos intercambios a través del Newton Fund (Fondo Newton) que opera el Departamento de Negocios, Innovación y Habilidades y que ha destinado apoyos para trabajar conjuntamente en programas bilaterales y multilaterales enfocados a la educación, la investigación, la innovación y el desarrollo tecnológico. A su vez México, a través del Conacyt, empata lo aportado por el Newton Fund. En el caso del Reino Unido, las Academias mencionadas ofrecen las Newton International Fellowships y las Newton Advanced Fellowships a la comunidad científica mexicana en las áreas de ciencias naturales, medicina, ingeniería y ciencias sociales y humanidades. En el caso de México, se ofrecen tres modalidades a los investigadores británicos: Estancias Posdoctorales Conacyt, Estancias Avanzadas de Investigación Conacyt y Estancias Cortas de Investigación amc. La información completa puede consultarse en: http:// www.amc.edu.mx/amc/uk/Call_Mobility_Grants_ amc.pdf En febrero de 2015, la Academia Mexicana de Ciencias y el British Council firmaron en la Ciudad de México un convenio de colaboración en las áreas de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (stem, por sus siglas en inglés), con el cual se busca compartir mejores prácticas entre los dos países en la enseñanza y comunicación de la ciencia en escuelas primarias.

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Entre las acciones a desarrollar entre el Consejo Británico y la amc destacan la promoción para la movilidad de profesores, investigadores y estudiantes; la realización de talleres, conferencias y seminarios enfocados en las áreas de cooperación; y el intercambio de documentación científica y tecnológica. Es importante mencionar que en el marco del convenio y con el apoyo del Newton Fund, el British Council en Reino Unido evaluará el programa de la amc “La Ciencia en tu Escuela”, que a 12 años de su creación ha capacitado a 7 470 profesores de 2 136 escuelas públicas; además, más de 600 estudiantes de licenciatura han realizado su servicio social en este programa. Será un ejercicio inédito de evaluación, dado su carácter internacional. Los convenios entre las academias del Reino Unido, el Conacyt y la amc, dentro de las actividades del Año Dual del Reino Unido-México, ofrecen oportunidades únicas y proyectos de colaboración extraordinarios en educación, ciencia, tecnología e innovación entre las instituciones británicas y mexicanas. Estos convenios de colaboración están en una primera etapa pactados a tres años, por lo que sus acciones y contribuciones perdurarán más allá de 2015. Jaime Urrutia Fucugauchi Presidente


Desde el Comité Editorial nnnnnnn

Q

ueridos amigos, en el Comité Editorial estamos de plácemes y manteles largos. La razón es que el 1º de marzo de 1940, hace exactamente 75 años, salió a la luz el primer número de Ciencia. El Comité Editorial, encabezado por quien esto escribe, aprovecha la ocasión para rendir un sentido homenaje a la memoria de don José Bolívar Urrutia, fundador y primer director de nuestra revista. Ciencia nace como uno de los tantos productos de la fecunda influencia que para México representó la llegada de exiliados españoles, que huían de su país en aquel momento en llamas, y de su interacción con mexicanos deseosos de entablar relaciones académicas con ellos. Vaya también nuestro agradecimiento para todos aquellos entusiastas españoles y mexicanos, colaboradores y amigos de don José Bolívar Urrutia que, junto con él, hicieron posible no sólo la aparición de Ciencia, sino también su consolidación como una gran revista mexicana. Felicitamos asimismo a todos aquellos expresidentes de la Academia Mexicana de Ciencias que con sentido visionario le dieron a Ciencia, en momentos difíciles, un lugar dentro de la academia, haciendo posible que en la actualidad esta publicación sea, estrictamente hablando, la revista científica más antigua de nuestro país. Por otro lado, qué maravilloso es sentir cómo en este momento la vida bulle a nuestro alrededor; disfrutar del espectáculo que nos ofrecen cientos de flores de color lila caídas al piso desde sus jacarandas, de los cánticos de una multitud de pájaros cubiertos de excepcionales plumas, o de la afluencia de jovencitas y no tan jovencitas engalanadas con sus atractivos ves-

tidos multicolores. El invierno ya pasó, pero a muchos ha dejado el triste recuerdo de algún molesto trastorno respiratorio. La primavera ha llegado y, aunque muchos la disfrutarán enormemente a solas, otros lo tendremos que hacer, por desgracia, acompañados de algún virus, bacteria o polen causantes de algún tipo de enfermedad ya sea alérgica o infecciosa. En vista de lo anterior, consideramos que éste es un gran momento, queridos lectores, para ofrecerles a manera de festín conmemorativo una sección temática esplendida que versa sobre la inmunología. Se trata de la ciencia que, de acuerdo con Humberto Lanz Mendoza, editor huésped de esta sección, se ocupa de los mecanismos y participantes en el reconocimiento de todo aquello que es propio de nuestro organismo, así como de la identificación y el combate de agentes externos que al ingresar a nuestro cuerpo nos producen alergias e infecciones. Aparte de pasar revista a la pléyade de brillantes inmunólogos que han contribuido al desarrollo de esta disciplina en México, los expertos a quien Humberto Lanz Mendoza ha convocado para escribir en este número de Ciencia nos instruyen sobre qué es el sistema inmune y los numerosos aspectos que le atañen, así como la razón por la cual adquirimos alergias o padecemos enfermedades autoinmunes. Además de esta espléndida sección temática, los invitamos a consultar y leer lo que Ciencia les ofrece en sus otras secciones, en donde seguramente encontrarán algún aspecto novedoso y de gran interés. Miguel Pérez de la Mora Director

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Humberto Lanz Mendoza, editor huésped nnnnnnn

Presentación

Inmunología

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• Presentación

L

a inmunología es una rama de las ciencias biológicas que se ocupa del estudio del conjunto de órganos, tejidos, células y moléculas que tienen como función reconocer elementos extraños o ajenos a nuestro cuerpo y defenderlo de infecciones. La inmunología es una ciencia en constante cambio y tiene aplicaciones en numerosos aspectos de nuestras vidas. En los medios de comunicación es frecuente escuchar de logros con nuevas vacunas o sobre el desarrollo de nuevas estrategias para combatir enfermedades o infecciones parasitarias, y es habitual pensar que muchos de estos descubrimientos se han hecho en países desarrollados. Sin embargo, México tiene una larga tradición en la investigación científica en inmunología. En la sección temática de este número se presentan diversos artículos de investigadores mexicanos que han realizado importantes aportaciones en esta disciplina. El primer artículo nos brinda un interesante viaje por la historia de la inmunología en México y cómo se formaron nuestros primeros inmunólogos. El artículo “¿Qué es y cómo funciona el sistema inmune?” nos explica las características del sistema inmunitario y sus principales actores, así como algunos de sus mecanismos efectores más importantes. Para el funcionamiento adecuado de la respuesta inmune se requiere que todos los actores estén coordinados; los autores del artículo “Las intrincadas redes de la inmunidad” nos explican cómo se comunica el sistema inmunitario y las estrategias que emplean las células para compartir o enviar información y producir una respuesta adecuada que elimine al agente agresor o extraño. Una de las principales características de la respuesta inmune que presentamos los vertebrados es la llamada memoria inmunológica; esto es, la capacidad de recordar al agente

extraño con el que hemos estado en contacto. En el artículo “Vivir para contarlo. La memoria del sistema inmune”, el autor nos explica los principales mecanismos que permiten el establecimiento de esta extraordinaria capacidad para recordar, y que además es el fundamento de la vacunación. Pero ¿qué ocurre cuando el sistema inmunitario no funciona adecuadamente? En el artículo del mismo nombre, el autor nos muestra dos ejemplos muy interesantes que se refieren al daño que el sistema inmunológico causa a las células y a los tejidos propios, y a la importancia de entender los mecanismos que desencadenan las alergias y la autoinmunidad. El futuro de la inmunología es muy interesante y prometedor; muchos de los avances de la medicina están íntimamente relacionados con esta disciplina. En el artículo “La inmunología y el desarrollo de armas contra viejos y nuevos enemigos” el autor nos explica las nuevas estrategias que se están desarrollando para combatir diversas enfermedades, a través de la regulación de la respuesta inmunitaria. Muchas de las observaciones sobre el sistema inmunitario se han realizado a partir de una mirada antropocéntrica, por ello es necesario abrir nuestro panorama y tratar de entender el sistema inmunitario desde una perspectiva evolutiva. En el último artículo de la sección temática de esta edición de Ciencia, los autores indican los principales pasos en la evolución de la inmunidad y usan a los insectos como ejemplo de muchos aspectos conservados de la respuesta inmunitaria. Ofrecemos estos artículos al público con el propósito de que la información que proporcionamos sea de su interés, despierte su curiosidad y los acerque a la inmunología, una de las disciplinas científicas más extraordinarias de la biología.

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Luis A. Jiménez Zamudio nnnnnnn

Breve historia de la

inmunología en México

Se d i c e q u e a lr e d e d o r d e l a ñ o 1 7 8 0 e l m é d i c o Jo se p h F l o r e s p r a c t i c a b a la v a r i o la c i ó n e n Ch i a p a s y e n G u a t e m a l a . E st e p r o c e d i m i e n t o , q u e P a s t e u r lla m ó p o s t e r i o r m e n t e “v a c u n a c i ó n ”, f u e t r a í d o a M é x i c o p o r l a c é le b r e e x p e d i c i ó n d e l d o c t o r F r a n c i sc o Ja v i e r B a l m i s, q u i e n m a n t u v o la v a c u na c o nt r a la v i r u e l a t r a n sf i r i é n d o l a d e u n n i ñ o a o t r o , d u r a n t e s u v i a je a la N u e v a E s p a ñ a e n 1 8 03 . É st o s so n l o s i n i c i o s d e l a i n v e st i g a c i ó n e n i nmu no lo g ía e n n u e st r o p a í s y d e su p r á c t i c a c l í n i c a . H o y c o nt a mo s c o n nu me r o s o s g r u p o s d e i n v e st i g a d o r e s, c o n d o c e n t e s y c o n mé d i c o s e n e s t a á r e a .

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“S

i ya le dio, no le vuelve a dar”. Este dicho popular refleja el amplio reconocimiento de la manifestación más evidente de la respuesta inmunológica: la protección que generan ciertas enfermedades, lo que impide sufrirlas nuevamente. Esta protección es característica de algunas infecciones virales típicas y no graves de la niñez, como la varicela, el sarampión y la parotiditis; también de la viruela, que aunque ya está erradicada, fue uno de los problemas de salud más graves a lo largo de la historia de la humanidad, debido a su alta incidencia y elevada mortalidad, y a las secuelas, que pueden ir desde cicatrices que deterioran físicamente a la persona, hasta lesiones causantes de invalidez, como la ceguera. La importancia de la viruela y la observación de la protección permanente contra la enfermedad que muestran los sobrevivientes la hicieron el blanco de los primeros intentos de inducir esa protección mediante algún procedimiento artificial. El procedimiento original, al cual se llama “variolación”, consistía en inocular el material obtenido de las lesiones de los enfermos. Este procedimiento, aunque peligroso, resultó en una notable disminución en la incidencia de la infección en las regiones donde se practicaba: China, India y, ya en el siglo xvii, en los países del cercano Oriente; de ahí pasó a Inglaterra, donde alcanzó cierta popularidad durante el siglo xviii. En ese mismo siglo comienza la historia de la inmunología en México. Hay menciones, aunque muy contradictorias, del trabajo del médico Joseph Flores, quien alrededor de 1780 practicaba la variolación en Chiapas y en Guatemala.


Inmunología

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Edward Jenner. Grabado incluido en la traducción por Balmis del tratado de Moreau de la Sarthe (Tratado histórico y práctico de la vacuna…, Madrid, Imprenta Real, 1803). Tomado de <http://hicido.uv.es/Expo_ medicina/Ilustracion/vacuna.html>.

A fines del siglo xviii se logra el avance definitivo en la protección contra la viruela. En 1799, Edward Jenner publica los resultados de la aplicación del material obtenido de enfermos de una infección leve que adquirían al manejar ganado vacuno, con lo cual induce una protección total a la viruela. El procedimiento, al cual Pasteur llamó posteriormente “vacunación”, fue traído a México por la célebre expedición del doctor Francisco Javier Balmis, quien mantuvo la vacuna transfiriéndola de un niño a otro, durante su viaje a la Nueva España en 1803. Después de aplicarla en nuestro país partió a las Filipinas con varios niños mexicanos para su conservación. El siguiente avance en el campo de la vacunación ocurrió cuando en 1880, Pasteur encontró que una bacteria atenuada inducía protección contra la bacteria virulenta. Pudo también inducir protección contra el efecto letal de toxinas, y obtuvo una vacuna contra la rabia, aún sin conocer al agente causal. Así, Pasteur sentó las bases para la preparación de vacunas y dio inicio a la investigación en un área que finalmente se establecería como una nueva disciplina independiente: la inmunología. Como en los casos anteriores, México incorporó rápidamente los nuevos conocimientos al combate de enfermedades infecciosas. En 1888, el doctor Eduardo Liceaga trajo a nuestro país la vacuna antirrábica, que se aplica desde entonces.

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Precursores de la inmunología en México Entre quienes en alguna forma contribuyeron al establecimiento de la inmunología en México destacan tres nombres: Eduardo Liceaga, Maximiliano Ruiz Castañeda y Mario Salazar Mallén. En 1887 el doctor Eduardo Liceaga visitó el Instituto Pasteur, aún no inaugurado pero ya funcional, y recibió el cerebro de un conejo infectado con rabia, a partir del cual desarrolló en México la vacuna antirrábica, que se empezó a aplicar en abril de 1888. La necesidad de ampliar y diversificar la producción de biológicos llevó a la creación, en 1895, de la Sección de Bacteriología del Instituto Patológico Nacional y en 1905 al Instituto Bacteriológico Nacional, la cual dio lugar al Instituto de Higiene en 1921, a la Gerencia General de Biológicos y Reactivos en 1981, y finalmente a Birmex, en 1999. Entre sus múltiples actividades, el doctor Liceaga fundó en 1905 el Hospital General de México, que ahora lleva su nombre. Al terminar sus estudios en medicina, el doctor Maximiliano Ruiz Castañeda realizó una estancia en el Instituto Pasteur, en 1924, y posteriormente otra en la Universidad de Harvard, donde colaboró con Hans Zinsser en la elaboración de una vacuna contra el tifo. A su regreso a México, montó el Laboratorio Experimental de Inmunología en el Hospital General. Perfec-

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Eduardo Liceaga. Tomado de <http://commons.wikimedia.org/wiki/ Category:Physicians_from_Mexico>.


• Breve historia de la inmunología en México

cionó la vacuna, que conocida como “vacuna antitífica Castañeda” se usó durante la Segunda Guerra Mundial. Durante su extensa carrera científica (murió en 1992), desarrolló numerosas pruebas serológicas e inició la obtención de antígenos a partir de la orina, con los cuales diseñó procedimientos terapéuticos. Creó el Instituto Maximiliano Ruiz Castañeda, que continúa aplicando las terapias por él diseñadas. Quien dio posiblemente el impulso definitivo a la inmunología en México fue el doctor Mario Salazar Mallén. A los 22 años, una vez culminada su carrera de medicina, hizo la especialidad en alergias en Nueva York y, a su regreso, en 1938, fundó el primer Servicio de Alergia en México, en el Hospital General, del cual fue jefe durante 27 años. El Servicio de Alergia fue el semillero de las primeras generaciones de grandes alergólogos, quienes crearon en 1946 la Sociedad Mexicana de Alergistas, y en 1953 la revista Alergia, de la que el doctor Salazar Mallén fue el primer director. Alergia se ha publicado en forma ininterrumpida hasta la fecha. El doctor Salazar Mallén contribuyó además al inicio de la investigación experimental en otras áreas de la inmunología. Dirigió el Laboratorio de Investigaciones Inmunológicas de la Secretaría de Salubridad y Asistencia, en el cual se formaron algunos inmunólogos destacados como Clara Gorodezky, Alejandro Escobar Gutiérrez, Ma. Eugenia Amezcua, Salomón Calderón Manes (mi maestro de inmunología en 1960), y por donde pasaron, al inicio de sus carreras científicas o clínicas, muchos personajes, entre ellos: Emilio García Procel, Sergio Estrada Parra, Librado Ortiz Ortiz y Alberto Monteverde. No obstante los numerosos cambios que finalmente resultaron en la creación del Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos, el indre, Alejandro Escobar y Clara Gorodezky han continuado lo que el laboratorio inició hace más de 50 años, formando grupos muy activos; Alejandro con la inmunología y epidemiología de agentes infecciosos, y Clara con un grupo de trabajo en el área de sistemas de histocompatibilidad que ha alcanzado un gran reconocimiento internacional. Muy importante en la cimentación de la inmunología (¡y de la investigación biomédica!) fue la legendaria Unidad de Patología, que funcionó en el Hospital General hasta 1963. Bajo la dirección de Ruy Pérez Ta-

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Ruy Pérez Tamayo.

mayo, ésta fue clave en la formación de algunos de los investigadores que más contribuyeron al crecimiento de la inmunología, y de otros, como Felipe Bojalil, que sin ser ésta la especialidad de su interés central también la apoyaron. El doctor Michael Heidelberger fue, sin duda alguna, el más destacado investigador en el área de la inmunología, especialmente en la inmunoquímica, durante la primera mitad del siglo xx, y tuvo un papel principal en el desarrollo de la inmunología en México. Con él se formaron dos de las principales figuras del inicio de la inmunología mexicana, y ya no con él, pero como parte de su herencia, algunos más. Bajo su tutela estuvo Félix Córdoba, de 1954 a 1958, en Massachusetts y en Nueva York, y dirigió la tesis doctoral de Sergio Estrada Parra (el último de sus alumnos) en la Universidad de Rutgers, en Nueva Jersey, la cual abrió las puertas para los estudios de doctorado de Librado Ortiz Ortiz y del mío, entre 1965 y 1969. Al regreso de Sergio Estrada, en 1963, se integró un pequeño grupo al que se conoció como el “Club de inmunólogos”. Los miembros eran Félix Córdoba, Sergio Estrada, Ruy Pérez Tamayo, Carlos Biro (quien había trabajado con el célebre Müller-Eberhard) y Jesús Kumate Rodríguez. El doctor Kumate, hombre univer-

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Inmunología

sal, con una increíble cultura científica y humanística que abarca desde la pediatría, la infectología y la inmunología, hasta la literatura y la historia, asumió en forma natural el liderazgo moral del grupo y de la inmunología en México. Las reuniones del club tuvieron como sede el Hospital Infantil, con el doctor Kumate como anfitrión, y fueron creciendo, nutridas por varias fuentes. Se incorporaron los que en México estaban ya activos en algún área inmunológica, como Juan Garza, Camila y Antonio Morilla, quienes iniciaban la inmunología veterinaria; Elisa Quintanar, Héctor Rodríguez Moyado y Mario Gutiérrez, interesados en inmunohematología; Martha Céspedes, en cáncer, etc. Otra fuente fue el regreso al país de los que habían hecho estudios o estancias en el extranjero: Librado Ortiz, después de realizar una estancia postdoctoral en los Argonne National Laboratories, en Chicago; Carlos Larralde, al término de una estancia en la Universidad de Washington; Roberto Kretschmer, de regreso de Tubingen, y yo, que tuve la fortuna de estudiar con Werner Braun en Rutgers y de hacer una estancia posdoctoral con Barry Bloom en el Albert Einstein College of Medicine, en Nueva York. También en la Universidad de Rutgers hizo sus estudios de doctorado Ethel García Latorre, quien no regresó a su natal Puerto Rico, pues su matrimonio con un mexicano la desvió a nuestro país y la agregó al club y a otras actividades en el área de la inmunología. Llegó el momento en que el número de asistentes a las reuniones del club era tan grande que se empezó a considerar su formalización; finalmente, en 1976 se creó la Sociedad Mexicana de Inmunología, con la mayoría de los integrantes del club como miembros fundadores y con Sergio Estrada como el primer presidente. En ese año la Sociedad celebró el Primer Congreso Nacional de Inmunología, que se ha seguido realizando en forma ininterrumpida hasta la fecha. El más reciente tuvo lugar en Querétaro, en mayo de 2014. El regreso de Sergio Estrada Parra tuvo otras repercusiones importantes en los ámbitos científico y académico. En 1934 se había creado la Escuela de Bacteriología como parte de la Universidad Gabino Barreda. Al establecerse el Instituto Politécnico Nacional, en 1936, no sólo se crearon nuevas escuelas, sino que se integraron a éste algunas ya existentes, como la Es-

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cuela de Comercio y Administración, la de Ingenieros Mecánicos y Electricistas, la de Constructores, y la recientemente inaugurada de Bacteriología. En esta última había la carrera de químico bacteriólogo y parasitólogo, enfocada principalmente en el estudio de agentes infecciosos, y en su plan de estudios se introdujo, en 1948, el curso anual de inmunología. Obviamente, el Departamento de Microbiología era uno de los más importantes. Al incorporarse a éste en 1963, Estrada Parra creó el Laboratorio de Inmunología, que en 1966 se convirtió en Departamento de Inmunología. En ese momento el interés en esta nueva disciplina había aumentado tanto que se decidió organizar un programa específico de posgrado. Después de que la comunidad de inmunólogos discutiera ampliamente las opciones existentes, se decidió por común acuerdo ubicar el programa en la Sección de Graduados de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Politécnico, que había entrado en funciones en 1961 y contaba con una estructura favorable. El programa de maestría y doctorado en inmunología se inició en 1967, con dos alumnos: Renato Berrón Pérez y Óscar Rojas Espinosa. Los profesores eran Sergio Estrada, Jesús Kumate y Carlos Biro. En 1967 se incoporó al cuerpo docente Ethel García Latorre, y yo lo hice en 1971. Se contó con la colaboración de Ruy Pérez Tamayo, Roberto Kretschmer, Librado Ortiz, Donato Alarcón Segovia, Emilio García Procel y, por unos años, Mario Salazar Mallén. Algunos de los profesores del posgrado no contaban con un documento que reconociera oficialmente

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Sergio Estrada Parra. Tomado de <http://www.factordetransferenciaipn.com.mx/historia.htm>. Foto: Francisco Olvera.


• Breve historia de la inmunología en México

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Jesús Kumate Rodríguez. Foto:

amc .

su calidad académica, aunque de hecho la demostraran ampliamente. Por ello, al mismo tiempo que seguían con sus actividades docentes, se inscribieron como alumnos, tomaron los cursos necesarios y realizaron el trabajo de investigación que les permitió obtener los grados, de maestría en inmunología a Pérez Tamayo y de doctorado a Carlos Biro, y a Jesús Kumate y a Félix Córdoba en bioquímica. Esto creó un serio problema para los estudiantes nuevos. Los profesores-estudiantes, para mantenerse por encima de cualquier posible sospecha, se fijaron estándares de calidad tan elevados que resultaban difíciles de alcanzar para un estudiante que apenas iniciaba su carrera. Sin embargo, los jóvenes se esforzaron para hacer frente al reto y el programa comenzó a producir maestros como Renato Berrón, Luis Terán, Rafael Santana Mondragón, Fausto Quesada Pascual, Elia Alicia Moreno Burciaga y Martha Céspedes, quienes no continuaron sus estudios porque fueron absorbidos por diversas actividades (docentes, castrenses, académico-administrativas) o debido a que después de haber obtenido el grado de maestro en la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas (encb) continuaron sus estudios de doctorado en alguna otra institución. Y desde luego, hubo un gran

número de doctores, muchos de los cuales se mencionarán más adelante. Los profesores que iniciamos el posgrado –Sergio Estrada, Ethel García Latorre y yo– formamos grupos de investigación que continúan hasta hoy. Además, algunos egresados de las primeras generaciones permanecieron en la encb, donde integraron grupos que han alcanzado amplio reconocimiento, como Luis Fabila, Óscar Rojas, Iris Estrada García, Ma. Eugenia Castro Mussot, Rubén López Santiago, Dulce María Martínez, Rosario Chapa Ruiz, Francisco Javier Sánchez García, Rosario Salinas Tobón y Julieta Luna Herrera. Otros egresados se incorporaron a diversas instituciones: Ana Flisser, Mario Salinas Carmona, Armando Isibasi Araujo, Reyes Tamés Guerra, Cristina Rodríguez Padilla y muchos más, algunos de los cuales se mencionarán más adelante. Un aspecto interesante del posgrado en inmunología del Politécnico es que durante el tiempo que tardó en estructurarse el posgrado de la Universidad Nacional Autónoma de México, la unam, muchos de los que se encargarían de desarrollarlo acudieron a los cursos que se impartían en la encb. Hasta 1960, la investigación (y las principales aplicaciones) en inmunología había sido en las vertientes de la vacunación, la inmunoquímica y la serología. Apenas en 1955 se identificó al linfocito como la célula central en la respuesta inmunitaria y sólo a partir de

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Respuesta inmune.

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Inmunología

1957, con la teoría de la selección clonal propuesta por Burnet, se tuvo un marco teórico de carácter biológico que sirvió de referencia para la investigación en el área. El inicio de la inmunología en México coincidió con el nacimiento de la inmunobiología, es decir, con la búsqueda de los mecanismos fisiológicos determinantes de la función inmunitaria. Esta nueva filosofía se reflejó en los nuevos programas, en la formación de los alumnos de posgrado y, como consecuencia lógica, la mayor parte del trabajo de la creciente comunidad mexicana de inmunólogos se orientó en esta nueva dirección. Mientras tanto, la inmunología se había fortalecido en la Universidad Nacional Autónoma de México, principalmente en el Instituto de Investigaciones Biomédicas, con la participación de Carlos Larralde, Roberto Kretschmer, Kaethe Willms y Librado Ortiz, y de algún egresado del programa de la encb, como Celso Ramos, y en la Facultad de Medicina, con Félix Córdoba, Irmgard Montfort y Ruy Pérez Tamayo. En el Instituto de Investigaciones Biomédicas se creó el programa de Posgrado en Inmunología, impulsado por Larralde, Krestchmer, Ortiz y Willms. Entre los primeros egresados se cuentan Ruy Pérez Montfort, Juan Pedro Laclette, Edmundo Lamoyi, Édgar Zenteno, Ricardo Lascuráin, Juanita del Bosque y Cecilia Ximénez. En las Facultades de Estudios Superiores (fes) de la unam surgieron también grupos dedicados a la inmunología; en la fes-Cuautitlán, con Marco Vega, y en la fes-Zaragoza, con Tamés Guerra, Rubén Marroquín y Martha Legorreta. El doctor Kumate ha ocupado siempre un papel fundamental en la inmunología mexicana. Lo vimos ya como el motor del club de inmunólogos, y en la creación del primer Posgrado en Inmunología, el de la encb, donde participaba en varias materias y donde diseñó e impartió el primer curso de inmunología clínica, que siguió impartiendo hasta que otras responsabilidades se lo impidieron. Su asombroso espectro de conocimientos, su rigor científico y su profundo sentido crítico lo hicieron una figura central en las discusiones que surgían en el club, en los seminarios que formaron parte de los primeros programas de posgrado y en los congresos, en los que nunca faltaba. Fundó en el Centro Médico Nacional Siglo xxi el Laboratorio de Inmunoquímica, que ha sido una fuente constante de nuevos

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inmunólogos que realizaron ahí sus tesis de maestría y doctorado, provenientes tanto del Politécnico como de la unam. Uno de sus primeros colaboradores, Armando Isibasi Araujo, asumió posteriormente el liderazgo de ese grupo y lo mantiene hasta hoy. Sin abandonar sus actividades de investigación y docencia, el doctor Kumate ocupó diversos puestos, como la dirección del Hospital Infantil y la coordinación de los Institutos Nacionales de Salud, hasta llegar al de secretario de Salud, desde donde intensificó las campañas de vacunación, especialmente contra la poliomielitis, con lo cual logró prácticamente su desaparición. Al término de su periodo en la Secretaría regresó a su laboratorio, donde además de las diversas líneas de investigación en inmunología, ha desarrollado un intenso programa de investigación en diabetes. Y todo sin dejar de participar en varias actividades, como las que realizó para la Organización Mundial de la Salud (oms) y la Fundación Gonzalo Río Arronte, y la elaboración de más de 20 libros de ciencia, medicina e historia. Entre sus colaboradores en diferentes momentos se cuentan Vianney Ortiz, José Moreno, César González Bonilla, Constantino III López Macías, Jorge Paniagua, Rossana Pelayo, Lourdes Arriaga y muchos otros. Cuando la Universidad Autónoma Metropolitana (uam) fue creada, se inició la investigación inmunológica con Luis Felipe Bojalil, Rubén del Muro, Laura Castrillón, y el apoyo de Librado Ortiz. En el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional, aunque no hay un departamento específico, la inmunología se encuentra presente en muchas áreas. Al inicio, estuvo a cargo de Adolfo Martínez Palomo, Víctor Tsusumi, Mineko Shibayama y Jesús Calderón; la continuó Guadalupe Ortega; y actualmente, Leticia Cedillo, Leopoldo Santos, Leopoldo Flores y Vianney Ortiz, quienes además de haber formado fuertes grupos de investigación, se han hecho cargo del programa de biomedicina molecular, que habían iniciado Esther Orozco, Patricio Gariglio y Rubén López Revilla. En el Instituto Nacional de Nutrición hay una fuerte investigación en inmunología, desarrollada tiempo atrás por Donato Alarcón Segovia, experto con gran reconocimiento internacional en el área de la reumatología y las enfermedades autoinmunes. Sus estudian-


• Breve historia de la inmunología en México

tes iniciaron a su vez grupos de gran productividad, como Roberto González Amaro en San Luis Potosí y Alejandro Ruiz Argüelles en Puebla. El Instituto Nacional de Pediatría fue de los primeros en ver resultados tempranos del renovado interés en la inmunología y su aplicación a la clínica. El primer alumno del posgrado en Inmunología de la encb, Renato Berrón, fundó en el Instituto el primer Servicio de Inmunología del país, con la colaboración de Rafael Santana (de la segunda generación egresada del Politécnico). Por primera vez en un hospital hubo un servicio específico para atender padecimientos que hasta entonces se derivaban a otras especialidades, como las inmunodeficiencias y las enfermedades autoinmunes. En este servicio afinaron sus habilidades médicos que cursaron la maestría en inmunología en la encb, como Jorge López López y Édgar Cervantes Trujano. Hoy, las líneas iniciadas por Berrón y Santana mantienen el impulso inicial, con Francisco Espinosa Rosales, Sara Espinosa Padilla y Laura Berrón. En el Instituto Nacional de Neurología el impulso inicial para la investigación en inmunología lo dio Julio Sotelo; continuaron esta labor Lucinda Aguirre Cruz y Citlaltépetl Salinas Lara. En el Instituto Nacional de Perinatología ha alcanzado un gran desarrollo la inmunología perinanatal, iniciada por Felipe Vadillo Ortega, quien con César Hernández Guerrero ha formado investigadores como Jennifer Mier, Nardhy Gómez y Lourdes Arriaga Pizano; así como la investigación de la genética de los grupos sanguíneos, con el grupo de Héctor Baptista, Fany Rosenfeld y Rocío Trueba. Al Instituto Nacional de Salud Pública se incorporó Celso Ramos, con una línea de investigación en dengue y, posteriormente, Humberto Lanz, quien con su grupo ha iniciado investigaciones de inmunología comparada enfocada en vectores de gran importancia médica, como el de la malaria. Al término de sus estudios, muchos egresados de los programas de inmunología del área metropolitana regresaron a sus ciudades de origen, casi siempre a sus universidades, donde iniciaron la formación de grupos de investigación, a veces en condiciones muy precarias de espacio, equipo y financiamiento. Sin embargo, la mayoría de

los nacientes grupos lograron superar las circunstancias adversas y han alcanzado una gran productividad, con la creación además de programas de posgrado, algunos específicamente en inmunología, y en ocasiones programas más amplios en el área biomédica, pero siempre en contacto con la inmunología. En Guadalajara el impulso inicial lo dio Sergio Zambrano, quien agregó a la práctica clínica en alergia la docencia en la Universidad de Guadalajara; y luego la investigación, con la colaboración temporal de Librado Ortiz y la permanente de Miguel Pérez y Alfonso Islas, quienes continúan hasta la fecha. La Universidad Autónoma de Nuevo León (uanl) tuvo la fortuna de recuperar un buen número de jóvenes con excelente formación. A la Facultad de Medicina se integró un grupo de egresados del Politécnico: Mario César Salinas Carmona, Mario Alberto Elizondo y María del Socorro Flores González, que han logrado un progreso impresionante. En los sótanos de la facultad han surgido laboratorios dignos del primer mundo, todo a base de empeño, trabajo y una notable capacidad de gestión, con lo que se creó uno de los grupos más sólidos del país en inmunología. No menor fue lo conseguido por el grupo que se estableció en la Facultad de Ciencias Biológicas de la misma universidad: Luis Galán, Cristina Rodríguez y Reyes Tamés Guerra, quienes han alcanzado un gran desarrollo; su producción científica es notable por su volumen y por

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Inmunología

Los inmunólogos mexicanos se han preocupado siempre por la difusión del conocimiento. El aspecto docente ha sido muy importante; no sólo se han estructurado los programas de posgrado mencionados, se ha logrado además incluir cursos de inmunología o aumentar su número en muchas carreras del área médico-biológica.

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su diversidad, además de haber creado programas de posgrado. Reyes Tamés ha mostrado una extraordinaria capacidad para combinar el trabajo científico, el docente, el administrativo y hasta el político, pues ha sido rector de su alma mater, ha ocupado los cargos de secretario de Educación, representante por su estado en la Cámara de Diputados, y muchos otros cargos de tipo político y académico-administrativo. En la Universidad Autónoma de Guerrero, en Chilpancingo, se ha formado un grupo con Berenice Illades, Gloria Tilapa y Amalia Bences, que explora en forma interdisciplinaria diversos tipos de procesos tumorales, desde leucemias hasta cáncer cérvico-uterino. En Zacatecas, Rafael Herrera –egresado del Instituto Nacional de Nutrición–, Esperanza Andrade y José Antonio Enciso integraron un grupo que mantiene una estrecha colaboración entre la Universidad Autónoma de Zacatecas y el Instituto Mexicano del Seguro Social. En la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Chihuahua, Martha Céspedes ha mantenido viva la investigación con su esfuerzo casi siempre solitario, a veces con el acompañamiento familiar brindado por Víctor Gómez Moreno y Adriana Gómez Céspedes. Otro investigador que ha trabajado sin el apoyo de un grupo es Fernando Andrade Narváez, en Mérida, Yucatán. En San Luis Potosí floreció el grupo iniciado por Roberto González Amaro, en el cual participó brevemente Fidel Salazar González. Muchos inmunólogos mexicanos se han establecido en el extranjero. Rebeca Calderón, Mildred Foster y Erika Abney, en Inglaterra; Jorge Anzures y Sergio Rico, en Canadá; Esteban Celis y Juan Luis Arciniega Esparza, en Estados Unidos; así como Miguel Aguilar (quien después de 20 años regresó a México) y Javier Cariño, en Suecia. Los inmunólogos mexicanos se han preocupado siempre por la difusión del conocimiento. El aspecto docente ha sido muy importante; no sólo se han estructurado los programas de posgrado mencionados, se ha logrado además incluir cursos de inmunología o aumentar su número en muchas carreras del área médico-biológica. Durante muchos años Sergio Estrada y yo impartimos cursos breves a lo largo de todo el país, frecuentemente como parte de los congresos nacionales, como los de microbiología, bioquímica, ciencias farma-


• Breve historia de la inmunología en México

céuticas, etc. Felizmente, estos cursos fueron disminuyendo a medida que los nuevos inmunólogos iniciaban sus propios programas en los estados. Debe mencionarse el apoyo que la inmunología mexicana ha recibido de la Unión Internacional de Sociedades de Inmunología (iuis), que ha patrocinado en cuatro ocasiones la realización de cursos internacionales en nuestro país. Para cada uno de estos cursos, la iuis se hace cargo del transporte a México de alrededor de 25 investigadores de primera línea. Los cursos se han unido a los congresos nacionales, con lo que se propicia la participación de los invitados y su interacción con nuestros investigadores. Los resultados han sido magníficos. La discusión que ahí tiene lugar ha aumentado notablemente el conocimiento y el aprecio de nuestro trabajo por parte de los invitados, lo que muchas veces ha llevado al establecimiento de líneas de colaboración y con frecuencia ha logrado estancias o estudios de grado de nuestros estudiantes en instituciones de gran prestigio.

Luis Antonio Jiménez Zamudio es doctor en filosofía por la Universidad de Rutgers, Nueva Jersey. Ha sido profesor-investigador en la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional desde 1962, en el Departamento de Microbiología; y, a partir de 1971, en el Departamento de Inmunología. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores y de la Academia Mexicana de Ciencias. lajimenezz@gmail.com

B i bl i ogr afí a Estrada-Parra, S. y L. Jiménez-Zamudio (1988), “Inmunología” en G. Soberón, J. Kumate y J. Laguna (eds), La salud en México: testimonios, Fondo de Cultura Económica, tomo IV, vol. 1, pp. 151-164. Estrada-Parra, S. y M. T. García-Castañeda (1992), “El impacto de Michael Heidelberger en la inmunología”, Rev. Lat-amer. Microbiol., 34:I-VI. Kumate-Rodríguez, J. (1977), “La inmunología contemporánea”, Memorias de El Colegio Nacional, México, 8:29. Kumate, J. (1995), “Overview of immunology in México”, Arch. Med. Res., 26 Suppl.:585-586.

Con cl u sión El crecimiento de la inmunología en México, iniciado hace 50 años, ha sido constante y ha alcanzado un buen nivel, competitivo en el ámbito internacional, a pesar de haber tenido que luchar contra condiciones siempre subóptimas. Este nivel se ha logrado mediante el esfuerzo y la tenacidad de los investigadores, que han superado los obstáculos que en nuestro país deben enfrentar no sólo quienes trabajan en el área de la inmunología, sino cualquier individuo, grupo o institución que intente superarse. En esta fase inicial la comunidad de inmunólogos ha aprendido a vencer obstáculos para poder funcionar, y ha funcionado muy bien. Esperamos seguir haciéndolo.

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Leticia Cedillo Barrón, Moisés López González y Benito Gutiérrez Castañeda nnnnnnn

¿Qué es y cómo funciona el

sistema inmune ?

En un a m b i ent e l l eno de m i c r o b i o s e l se r h u m a n o so b r e v i v e gr a c i a s a l s i s t em a i nm uni t a ri o . É st e se e n c a r ga d e d i st i n gu i r e n t r e l o propio y cualquier intruso, ya sean bacterias, hongos, virus o sustancias extrañas llamadas antígenos. La protección contra cualquier p a t ó ge n o es t á perfec t a m ent e c o or d i n a d a a u n a n t e s d e l n a c i m i e n t o a t r a v é s de l a i nm uni da d i nna t a , qu e e s l a p r i m e r a l í n e a d e d e f e n sa qu e n o s m a nt i ene s a l uda b l es . S i e l a r se n a l d e l si st e m a i n m u n e i n n a t o e s su pera do , de i nm edi a t o s e i n i c i a l a r e sp u e st a i n m u n e a d a p t a t i v a , l a c ua l es t á fo rm a da po r la i n m u n i d a d c e l u l a r y l a h u m o r a l ; a m b a s se o rq ues t a n perfec t a m ent e c o n e l ú n i c o f i n d e e l i m i n a r a l i n t r u so .

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L

a existencia del ser humano está condicionada a una guerra sin tregua contra enemigos microscópicos como hongos, bacterias, virus y parásitos, que pueden causar enfermedades desde leves hasta muy graves. El responsable de mantenernos sanos y protegidos es el sistema inmunitario, ya que puede reconocer a millones de microbios diferentes y producir moléculas solubles y células específicas contra ellos. El sistema inmunitario tiene la enorme capacidad de distinguir entre las células del organismo y los componentes que no le son propios. Por lo tanto, si una molécula ajena al organismo es detectada por el sistema inmune, éste se lanzará al ataque de inmediato. No obstante que este sistema debe trabajar con la exactitud de la maquinaria de un reloj, la vigilancia inmunitaria puede fallar y entonces ataca a las células o tejidos del propio organismo, lo cual da lugar a diferentes desórdenes como autoinmunidades o cáncer. En otros casos puede haber respuestas exacerbadas y patológicas contra sustancias externas inocuas, que es lo que ocurre con la alergia. El sistema inmunitario posee una exquisita organización; está compuesto de un conjunto de diferentes componentes que trabajan coordinadamente de manera tem-


Inmunología

poral a través de una red sofisticada y compleja de órganos, tejidos, células y moléculas solubles. Todos estos elementos funcionan armónicamente a través de la detección de moléculas que forman parte de un microorganismo, o bien están presentes en células o moléculas provenientes de otro individuo. Todas estas moléculas reciben el nombre genérico de antígenos y son una señal de lo que no es propio del organismo, la cual detona la respuesta inmune para atacar a los intrusos (Figura 1).

distribuyen a diferentes tejidos; y los B, tanto maduros como vírgenes (aquellos que nunca han estado en contacto con ningún antígeno). Los linfocitos B se activan y maduran a células plasmáticas, las cuales producen y liberan anticuerpos que son sus moléculas efectoras; mientras tanto, las células presentadoras de antígenos (apc) dejan la circulación sanguínea y se distribuyen en los tejidos, donde patrullan para detectar la llegada de agentes infecciosos.

Orige n de lo s c o m p o n en t es d e la re spu e sta in m u n it a ria Los órganos que forman el sistema inmune se encuentran localizados estratégicamente en todo el cuerpo humano. Los dos más importantes son el timo y la médula ósea; esta última forma el centro de todos los huesos y, además de producir a los glóbulos rojos, también produce las células del sistema inmunitario, parte de las cuales son los linfocitos y también las células fagocíticas; estas últimas se dedican a comer a cuanto intruso llegue al organismo. Ambos tipos de células son piezas clave del enorme rompecabezas que forma al sistema inmunitario. Para las células del sistema inmunitario son fundamentales las adenoides, la medula ósea, los ganglios linfáticos (que también están en intestino formando placas que se conocen como de Peyer), el bazo, el timo y las amígdalas, ya que éstos proveen el microambiente necesario para que ellas maduren (Figura 2). En términos generales, hay dos tipos de linfocitos: los T, que maduran en el timo y de ahí se

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Figura 1. Microorganismos patógenos. Virus, bacterias y parásitos.

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Adenoides Ganglios linfáticos Timo

Bazo

Placas de Peyer

Médula ósea

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Figura 2. Sistema linfático.


• ¿Qué es y cómo funciona el sistema inmune?

La respuesta inmune y sus componentes La respuesta inmune se puede dividir en dos grandes tipos: la inmunidad innata, que actúa inmediatamente y no depende del tipo de antígeno, y la inmunidad adaptativa, que depende del tipo de antígeno, es específica y casi siempre tiene memoria. Los componentes de ambas respuestas incluyen un arsenal de células como linfocitos T cooperadores y linfocitos B (ambas con la capacidad de producir diversas moléculas efectoras), así como otras células que están entrenadas para matar células infectadas o tumorales, como los linfocitos citotóxicos o las células asesinas naturales NK. Pero también hay células, llamadas fagocíticas, capaces de devorar a los intrusos y destrozarlos; entre ellas están los macrófagos y polimorfonucleares, como se aprecia en la Figura 3. Todas estas células se encuentran inmaduras en la medula ósea, pero potencialmente responden a sustancias que circulan por la sangre, que inducen proliferación, diferenciación o maduración. Pero no sólo de células está formado el sistema inmune, también hay moléculas solubles producidas por diferentes estirpes celulares que están en circulación, como las moléculas del sistema del complemento, la proteína C reactiva, las citocinas, las quimiocinas, los interferones, los péptidos antimicrobianos y los anticuerpos de la inmunidad innata y adaptativa.

Inmuni dad i nnata Desde antes de nacer el organismo ya está provisto de un sistema inmune innato o natural, el cual representa la primera línea de defensa contra microorganismos invasores. Los elementos más importantes de la inmunidad innata, que constituyen una barrera física, química y biológica, son la piel y las mucosas (genitales, orales, digestivas, etc.) con todos sus componentes celulares. Por su naturaleza, la piel y las mucosas son portales de entrada de microbios. Sin embargo, existen moléculas protectoras como el moco, por ejemplo en el tracto digestivo o en el respiratorio, que impedirán el establecimiento de los agentes patógenos. Aún más, en este tejido existen varias estirpes celulares que detectan a los patógenos o agentes extraños y producen moléculas con actividad antimicrobiana. Por otra parte, en la mucosa intestinal hay ácidos que destruyen a los patógenos que lleguen a entrar con la comida. Además, en la mucosa se encuentran anticuerpos que son los primeros en enfrentar a los microbios invasores. Así, el sistema inmune innato es capaz de reaccionar de manera inmediata y eficiente para servir de contención de los agentes patógenos. En la mayoría de los casos este sistema elimina completamente a los patógenos; no obstante, algunos microbios como virus o bacterias

Células del sistema inmune innato

Células del sistema inmune adaptativo Linfocito T

Linfocito B Macrófago

Célula dendrítica

Neutrófilo

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Eosinófilo

Mastocito

Célula NK

Basófilo

CD4+

CD8+

Figura 3. Células del sistema inmune.

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Inmunología

se replican tan rápidamente que pueden sobrepasar la capacidad del sistema inmune innato. Si esto ocurre, se activa la respuesta inmune adaptativa.

Re con oc er a l in t ru so El sistema inmune detecta a los agentes patógenos y responde para eliminarlos. El éxito de mantener la salud de los mamíferos se puede atribuir a la habilidad del sistema inmunitario para reconocer y en consecuencia responder contra los microbios de manera específica. La detección apropiada de microbios es el resultado de la unión de patrones moleculares (pamp) que están presentes en todos y cada uno de los diferentes patógenos y los receptores de las células encargadas de devorar todo, como las dendríticas, y los de cualquier célula que es infectada. A estos receptores se les conoce genéricamente como receptores de reconocimiento de patógenos (prr). Entre ellos se encuentran las moléculas que más se han descrito hasta ahora, como los receptores tipo Toll (tlr), la familia de las helicasas (rlr) y las nod, parecidos a receptor (nlr) (Figura 4). Estas moléculas están presentes en virtualmente todas las células humanas. Los tlr son proteínas evolutivamente muy conservadas entre las diferentes especies; se han descrito 13 miembros de esta familia. Los tlr 3, 7/8 y 9 representan una subfamilia que reconoce ácidos nucleicos virales y bacterianos; en tanto que los tlr 1, 2, 4, 5, 6, 10, 11 y 12 reconocen principalmente componentes de bacterias, parásitos y hongos. En contraste, en el citoplasma de la célula se encuentran los rlr, que se encargan de detectar intrusos; a este grupo pertenecen las moléculas rig-I, mda5 y lgp-2 (esta última actúa como una molécula reguladora). Estas moléculas detectan principalmente ácidos nucleicos virales y bacterianos que llegan directamente al citoplasma de la célula. Una vez que la célula se ha infectado, estos prr activados transmiten señales a través de moléculas conocidas como factores de transcripción, las cuales viajan al núcleo para inducir la síntesis de diferentes moléculas moduladoras de la respuesta inmune. La familia de los nod like receptor (nlr) es intracelular; éstos se activan en respuesta al reconocimiento de pamp y por señales de estrés. Este complejo es

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sumamente importante en la respuesta antibacteriana y recientemente se demostró que también en la antiviral. Después del reconocimiento, se induce una respuesta aguda que consiste en el reclutamiento de leucocitos y la producción de sustancias antimicrobianas en los epitelios afectados; este tipo de respuesta no tiene memoria inmunológica, no se ve amplificada ante un segundo contacto. Una vez que el microorganismo es detectado a través de los diferentes receptores, el fenómeno más importante e inmediato es la inducción de la inflamación: cambia la permeabilidad del endotelio, que permite la migración de los leucocitos desde la circulación hacia el tejido dañado. El reclutamiento de las células de la sangre periférica se lleva a cabo por la presencia de algunas moléculas solubles, por ejemplo, el factor de necrosis tumoral producido por las células infectadas o dañadas.

Pépti dos anti mi cr obi anos Un elemento muy importante de la respuesta innata son los péptidos antimicrobianos (pam), moléculas producidas por células epiteliales y queratinocitos. Se requieren para mantener intactas las barreras de la piel y las mucosas, ya que actúan contra microorganismos que intentan ingresar a través de éstas. Entre los péptidos antimicrobianos están las defensinas y la catelicidina (LL-37), que utilizan diferentes mecanismos para eliminar microorganismos (Figura 4). Algunos péptidos antimicrobianos se producen constitutivamente,

1

2

4

5

Espacio extracelular

6

RLR

RIG-I

TLR

MDA5

9/10 7 3 IPS1

Señales al núcleo Núcleo

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Figura 4. Receptores de reconocimiento de patógenos.

NLR


• ¿Qué es y cómo funciona el sistema inmune?

mientras que otros son inducidos en respuesta a la infección o la inflamación. Las defensinas son moléculas antimicrobianas dentro de las cuales están las defensinas α, β y θ, que difieren en su estructura. Recientemente se reportó que las defensinas α y β humanas in vitro reclutan a linfocitos T, monocitos, células cebadas, células dendríticas inmaduras y neutrófilos activados. En contraste, el péptido LL-37 es el principal péptido presente en los gránulos de neutrófilos, linfocitos, monocitos, células cebadas, células epiteliales y de pulmón, y queratinocitos. Se ha mostrado que este péptido tiene efectos antibacterianos y posee la capacidad quimio-atrayente para neutrófilos, monocitos y linfocitos T. Además induce estimulación de las células cebadas, activación de las células dendríticas, modulación de supervivencia de neutrófilos y producción de péptidos antimicrobianos.

Compl e me n t o El complemento es un sistema de aproximadamente 30 proteínas presentes en el suero, las cuales interactúan entre sí formando una cascada enzimática que participa en la amplificación de la respuesta inmune humoral. La activación y fijación del complemento es un importante mecanismo efector del sistema inmune, el cual elimina al patógeno a través de la lisis de éste “aderezando” al microbio para hacerlo más apetecible a las células fagocíticas.

Cé l u l as de nd rít ic a s Las células dendríticas son un elemento clave en el paso de la inmunidad innata a la adaptativa, ya que tienen un papel central en la eliminación de patógenos, el control de la inmunidad y la tolerancia. Estas células patrullan el organismo buscando microorganismos o toxinas peligrosas. Después de capturar a los microorganismos invasores, las células dendríticas los fagocitan y los destruyen en fragmentos pequeños, denominados antígenos, y viajan a los ganglios periféricos más cercanos donde presentan a los linfocitos T esos antígenos asociados a moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (cph).

La i nmuni dad adaptati va Como ya se mencionó, si el microbio llega a sobrevivir a todos los mecanismos del sistema immune innato, la respuesta inmune adaptativa se pondrá en marcha a través del reconocimiento de los diferentes microorganismos, toxinas o antígenos. En términos generales, el tipo de inmunidad, su duración e intensidad estarán en función del tipo de antígeno y de la vía de entrada, sin olvidar que la información genética del hospedero también repercutirá en el tipo de respuesta inmune ante un antígeno dado. En consecuencia todos los antígenos serán registrados y recordados en encuentros subsecuentes para poder eliminarlos de manera más eficiente. De manera general, los antígenos proteicos son presentados junto con moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad de clase I o II. En contraste, otras moléculas, como carbohidratos, activan la inmunidad innata sin llegar a inducir una respuesta secundaria efectiva. La inmunidad adquirida es un exquisito mecanismo de defensa específico (cada microorganismo induce una respuesta individual), que se desarrolla luego de la exposición a determinados agentes infecciosos. Su velocidad y eficiencia se incrementan dependiendo del número de exposiciones al mismo patógeno, fenómeno que se conoce como memoria inmunológica. La inmunidad adaptativa puede dividirse en inmunidad humoral e inmunidad celular. Ambas tienen un papel fundamental en la protección contra cualquier intruso y en la memoria inmunológica. Dependiendo de qué microorganismo sea el invasor, éste inducirá una respuesta humoral o una celular. El grado de sincronización del sistema inmune es verdaderamente sorprendente, ya que es capaz de distinguir entre 109 y 1011 antígenos diferentes. Cualquier respuesta inmune secundaria es encendida por el sistema inmune innato, el cual activa a los componentes de la respuesta inmune adaptativa para generar un sistema de memoria específico. Dichos componentes activan a los linfocitos B que se diferencian y producen moléculas efectoras que son los anticuerpos específicos. Por otra parte, la inmunidad celular estará dada a través de los linfocitos cooperadores, también conocidos como CD4, y los citotóxicos o CD8, los cuales secretarán diferentes citocinas. En particular, los CD8 utilizan un

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verdadero arsenal sobre la célula infectada por el microorganismo para matarla. En términos generales, la respuesta inmune se inicia cuando los antígenos no propios son reconocidos vía los prr en la superficie de células como las nk, las dendríticas, los macrófagos o los linfocitos B CD5. Todas ellas capturan, internalizan, digieren y presentan apropiadamente a las células inmunes efectoras pedazos del microbio o antígeno junto con moléculas de clase I o II. En particular, los linfocitos B CD5 capturan al péptido a través de la inmunoglobulina (IgM), para después internalizarlo y presentarlo ya digerido en asociación con moléculas de clase II a las células CD4 específicas cooperadoras, las cuales secretarán citosinas para controlar la producción de anticuerpos. El sistema inmune adaptativo posee elementos importantes como las células presentadoras de antígenos (apc), los linfocitos T y los linfocitos B. Todas estas células circulan a través de la sangre y la linfa, y se concentran en el bazo, los ganglios linfáticos y otros tejidos. Tanto los linfocitos T como los B son capaces de reconocer moléculas ajenas (antígenos) por medio de moléculas que se encuentran en la superficie de las células; para los linfocitos T esas moléculas son los receptores de célula T, y para el linfocito B son los anticuerpos. Se trata de moléculas altamente específicas, y en el caso de los anticuerpos son complementarias a la estructura antigénica que es presentada por las apc. Cada célula B posee en su superficie hasta 500 000 receptores de antígeno, pero cuando se diferencia es capaz de secretar glicoproteínas llamadas anticuerpos que tienen una región transmembranal y en forma de Y, además de estar compuestos por cuatro cadenas de polipéptidos, dos son cadenas pesadas idénticas y dos son cadenas ligeras. Existen cinco tipos de anticuerpos: IgM, IgG, IgD, IgA e IgE. Éstos tienen una región constante Fc y una región variable Fab, la cual distingue a cada anticuerpo para reconocer a un antígeno dado. Los anticuerpos son moléculas que distinguen estructuras tridimensionales. La unión es reversible, cada antígeno tiene diferentes estructuras conocidas como epítopes que pueden ser reconocidas en diferentes ángulos para iniciar una respuesta inmune específica. En contraste, dos moléculas muy diferentes podrían compartir la estructura tridimensional y unirse con el

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mismo anticuerpo; este fenómeno se conoce como reacción cruzada. La función principal de los anticuerpos es neutralizar virus y toxinas, “aderezar” bacterias para que éstas sean más apetecibles para las células fagocíticas o para que las moléculas del complemento entren en acción (Figura 5). Los linfocitos T expresan en su superficie el receptor de T (tcr), el cual es un heterodímero formado por dos cadenas polipeptídicas alfa y beta (o de manera alternativa, gamma y delta). El tcr posee una región transmembranal anclada a la membrana, una cola citoplásmica corta y una región extracelular (región alfa beta) con una gran variabilidad en la secuencia de aminoácidos. Esta región le da la diversidad para unirse específicamente con los diferentes antígenos. El tcr se asocia con polipéptidos conocidos como CD3-gamma, delta y épsilon; estas moléculas no presentan variabilidad. En contraste con los anticuerpos, el receptor de la célula T (tcr) sólo reconocerá a los péptidos que se encuentran asociados a las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (cph), en tanto los receptores del linfocito B reconocen antígenos intactos. Dependiendo de su origen, los antígenos pueden ser presentados por diferentes vías. Una vez que los linfocitos T CD8 positivos son activados, preparan su arsenal para matar a aquellas células infectadas o a células tumorales. Por su parte, las células T cooperadoras conocidas como linfocitos T CD4 se subdividen en células TH1, las cuales activan macró-

Célula plasmática

Linfocito T

Linfocito B

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Linfocito B de memoria

Figura 5. Activación de los linfocitos B y producción de anticuerpos.


• ¿Qué es y cómo funciona el sistema inmune?

fagos, células TH2, que colaboran con células B para producir sus anticuerpos, y TH17, que podrían actuar en la respuesta inmune adaptativa. Estas células funcionan indirectamente activando otras células. Existe también otro tipo de células T conocidas como células reguladoras, que en su mayoría son células CD4 positivas. Cuando un antígeno ingresa al cuerpo por segunda vez, el sistema inmune recuerda exactamente cómo eliminarlo a través de una respuesta inmune específica más intensa y más rápida, como puede apreciarse en la Figura 6.

torado en el Departamento de Inmunología en la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional. Realizó su posdoctorado con una beca de la Wellcome Trust del Reino Unido en el Instituto de Salud Animal ( iah ) en Pirbright. Su línea de investigación es la interacción de los virus en sus hospederos, en particular la modulación de la respuesta inmune del hospedero con el fin de desarrollar vacunas virales. En 2008 recibió el Premio Nacional Rosenkranz que otorga Roche México. lcedillo@cinvestav.mx Moisés López González es químico biólogo parasitólogo, egresado de la Universidad Autónoma de Guerrero ( uagro ). Obtuvo su maestría en la especialidad de biomedicina molecular en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Investiga sobre la respuesta inmune innata contra el virus

Patógeno

Macrófago

del dengue y actualmente cursa el doctorado en esta misma espe-

CMH

cialidad en dicho centro de investigación. mlopezg@cinvestav.mx

Th

LTh

Th

Benito Gutiérrez Castañeda es profesor investigador en el Departamento de Inmunología y Morfología en la Facultad de EsTcL

Célula infectada

LB CMH

Lisis

tudios Superiores Iztacala de la Universidad Nacional Autónoma de México ( unam ). Es especialista en inmunología y biología molecular y celular. Obtuvo su maestría en inmunología en la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional y el doctorado en el Reino Unido, desarrollando su trabajo experimental en

LB memoria

Célula plasmática

Respuesta humoral

■■

LTc memoria

LTc efector

Respuesta celular

Figura 6. Respuesta inmune.

Concl u siones El sistema inmunitario ha sido fundamental a lo largo de la existencia de los humanos; sin éste, cualquier infección nos mataría. Nuestro organismo cuenta con un sistema inmunitario innato y el adaptativo, cada uno con sus elementos clave; su actividad es temporal y está sincronizada para alcanzar su principal objetivo, que es eliminar a los intrusos.

Leticia Cedillo Barrón es profesora investigadora titular del Departamento de Biomedicina Molecular del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional.

el Instituto de Salud Animal ( iah ) de Pirbright y en la Universidad de Reading. Sus áreas de trabajo son inmunología y virología. benitogc@yahoo.com.mx

Lectur as r ecomendadas Abbas, Abul K. (2008), Inmunología celular y molecular, 6ª ed., Elsevier. Bruce (2004), “Innate immunity: an overview”, Immunology, 40:845-859. Dörner, Thomas y Andreas Radbruch (2007), “Antibodies and B Cell Memory in Viral Immunity”, Immunity, 27 (3):384-382. Espinosa Rojas, Óscar (2006), Inmunología (de memoria), 3ª ed., Editorial Panamericana. Helmber, Arnold, “Immune System and Immunology”, en: <http://helmberg.at/immunology.htm> Consultado el 8 de febrero de 2015. Kagan, Jonathan C. (2012), “Organelles of the Innate Immune System”, Cell, 151:1168-1178.

Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores. Obtuvo su doc-

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ciencia   25


L a s c é lu la s d e u n o r g a ni sm o se c o m u n i c a n e n t r e e l l a s c o n st a n t e m e n t e y la s c é lu la s d e la r e s p u e s t a i n m u n e n o so n u n a e x c e p c i ó n . E n l a s ú l t i m a s d o s d é c a d a s h a h a b i d o un a e x p l o si ó n e n l a c a r a c t e r i z a c i ó n d e l o s m e c a ni s m o s mo le c u la r e s q u e e m p l e a n l a s c é l u l a s p a r a c o m p a r t i r o e n v i a r inf o r ma c i ó n. E n e s t e a r t ícu l o se h a c e u n r e c o r r i d o p o r a l g u n a s d e l a s v í a s d e s e ña li z a c i ó n a la s q u e r e c u r r e n l o s l e u c o c i t o s p a r a m o n i t o r e a r e l o rg a ni s mo y mo nt a r u na r e sp u e st a i n m u n e , a sí c o m o p a r a p a r t i c i p a r , j u n t o c o n o t r o s ó r g a no s , e n e l c o n t r o l d e l a h o m e o st a si s.

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Gustavo Pedraza-Alva, Álvaro Torres-Huerta e Yvonne Rosenstein nnnnnnn

Las intrincadas redes de la inmunidad

D

iariamente estamos expuestos a un sinnúmero de microorganismos que en su búsqueda de un ambiente idóneo para replicarse y completar su ciclo de vida, intentan colonizarnos. Para detectarlos y destruirlos, nuestro cuerpo dispone de células especializadas y de sus productos, que en conjunto forman el sistema inmunitario; por lo general actúan sin que nos demos cuenta; es decir, sin que lleguemos a enfermarnos, manteniendo el buen funcionamiento del organismo. Pero a veces los organismos patógenos logran invadir el cuerpo y causar distintas enfermedades. Entonces la red de células y factores solubles del sistema inmunitario los eliminan y recuperamos la salud. Para realizar con precisión estas tareas, las células del sistema inmunitario (leucocitos) responden a los indicios de alarma con señales intracelulares, informando y reclutando múltiples células del mismo sistema, pero también de otros órganos. Se establece así una estrecha comunicación entre los diferentes sistemas del organismo para “organizar” la defensa, saber cuándo se ha recuperado la salud y dar por terminada la respuesta inmune y evitar de esta forma daños colaterales. ¿Cómo se perciben las señales de alarma?, ¿cómo saben los leucocitos a dónde ir y cuáles son los mecanismos moleculares que les permiten dar con la “dirección adecuada”?, ¿cómo se comunican y se coordinan las células?; y, finalmente, ¿cómo el sistema inmunitario informa al resto del organismo del estado de las cosas? Éstas son las preguntas que abordaremos, enfocándonos en los mecanismos moleculares que permiten que la información extracelular se transforme en señales bioquímicas para que las células realicen sus funciones. Veremos que estas señales forman complejas redes de comunicación dentro de las células y entre ellas para mantener la unidad funcional del organismo; es decir, la homeostasis.

S eñ a l d e a la rm a Para responder a la presencia de un patógeno en un tejido en particular, las células del sistema inmunitario empiezan por definir la naturaleza del invasor. Para esta tarea tan primordial, se han adquirido a lo largo de la evolución receptores que reconocen distintas moléculas derivadas de los componentes de microorganismos; por ejemplo, fragmentos de proteínas (péptidos), azúcares, adn, arn, glicolípidos, etc. Estos componentes microbianos son ligeramente distintos a los nuestros y son esas pequeñas diferencias las que causan que los receptores los identifiquen como extraños. Cuando

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Inmunología

estos receptores interactúan con su molécula específica, inician una serie de eventos bioquímicos intracelulares, conocidos como vías de señalización, que le permiten a la célula decodificar la información enviada por el receptor e iniciar el proceso de eliminación del agente extraño. Así se activa la respuesta inmunitaria. Las células del sistema inmune residentes en los distintos tejidos del cuerpo realizan la primera inspección. Forman parte del sistema inmunitario innato; es decir, del conjunto de células que vigilan nuestro organismo “espontáneamente”. Entre estas células están los macrófagos, células especializadas en fagocitar (ingerir) y destruir microorganismos, y las células dendríticas, que también fagocitan pero procesan antígenos, es decir, fragmentan las proteínas de los microorganismo patógenos para generar pequeños péptidos. Estos péptidos serán después presentados al receptor para el antígeno de los linfocitos T, lo que va a detonar la respuesta inmune adquirida. Los receptores que reconocen a las moléculas derivadas de microorganismos se denominan receptores de reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos o prr (del inglés, Pathogen Recognition Receptors) y se dividen en dos clases: los receptores semejantes a Toll o tlr (del inglés, Toll Like Receptors) y los receptores parecidos a los receptores con dominio de unión a nucleótidos y oligomerización o nlr (del inglés, Nucleotide-binding and Oligomerization Domain (nod)-like Receptors). Los tlr se especializan en reconocer moléculas derivadas de patógenos extracelulares; la mayoría se expresa exclusivamente en la superficie celular, aunque algunos también se encuentran en membranas intracelulares. En cambio, los nlr reconocen componentes de microorganismos intracelulares y se localizan en los compartimentos internos de la célula. Cuando, por ejemplo, el tlr4 interactúa con su ligando, el lipopolisacárido derivado de la pared de bacterias gram negativas, se desencadena una cascada de asociaciones intermoleculares y modificaciones postransduccionales de las moléculas participantes, que lleva la señal desde la superficie de la célula hasta el núcleo, culminando en la activación del factor de transcripción NFκB y la expresión de los genes que codifican para citocinas y quimiocinas, como muestra la Figura 1.

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Bacteria

TNF-α

IL-6 LPS IL-1β

TLR4

Espacio extracelular

Espacio intracelular

MyD88 IRAK1

Proteasoma IRAK4

TRAF6

TAK1 IKKB IkB

NFκB

IkB

NFκB

■■

Figura 1. La señalización de los tlr inicia la respuesta inmune contra agentes patógenos. Cuando el lipopolisacárido derivado de la pared celular de una bacteria gram negativa interactúa con el tlr 4 en la superficie de los macrófagos, activa una cascada de señalización que culmina con la translocación al núcleo de NFκB, el cual a su vez interactúa con las secuencias promotoras de los genes de citocinas y quimiocinas, promoviendo su transcripción. Las quimiocinas y citocinas son las primeras señales de alarma para atraer al sitio de infección a más leucocitos y así controlar la infección y eliminar al patógeno.


• Las intrincadas redes de la inmunidad

Las primeras citocinas que se producen son la interleucina-1β (il-1β), la interleucina 6 (il-6) y el tnf-α. Una vez sintetizadas, la il-6 y el tnf-α son secretadas. En cambio, para que la il-1β sea secretada la célula tiene que recibir un segundo mensaje que confirme la presencia de un patógeno potencialmente dañino, lo que a su vez inicia una vía de señalización que activará una proteasa conocida como caspasa-1, la cual procesará a la il-1β para que pueda ser secretada. Además de las citocinas, la estimulación de los tlrs promueve

IFN

Virus

Receptor de IFN

RNA viral RIG-I

TyK2

JAK1

Mda-5 STAT1

IPS-1 TBK1

STAT2 IRF9

IKKe STAT1

IRF3

IRF7

ISRE3/7

NFkB

STAT2 IRF9

ISRE9 Genes de respuesta a IFN

■■

Figura 2. Interferones α/β: control de las infecciones virales. Cuando el material genético de los virus ( arn en este ejemplo) es detectado, se forma un complejo molecular que contiene varias cinasas, que a su vez activan a factores de transcripción ( irf 3, irf 7 y NFκB), los cuales se unen a sus secuencias blanco en la región promotora de los genes que codifican para ifn α e ifn β, induciendo su expresión. Los interferones alertan a las células vecinas de la presencia del virus y al interactuar con su receptor activan la cascada de señalización de las jak s/ stat s, que inducen y reprimen diferentes genes que modulan las funciones de las células infectadas y no infectadas.

la producción de quimiocinas que, junto con citocinas como il-1β, il-18, il-6 y tnf-α, constituyen los primeros mensajes de alerta enviados para atraer otras células al sitio de inflamación. Otra respuesta inmediata a las señales de alarma activadas por una infección viral es la producción de interferones. Para poder replicarse, además de su material genético, los virus requieren de la maquinaria de la célula infectada. Pero numerosas células, linfoides y no linfoides, han desarrollado mecanismos de detección y alarma para proteger a las células vecinas. Independientemente de la vía de entrada, para cumplir con su ciclo de vida el virus expone su material genético al ambiente intracelular, ya sea en el fagosoma o en el citosol, donde es detectado por los tlr-3, 7 y 9 (fagosoma) o por los receptores rig-I y mad5 (citosol). Los interferones producidos en respuesta a estas señales son secretados por la célula infectada, y se unen a las células vecinas infectadas o no infectadas a través de receptores específicos, induciendo una de las vías de señalización rápida y directa (Figura 2). En las células infectadas se promueve la expresión de moléculas que regulan negativamente la síntesis de proteínas –lo que evita la fabricación de partículas virales– y de moléculas que participan en el proceso de muerte celular o apoptosis, así como la expresión de moléculas de superficie que permiten que los linfocitos citotóxicos reconozcan a las células infectadas y las eliminen. En células no infectadas, los interferones inducen la expresión de proteínas involucradas en la detección y destrucción de partículas virales, así como en la regulación de la síntesis de proteínas. En conjunto, estos mecanismos permiten controlar la infección viral.

¿ Cómo saben l os l eucoci tos a dónde i r? Los eventos que hemos descrito son señales de alarma para atraer a más células al sitio de infección. Pero, ¿cuáles son los mecanismos moleculares que permiten que las células del sistema inmunitario encuentren la “dirección” adecuada? Las citocinas producidas por las células residentes en el tejido se difunden hasta encontrar a sus receptores específicos en la superficie de las células de la cara externa del endotelio de los capilares

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Inmunología

patógeno a un tejido. Una vez en el tejido, gracias a receptores específicos para quimiocinas y a sus cascadas de señalización, los macrófagos, linfocitos o neutrófilos siguen el gradiente de concentración de las quimiocinas hasta llegar al sitio de la infección. Si la carga bacteriana o viral no puede ser controlada por la respuesta innata, se activa la inmunidad adaptativa.

cercanos. Esta interacción genera nuevas cascadas de señalización que, a manera de las activadas por los tlrs, culminan con la expresión de moléculas de adhesión (que favorecen la adhesión célula-célula) en la membrana de las células endoteliales que delimitan el lumen del vaso capilar. Por otra parte, las quimiocinas forman un gradiente donde la mayor concentración se localiza en el sitio de interacción con el patógeno y la menor alrededor de las células endoteliales del vaso capilar. De esta manera, cuando los leucocitos –que circulan a gran velocidad por el torrente sanguíneo– perciben a las moléculas de adhesión en las células endoteliales de los vasos sanguíneos estimuladas por las citocinas, disminuyen progresivamente su velocidad hasta pararse por completo. En ese momento, se unen firmemente a las células endoteliales por otros receptores de adhesión, los cuales a su vez promueven vías de señalización propias que conducen a un cambio de morfología de las células linfoides, permitiendo que salgan del torrente sanguíneo, pasando entre las células endoteliales. Esto es posible gracias a que la interacción de las citocinas con sus receptores en las células endoteliales reduce la fuerza con la que éstas se unen entre sí. Este proceso de migración se conoce como extravasación o diapédesis; ocurre continuamente, pero se intensifica cuando hay inflamación generada por la entrada de un agente

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La i nmuni dad adaptati va Uno de los grandes retos de las células de la inmunidad adaptativa es cómo aumentar la probabilidad de detectar las señales de alarma y encontrarse con su antígeno específico, lo cual parecería poco viable dada la complejidad del cuerpo humano. La solución a este problema está en la capacidad de la linfa de concentrar los fluidos intersticiales de los tejidos en los ganglios linfáticos regionales. Ahí se reúnen las células presentadoras de antígeno, presentando los antígenos representativos de una región particular del cuerpo, lo cual facilita la tarea de los linfocitos T y B, que sólo necesitan recorrer los ganglios o nódulos linfáticos en búsqueda de sus antígenos específicos, sin necesidad de patrullar todos los tejidos y órganos del cuerpo. Así, los ganglios son los nodos de una amplia red de información de la cual los vasos sanguíneos y linfáticos son los conectores. En ellos ocurre la activación de los linfocitos T o B cuando se encuentran con las células presentadoras de antígeno. Las células presentadoras de antígeno salen de los tejidos infectados y se dirigen a través de la linfa a los ganglios cercanos al sitio de infección. El mensaje que acarrean es un péptido derivado del agente invasor asociado a las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (mhc, del inglés Major Histocompatibility Complex). En condiciones normales estas moléculas acarrean péptidos propios (es decir, derivados de proteínas normales del organismo), los cuales no activan a los linfocitos. La activación de los linfocitos T dará lugar a la llamada respuesta inmune celular, en tanto que la activación de linfocitos B genera la respuesta humoral. Nos enfocaremos en los sucesos que culminan en la activación de los linfocitos T; cabe señalar que a nivel molecular los eventos bioquímicos que conducen a la activación de los linfocitos B son


• Las intrincadas redes de la inmunidad

muy parecidos, pero la respuesta de las células es distinta ya que estos últimos acabarán produciendo anticuerpos contra el agente invasor. En el ganglio linfático, las células dendríticas interactúan con muchos linfocitos T. Sin embargo, sólo activan a un número limitado de linfocitos, pues cada linfocito T expresa en su superficie receptores específicos para un antígeno en particular. Únicamente se activarán aquellos linfocitos cuyos receptores para el antígeno tengan afinidad por el antígeno presentado por las células dendríticas en forma de péptido asociado al mhc, por lo que la respuesta que se genera es altamente específica. Además del antígeno cargado en las moléculas mhc, se necesitan otras moléculas de superficie, llamadas moléculas co-receptoras, para una activación adecuada del linfocito T y, por lo tanto, una respuesta eficiente. La interacción del receptor para el antígeno de un linfocito T con su antígeno y de las moléculas co-receptoras con sus ligandos, presentes en la superficie de la célula presentadora de antígeno, inician una compleja cascada de señalización (Figura 3) que regula la proliferación (expansión clonal) y diferenciación de los linfocitos hacia alguno de los fenotipos de linfocitos T cd4+ (Tabla 1) o en linfocitos citotóxicos en el caso de los linfocitos T cd8+. Esta cascada de señalización culmina con la activación de los factores de transcripción ap-1, nfat y NFκB, los cuales a su vez activan la expresión del gen que codifica para la il-2, entre otros genes. Esta citocina se secreta al medio extracelular y se une a su receptor en la superficie de los linfocitos activados; la expresión de la misma también aumenta como resultado de la activación del receptor para el antígeno, lo que asegura que proliferen preferentemente aquellas células que se activaron. La interacción de il-2 con su receptor activa una cascada de señalización que involucra múltiples componentes y puntos de control como los descritos hasta ahora, y conlleva a la expresión y modulación de las proteínas del control del ciclo celular. La integración de estas vías de señalización llevará a la proliferación y diferenciación de los linfocitos T. Dependiendo del tipo de antígeno y del tipo de respuesta que se requiera, lo cual es determinado por el tipo de patógeno (Tabla 1), los linfocitos adquieren

MHC APC

ζ

CD3

Linfocito

CD4

TCR P

Y Y

P

Shc PLCy L ZAP70 Y Grb2 A Sos/ PIP2 ZAP70 T Vav DAG Ras/ Rac PKCθ IP3 MAPK IKB CA 2+ GTP P

Y Y

P

RE

P P

NFκB

CN NFAT

NFAT

P

ERK

GDP

JNK

p38

AP-1

NFκB

Síntesis de citocinas pro-inflamatorias

■■

Figura 3. Señalización del tcr . Las vías de señalización generadas por la interacción del receptor para el antígeno del linfocito T ( tcr ) con su antígeno cargado en el mhc en la superficie de la célula presentadora de antígeno ( apc ) y del co-receptor cd 4 con el mhc , inician la activación del linfocito T y la respuesta inmune adquirida. En esta cascada de señalización participan múltiples cinasas y fosfatasas, moléculas adaptadoras y segundos mensajeros como Ca +2 que, a través de la formación de distintos complejos multiproteicos, culmina en rearreglos de citoesqueleto, regulación de la expresión génica y regulación de la entrada al ciclo celular.

T abl a 1 . Tip os d e linfocit os T

c d 4+

Eventos en los que participan

Citocinas que producen

T1

Defensa contra parásitos intracelulares

IFN-γ, TNF-α

T2

Defensa contra parásitos extracelulares

IL-4, IL-5 IL-6, IL-13

T17

Defensa contra patógenos, autoinmunidad y cáncer

IL-17, IL-21 IL-22

Treg

Mantenimiento de la tolerancia y la homeostasis

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TGF-β, IL-10

c iencia   31


Inmunología

la capacidad de producir el conjunto de citocinas que permitirán coordinar la respuesta inmune contra el agente invasor si son del tipo cd4+, o enzimas líticas y factores que permitirán eliminar las células infectadas o transformadas si son cd8+ (citotóxicos). Para realizar sus funciones efectoras, los linfocitos salen de los ganglios linfáticos y migran hacia el sitio de infección por procesos semejantes al descrito para la migración de monocitos y neutrófilos durante las etapas iniciales de la respuesta inmunitaria. En el sitio de infección, los linfocitos cd4+ secretan citocinas mediante las cuales coordinan las funciones de las células de los sistemas innato y adquirido. Por ejemplo, al interactuar con su receptor en la superficie de los macrófagos, el inf-γ activa cascadas de señalización que llevan a la transcripción de genes que codifican para enzimas como la óxido nítrico sintasa o la mieloperoxidasa. Con esto, los macrófagos mejoran su capacidad de degradar al patógeno fagocitado e incrementan la producción de especies reactivas de oxígeno; cuando estas especies son liberadas al medio extracelular promueven el “estallido respiratorio”, contribuyendo así a eliminar patógenos extracelulares. Por su parte, la secreción de il-4 promueve, entre otros procesos, la producción de anticuerpos por los linfocitos B y, junto con la il-10, favorece el establecimiento de un ambiente anti-inflamatorio necesario para que todos estos eventos no se salgan de control y pueda restablecerse el equilibrio fisiológico. Por otro lado, a

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través del receptor para el antígeno, los linfocitos T cd8+ citotóxicos detectan e interactúan con las células infectadas por virus, lo que provoca la liberación de gránulos ricos en enzimas líticas. Al entrar en contacto con la membrana de la célula blanco, las enzimas líticas inducen la muerte de esta última a través de cascadas de señalización que conducen a la activación de una familia de proteasas conocidas como “caspasas”, las cuales degradan distintas proteínas esenciales para la vida de la célula. Este proceso de muerte, conocido como apoptosis, limita la producción de nuevos virus y controla la infección. Una vez que se ha controlado la infección, los linfocitos T y B que combatieron al agente invasor mueren por apoptosis para dar por terminada la respuesta inmunitaria y evitar que una exposición prolongada a las numerosas citocinas que se produjeron durante el proceso altere las funciones del organismo; esto, además, favorece que se recupere la homeostasis del cuerpo y que todo vuelva a la normalidad. Pero no todos los linfocitos mueren; un número muy pequeño sobrevive. Se trata de las células que se conocen como células de memoria y que serán las encargadas de responder ante la eventualidad de que el organismo vuelva a ser atacado por el mismo patógeno. En esta segunda infección ocurren los mismos procesos ya descritos, pero todo es más rápido y eficiente. Éste es el principio por el cual las vacunas nos protegen. La vacunación representa el primer episodio de infección, el cual genera los linfocitos de memoria que nos protegerán por el resto de nuestra vida. Sin embargo, aún no sabemos con certeza cuáles citocinas, y por lo tanto cuáles vías de señalización, determinan que un linfocito sobreviva y se convierta en célula de memoria y otro muera.

¿ Cómo i nfor ma el si stema i nmun i ta ri o al r esto del or gani smo del estado de l as cosas? Las células que regulan la inmunidad son “chismosas” por naturaleza. Hasta ahora hemos descrito cómo se comunican entre ellas y cómo acarrean la información de los órganos a los ganglios y de regreso a los órganos afectados. Pero las quimiocinas y citocinas, en particular las tnf-α, il-1β e il-6 que se liberan en res-


• Las intrincadas redes de la inmunidad

puesta a una inflamación aguda, no son sólo elementos de comunicación entre células del sistema inmunitario. Las citocinas ejercen también sus funciones sobre el hipotálamo, una región del cerebro que, por medio de las hormonas que secreta, controla procesos fisiológicos tan importantes como la regulación de la temperatura corporal, el hambre, la ingesta de alimentos y líquidos, el cansancio y el sueño, además de algunos aspectos del comportamiento afectivo. Como si fueran hormonas, cuando las citocinas actúan sobre las células del cerebro pueden inducir fiebre, sueño y malestar general, y también afectar nuestra capacidad de aprendizaje y memoria. La fiebre que sentimos cuando estamos enfermos es el resultado de un aumento de la producción de prostaglandinas por las células del hipotálamo en respuesta a las señales que generan en estas células el tnf-α, la il-1β y la il-6. Los inhibidores de la síntesis de prostaglandinas, por ejemplo la aspirina, reducen la fiebre al bloquear el efecto de estas quimiocinas. Las mismas quimiocinas y citocinas llevan también las señales de alarma a las células del hígado, induciendo la síntesis de lo que se conoce como reactantes de fase aguda, algunos de los cuales pueden ser mediadores o inhibidores de la inflamación o participar en los mecanismos de reparación de tejidos. Así como las moléculas efectoras de la inmunidad son percibidas por receptores específicos en las células del cerebro, las células del sistema inmunitario también tienen receptores para la mayoría de los neurotransmisores; a través de las señales que se generan cuando estos últimos censan a sus ligandos, se modifica la respuesta de las células inmunitarias. De esta forma la acetilcolina, por ejemplo, que es un neurotransmisor liberado por el nervio vago, contribuye a restringir la amplitud de una respuesta inflamatoria, bloqueando la producción de algunas moléculas inflamatorias, para limitar los daños colaterales de una inflamación exagerada.

Concl u sión: u n a resp u est a a p ro p iada re q u ie re d e m u c h a s y d iv ersa s señal es y v í a s de señ a liza c ió n La respuesta inmunitaria es entonces el resultado de una compleja trama de interacciones entre recepto-

res y moléculas solubles, entre receptores y moléculas ancladas a membranas de otras células, y entre leucocitos y células de otros órganos. Todas ellas inducen vías de señalización que permitirán finalmente que las células integren la información que perciben a través de sus múltiples receptores y respondan adecuadamente. Describimos muchas redes (intracelulares, intercelulares e interorgánicas) que se organizan y comunican cuando ingresa un patógeno a nuestro organismo. Todos estos eventos se integran en una red de redes cuya finalidad es mantener el equilibrio en la salud y en la enfermedad para preservar la integridad del organismo (Figura 4). Sin embargo, la participación de las células de la respuesta inmunitaria no se limita a combatir agentes patógenos. Cada día se tiene mayor evidencia del papel de estas células y de sus productos en la regulación de funciones que no son inmunitarias, y de qué tanto la inmunidad innata como la adaptativa participan en muchas patologías, contribuyendo a su desarrollo. Tal es el caso, por ejemplo, de la obesidad que promueve anormalidades metabólicas que culminan en una mayor susceptibilidad a diabetes tipo 2, y el de enfermedades cardiovasculares, cáncer y neurodegeneración. Asimismo, alteraciones en las redes de señalización pueden resultar en respuestas inmunes aberrantes como las inmunodeficiencias o la autoinmunidad. En función de todo esto, una buena parte de la investigación que se realiza en esta área de la inmunología está

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ciencia  33


Inmunología

Ligando

Receptor

Virus

Leucocitos Torrente sanguíneo

Bacteria

Cerebro Ganglios linfáticos Timo

Bacteria

Bazo

Inicio APC

Placas de Peyer

Diapédesis

Amplificación

Médula ósea

Función efectora Red de vasos linfáticos

Macrófago

APC

Antígeno Linfocito T

Citocinas

MHC TCR

Quimiocinas Linfocito B

■■

Figura 4. Una compleja red de redes controla la respuesta inmunológica y mantiene la homeostasis. La respuesta inmunológica involucra distintos tipos celulares, moléculas y receptores que activan cascadas de señalización que decodifican la información del entorno. Las citocinas y quimiocinas producidas por los macrófagos en respuesta al patógeno serán las señales que las células del endotelio y los leucocitos del torrente sanguíneo integran para coordinar su paso al sito de infección. En un segundo tiempo, la interacción linfocito T-células presentadoras de antígeno activa cascadas de señalización que promueven la proliferación de los linfocitos y la producción de nuevas citocinas. Al viajar por el torrente sanguíneo, las citocinas llevan el mensaje a todo el cuerpo. Cuando interactúan con sus receptores en el cerebro, las citocinas activan vías de señalización específicas que el cerebro traduce; en respuesta, las neuronas producen neurotransmisores que viajarán por las terminales nerviosas de las neuronas para ser liberadas en el tejido infectado. A su vez, los neurotransmisores serán detectados por sus receptores presentes en las células inmunes y, dependiendo del estatus de la infección, la información activará aún más la respuesta inmunitaria o la suprimirá para concluirla.

enfocada a entender los mecanismos de señalización intra e intercelulares para identificar moléculas blanco en vías de señalización clave de distintas patologías, con miras a desarrollar estrategias terapéuticas específicas para tratar estas enfermedades.

A g rad e c i m ie ntos Los autores agradecen los comentarios y discusiones con los doctores Mario Ernesto Cruz-Muñoz y Roberto Espinosa Neira. El trabajo de nuestros laboratorios es apoyado por

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fondos del Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica de la Universidad Nacional Autónoma de México y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

G lo s ar i o Célula presentadora de antígeno: célula que exhibe en su superficie fragmentos de péptidos extraños asociados a las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (mhc, por sus siglas en inglés) y moléculas acceso-


• Las intrincadas redes de la inmunidad

rias, todos necesarios para disparar las señales de activación de los linfocitos T. Células dendríticas: prototipo de las células presentadoras de antígeno. Citocinas: proteínas producidas por múltiples tipos celulares; al igual que las hormonas, funcionan como agentes de comunicación entre células. Esta familia de proteínas incluye las interleucinas y los interferones, así como las quimiocinas. Estallido respiratorio: término que se refiere a la producción de grandes cantidades de especies reactivas de oxígeno, las cuales participan en el proceso de degradación de los patógenos internalizados. Factor de transcripción: proteína que reconoce secuencias de adn específicas en los promotores de los genes, regulando su transcripción. Fagosoma: vesícula intracelular que se forma durante el proceso de fagocitosis y que contiene al agente patógeno; al fusionar su membrana con la de los lisosomas se promueve la digestión enzimática del material ingerido, facilitando la generación de péptidos que serán presentados por las moléculas del mhc. Interferones: se consideran como citocinas; los interferones α y β son esencialmente antivirales y el interferón-γ activa macrófagos y otros leucocitos. Leucocitos: término para referirse al conjunto de células del sistema inmunitario, incluyendo monocitos, macrófagos, células polimorfo-nucleares, linfocitos T y B, células cebadas y células asesinas naturales. Linfocitos: término genérico para referirse a los linfocitos T y B. Quimiocinas: proteínas de pequeño peso molecular que estimulan el movimiento y la migración de los leucocitos de la sangre hacia los tejidos.

Gustavo Pedraza-Alva es biólogo egresado de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (unam). Hizo la maestría en el Instituto Weizman de Ciencias en Rehovot, Israel, y el doctorado en la Universidad de Basilea, en Suiza. Realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Vermont, en Estados Unidos. Es investigador en el Instituto de Biotecnología de la

unam

y miem-

bro del Sistema Nacional de Investigadores ( sni). Su trabajo se centra en entender los mecanismos moleculares que regulan la comunicación entre el sistema inmunitario y el sistema nervioso central. gustavo@ibt.unam.mx Álvaro Torres-Huerta es licenciado en Ciencias (especialidad en bioquímica y biología molecular) y maestro en Ciencias, egresado de la Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma del Estado de Morelos. Actualmente es estudiante de doctorado y becario del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). Su proyecto de investigación se enfoca en el estudio de las vías de señalización intracelulares en macrófagos enfrentados a un patógeno intracelular. avery@ibt.unam.mx Yvonne Rosenstein es bióloga egresada de la Facultad de Ciencias de la

unam .

Obtuvo su doctorado en Inmunología en la Universidad

Pierre et Marie Curie (Paris VI) en París, Francia. Realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Harvard, y fue investigadora asociada en el Dana-Farber Cancer Institute en Boston, Estados Unidos. Actualmente es investigadora en el Instituto de Biotecnología de la unam ,

miembro del

sni

y de la Academia Mexicana de Ciencias. Su

trabajo se centra en el estudio de los mecanismos de señalización de las células linfoides y en la participación de los llamados pequeños péptidos en la regulación de la respuesta inmunológica. yvonne@ibt.unam.mx

Le ctura s re c o m en d a d a s Fukata, M., A. S. Vamadevan y M. T. Abreu (2009), “Toll-like receptors (tlrs) and Nod-like receptors (nlrs) in inflammatory disorders”, Seminars in Immunology, 21:242-253. Kaur, S. y L. C. Platanias (2013), “ifn-β-specific signaling via a unique ifnar1 interaction”, Nature Immunology, 14:884-885. Ransohoff, R. M. y M. A. Brown (2012), “Innate immunity in the central nervous system”, Journal of Clinical Investigation, 122:1164-1171.

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Vianney Ortiz Navarrete nnnnnnn

Vivir para contarlo.

La memoria del sistema inmune

3 6 â&#x20AC;&#x201A; c ie n c ia â&#x20AC;˘ abril-junio de 2015


La memoria inmunitaria es una f u n ció n d e la r e s p u e s t a i nmu n e a d q u i rid a q u e p e r mi t e r e c o no c e r d e m a n e r a ráp i d a y e f i c i e nt e a lo s a nt í g e n o s d e p a t ó gen o s , c é lu la s t u m o r a le s , c é l u l a s o t e j i d o s d e l p ro p i o i nd i v i d u o , o a c u a lq u i e r o t r o a n t í g e n o , c u a n do e l s i s t e ma i nmu ne lo s e n c u e n t r a p o r se g u n d a v e z o en o c a s i o ne s s u b s e c u e nt e s . E s p o r l o t a n t o u n a p i e z a f u n d a me nt a l e n la r e s p u e s t a p r o t e c t o r a c o n t r a i n f e c c i o n e s, l a e l i m i n a c i ó n de t u mo r e s y e n la e f i c a c i a d e l a s v a c u n a s q u e se a p l i c a n a l a p o b l a c i ó n . T amb i é n p a r t i c i p a e n e v e nto s a d v e r so s c o m o l a s e n f e r m e d a d e s a u t o i n mu ne s y la s a le r g i a s .

E l p rim er en c u en t ro , un rec u erd o p a ra t o d a la vi da a palabra “inmune” tiene su origen en la palabra latina immunis, que aludía a los soldados exentos de sus obligaciones por servicios militares o pago de impuestos. Esta acepción hasta la fecha es vigente en lo que se refiere a la inmunidad diplomática o bien a la inmunidad que poseen los senadores y diputados, aunque en nuestro país es conocida como “fuero” en lugar de inmunidad parlamentaria como en otros países. De acuerdo con el Atlas Histórico de Inmunología, en 1879 se cita por primera vez en la literatura médica inglesa el término “inmunidad” para referirse a un estado libre de infección o resistencia a un veneno o algún contagio. Cabe destacar que es posible encontrar referencias más antiguas que ya describen la resistencia a las enfermedades. Por ejemplo, en su Historia de la guerra del Peloponeso, al describir la peste, Tucídides señala que los sobrevivientes a la enfermedad se encargaron de cuidar a los enfermos, ya que el mismo individuo nunca sufrió un ataque dos veces, o por lo menos nunca fatalmente. De igual manera, el historiador Procopio de Cesarea escribe que durante la plaga de Justiniano quienes se recuperaron de la enfermedad no fueron objeto de un segundo ataque. Asimismo, según una leyenda,

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Inmunología

el rey Mitridates del Ponto se protegió contra envenenamientos ingiriendo pequeñas dosis de mitridato, una mezcla de sustancias vegetales y animales que él mismo inventó. Entre los antecedentes mejor documentados de una enfermedad contagiosa contra la que se adquiere protección luego de sufrirla una vez, se encuentra el trabajo realizado por el médico danés Peter Ludwin Panum en las Islas Feroe. Entre abril y octubre de 1846 ahí se presentó, después de 65 años, un brote de sarampión, mismo que fue cuidadosamente estudiado por Panum. Él concluyó lo siguiente: 1) la enfermedad, que se manifiesta como una erupción cutánea, requiere de un periodo de incubación de 14 días; 2) el sarampión es muy contagioso durante el periodo de erupción o florecimiento, pero no durante la convalecencia y descamación; 3) la enfermedad no se adquiere por emanaciones fétidas (como se creía en esa época), sino por contagio de persona a persona, ya fuese por contacto o bien por el uso de ropas o utensilios de los enfermos; y 4) el sarampión no ataca dos veces a la misma persona. Panum pudo asegurar esto último porque encontró a 98 individuos que habían padecido sarampión en un brote en el año de 1781, de los cuales ninguno presentó la enfermedad en el brote de 1846. A partir de los puntos anteriores, se pudo concluir que la primera infección dio protección a los 98 individuos analizados contra el siguiente brote. En 1977 la Organización Mundial de la Salud firmó el Acta de Defunción de la Viruela, primera enfermedad infecciosa erradicada de la faz de la Tierra. Los antecedentes de la enfermedad y la manera de protegerse contra ella se encuentran en antiguos textos médicos chinos y en los cánones sacros del hinduismo. Los chinos empleaban las costras de las lesiones de la viruela para pulverizarlas y posteriormente introducirlas en las fosas nasales de aquellos individuos a los que se deseaba proteger. Por su parte, los hindúes introdujeron la inoculación con hilos remojados en pus de lesiones de viruela, los cuales introducían en pequeñas incisiones de la piel de individuos sanos. Se considera que fue Lady Mary Wortley Montagou quien llevó a Inglaterra el procedimiento de inoculación (proveniente del latín inoculare, que significa injertar) después de haber vivido en Turquía de 1716 a 1718.

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Este procedimiento se extendió rápidamente. También se le conoció como variolización, del latín varus, que significa grano, barro o espinilla. Históricamente se considera a Edward Jenner como uno de los fundadores de la inmunología debido a su contribución al primer método confiable para conferir inmunidad contra la viruela. Como médico de Berkeley, en Gloucestershire, Jenner se enteró de algo que habían observado habitantes de una comunidad rural del sur de Inglaterra. Ellos comentaban que los ordeñadores de las vacas se contagiaban de una enfermedad eruptiva de la piel de los bovinos (viruela del ganado) y que esto los protegía contra la viruela. Para confirmarlo, en 1796 Jenner inoculó al niño James Phipps, de 8 años de edad, con material tomado del brazo de la ordeñadora Sarah Nelmes, quien sufría de viruela del ganado. El niño tuvo una ligera infección que afectó su estado general, principalmente entre el séptimo y noveno día después de la inoculación, pero al décimo mostró una recuperación absoluta. Aproximadamente mes y medio después, James Phipps fue inoculado en ambos brazos con viruela y, tal como se esperaba, no presentó la enfermedad. Pasados algunos meses, fue inoculado nuevamente con viruela y no adquirió la enfermedad. Jenner publicó de forma detallada este exitoso caso de protección junto con otros 11, y para 1840 el procedimiento fue adoptado por el gobierno de Inglaterra. Esta forma de vacunación se extendió por toda Europa. Francisco Xavier de Balmis la introdujo en las colonias españolas con una expedición que partió de la Coruña en 1803 y cuya misión era vacunar a la población de las Islas Canarias, Colombia, Ecuador, Perú y México, además de Filipinas, Macao y Cantón, en lo que puede considerarse la primera campaña de vacunación masiva e internacional. Los hallazgos de Louis Pasteur, otro de los fundadores de la inmunología, reforzaron y ampliaron el empleo de la vacunación. De hecho fue Pasteur quien dio el nombre de “vacuna” al material utilizado para inducir protección contra enfermedades infecciosas, en honor a los descubrimientos de Edward Jenner. Su trabajo sobre la atenuación de las bacterias permitió obtener vacunas a base de microorganismos que sólo causan síntomas leves, pero que son capaces de inducir un estado de protección. Con bacterias atenuadas lo-


• Vivir para contarlo. La memoria del sistema inmune

gró proteger a pollos contra el cólera aviar, así como a bovinos contra el ántrax. El legado más significativo de Pasteur para la medicina humana fue la vacuna contra la rabia. Para ello utilizó la médula espinal de conejos previamente infectados con el virus y vacunó con ese material a perros. De esta manera logró establecer que la protección contra la rabia requería de 14 inyecciones; la primera persona que vacunó fue el niño Joseph Meister, quien había sido mordido por un perro rabioso y gracias al procedimiento de Pasteur no desarrolló la enfermedad.

La memoria inmunitaria es una función del sistema inmune que se ejerce cuando el organismo de un individuo con experiencia inmunitaria, es decir, que ya conocía al antígeno, reencuentra al mismo antígeno.

De q u é man era t e rec u erd o Como se puso de manifiesto en los antecedentes históricos, la memoria inmunitaria es una función del sistema inmune que se ejerce cuando el organismo de un individuo con experiencia inmunitaria, es decir, que ya conocía al antígeno, reencuentra al mismo antígeno. Este reencuentro puede deberse a una infección, una vacunación o, en el caso de las alergias, a la exposición al alérgeno, como puede ser polvo, pelos de animales y el polen de las flores, entre otros. De acuerdo con lo descrito en otros artículos de este número de Ciencia, las células protagonistas de la respuesta inmune adquirida son los linfocitos B y los linfocitos T, y las poblaciones de ambas participan en el establecimiento de un estado de inmunidad. Dependiendo del tipo de antígeno, una de las dos poblaciones desempeña un papel preponderante. A través de la producción de anticuerpos, los linfocitos B son más importantes en el caso de antígenos que ingresan por mucosas y que pueden tener acceso al torrente sanguíneo (como virus y alérgenos), mientras que los linfocitos T se requieren en la inmunidad contra microorganismos intracelulares (por ejemplo Salmonella y micobacterias). Los linfocitos B y los linfocitos T, denominados naive o “vírgenes”, tienen un primer encuentro con un antígeno dando como resultado lo que se conoce como respuesta primaria, ya que nunca se habían encontrado con ese antígeno. Como consecuencia de ese encuentro, los linfocitos entran en un estado de activación que conlleva expansión clonal (proliferación celular que permite el incremento del número de linfocitos). Este

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Inmunología

incremento del número de linfocitos genera dos tipos de subpoblaciones. La primera es mayoritaria y de vida corta, y lleva a cabo sus funciones en forma inmediata (células efectoras); los linfocitos B se convierten en células plasmáticas productoras de anticuerpos, mientras que los linfocitos T producen citocinas (T cd4) o ejercen su función citotóxica (T cd8). La otra es una subpoblación pequeña que tiene larga vida y se compone de los linfocitos de memoria, los cuales van a garantizar una rápida y potente respuesta inmune al reencuentro con el antígeno, conocida también como respuesta secundaria. La subpoblación de memoria en los linfocitos B tiene dos tipos de células: las células plasmáticas de larga vida (llpc, por sus siglas en inglés) y las células B de memoria (BMEM). Las primeras constantemente secretan anticuerpos, por lo que se les puede considerar como memoria activa. Estas células se generan en el bazo, dentro de unas estructuras conocidas como centros germinales; desde ahí migran por el torrente sanguíneo hasta la medula ósea, donde van a residir por largos periodos e incluso pueden vivir indefinidamente. Las BMEM constituyen la memoria quiescente, es decir, permanecen en reposo y sólo proliferan hasta que reencuentran al antígeno. Entonces generan nuevas BMEM: células plasmáticas de vida corta y de vida larga. Los linfocitos T de memoria a su vez se clasifican en dos poblaciones. Una reside principalmente en los ganglios linfoides –bazo y medula ósea–, donde sus células se van a expandir clonalmente cuando reencuentren al antígeno; a éstas se les denomina células T de memoria central (TCM). La otra población se distribuye por toda la sangre periférica hacia todos los tejidos del

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organismo, donde al reencontrar un antígeno ejercerá inmediatamente sus funciones, por lo que sus células se conocen como células T de memoria efectora (TEM). Se ha identificado una tercera población que permanece por largo tiempo en el cerebro, la piel, los pulmones y el intestino; sus células se llaman células de memoria residentes de tejido (TRM).

Cómo se conser va l a memor i a Existen por lo menos cuatro modelos para explicar cómo se mantendría la memoria de las BMEM a lo largo de la vida: 1.

2.

3.

En el modelo dependiente de antígeno las reinfecciones, reinmunizaciones o bien infecciones persistentes mantienen la presencia del antígeno y, por consiguiente, la memoria inmunitaria. En la estimulación intermitente por antígenos de reactividad cruzada, debido a que la especificidad de los linfocitos no es absoluta, estos últimos podrían reconocer antígenos que se encuentran dentro del individuo y estos antígenos proporcionarían la estimulación intermitente de células BMEM. Entre los antígenos que ejercerían dicha función estarían los provenientes de alimentos y de patógenos no relacionados e incluso antígenos propios (derivados de las proteínas de la misma persona). Para la activación por mecanismos alternos a los antígenos, las BMEM podrían ser estimuladas a través de moléculas presentes en su superficie, como los receptores tipo Toll. Estos receptores reconocen moléculas de microorganismos o bien moléculas


• Vivir para contarlo. La memoria del sistema inmune

4.

propias, y proporcionan las señales necesarias para mantener a las BMEM. La homeostasis programada de sostenimiento involucra la participación paracrina de citocinas y factores aún no identificados que mantienen bajos los niveles de proliferación de las BMEM.

Por otro lado, hallazgos en ratones indican que las células plasmáticas de larga vida o llpc pueden sobrevivir en la medula ósea de estos animales durante toda su vida (entre año y medio y dos años). En el caso de humanos los datos son escasos, pero considerando que los anticuerpos contra ciertos virus persisten, podemos suponer que, haciendo referencia a su nombre, las llpc también sobreviven en la medula ósea por muchos años o a lo largo de la vida, según el tipo de antígenos que les dieron origen. La memoria de los linfocitos T se mantiene mediante la homeostasis programada de sostenimiento. En ella participan las citocinas il-7 e il-15, así como la estimulación por antígenos de reactividad cruzada. De esta manera, los TCM y los TEM reciben estímulos que los mantienen dividiéndose a un ritmo lento. A esta multiplicación celular se le conoce como proliferación homeostática. A diferencia de la expansión clonal que evocan los antígenos, en la proliferación homeostática no se observa un incremento importante en el número de células, tampoco muerte posactivación. Al contrario, los estímulos brindan las señales que mantienen vivas a las células de memoria en la sangre periférica y en órganos linfoides secundarios como la red de ganglios linfáticos y el bazo.

Con cl u siones Como se comentó a lo largo de este texto, la memoria inmunitaria es la mejor preparación que puede tener nuestro organismo para combatir a los microorganismos cuando los reencuentra. Las células de memoria permiten una respuesta inmune rápida que conduce a la eliminación de los patógenos y es la base de la eficacia de las vacunas que actualmente se aplican a la población. El conocimiento cada vez más detallado de la memoria inmunitaria nos ha permitido identificar a sus poblaciones celulares, así como los factores

involucrados en su generación y sostenimiento a lo largo de la vida. Sin embargo, es poco lo que conocemos sobre cómo evitar la memoria inmunitaria cuando se trata de padecimientos en los que el sistema inmune en vez de proteger causa daño, como las alergias y las enfermedades autoinmunes. Este aspecto es uno de los más importantes que se deben seguir investigando, al igual que la forma en que la función de la memoria inmunitaria es afectada por la pérdida de funciones de algunos órganos durante el envejecimiento, por la obesidad o por enfermedades crónicas como la diabetes.

Vianney Ortiz Navarrete es químico farmacéutico biólogo egresado de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Veracruzana. Obtuvo su maestría y doctorado en la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional. Hizo una estancia posdoctoral en el Centro Alemán de Investigaciones Oncológicas en Heidelberg, Alemania. Es Investigador Titular del Departamento de Biomedicina Molecular del Centro de Investigaciones y de Estudios Avanzados, y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y del Sistema Nacional de Investigadores. vortiz@cinvestav.mx

Lectur as r ecomendadas Crotty, S., S. M. Kaech y S. P. Schoenberger (2013), “Immunologic Memory”, en William E. Paul (editor), Fundamental Immunology, 7a. ed., eua, Wolters Kluwe/ Lippincott Williams & Wilkins. Cruse, J. M. y R. E. Lewis (2005), “Origins of immunity in antiquity”, en Robert E. Lewis (editor), Historical Atlas of Immunology, Reino Unido, Taylor & Francis. Zanetti, M. (2013), “Immunological Memory”, Encyclopedia of Life Sciences, Wiley Online Library, Chichester, John Wiley & Sons.

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Leopoldo Santos Argumedo nnnnnnn

¿Qué ocurre cuando el

sistema inmune no funciona adecuadamente?

La alergia es la respuesta, usualmente exagerada o diferente, contra sustancias que normalmente son inocuas. La autoinmunidad se refiere al daño que el sistema inmunitario causa a las células y a los tejidos propios. En ambos grupos de padecimientos la respuesta inmunitaria tiene un papel central. Los mecanismos que desencadenan dichas enfermedades se comprenden poco, por lo que no se cuenta todavía con terapias específicas y eficaces para combatirlas. Del producto de los trabajos de investigación han surgido nuevas propuestas terapéuticas que seguramente mejorarán el panorama, a veces un tanto desalentador, para hacer frente a estos padecimientos crónicos. Quizá en algunos años podamos contar con medicamentos que realmente curen la enfermedad, en lugar de tratamientos orientados a combatir los síntomas.

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• ¿Qué ocurre cuando el sistema inmune no funciona adecuadamente?

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esde que se empezó a estudiar el sistema inmune, siempre se ha visto como un sistema encargado de defendernos de los gérmenes. Sin embargo, ya en el inicio del estudio de los mecanismos de respuesta surgieron evidencias de que los mismos elementos que nos protegen, bajo ciertas circunstancias también pueden causar daño. Así, la inmunidad también tiene “su lado oscuro”, que está representado por las enfermedades alérgicas y la autoinmunidad.

E nfe rme dad es a lérg ic a s El término “alergia” proviene del griego állos, otro, y érgon, obra, reacción; su etimología nos indica que se refiere a una sobrerreacción del sistema inmunitario ante un agente extraño. Al tratarse de una reacción exacerbada, también se le ha llamado hipersensibilidad. Pero como no siempre se trata de respuestas excesivas, podemos decir que la alergia es más bien una manera distinta de responder a un estímulo determinado. Aunque existen diversas formas de hipersensibilidad, aquí nos vamos a referir a una en particular que es más acorde con el uso que el común de las personas dan al término “alergia”. El fenómeno de la inmunidad se basa en la extraordinaria capacidad que tiene el sistema inmunitario para distinguir lo que es propio de lo que es no propio;

es decir, lo extraño o ajeno. Por ejemplo, mis tejidos, mis células y las moléculas que los conforman son propios; todo lo que no esté incluido en ese universo es no propio. Los gérmenes, patógenos o no, son extraños, al igual que las moléculas de otros organismos, e incluso las de organismos de mi misma especie. Las moléculas de las cuales me alimento, ya sean de origen vegetal o animal, son extrañas. Por lo tanto, es natural que todas las moléculas que me son extrañas, o no propias, puedan generar una respuesta inmunitaria. Los individuos que tengan un sistema inmunitario competente pueden responder produciendo anticuerpos contra las sustancias extrañas enumeradas; sin embargo, como respuesta a los mismos estímulos, una fracción de esas personas también producirán anticuerpos de una clase diferente. Quienes no padecen alergia responderán con anticuerpos de las clases IgM, IgG e IgA (este último muy abundante en las secreciones). En contraste, las personas alérgicas van a responder con la producción de anticuerpos de la clase IgE. Los IgE constituyen un grupo de proteínas que en circunstancias normales son muy escasas en la sangre, pero su concentración puede elevarse en todos los individuos sanos cuando son infestados por parásitos, particularmente gusanos planos o redondos como Taenia solium (solitaria) o Ascaris lumbricoides (lombrices). En esos casos, los IgE desempeñan un papel protector pues ayudan a inducir inflamación en los sitios en los

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Inmunología

IgM

IgD

Linfocito B CD40 CD40L

Pérpido alérgeno

Pérpido alérgeno

Alérgenos APC

IgE Cambio de clase

T

IL-4 IL-13

Célula cebada

IgE

MHC Pérpido alérgeno

Desgranulación

■■

Figura 1.

que se alojan dichos parásitos y contribuyen a su expulsión. Otros estímulos extraños pueden inducir en las personas alérgicas la producción de anticuerpos de la clase IgE. Ejemplos de esos estímulos son: la materia fecal de un tipo particular de ácaros que habita en nuestros colchones; las esporas de algunos hongos que se desarrollan en las áreas húmedas, poco iluminadas y poco ventiladas de nuestras casas; algunos alimentos, como los cacahuates y el huevo; ciertos productos de origen marino; y las esporas de muchos tipos de plantas, entre muchos otros. Es importante hacer notar que en muchos casos tales antígenos, a los que en adelante llamaremos alérgenos, son inocuos y no representan un riesgo para las personas que no son alérgicas. La proteína IgE tiene la propiedad de unirse fuertemente a la membrana plasmática de un tipo muy particular de células, las células cebadas. También llamadas mastocitos (anglicismo que proviene del término mast cells), las cebadas son células que se originan en la médula ósea de los individuos y se distribuyen a los tejidos a través de la sangre. Estas células son particularmente abundantes en las mucosas respiratoria y digestiva. Otro tipo de células a las que también puede unirse la IgE con gran eficiencia son los basófilos. Tanto las células cebadas como los basófilos contienen una gran cantidad de gránulos ricos en histamina y otras

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sustancias que inducen inflamación. De esta forma, la respuesta inmunitaria de las personas alérgicas contra esos alérgenos es producir anticuerpos de clase IgE. Estos anticuerpos se unen y “decoran” la superficie tanto de las células cebadas, como de los basófilos. Cuando los alérgenos entran nuevamente al organismo se acoplan a la proteína IgE que ya está unida a la superficie de las células cebadas y de los basófilos; esto dispara en unos cuantos minutos la descarga del contenido de los gránulos de dichas células, un proceso conocido como desgranulación. La histamina y otras sustancias van a ejercer su acción iniciando un proceso de inflamación local (cuando el estímulo ocurre en las mucosas) o sistémico (si el alérgeno alcanza el torrente circulatorio, por la desgranulación de los basófilos). La histamina es una sustancia que se produce por descarboxilación (eliminación de un grupo carboxilo) del aminoácido histidina. Actúa sobre las células del músculo liso de los bronquios y del intestino; en las primeras provoca que disminuya su diámetro y con ello el flujo de aire (broncoconstricción), y en las segundas hace que aumenten los movimientos peristálticos (lo que contribuye a la expulsión de los gusanos). También ejerce su acción sobre las células del endotelio de los vasos sanguíneos provocando su dilatación y por lo tanto el aumento de la permeabilidad, lo que a su


• ¿Qué ocurre cuando el sistema inmune no funciona adecuadamente?

vez permite la llegada de un mayor flujo sanguíneo a la zona afectada y la salida de líquido y glóbulos blancos del torrente circulatorio hacia los tejidos afectados, produciendo hinchazón o edema. En conjunto, esto conduce a una típica respuesta inflamatoria con las características de enrojecimiento, calor, hinchazón, comezón, etcétera, en las zonas afectadas. De forma muy esquemática podemos decir entonces que las personas que producen anticuerpos de la clase IgE en respuesta a los alérgenos, al ser nuevamente expuestas a los mismos tendrán una reacción alérgica. Esto, que es una verdad de Perogrullo (tan evidente que resulta trivial), puede originar problemas con alérgenos que son distribuidos vía aérea como los pólenes, las esporas o la materia fecal de los ácaros (Dermatophagoides sp.), que van desde reacciones relativamente leves (aunque muy molestas) como la rinitis alérgica, hasta fenómenos mucho más graves como el asma, que llegan a poner en riesgo la vida. Cuando los alérgenos tienen contacto con la piel pueden inducir dermatitis alérgica (caracterizada por inflamación, piel seca, formación de ampollas, comezón, etc.); si alcanzan el torrente circulatorio pueden causar un choque anafiláctico, como a veces sucede con algunos medicamentos (por ejemplo, la penicilina). El choque anafiláctico es una reacción alérgica muy grave cuyas manifestaciones se dan en todo el organismo, pero el tracto respiratorio es el más afectado: hay dificultad para respirar, lo que puede llevar a la muerte si la persona no es atendida de inmediato. Entre los alérgenos comunes que afectan a la población susceptible están los venenos de insectos, particularmente el de abeja, por lo que este tipo de emergencias se presentan con mayor frecuencia en los meses cálidos, durante la polinización que realizan estos insectos. Es por ello que se recomienda extremar precauciones con esa población. Cabe preguntarse por qué algunas personas desarrollan alergia y otras no. La respuesta no es nada sencilla y quizá lo más honesto sería decir que no lo sabemos. Existen evidencias claras del origen genético de algunas alergias; esto es, los padres alérgicos tienen hijos alérgicos. Sin embargo, no se ha encontrado ningún gen que por sí solo condicione la alergia. La penetrancia de los genes que se han relacionado con alergias (proporción de individuos alérgicos con respecto al

número de portadores de dichos genes) es reducida o incompleta. Es decir, hay individuos que tienen un gen de susceptibilidad pero no presentan la enfermedad. Asimismo, los datos epidemiológicos de las últimas décadas han mostrado que el número de pacientes que sufren de alergias se ha incrementado de manera muy significativa. Las explicaciones para dicho incremento también son muy variadas y ninguna de ellas, por sí sola, explica completamente el fenómeno. Entre las más mencionadas están una mayor exposición a la contaminación; la mejoría en las condiciones de higiene (que si bien ha disminuido la frecuencia de muchas enfermedades infecciosas no letales, podría incrementar la susceptibilidad al desarrollo de alergias); cambios en la dieta, etcétera. Para complicar más el panorama, no todos los individuos alérgicos presentan niveles más altos de la proteína IgE, ni el mero incremento de ésta predispone necesariamente a la alergia, como ocurre con las personas infestadas por gusanos parásitos. Del entendimiento de esta patología se podrían derivar algunas recomendaciones muy generales para los pacientes alérgicos, que obviamente deben ser supervisadas por profesionales de la salud para que su implementación sea certera. La primera sería evitar, siempre que sea posible, la exposición de la persona susceptible a los alérgenos. Una vez establecida la alergia, es necesario usar medicamentos para prevenir que la IgE se una a las células cebadas y a los basófilos, también medicamentos que interfieran con la desgranulación de estas células y medicamentos que bloqueen los efectos de las sustancias activas de los gránulos de las mismas células (los antihistamínicos son los que más se utilizan). Es importante enfatizar que ninguna de estas estrategias terapéuticas cura la enfermedad, sólo previenen la aparición de los síntomas o disminuyen su intensidad; por ello el control ambiental para reducir o eliminar la exposición a los alérgenos seguirá siendo prioritario.

T abl a 1 . A lgunos ejemp los d e reacciones alérgicas me dida s p or la IgE Generalizadas

Anafilaxia

Respiratorias

Rinitis, conjuntivitis, asma

Cutáneas

Dermatitis tópica, urticaria, angio edema

Gastrointestinales

Diarrea, náuseas, vómito, dolor abdominal

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Inmunología

E nfe rme d a d es a u t o in m u n es Hablamos de una enfermedad autoinmune cuando el sistema inmunitario ataca a sus propias células o a sus propias moléculas. Como ya se mencionó, en circunstancias normales el sistema inmunitario se encarga de atacar a todas las moléculas que son extrañas al organismo, sin tocar las propias. Para entender cómo se origina el proceso de un padecimiento autoinmune primero necesitamos saber cómo el sistema inmunitario logra discriminar entre lo propio y lo extraño, para luego analizar por qué, bajo ciertas circunstancias, puede atacar lo propio. Las células del sistema inmunitario se originan en los órganos linfoides primarios (médula ósea y timo). En la médula ósea se generan los linfocitos B, que son los precursores de las células productoras de anticuerpos, mientras que en el timo se originan los linfocitos T, que producen citocinas y pueden eliminar células infectadas con patógenos intracelulares. Tanto los linfocitos B como los T tienen una gran diversidad de receptores que les permiten reconocer y reaccionar contra millones de antígenos (un linfocito para cada antígeno). La gran diversidad de receptores se origina por recombinación genética, un proceso de “edición” del material genético para generar un receptor específico. Este proceso es aleatorio, lo que significa que algu-

Genes

Enfermedad autoinmune

T B DC Regulación inmunológica

■■

Figura 2.

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Medio ambiente

nas de las células que se están originando en la médula ósea y el timo pueden reconocer y reaccionar contra moléculas propias. La maduración lleva implícita una selección muy rigurosa para permitir que las células que reconocen antígenos extraños puedan completar esa etapa, mientras que las células que reconocen antígenos propios se descartan; éstas últimas se denominan autorreactivas. De esta forma, en general, todas las células autorreactivas se suprimen, lo que implica su eliminación física o funcional; en este último caso las células no se eliminan, pero no se permite su activación, quedan en un estado que se denomina anergia, término que significa “incapacidad de responder”. Al proceso de selección negativa de las células inmaduras se le conoce como tolerancia central, es decir, que al no haber células que reconozcan nuestros propios antígenos, nos volvemos tolerantes a nuestras propias moléculas. No obstante lo riguroso del proceso de selección, no es perfecto y algunas células autorreactivas logran escapar de este control y completar su maduración; por lo tanto, se requiere de mecanismos que supriman su actividad. Los mecanismos para controlar a estas células maduras son muy diversos; al proceso se le conoce como “tolerancia periférica”, ya que ocurre fuera de los órganos linfoides primarios y para distinguirlo de la tolerancia central. Los mecanismos de tolerancia periférica pueden actuar en diversas etapas del proceso de activación y varios de ellos participan de forma conjunta con el fin de conseguir un control más eficiente de las células autorreactivas, que son potencialmente peligrosas. Cuando se activa alguna de estas células que reconocen antígenos propios decimos que hubo ruptura de la tolerancia y, en consecuencia, autoinmunidad. Para completar exitosamente su activación los linfocitos maduros requieren de una serie de señales, ya que el reconocimiento del antígeno es insuficiente. Por ejemplo, para activar a los linfocitos B se requiere que el antígeno forme puentes con varios receptores para él mismo, entrecruzándolos; entre más receptores hayan sido entrecruzados, más eficiente será la activación de las células B y menos dependiente de la ayuda de los linfocitos T cooperadores. No obstante, en la naturaleza son pocos los antígenos que tienen esta propiedad, por lo tanto para la mayoría de los antígenos se necesita


• ¿Qué ocurre cuando el sistema inmune no funciona adecuadamente?

de la ayuda de las células T cooperadoras. Si un linfocito B es estimulado por alguno de estos antígenos con baja eficiencia para formar puentes con varios receptores y no recibe la ayuda de un linfocito T cooperador, no completará su ciclo de activación. No sólo eso, esta célula puede quedar anérgica y más adelante no podrá ser estimulada. Así, un mecanismo de control periférico es la falta de cooperación para completar el ciclo de activación. Aun cuando existan células B autorreactivas, si no hay células T cooperadoras que reconozcan al mismo antígeno no se completará la activación. A diferencia de los linfocitos B, las células T no pueden reconocer a los antígenos en su forma nativa, éstos tienen que ser parcialmente degradados para originar los fragmentos que serán colocados sobre la superficie de las moléculas de histocompatibilidad. A la degradación parcial y la colocación de los pedazos de antígeno sobre las moléculas de histocompatibilidad se les conoce como procesamiento y presentación del antígeno, respectivamente. Ambos procesos los llevan a cabo un tipo particular de células, las llamadas células presentadoras de antígeno. Prácticamente cualquier célula que exprese moléculas de histocompatibilidad sobre su membrana podría presentar antígeno. Empero, sólo las células presentadoras de antígeno “profesionales” pueden iniciar el proceso de activación de un linfocito T naive (células que nunca han tenido contacto con el antígeno). La diferencia radica en que las células presentadoras “profesionales” proporcionan una serie de señales de coestimulación para la adecuada activación del linfocito T. En concordancia con lo que ocurre con los linfocitos B, las células T que reconocen moléculas propias en ausencia de señales de coestimu-

T abl a 2. Ejemp los d e algunas enfermed ad es aut oin mu n e s humanas

Enfermedad

Tejido u órgano afectado

Anemia hemolítica

Eritrocitos

Artritis reumatoide

Tejido conjuntivo

Diabetes tipo I

Células beta del páncreas

Enfermeda de Addison

Glándulas adrenales

Enfermedad de Graves

Tiroides

Esclerosis múltiple

Cerebro y médula espinal

Escleroderma

Corazón, pulmón, riñón, intestino

Lupus eritematoso sistémico

Plaquetas y varios tejidos

Miastenia gravis

Sinapsis nervio-muscular

Psoriasis

Piel

Tiroiditis de Hashimoto

Tiroides

lación no completan su ciclo de activación y pueden quedar anérgicas e incluso ser eliminadas. Aquí conviene mencionar que las células presentadoras de antígeno “profesionales” están constituidas predominantemente por macrófagos, células dendríticas y linfocitos B activados. Aun cuando se han descrito otros tipos celulares con capacidad de contener el antígeno, la presentación más eficiente, y quizá la más significativa biológicamente hablando, es la ejercida por esos tres tipos celulares. No todo está perdido cuando las células autorreactivas logran activarse. Existe un grupo particular de células conocidas como células reguladoras, cuya función, como su nombre lo indica, es regular o suprimir la actividad de las células activadas. Esta supresión puede ser “persuasiva”, mediante la secreción de proteínas solubles (citocinas) que disminuyen la actividad autorreactiva de las células, pero si la situación lo amerita puede llegar hasta la eliminación física. Las células supresoras mejor caracterizadas son las del linaje T y se denominan células T reguladoras. Estas células pueden originarse en el timo durante el desarrollo o bien en la periferia, a partir de células maduras estimuladas. Sea cual fuere su origen, estas células tienen la capacidad de secretar citocinas reguladoras como el factor de crecimiento transformante y la interleucina 10. Además, pueden expresar sobre su membrana moléculas que interaccionan directamente con las células autorreactivas, “convenciéndolas” de que cesen su función. También pueden hacer que las células pre-

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Inmunología

sentadoras de antígeno dejen de presentarlo. En una acción desesperada, pueden reprimir la acción de las células autorreactivas, eliminándolas; esto lo logran a través de moléculas que, por medio del factor de necrosis tumoral o del ligando de Fas, inducen el suicidio de esas células en un proceso conocido como apoptosis (la célula autorreactiva muere sin causar un daño significativo a las células de su entorno). Existen otros tipos celulares con funciones parecidas a las de las células T reguladoras, entre ellos los linfocitos B reguladores, las células dendríticas, las células NK y los macrófagos reguladores. Aunque su existencia y funciones están bien establecidas, su papel en el control de las enfermedades autoinmunes todavía es controversial. De la importancia de las células T reguladoras han dado cuenta algunos defectos genéticos, donde la disminución de la actividad de estas células tiene como consecuencia el desarrollo de diversas enfermedades autoinmunes. Con todos estos controles, ¿cómo es posible que exista la autoinmunidad y por lo tanto las enfermedades autoinmunes? Como se mencionó anteriormente, el proceso de selección, a pesar de ser muy riguroso, no es infalible. Todas las personas sanas tienen células maduras autorreactivas en circulación. Estas células no se activan por las razones descritas en los párrafos previos; sin embargo, pueden ser activadas en circunstancias excepcionales. Al igual que en la alergia, los mecanismos precisos que disparan la autoinmunidad no se conocen, pero hay evidencias muy bien sustentadas de que la autoinmunidad puede dispararse por defectos genéticos. Existen grupos de genes que han sido vinculados con ciertas enfermedades autoinmunes; afortunadamente, también en este caso, la penetrancia es incompleta y el ser portador de cierto gen no implica que necesariamente se desarrollará una enfermedad autoinmune. Aquí los factores ambientales desempeñan un papel importante y muy particularmente algunas enfermedades infecciosas (sobre todo las de tipo crónico) están claramente asociadas con el desarrollo de ciertos padecimientos autoinmunes. Esta asociación se puede explicar por el hecho de que durante el proceso inflamatorio las células presentadoras de antígeno manifiestan una mayor capacidad para presentar antígenos (tanto extraños como propios) y, gracias al incremento de sus moléculas de coestimulación, pueden

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activar linfocitos autorreactivos. Así, la inflamación proporciona un mayor número de células presentadoras que manifiestan el antígeno con mayor eficiencia. Pero si la inflamación es crónica, se incrementan las posibilidades de activar “por accidente” células autorreactivas. Además, algunos microorganismos van más allá y presentan antígenos muy parecidos a moléculas propias; de esta manera, al iniciarse la respuesta en contra de estos agentes infecciosos, parte de la respuesta atacará de forma cruzada células y moléculas propias (fenómeno conocido como mimetismo molecular). Las hormonas parecen desempeñar un papel central en el desarrollo de ciertas enfermedades autoinmunes, ya que algunas de ellas se presentan predominantemente en la población femenina. Además del papel de las hormonas, el género va implícito en esta mayor susceptibilidad, ya que varias moléculas implicadas en el desarrollo de enfermedades autoinmunes están codificadas en el cromosoma X. Existe un gran número de enfermedades autoinmunes y éstas pueden desarrollarse en cualquier parte del organismo. Algunas están restringidas a ciertos órganos y tejidos, mientras que otras se pueden presentar de forma generalizada. En la autoinmunidad restringida a un órgano o tejido podemos mencionar, por ejemplo, las enfermedades de la tiroides, como la de Graves y la de Hashimoto. En el primer caso se presenta una estimulación con producción excesiva de la hormona tiroidea, mientras que en el segundo lo que hay es una disminución. Ambas enfermedades son de naturaleza autoinmune pero, como se puede intuir, sus mecanismos son muy diferentes a pesar de estar implicado el mismo órgano. Otra enfermedad autoinmune muy común es la artritis reumatoide, en donde las células y las moléculas de la inmunidad atacan las articulaciones, induciendo en ellas una inflamación crónica y daño irreparable. Un ejemplo más es la esclerosis múltiple, donde el blanco de la respuesta son las células del cerebro y la médula espinal. Esta afección impide una adecuada comunicación con el sistema músculoesquelético, provocando una inmovilización progresiva que puede llevar a la invalidez. En ninguno de estos ejemplos hay una etiología claramente implícita, aunque en algunos existen evidencias de un componente infeccioso. El ejemplo más común de la autoinmuni-


• ¿Qué ocurre cuando el sistema inmune no funciona adecuadamente?

dad sistémica, en la cual diversos órganos y tejidos se ven afectados, es el lupus eritematoso sistémico: daña la piel, los vasos sanguíneos, los riñones, las articulaciones, etcétera. Esta enfermedad se presenta con mayor frecuencia en las mujeres, en una proporción aproximada de nueve mujeres por cada hombre. El tratamiento de las enfermedades autoinmunes es muy complejo, entre otras razones porque hay una gran variedad de ellas y por nuestra ignorancia de los mecanismos que disparan y mantienen la actividad de las células autorreactivas. Los tratamientos no atacan la causa del padecimiento, son usualmente sintomáticos e incluyen fármacos para disminuir la inflamación, mitigar el dolor y retrasar el daño. Puesto que el origen de la patología es la autorrespuesta de las células del sistema inmunitario, los tratamientos específicos se orientan a suprimir este sistema mediante fármacos inmunosupresores. El problema es que en general dichos tratamientos abaten toda la respuesta inmunitaria, haciendo que en los pacientes inmunosuprimidos aumente de manera muy significativa la susceptibilidad a las infecciones, aun aquellas que en personas sanas podrían ser controladas fácilmente (como las causadas por los gérmenes oportunistas). En la última década han aparecido tratamientos que disminuyen de forma más selectiva algunos componentes de la inmunidad, atacando sólo a un tipo de células (ya sea linfocitos B o T), neutralizando ciertas citocinas (por ejemplo, el factor de necrosis tumoral) o interfiriendo con la acción de ciertas moléculas (como cd28 y ctla-4); sin embargo, todavía falta mucho camino por recorrer antes de contar con tratamientos que supriman la autorrespuesta, dejando intacta la inmunidad contra antígenos extraños.

Concl u siones Alguien ha dicho que la alergia y la autoinmunidad son el precio que debemos pagar por tener un sistema inmunitario tan eficiente. Personalmente creo que nos falta información para poder entender, en un contexto evolutivo, el porqué de estas enfermedades. En el caso de la alergia se ha especulado que en realidad este tipo de respuesta podría estar implicada en la protección contra venenos de muchos organismos, llámense insectos, plantas, reptiles, etcétera. Existen evidencias

de que la IgE y las células que expresan receptores de alta afinidad para esos anticuerpos son esenciales en el desarrollo de respuestas protectoras contra algunos de estos venenos. El papel de la IgE y de las células cebadas es indiscutible en el caso de la protección contra la infestación por gusanos parásitos. Seguramente surgirán más datos en relación con el papel benéfico que pueden tener dichas respuestas. En el caso de la autoinmunidad, los autoanticuerpos parecen ser importantes en el reconocimiento y eliminación de células senescentes (envejecidas). De esta manera, el tener células autorreactivas no sólo no sería perjudicial, sino quizá hasta necesario para muchos eventos biológicos. Para recapitular, podríamos parafrasear el aforismo griego del oráculo de Delfos, “conócete a ti mismo”, en un contexto inmunitario: “conoce tus propios antígenos”.

Leopoldo Santos Argumedo es químico bacteriólogo parasitólogo por la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas ( encb ) del Instituto Politécnico Nacional. Tiene maestría y doctorado en inmunología por la encb . Realizó estancias posdoctorales en el Departamento de Inmunología del National Institute for Medical Research, Londres, Reino Unido, y en el Departamento de Inmunología del

dnax

Research Institute, Palo Alto, California, Estados Unidos. Su área de interés es la biología de los linfocitos B y las inmunodeficiencias primarias. Es investigador del Centro de Investigaciones y de Estudios Avanzados, miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y del Sistema Nacional de Investigadores (nivel III). lesantos@cinvestav.mx

Lectur as r ecomendadas LeBien, Sara (2007), Nuestro sistema inmunitario. Una historia para niños con inmunodeficiencias primarias, Immune Deficiency Foundation. Disponible en: <http:// www.aefat.es/docs/NuestroSistemaInmunitario.pdf>. Consultado el 18 de febrero de 2015. Méndez de Inocencio, Julia I., José G. Huerta López, Joseph A. Bellanti, et al. (2008), Alergia. Enfermedad multisistémica. Fundamentos básicos y clínicos, México, Médica Panamericana. Moreno Rodríguez, José (1996), Respuesta inmune y mecanismos de autoinmunidad, México, Limusa. Rojas Espinosa, Óscar (2006), Inmunología (de memoria), 3a. ed., México, Médica Panamericana.

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Constantino López-Macías nnnnnnn

La inmunología y el

desarrollo de armas

contra viejos y nuevos enemigos Las enfermedades continúan siendo una de las grandes amenazas que enfrenta la humanidad. Hace poco más de un siglo las investigaciones sobre los mecanismos utilizados por el organismo para defenderse de ellas dieron origen a una nueva disciplina científica denominada inmunología. El desarrollo de esta disciplina ha permitido importantes avances en el conocimiento de las enfermedades y en la generación de algunas de las herramientas más importantes para la caracterización, diagnóstico, tratamiento y prevención de las mismas, como las vacunas, el primer antibiótico, los adyuvantes, los anticuerpos monoclonales y terapéuticos, y los inmunomoduladores. Sin embargo, muchas de las interrogantes planteadas por los pioneros de la inmunología no se han resuelto por completo y nuevas enfermedades han surgido, por lo que los retos de la inmunología en la medicina actual son, por un lado, desvelar los secretos de viejas y nuevas enfermedades y, por otro, encontrar nuevas estrategias para combatirlas.

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Los en em ig o s in v isib les a historia de la humanidad ha sido moldeada por las enfermedades. En el pasado las plagas azotaron y eliminaron casi por completo poblaciones a lo largo y ancho del planeta, y en el presente siguen diezmando poblaciones en algunas regiones del globo. Además, nuevas amenazas a la salud han surgido con los cambios en nuestra forma de vida: son las plagas del siglo xxi. El historiador griego Tucídides, del siglo v antes de nuestra era, nos cuenta sobre el efecto de la plaga en la derrota de los atenienses durante las guerras del Peloponeso. También describe que las personas afectadas por la plaga eran atendidas por los que se habían recuperado de la enfermedad, ya que se encontraban libres de “aprensiones”, es decir, ya no se enfermaban. A este tipo de personas se les considera inmunes, que es el término utilizado para describir a quienes están protegidos de la enfermedad. Muchos otros pasajes de la historia de la humanidad han sido forjados por las enfermedades, como ocurrió con la viruela que trajeron a América los españoles; este mal eliminó poblaciones enteras, contribuyendo de manera importante a la invasión europea. ¿Qué enfermedad afecta al enfermo?, ¿cuáles son las causas de las diferentes enfermedades?, y ¿cómo se pueden curar, y mejor aún, prevenir las enfermedades?, son interrogantes que han ocupado a la humanidad desde sus inicios hasta nuestros días. En el afán de explicar el origen de las enfermedades, a lo largo de la historia se ha recurrido a supuestos poderes invisibles, como los sobrenaturales, o naturales como los astros, animales o plantas, o a trastornos en los “humores” del organismo. Para

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Inmunología

penetrar en lo invisible el ser humano desarrolló el método experimental y la tecnología, como el microscopio óptico que inventaron Hans y Zacharias Janssen alrededor de 1590 y que Anton van Leeuwenhoek perfeccionó, lo que le permitió descubrir en 1674 que un gran número de diminutos seres vivos invisibles al ojo humano conviven con nosotros. Fue hasta finales del siglo xix que Louis Pasteur, Robert Koch y sus colaboradores desarrollaron la teoría microbiana e identificaron finalmente que algunos de esos microorganismos son los responsables de enfermedades como el cólera, la tuberculosis, la difteria, el tétanos, la gonorrea, la sífilis, la meningitis y la lepra, entre otras; así dieron origen a la microbiología y a la bacteriología. Los virus, mucho más pequeños, que son los agentes causantes de numerosas enfermedades, como la viruela, la rabia y la influenza, pudieron observarse hasta que se desarrolló el microscopio electrónico alrededor de 1930. De esta forma, la ciencia y la tecnología han permitido la identificación de los agentes invisibles detrás de muchas enfermedades. Sin embargo, los retos siguen presentes, ya que el mundo microbiano sigue evolucionando y constantemente surgen nuevas enfermedades (enfermedades emergentes), y también viejos enemigos reaparecen de tiempo en tiempo (enfermedades reemergentes). Además, muchos otros enemigos invisibles se han sumado a los problemas de salud. Por ejemplo, las enfermedades no transmisibles, como las cardiovasculares, las autoinmunes y las alérgicas, el cáncer, la obesidad, la diabetes y la depresión. Los retos actuales consisten en desvelar los secretos de estas enfermedades y desarrollar las armas para combatirlas.

Las v acun a s: p rim era s a rm a s c ontr a l as e nfe rme d a d es y la m u ert e En Turquía, a principios del siglo xviii, se empleaba con éxito un método para prevenir la viruela, una plaga que mataba a uno de cada tres enfermos y dejaba cicatrices que desfiguraban a los sobrevivientes. El método consistía en administrar material proveniente de las pústulas de personas infectadas a través de pequeñas incisiones en la piel; quienes recibían este material desarrollaban una enfermedad menos grave y, una vez recuperados, quedaban protegidos de la viruela.

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Este método fue llevado a Inglaterra por Lady Montagu, esposa del embajador inglés en Constantinopla, y varias familias reales lo adoptaron; posteriormente se propagó por toda Europa y salvó muchas vidas. Sin embargo, en algunos casos la variolización producía la enfermedad y muerte. En esa época, el saber popular señalaba que las ordeñadoras de vacas que se contagiaban de la viruela de estos animales (una enfermedad benigna para el humano) adquirían inmunidad contra la viruela. En 1796, el médico rural inglés Eduard Jenner colectó líquido de las pústulas de la mano de una ordeñadora infectada con la viruela de las vacas y lo transfirió a un niño utilizando el mismo procedimiento que se usaba en la variolización. El niño recibió días después la variolización y no desarrolló los síntomas que ésta producía. De esta forma surgió la vacunación (denominada así por el uso del líquido que produce la infección en la viruela de las vacas). A pesar del rechazo inicial, en su época se consideró a la vacunación el avance más importante de la historia de la medicina, ya que por primera vez se contaba con una poderosa arma en contra de una de las plagas de la humanidad. Paradójicamente, este gran avance se realizó sin que en ese momento se conociera el agente causal. La viruela fue finalmente erradicada en 1977 a través de un gran esfuerzo de vacunación a nivel

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Célula de viruela.


• La inmunología y el desarrollo de armas contra viejos y nuevos enemigos

mundial. En 1880, casi un siglo después de que Jenner desarrollara la vacunación, Pasteur fue el primero en utilizar bacterias artificialmente debilitadas para proteger contra la enfermedad que éstas producían. Estos descubrimientos detonaron el desarrollo de vacunas como las de la rabia, el cólera y la fiebre tifoidea a finales del siglo xix, y más que nunca el interés científico se centraba en las preguntas: ¿cómo nos defendemos contra las infecciones? y ¿cómo nos protegen las vacunas?

L a in mun olo g ía y la s “ b a la s m á g icas” Los microorganismos también producen sustancias tóxicas, denominadas toxinas, que secretan al medio. En 1890, Emil von Behring y Shibasaburo Kitasato encontraron que podían proteger a animales de la acción de la toxina diftérica administrándoles el suero de otros animales previamente inmunizados con ésta; al suero con capacidad de generar inmunidad lo llamaron antitoxina. En 1891 aplicaron por primera vez la antitoxina a una persona y le salvaron la vida; el procedimiento se extendió rápidamente debido a que la difteria era una enfermedad muy frecuente en esa época. Por sus trabajos Behring recibió el primer premio Nobel de Medicina en 1901. Paul Ehrlich colaboró con Behring para producir antitoxina de alta calidad en el

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Bacteria del cólera.

ganado con el fin de aplicarla de manera masiva en los enfermos, y propuso el nombre de anticuerpos para las antitoxinas. Él también planteó la teoría de las cadenas laterales, buscando explicar la formación de los anticuerpos y su participación en la inmunidad, lo que generó un gran debate entre el grupo alemán del que formaba parte y el grupo francés del Instituto Pasteur encabezado por Ilya Metchnikoff; este último sostenía que la inmunidad es producida por células especializadas capaces de comerse y degradar a los microorganismos causantes de las enfermedades. La teoría de los anticuerpos (llamada también teoría humoral) de Ehrlich y la teoría celular de Metchnikoff dieron origen a una nueva disciplina científica que posteriormente se denominó inmunología y que se encarga de estudiar los mecanismos involucrados en la generación de inmunidad, es decir, de protección contra enfermedades. Por estas investigaciones Ehrlich y Metchnikoff recibieron el premio Nobel de Medicina en 1908. El concepto de especificidad de los anticuerpos llevó a plantear la idea de las “balas mágicas”; esto es, moléculas para combatir enfermedades de manera específica. Siguiendo esta línea de pensamiento Ehrlich desarrolló el Salvarsán, un derivado del arsénico, para el tratamiento de la sífilis; inició así la era de los antibióticos y más adelante la de la inmunoterapia con anticuerpos.

Las endotoxi nas y l a i nfl amaci ón En 1892 Richard Pfeiffer encontró que la bacteria Vibrio cholerae (causante del cólera) inactivada por calor retenía su capacidad tóxica, por lo que propuso que este microorganismo posee toxinas que forman parte de su estructura y son resistentes al calor; las llamó endotoxinas (del griego endo: “dentro de”). Las endotoxinas fueron identificadas en un gran número de bacterias y se pudo determinar que son las responsables de inducir fiebre durante una infección. William Coley mostró que la inoculación con las bacterias inducía además la remisión de ciertos tumores en humanos. Estos avances mostraron que la fiebre también formaba parte del sistema de defensa del organismo, lo cual se aplicó en el desarrollo de “terapias de fiebre”; éstas consistían en usar compuestos microbianos para tratar

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Inmunología

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Vacuna oral.

algunas enfermedades mentales e infecciones como la sífilis, lo que dio origen al desarrollo de adyuvantes e inmunomoduladores. En nuestros días se utiliza una bacteria denominada bacilo de Calmette-Guérin para el tratamiento del cáncer de próstata. Las endotoxinas son moléculas complejas denominadas lipopolisacáridos (lps). Su estructura se describió en 1960, lo que desencadenó investigaciones muy importantes tanto en la búsqueda de antagonistas para contrarrestar los efectos tóxicos de los lps, como para entender la gran cantidad de efectos que producen; sobre todo su participación en la inflamación, ya que ésta es uno de los componentes principales de las enfermedades infecciosas y las no transmisibles. Un gran avance dentro de este campo fue el descubrimiento de los receptores que permiten a las células detectar a las endotoxinas. Estos receptores pertenecen a una familia de proteínas denominadas receptores parecidos a Toll (tlr, por sus siglas en inglés). La palabra toll significa “estupendo” en alemán y fue el nombre que le dieron los investigadores a una familia de genes que encontraron en la mosca de la fruta; la proteína que estos genes codifican se parece mucho a los tlr. Estos receptores participan en procesos de diferenciación (hallazgo premiado con el Nobel de Medicina en 1995) y en los mecanismos de defensa en las moscas, mientras que en los mamíferos, incluidos los humanos, participan en el reconocimiento de diversos

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componentes de los microorganismos como los lps (descubrimientos que también fueron reconocidos con un premio Nobel, en 2011) y en el de moléculas de nuestras células que se liberan durante la destrucción de los tejidos. Gracias a estos receptores las células pueden detectar y actuar para defendernos contra las infecciones y los daños que sufren los tejidos. A la fecha se han descrito muchas familias de receptores para diferentes compuestos tanto microbianos como del hospedero en la mayoría de las células del organismo. De esta forma, los conocimientos adquiridos gracias al estudio de las endotoxinas y de su modo de acción han sido fundamentales para entender mejor el fenómeno inflamatorio. En la medicina moderna descifrar los secretos del proceso inflamatorio y encontrar mecanismos para su control son tareas en donde la inmunología participa de manera muy importante.

La i nmunol ogí a y el per fecci onami e n to de l as ar mas contr a l a enfer meda d Los desarrollos tecnológicos modernos nos permiten explorar cada vez más el mundo microscópico. Ahora es posible, en apenas unos minutos, contar, separar y caracterizar millones de células a través de citómetros de flujo o de masas, con microscopios multifotón podemos admirar los tejidos y tomar video de lo que sucede en ellos, y a través de poderosos secuenciadores podemos conocer la información genética de organismos completos en días. Así, las investigaciones en inmunología han permitido encontrar y caracterizar un gran número de células y moléculas que participan en la defensa del organismo. No obstante, los procesos involucrados son extremadamente complejos y, a pesar de la rapidez con la que se obtiene una enorme cantidad de información, el avance en el conocimiento es paradójicamente muy lento. La inmunología ha permitido el avance en el conocimiento de algunas enfermedades y mejorar las vacunas, adyuvantes, anticuerpos terapéuticos y los inmunomoduladores que fueron desarrollados por los pioneros en la disciplina. Los retos de la inmunología en la medicina actual son, por un lado, descubrir los secretos de las enfermedades y, por otro, encontrar nuevas estrategias para combatirlas.


• La inmunología y el desarrollo de armas contra viejos y nuevos enemigos

Va cun a s y a d y u v a n t es Las vacunas desarrolladas por Jenner y Pasteur (y en general en las que se utilizan microorganismos vivos atenuados) pueden generar enfermedad en algunas personas, debido a que en la población siempre hay algunos individuos susceptibles, ya sea por enfermedad o por algún tipo de inmunodeficiencia. Para evitar estos problemas, en la elaboración de vacunas se han empleado microorganismos inactivados por calor o por métodos químicos; sin embargo, éstos producen inflamación y tienen efectos secundarios no deseados que en algunos casos llegan a ser graves por la presencia de endotoxinas. Para reducir estos efectos se ha recurrido a diversas alternativas. Una es purificar los componentes de los organismos que son el blanco principal de la respuesta inmune, a los que se denomina vacunas de subunidades. Otra es la síntesis química de las regiones de esas subunidades responsables de la activación de la respuesta inmunitaria, las llamadas vacunas peptídicas. Si bien las vacunas de subunidades y las peptídicas son muy seguras, producen muy poca o nula inflamación y por ende generan una respuesta inmunitaria débil; su efecto protector es bajo y la duración

Microorganismos • Poliomielitis (Salk) inactivados • Tifoidea K y L • Cólera Subunidades

• Hepatitis B • Tifoidea antígeno Vi • Meningitis • Influenza

Toxoides

• Tétanos • Difteria

Génicas

• Virus del oeste del Nilo (para caballos) • Melanoma (para perros) • Gripe aviar • Esclerosis múltiple

Peptídicas

• Hepatitis B • Hepatitis C • Algunos tipos de cáncer • Parvovirus (para perros)

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P R O TEC CIÓ N . . . I NM U NI DAD ( M EM ORI A)

• Viruela • Poliomielitis (Sabin) • Tuberculosis • Tifoidea T y 21a • Fiebre amarilla • Sarampión

SE G U R IDA D

Vivas atenuadas

Ejemplos

IN FL AM AC I ÓN

Tipo de vacuna

de la protección es corta (Figura 1). Para resolver esto se han utilizado compuestos denominados adyuvantes que ayudan a incrementar la respuesta inmune. Hay muchos tipos de adyuvantes: los que están hechos con emulsiones, por ejemplo agua en aceite y aceite en agua; partículas poliméricas (moléculas que se enlazan de manera repetitiva); liposomas (hechos con grasas); partículas que se forman con proteínas y se asemejan a los virus; virosomas (las envolturas virales, sin el material genético de los virus); complejos inmunoestimuladores (iscom, por sus siglas en inglés) hechos de colesterol, fosfolípidos y saponina que forman partículas; y productos microbianos como flagelina, peptidoglicanos, porinas y algunos fragmentos de endotoxinas sintetizados químicamente. Como muchos de estos compuestos inducen inflamación, hasta la fecha los únicos adyuvantes aprobados para su uso en humanos son los derivados de las sales de aluminio, el MF59 (emulsión de un tipo de aceite llamado escualeno en agua), el AS03 (emulsión de alfa-tocoferol y polisorbato 80 en agua) y el AS04 (mezcla de sales de aluminio y una endotoxina sintética destoxificada). Otra opción de mejoramiento de la capacidad de las vacunas para generar protección ha sido la recons-

Figura 1. Las vacunas modernas son cada vez más seguras pues producen menor inflamación. Desafortunadamente, esto también hace que sean menos protectoras y que su efecto sea más corto.

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Inmunología

trucción artificial de partes del microorganismo, o bien la creación de partículas que se le asemejen. Así, se ha utilizado la conjugación química de diferentes subunidades del microorganismo involucradas en la activación del sistema inmune; estas vacunas reciben el nombre de conjugadas y en ellas se combinan las capacidades individuales de sus componentes, lo que potencializa su efecto inductor de la respuesta inmunitaria. Otro enfoque ha sido usar la nanotecnología para construir partículas parecidas a los microorganismos causantes de la enfermedad. Estas partículas contienen componentes del microorganismo involucrados en la inducción de protección, y por su tamaño y constitución son mejores inductores de la respuesta inmunitaria que los péptidos o proteínas; su uso permite dejar fuera de la vacuna los componentes tóxicos presentes en el microorganismo original. Fue con este tipo de estrategias que se desarrolló la vacuna contra el virus de papiloma humano, causante del 70% de los casos de cáncer cérvico-uterino. La vacuna está hecha con partículas parecidas al virus, que se construyen con base en las proteínas de diferentes variedades del mismo. Asimismo, se han empleado virus vegetales, por ejemplo el del mosaico de la papaya, como plataformas para construir nuevas vacunas. La reconstrucción artificial de microorganismos a través de la nanotecnología es una de las áreas de la inmunología que tienen un impacto importante en la medicina moderna. También se han desarrollado las llamadas vacunas génicas. En éstas se inocula el material genético colocado dentro de un acarreador que puede ser un plásmido (un tipo de material genético circular) o un virus que no se replica (como los adenovirus y el virus vaccinia Ankara modificado); estos plásmidos y virus llevan al interior de las células las instrucciones para que produzcan los componentes de la vacuna y los liberen, de manera que activen el sistema inmunitario. A pesar de todos estos esfuerzos, no se ha logrado crear vacunas contra muchas enfermedades que son viejos enemigos de la humanidad, como la malaria y el dengue, o nuevos enemigos, como el virus de la inmunodeficiencia humana (vih), causante del sida. Tampoco se ha podido mejorar las vacunas contra la influenza y la tuberculosis. El virus de la influenza cambia en ciclos anuales, por lo que en cada periodo de

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Retrovirus.

uno a tres años hay que reformular la vacuna; por ello no ha sido posible crear una vacuna universal. En el caso del vih la situación es más complicada; como el virus cambia constantemente, las vacunas contra éste pierden efectividad muy rápido. Uno de los principales retos de la inmunología en la medicina actual es el desarrollo de vacunas contra estas enfermedades. Por otra parte, la medicina plantea nuevos retos para la inmunología en el terreno de las enfermedades cardiovasculares, el cáncer, la obesidad, la diabetes, las alergias y las adicciones. Éstas son las plagas modernas que en muchos casos van incapacitando lentamente a los enfermos hasta causarles la muerte. Para combatirlas se ha planteado el desarrollo de vacunas denominadas terapéuticas, que estarían hechas con moléculas que participan en la generación de la enfermedad y que serían el blanco de la respuesta inmunitaria. Dentro de esta categoría podemos incluir las vacunas contra las adicciones, con las cuales se busca inducir la producción de anticuerpos que bloqueen la entrada de drogas (como la nicotina del tabaco o la cocaína) al sistema nervioso, que es el lugar donde producen su efecto; así, el consumo de la droga no generaría el efecto de recompensa. Muchas vacunas no son apropiadas para niños o adultos mayores, ya que la respuesta inmunitaria en los


• La inmunología y el desarrollo de armas contra viejos y nuevos enemigos

extremos de la vida presenta diferentes características. Por eso el desarrollo de vacunas para estas etapas es otro de los campos de investigación actual en inmunología. Finalmente, uno de los mayores retos de la inmunología es crear vacunas de aplicación oral que además de ser seguras y bien toleradas por el organismo induzcan protección de larga duración con una sola dosis y contra múltiples enfermedades.

An ticu e rpo s t era p éu t ic o s Otra de las importantes armas modernas contra la enfermedad son los anticuerpos que, desde su caracterización como antitoxinas por Behring y Kitasato, se utilizan para combatir infecciones. Los anticuerpos terapéuticos se producían en vacas y caballos, el suero de estos animales se inoculaba a las personas; desafortunadamente, su aplicación en repetidas ocasiones induce una respuesta inmunitaria contra los componentes del mismo, y produce lo que se conoce como “enfermedad del suero”. Además, esos anticuerpos son policlonales; es decir, no todos presentan las mismas características ni cuentan con la misma especificidad que se necesita para lograr el efecto terapéutico. No obstante, esta tecnología todavía se utiliza en la actualidad para la elaboración de sueros contra el veneno de alacranes, serpientes y contra el virus del Ébola, entre otras aplicaciones. Un adelanto muy importante en ese campo se debe a Georg Köhler y César Milstein, quienes desarrollaron una tecnología para obtener anticuerpos con la misma especificidad y características, a los que llamaron anticuerpos monoclonales (desarrollo por el que recibieron el premio Nobel de Medicina en 1984). Esta tecnología ha permitido crear anticuerpos contra un sinnúmero de moléculas, con la pureza y especificidad necesarias para poder utilizarlos en un gran número de aplicaciones que van desde la investigación en el área de la biología experimental y la purificación de moléculas en biotecnología, hasta el diagnóstico y tratamiento de enfermedades tanto infecciosas como no transmisibles; entre ellas están las enfermedades autoinmunes, cardiovasculares

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y neurológicas, el asma, la leucemia y otros tipos de cáncer. Los anticuerpos monoclonales también pueden protegernos contra la acción de venenos de artrópodos como el alacrán y los de diversas serpientes. El impacto de esta tecnología en la ciencia y en la medicina ha sido enorme; sin ella, muchos de los descubrimientos modernos no se hubieran realizado. Los anticuerpos monoclonales son además las “balas mágicas” modernas. Para mejorar su acción se ha desarrollado el proceso de humanización de estos anticuerpos, con el que las secuencias de sus proteínas son lo más parecidas posible a las de los anticuerpos humanos; se disminuyen así los riesgos de una respuesta inmunitaria contra ellos. A los anticuerpos se les ha utilizado también como acarreadores; esto es, para llevar diversos compuestos como antibióticos, citocinas y agentes químicos a su objetivo. Los anticuerpos terapéuticos representan en la actualidad un tercio de todas las nuevas terapias contra la enfermedad; además de sus beneficios a la salud, han generado una actividad industrial multimillonaria que ha contribuido de manera importante a la economía de los países donde se producen.

In mun om o d u la d o res Los inmunomoduladores son sustancias que incrementan o disminuyen la respuesta inmunitaria y se utilizan para el tratamiento de un gran número de enfermedades. La respuesta inmunitaria es uno de los componentes principales de la inflamación y, como se

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Anticuerpos monoclonales.

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mencionó anteriormente, ésta desempeña un papel central en las enfermedades. Tanto la falta de inducción apropiada de la respuesta inmunitaria como su activación excesiva o por mucho tiempo son dañinas para el organismo. Si la inflamación local no se controla, puede desencadenar una inflamación generalizada muy grave denominada síndrome de respuesta inflamatoria sistémica; cuando este síndrome va acompañado de infección se conoce como sepsis, misma que si no se resuelve adecuadamente puede convertirse en un choque séptico y causar la muerte del 30 al 70% de las personas que la sufren. La inflamación crónica está relacionada con muchas enfermedades, como las cardiovasculares, el cáncer, la obesidad y la diabetes. Por ejemplo, la acumulación de grasa en los tejidos de las arterias (producto de malos hábitos alimenticios, sedentarismo y alto consumo de grasas) activa la respuesta inmune generando inflamación crónica que se caracteriza por el desarrollo paulatino de ateromas, que son acumulaciones de células de la respuesta inmunitaria que tratan de procesar el exceso de grasa; estos ateromas reducen el flujo sanguíneo en las arterias y en ocasiones se rompen y generan un tapón (trombo) que al liberarse puede obstruir la circulación en diversos tejidos y provocar los infartos. Además de estas enfermedades, existen otras que afectan al propio sistema inmunitario: en ocasiones éste presenta defectos y no es capaz de desempeñar sus funciones y luego produce lo que se conoce como inmunodeficiencias. Otras veces el sistema inmunitario ataca a los componentes del organismo y genera así las enfermedades autoinmunes, o reacciona de manera exagerada contra algunos compuestos del medio ambiente o ante algunos alimentos y causa las enfermedades alérgicas. Los inmunomoduladores se utilizan para tratar estas enfermedades, y de manera general se clasifican en dos grupos: los activadores y los supresores de la respuesta inmunitaria. Como activadores se emplean los adyuvantes descritos anteriormente, en particular los activadores de los receptores tipo Toll y familias de receptores relacionados. Se utilizan también células de la respuesta inmunitaria como linfocitos T tipo 1 o tipo 17, linfocitos B, células dendríticas, macrófagos, células asesinas naturales, etc., así como diversos compuestos secretados por éstas, como citoci-


• La inmunología y el desarrollo de armas contra viejos y nuevos enemigos

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Receptores de la célula.

nas, quimiocinas (proteínas que sirven para la comunicación entre las células) y extractos leucocitarios, entre otros. Para suprimir la respuesta inmunitaria se cuenta con fármacos inmunosupresores, como los glucocorticoides, ciclosporinas, compuestos citostáticos y anticuerpos inmunosupresores. También se utilizan células como linfocitos T, B, células dendríticas y macrófagos denominados reguladores, así como productos celulares como citocinas tipo 2. Otros compuestos que se emplean son los ácidos grasos poliinsaturados omega-3, presentes en diversos alimentos como el aceite de pescado y algunas plantas; estos compuestos son los precursores de moléculas que participan en la resolución de la inflamación, entre ellas las lipoxinas, protectinas y resolvinas. Recientemente se descubrió el llamado reflejo inflamatorio, en donde la estimulación del nervio vago del sistema nervioso central inhibe la expresión de factores proinflamatorios en el bazo de los animales de experimentación. Adicionalmente, en investigaciones con ratones se ha encontrado que se puede controlar el choque séptico a través de la estimulación de nervios periféricos utilizando técnicas de acupuntura; este hallazgo revela algunas de las bases fisiológicas de la acupuntura y ha abierto importantes líneas de investigación sobre el control de la inflamación a través del sistema nervioso y su posible uso terapéutico.

Concl usi ón La inmunología es una ciencia joven, con poco más de un siglo de historia. No obstante, ha tenido un impacto muy importante en el desarrollo de la medicina moderna a través de generar conocimientos sobre los mecanismos involucrados en la inmunidad y en la inflamación, y en el desarrollo de algunas de las herramientas más importantes en la historia de la humanidad para combatir enfermedades, como las vacunas, los anticuerpos terapéuticos y los inmunomoduladores. Un siglo es sólo el comienzo y las preguntas originales que se hicieron los pioneros de la disciplina siguen vigentes y también plantean retos para la inmunología en la medicina del futuro.

Constantino López-Macías es químico farmacéutico-biólogo y doctor en Ciencias Biomédicas por la Universidad Nacional Autónoma de México ( unam ). Realizó una estancia en el Instituto de Inmunología Experimental de la Universidad de Zurich. Actualmente es Investigador Titular D de la Unidad de Investigación Médica en Inmunoquímica del Hospital de Especialidades del Centro Médico Nacional Siglo XXI del Instituto Mexicano del Seguro Social, y es profesor de inmunología en la Facultad de Química de la

unam .

Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores, nivel II. Es Visiting Professor of Immunology de la Universidad de Oxford, presidente de la Sociedad Mexicana de Inmunología y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Su investigación se centra en el desarrollo de nuevos adyuvantes y de nuevas vacunas contra Salmonella e influenza. constantino@sminmunologia.org

Lectur as r ecomendadas Beutler, B. y E. T. Rietschel (2003), “Innate immune sensing and its roots: the story of endotoxin”, Nature Reviews Immunology, 3(2):169-176. Cao, X. (2008), “Immunology in China: the past, present and future”, Nature Immunology, 9(4):339-342. Plotkin, Stanley A. (2011), History of Vaccine Development, Nueva York, Springer. Winau, F. y R. Winau (2002), “Emil von Behring and serum therapy”, Microbes and Infection, 4(2):185-188. Winau, F., O. Westphal y R. Winau (2004), “Paul Ehrlich– in search of the magic bullet”, Microbes and Infection, 6(8):786-789.

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Humberto Lanz Mendoza y Salvador Hernández Martínez nnnnnnn

Y DARWIN tenía razón… La evolución del

sistema inmunitario

T o dos t en em o s u na i d e a d e l f u nc i o n a m i e n t o d e l si st e m a i n mu n it ario y a l i g u a l q u e o c u r r e c o n o t r o s si st e m a s f i si o l ó g i c o s del s er h um a no , p e ns a m o s q u e é s t e si e m p r e h a e x i st i d o . S i n em bargo , gra c i a s a lo s e s t u d i o s d e D a r w i n y a d i v e r sa s t é c n i c a s de bio l ogí a m o le c u la r h o y s a b e m o s q u e t o d o s l o s o r g a n i sm o s vivien t es t en e mo s u n a nc e s t r o c o m ú n . E st o o c u r r e t a m b i é n con el s is t em a i nmu ni t a r i o , e l c u a l ha e v o l u c i o n a d o a t r a v é s del t iem p o .

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• Y Darwin tenía razón… La evolución del sistema inmunitario

L

a secuenciación del genoma humano nos demostró que tenemos mucho en común con otros organismos, y cuando los científicos se dieron a la tarea de estudiar algunos genes de la respuesta inmunitaria se dieron cuenta de la enorme similitud de la nuestra con la de otras especies. Es difícil pensar que un insecto o cualquier otro invertebrado presente un sistema inmune, pero en los últimos años los científicos han descubierto aspectos fascinantes de la evolución de este sistema. Un ejemplo muy interesante lo encontramos en el insecto que transmite el dengue, el mosquito Aedes aegypti. El dengue es adquirido por

éste después de alimentarse de una persona infectada con el virus que causa dicho mal. El mosquito sufre con la presencia del virus y trata de eliminarlo utilizando sus sistemas de defensa. Resulta increíble que un insecto tan pequeño pueda tener un sistema inmunitario. La investigación sobre el origen y evolución del sistema inmunitario va en aumento y diversos grupos de científicos de todo el mundo nos han demostrado que Darwin tenía razón… El sistema inmunitario tiene un origen muy antiguo y común a muchos organismos. Después de la secuenciación del genoma humano, los científicos se dieron cuenta de que para la complejidad del ser humano el número de genes que tenemos es muy reducido (aproximadamente 25 000). Muchos de estos genes los compartimos con otras especies. El sistema inmunitario es un fiel reflejo de estos cambios y nuestro genoma guarda información de la historia de nuestro sistema inmunitario. El sistema inmunitario es fundamental para la adaptación de todos los seres vivos al ambiente. Sin embargo, no imaginamos que organismos tan diferentes como corales, esponjas, insectos o tiburones tengan un sistema de defensa contra infecciones o ataques de patógenos. La rama de la inmunología que estudia el origen y evolución del sistema inmunitario se llama inmunología comparada y su propósito es determinar qué es lo general de la respuesta inmunitaria y qué es específico de cada especie. Un ejemplo son los anticuerpos. Es muy conocido que son muy importantes en la defensa contra patógenos; sin embargo, los anticuerpos aparecen muy tardíamente en la evolución y sólo a partir de los vertebrados. Los invertebrados no tienen anticuerpos y han sobrevivido por millones de años, lo que subraya la importancia de conocer la respuesta inmunitaria desde una perspectiva evolutiva. Pero, ¿cuáles fueron los principales pasos en la evolución de la respuesta inmunitaria?

El i ni ci o: r econocer l o pr opi o y l o extr año Un rasgo fundamental de cualquier organismo es que siempre intentará preservar intacta su individualidad.

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El sistema inmunitario reconoce las diferencias entre lo propio y lo no propio en su intento de mantener un medio interno equilibrado. El concepto de sí mismo está vinculado al concepto de identidad biológica. Todos los organismos, desde bacterias hasta animales superiores, poseen sistemas de reconocimiento para determinar la identidad de patógenos o de células no propias. Ahora podemos describir muchos de los mecanismos alternativos de reconocimiento inmune que han surgido en diversos puntos de la evolución. Asimismo, los organismos han desarrollado diversas moléculas que pueden reconocer proteínas, lípidos y carbohidratos en un gran número de patógenos. Los vertebrados llegaron a desarrollar moléculas con enorme especificidad, como los anticuerpos.

Activ ació n d e la resp u est a in m uni tar i a y l os me c a n ism o s efec t o res Una vez que el sistema inmunitario reconoce una molécula extraña, se activa la respuesta inmune. Todos los organismos pluricelulares han desarrollado estrategias para comunicar la presencia de patógenos o moléculas extrañas a diferentes células y tejidos del sistema inmunitario y activar así los mecanismos de defensa. Durante la evolución se establecieron estrategias basadas en “cascadas proteolíticas” que consisten en una serie de reacciones enzimáticas que van activando la producción y liberación de proteínas para la defensa, promoviendo la inflamación. Dos ejemplos muy interesantes son la cascada del complemento de los vertebrados y el sistema de la fenoloxidasa de los invertebrados, como se verá más adelante. El complemento es una cascada donde una proteína se activa por la acción de una enzima y esta proteína a su vez activa a otras proteínas. Esta estrategia ha tenido mucho éxito en la evolución del sistema inmunitario, pues ha permitido que la respuesta inmune no sólo se active, sino que también se amplifique. Finalmente, la activación del sistema produce moléculas reguladoras de la respuesta inmune celular y humoral, y también la activación de los mecanismos efectores que eliminan a los patógenos. Los mecanismos efectores son muy diversos y dependen de las adaptaciones de los organismos a su am-

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biente y de la presencia de diversos microorganismos. Sin embargo, es muy interesante que existen mecanismos que se han preservado a través de la evolución; entre ellos encontramos la fagocitosis, la citotoxicidad, los péptidos antimicrobianos y las especies reactivas del oxígeno y de nitrógeno. Estos mecanismos se encuentran ampliamente distribuidos en todos los grupos de invertebrados y vertebrados, y se caracterizan por actuar rápidamente y no requerir de una gran maquinaria sintética para su producción.

Generación de diversidad en receptores Hace aproximadamente 40 millones de años, durante el periodo Cámbrico, en los vertebrados se desarrolló la capacidad de diversificación de los receptores de los antígenos de la respuesta adaptativa. Trabajos recientes han demostrado que los vertebrados sin mandíbula (las lampreas) poseen linfocitos que expresan receptores de antígeno somáticamente diversificados que contienen repetidos ricos en leucina, llamados receptores variables de linfocitos (vlr), y que el tipo de vlr expresado es específico para el linaje de linfocitos. El resto de los vertebrados desarrolló mecanismos para generar diversidad que dependen de la recombinación de los genes vdi y la presencia de rag 1 y rag 2. Otro grupo de moléculas que aparece exclusivamente en vertebrados es el complejo principal de histocompatibilidad (mhc). El mhc es una familia multigénica que ha surgido a través de una recurrente expansión y contracción de los genes. Este sistema contiene genes que codifican para proteínas involucradas con la presentación de antígenos. El origen y evolución del mhc continúa bajo una intensa investigación. Una hipótesis muy interesante es la llamada “duplicación de bloques”; es decir, duplicaciones a gran escala de fragmentos del genoma. Según esta hipótesis, ciertas regiones mhc fueron producidas desde una región ancestral común por duplicación. Estas duplicaciones genómicas a gran escala tienen un gran potencial para la generación de procesos evolutivos; por ejemplo, que copias redundantes de un gen permitirían la presencia de una gran cantidad de duplicados del gen para la adquisición de nuevas funciones. Esto probablemente promovió la evolución de los


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vertebrados y la aparición de muchos genes del sistema inmune adaptativo de los mamíferos.

Me moria in m u n o ló g ic a Los vertebrados han desarrollado la capacidad para recordar al antígeno o patógeno con el que han tenido contacto. Cuando el sistema inmunitario lo vuelve a encontrar responde más rápido y de manera más eficiente. Esta capacidad se encuentra guardada en los linfocitos de memoria y por mucho tiempo se pensó que sólo los vertebrados, y particularmente los mamíferos, la tenían. Sin embargo, información reciente indica que muchos invertebrados presentan mecanismos alternativos para generar memoria inmune. En diversas especies de insectos se ha demostrado que el contacto con un antígeno es capaz de generar memoria inmune contra éste con cierto grado de especificidad. Actualmente se investiga el mecanismo molecular y las bases genéticas de esta memoria para establecer su origen filogenético.

¿Cómo se ha n d ist rib u id o la s c a racterí sticas de la resp u est a in m u n it a r i a en e l re ino an im a l? Barreras físico - q u ím ica s Las barreras físico-químicas se consideran un mecanismo de defensa porque su función primordial es la de impedir la entrada de posibles patógenos que puedan alterar la integridad del organismo. En los invertebrados son muy variadas y podemos encontrar desde barreras muy consistentes como el exoesqueleto de quitina de los artrópodos (insectos, crustáceos, etc.), hasta otras gelatinosas como las secreciones mucosas de los moluscos (almejas, babosas, etc.). Adicionalmente, en los insectos hematófagos existe un revestimiento en el tubo digestivo (intestino) llamado “membrana peritrófica” (saco formado de quitina, proteínas y proteoglicanos) que protege a las células del intestino del contacto directo con la comida y los patógenos. Los patógenos que logran atravesar

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estas primeras barreras se enfrentarán a una segunda barrera: el sistema inmunitario. Respu esta i n m u n ita ria La respuesta inmunitaria de los invertebrados está formada por dos componentes claramente definidos: el celular, representado por células fagocíticas (equivalentes a los macrófagos en vertebrados), y componentes solubles o humorales, representados principalmente por péptidos antimicrobianos (equivalentes a los presentes en vertebrados). La respuesta inmunitaria da comienzo cuando moléculas del patógeno son detectadas y reconocidas como no propias. El reconocimiento está dado por los receptores de reconocimiento de patrones o moldes (prr, por sus siglas en inglés), los cuales se unen a patrones moleculares asociados a patógenos (pamp, por sus siglas en inglés). Los prr más estudiados son las proteínas de reconocimiento a peptidoglicano de bacterias Gram (+) y las proteínas de reconocimiento a bacte-

rias Gram (–). Estos prr activan vías de señalización celular involucradas en la producción de péptidos antimicrobianos (respuesta humoral). Otro tipo de prr que tienen la función de reconocer pamp son las opsoninas (moléculas que facilitan el proceso de fagocitosis); en insectos se han identificado por lo menos dos tipos, las que presentan dominios tio-ester (tep) y las que son ricas en leucinas (lrim). Cabe señalar que el tep1 se adhiere a la superficie de bacterias Gram negativas y Gram positivas “marcándolas” para ser fagocitadas, y que tiene características similares a los factores del complemento de vertebrados C3, C4 y C5 y α2-macroglobulinas. Después del reconocimiento del patógeno, se activan las respuestas humoral y celular. Re spue sta i nmuni ta r i a ce l ul a r La respuesta inmunitaria celular es una de las principales defensas para controlar una infección; está mediada por células que se encuentran en la circulación sanguínea o ligadas a los tejidos. En los invertebrados estas células reciben el nombre de hemocitos o celomocitos, los cuales cumplen funciones muy parecidas a las del macrófago de los mamíferos y además son responsables de llevar a cabo procesos de fagocitosis, nodulación, encapsulación e incluso síntesis de péptidos antimicrobianos. F a goci tosi s El trabajo histórico de Elie Metchnikoff a finales del siglo xix marcó una pauta en el conocimiento de la respuesta inmunitaria celular. Metchnikoff demostró la importancia de las células sanguíneas para eliminar microorganismos invasores. Realizó sus primeros estudios en invertebrados y destacan en particular los que hizo con larvas de estrella de mar. Él logró introducir una espina de rosal en la cavidad del cuerpo de la larva y observó que la espina era atacada por células móviles que la cubrían. Posteriormente determinó que estas células se encontraban en prácticamente todos los organismos y tenían capacidad fagocítica. La fagocitosis es un mecanismo primordial mediante el cual los organismos de todo el reino animal se defienden contra patógenos. El mecanismo fagocítico de estas células es similar al de los macrófagos de los vertebrados, ya que presentan procesos como quimiotaxis (aproximación

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al patógeno), adherencia (reconocimiento y contacto celular), ingestión (formación de un fagosoma) y digestión (activación de hidrolasas lisosomales). Nódul os y enc a psu la ció n Los hemocitos/celomocitos también participan en la formación de nódulos y en la encapsulación de patógenos. Estos procesos ocurren cuando la capacidad fagocítica se ve superada por encontrarse los patógenos en gran cantidad (nódulos) o si su tamaño es grande (cápsulas); los hemocitos/celomocitos rodean a los patógenos para impedir su diseminación. En ambos casos se forma una envoltura uni o multicelular, con los patógenos secuestrados en su interior (similar a los granulomas de los vertebrados) y con frecuencia con depósitos de melanina. Esta melanina se genera tras la activación de la cascada de la profenoloxidasa y durante su síntesis se produce gran cantidad de especies reactivas de oxígeno, las cuales son altamente tóxicas para los patógenos. Así, podemos encontrar nódulos y cápsulas únicamente celulares, celulares-melanóticas y acelulares (cápsulas formadas únicamente por melanina). Un hecho muy interesante es que en algunos invertebrados (como los anélidos, nemertinos, equinodermos y tunicados) se han descrito células que proliferan en respuesta a diversos antígenos. Se pensó que tal vez estas células pudieron dar origen a los linfocitos, pero lo cierto es que aparecieron con sus múltiples funciones hasta los vertebrados. Adicionalmente, se han encontrado células con capacidad citotóxica que reaccionan contra células tumorales y requieren del contacto célula-célula; este proceso se asemeja mucho a la citotoxicidad que producen las células nk (natural killer) de vertebrados.

Re sp u e sta in m u n it a ria h u m o ra l La respuesta inmunitaria humoral está representada por factores solubles constitutivos e inducibles, entre ellos las lisozimas, las lectinas, el óxido nítrico, las especies reactivas de oxígeno y la actividad del sistema de la fenoloxidasa, los cuales se encuentran en la hemolinfa o tejidos y pueden llegar a ser amplificados después de un estímulo microbiano.

Los invertebrados presentan factores solubles (humorales) y sustancias producidas en su mayoría por los hemocitos/celomocitos, como las opsoninas (que facilitan el proceso de fagocitosis y son similares a las proteínas de fase aguda como la proteína C reactiva), aglutininas (moléculas con capacidad aglutinante como las lectinas), moléculas con actividad lítica directa (hemolisinas o diversas enzimas) y factores similares a las citocinas de vertebrados. En diversos invertebrados se han caracterizado péptidos con función antimicrobiana o antifúngica, que en forma general se conocen como péptidos antimicrobianos. Éstos se encuentran distribuidos en todos los grupos de animales e incluso en plantas, y muchos se han estudiado de manera detallada en insectos. Los produce principalmente el cuerpo graso; sin embargo, bajo situaciones específicas, también otros tejidos como el intestino, los túbulos de Malphigio, la epidermis y los hemocitos participan en la producción de estos factores. La síntesis y liberación de péptidos antimicrobianos es uno de los mecanismos de defensa utilizado por los insectos contra microorganismos patógenos. Dentro de las primeras horas después de una infección con bacterias, los insectos sintetizan péptidos antibacterianos, producidos en el cuerpo graso, que se acumulan en la hemolinfa. En la mayoría de los casos la acción de estos péptidos se ejerce a través de un mecanismo similar al de los detergentes, lo que daña la integridad de la membrana celular. Entre las moléculas con actividad lítica directa se conoce la lisozima en moluscos, insectos y equinodermos (hidroliza enlaces entre el ácido N-acetilneuramínico y la N-acetil glucosamina de la pared bacteriana), y ésta es la misma que se encuentra presente en las lágrimas que producen nuestros ojos. En varios invertebrados se han descrito moléculas de la familia de las pentraxinas, que son similares a la proteína C reactiva y constituyen un sistema de reconocimiento muy antiguo; son moléculas muy conservadas en la escala filogenética. Estas proteínas reconocen moléculas de la superficie celular y pueden interactuar con componentes del complemento y con otras moléculas inmunorreguladoras, de forma semejante a como lo hacen los anticuerpos de los vertebrados. En relación a moléculas con características similares a las citocinas de los vertebrados, en insectos, anélidos,

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equinodermos y tunicados se han encontrado moléculas parecidas (funcionalmente) a las citocinas il-1 y tnf de vertebrados. La il-1 de invertebrados, además de compartir funciones con la de vertebrados (estimulación de la proliferación de timocitos murinos), estimula la fagocitosis de los hemocitos y participa en la formación de nódulos y encapsulación (favoreciendo la adhesión y agregación de los hemocitos). El origen de los anticuerpos sigue siendo un tema muy interesante de investigación y aunque tenemos evidencias de que sus estructuras básicas (dominios) ya se encuentran desde los invertebrados, es cierto que nos faltan más elementos para determinar cómo fue el origen de estas importantes moléculas. Lo que está claro es que desde los peces hasta los mamíferos nos vamos a encontrar que estas moléculas cumplen totalmente sus funciones en la respuesta inmunitaria.

es la respuesta inmunitaria en insectos y la evolución y filogenia de la respuesta inmunitaria. Actualmente es director del Área de Infección e Inmunidad del Centro de Investigación sobre Enfermedades Infecciosas del Instituto Nacional de Salud Pública. humberto@insp.mx Salvador Hernández-Martínez es biólogo por la

unam ,

realizó

sus estudios de posgrado sobre la respuesta inmune de mosquitos en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Ha realizado estudios de la respuesta inmune de mosquitos contra parásitos de la malaria, así como del sistema neuroendocrino de mosquitos. A la fecha cuenta con 27 publicaciones de arbitraje internacional, y fue acreedor al Premio Von Behring-Kitasato al mejor trabajo de Inmunología 2007, otorgado por la Academia Nacional de Medicina. Su interés se centra en la respuesta inmune, fisiología y biología celular y molecular de vectores. Actualmente es investigador del Centro de Investigaciones Sobre Enfermedades Infecciosas del Instituto Nacional de Salud Pública, Investigador Nacional (nivel I) y miembro honorífico del

Pe rsp e ct iv a s El estudio del origen y evolución de la respuesta inmunitaria se encuentra en pleno desarrollo. Todavía quedan muchas preguntas por resolver, pero conforme pase el tiempo y tengamos nuevas evidencias podremos entender de manera más clara el origen del sistema inmune. En un futuro cercano, la combinación de estrategias celulares, moleculares y de las ciencias genómicas nos proporcionará información de cómo evolucionó nuestro sistema inmunitario.

Humberto Lanz Mendoza es biólogo por la Universidad Nacional Autónoma de México ( unam ). Realizó sus estudios de maestría y doctorado en Inmunología en el Departamento de Inmunología de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional. Realizó estancias posdoctorales en la Universidad de Estocolmo, Suecia, en la Escuela Politécnica de Zúrich, Suiza, y en el Centro de Investigación de Insectos de la Universidad de Arizona. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores (nivel II). Cuenta con más de 70 publicaciones en revistas con arbitraje internacional y ha recibido diversos premios nacionales. Su área de investigación

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Sistema Estatal de Investigadores (Morelos). shernand@insp.mx

Lectur as r ecomendadas Cooper, E. L. (1981), “Immunity in Invertebrates”, CRC Critical Reviews in Immunology, 2:1-32. Irazoqui, J. E., J. M. Urbach y F. M. Ausubel (2010), “Evolution of host innate defense insights from Caenorhabditis elegans and primitive invertebrates”, Nature Reviews Immunology, 10:47-58. Iwanaga, S. y B. L. Lee (2005), “Recent Advances in the Innate Immunity of Invertebrate Animals”, Journal of Biochemistry and Molecular Biology, 38:128-150. Schmid-Hempel, P. (2005), “Evolutionary ecology of insect immune defenses”, Annual Review Entomology, 50:529-551. Söderhäll, K. (2010), Advances in Experimental Medicine and Biology. Invertebrate Immunity, Landes Bioscience and Springer Science+Business Media, LLC., p. 316. Tsakas, S. y V. J. Marmaras (2010), “Insect immunity and its signalling: an overview”, Invertebrate Survival Journal, 7:228-238.


CO MUNI C A CI O NE S L I BR E S


Jesús Leyva Ramos y Margarito Martínez Cruz nnnnnnn

Una alternativa limpia para la generación de energía eléctrica E l u s o d e c e ld a s d e c o mb u st i b l e e s u n a d e l a s a l t e r n a t i v a s p a r a d i sm i nu i r lo s d a ño s a l me d i o a m b i e n t e p r o v o c a d o s p o r l o s c o m b u st i b l e s f ó s i le s q u e s e u t i li z a n t a n t o e n l a g e n e r a c i ó n d e e n e r g í a e l é c t r i c a c o m o e n e l s e c t o r a u t o m o t r i z . An t e u n i n m i n e n t e d é f i c i t d e h i d r o c a r b u r o s y u na e x a g e r a d a c o nt a m i n a c i ó n d e l m e d i o a m b i e n t e , e s i m p o r t a n t e c o no c e r y e x p lo r a r lo s a l c a n c e s d e si st e m a s a l t e r n a t i v o s d e g e n e r a c i ó n d e e ne r g ía e lé c t r i c a c o n e l o b j e t o d e v i su a l i z a r y p r e p a r a r e l f u t u r o e ne r g é t i c o .


E

l creciente aumento de la población y la constante evolución de nuevas tecnologías y su uso en prácticamente todos los sectores –industriales, comerciales y residenciales–, han incrementado la demanda de energía eléctrica en el mundo entero. Para solventar esta demanda, los sistemas de generación eléctrica han aprovechado principalmente los combustibles fósiles. El uso de estos combustibles contribuye de manera considerable a las emisiones de contaminantes como el dióxido de azufre (SO2), monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de carbono (CO2). El calentamiento global, los cambios climatológicos y la capacidad en la producción de petróleo son temas relacionados con dichas emisiones y con el uso mayoritario de los combustibles fósiles para producir energía eléctrica. En México, de acuerdo con la Comisión Federal de Electricidad (cfe), 50.4% de la energía eléctrica se genera mediante el uso de hidrocarburos y el resto utilizando fuentes alternas: hidroeléctrica, 20.6%; carboeléctrica, 19.4%; nucleoeléctrica, 5.8%; geotermoeléctrica, 3.7% y eoloeléctrica, 0.1%. Los productores independientes generan alrededor del 23% de la energía total y de igual manera utilizan principalmente hidrocarburos como combustible. Es claro que la generación de energía eléctrica por fuentes alternas figura muy poco en nuestro país; la inversión contemplada para este tipo de tecnologías ha sido mínima. No obstante, en centros de investigación se han estado realizando


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esfuerzos para promover y mejorar el uso de sistemas eléctricos a partir de celdas fotovoltaicas y celdas de combustible. Es importante conocer la operación de las celdas de combustible debido al gran auge y desarrollo que éstas han tenido en los últimos años a nivel mundial, pero sobre todo porque son sistemas libres de contaminación, con eficiencias generalmente mayores a las de los sistemas actuales y con una diversidad de posibles aplicaciones. La idea principal de este trabajo es dar un panorama general del uso de las celdas de combustible con el fin de concientizar y promover su desarrollo en nuestro país.

Tipos de c eld a s d e c o m b u st ib le “Batería voltaica gaseosa” fue el nombre que en 1839 William R. Grove le dio a su descubrimiento: una forma de generar electricidad a partir de procesar químicamente hidrógeno y oxígeno. Este descubrimiento es el principio básico de funcionamiento de las celdas de combustible actuales; de él se deriva la definición de una celda de combustible, que puede enunciarse como “aquel dispositivo electroquímico que continuamente convierte energía química en energía eléctrica (y algo

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en calor), mientras el combustible y el material oxidante sean alimentados”. El principio básico de una celda de combustible es muy simple. Para construir una, se sumergen dos electrodos separados dentro de un recipiente con un electrolito diluido en agua y se hace circular una corriente eléctrica. Esta corriente provoca una reacción química que permite separar el oxígeno y el hidrógeno (ionización) de las moléculas del agua a través de cada electrodo, proceso conocido como electrólisis (Hoogers, 2003). Para invertir el proceso anterior, a través de un electrolito que separa a los dos electrodos (que usualmente son de platino) se hace circular oxígeno por un lado e hidrógeno por el otro. Lo anterior produce una reacción química sin combustión que genera principalmente dos cosas: energía eléctrica y agua (Suárez, 2011). Dependiendo del tipo de celda de combustible que se esté utilizando, las reacciones entre combustible, electrodos y electrolitos son diferentes aunque con el mismo efecto: generar energía eléctrica útil. Otro producto del proceso inverso de electrólisis en la celda de combustible, y que en algunos casos se aprovecha, es el calor que se produce en el ánodo a consecuencia de la liberación de electrones. Desde que se concibió por primera vez la celda de combustible básica hasta la fecha, se han explorado diferentes electrolitos y condiciones de operación buscando mejores opciones en cuanto a capacidad de potencia y eficiencia. Las celdas de combustible generalmente se distinguen por el electrolito que utilizan y por la temperatura de operación, aunque existen otros elementos para diferenciarlas, como los materiales de los electrodos. Algunas de las más comunes se describen a continuación (Larminie y Dicks, 2003). Celda de combustible de membrana de polímero electrolítico (pemfc) o de intercambio protónico. Es el tipo de celda básica que utiliza como electrolito un polímero sólido o plástico como el nafion, en el cual hay protones móviles. Funciona a bajas temperaturas, de entre 50 y 100 °C, y utiliza sofisticados catalizadores y electrodos, como es el caso del platino. Su construcción es sencilla, ya que sólo requiere de placas separadas por el electrolito; éste debe ser poroso para permitir el flujo de gases como el hidrógeno y el oxígeno (Zhang, 2008).


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El problema principal de estas celdas es la disponibilidad de hidrógeno, aunque esto se ha podido resolver mediante la aplicación de metanol directo. Celda de combustible alcalina (afc). Fue desarrollada en 1902 y hasta los años 50 se le consideró viable para operar como una unidad de potencia. Los voltajes de operación pueden llegar a 0.875 V por celda, un valor considerablemente mayor que el obtenido en una pemfc (alrededor de 0.7 V). Además, las afc usan un electrolito de bajo costo, como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, y los electrodos, particularmente el cátodo, suelen fabricarse con materiales menos costosos que el platino, por ejemplo el níquel. Generalmente este tipo de celdas de combustible operan a temperaturas menores a 100 °C, aunque han llegado a operar a temperaturas de hasta 200 °C sin grandes problemas. Celda de combustible de ácido fosfórico (pafc). Es la primera fuente alterna de este tipo en producir energía eléctrica en cantidades comerciales y se utiliza ampliamente. Existen alrededor de 200 sistemas instalados con capacidades de entre 200 kW y 1 MW, manufacturados principalmente por la Corporación Internacional de Celdas de Combustible (cuyo nombre cambió a utc Fuel Cells Inc.). Los electrodos porosos, catalizadores de platino y una temperatura medianamente alta (≈ 220 °C) elevan el rango de reacción a un nivel razonable. Estas celdas utilizan un sistema de reformación del gas natural, sobre todo metano (CH4), que consiste básicamente en someter el gas a un proceso donde se combina con vapor a altas presiones y temperaturas, lo que permite separar el hidrógeno y atrapar el dióxido de carbono, evitando así las emisiones al medio ambiente. Si bien el equipo que se requiere eleva considerablemente los costos, la complejidad y el tamaño del sistema de celdas de combustible, lo que se obtiene es una forma de generar energía muy factible. Además, las celdas de este tipo funcionan continuamente por periodos de hasta un año o más con poco mantenimiento. Celdas de combustible de oxido sólido (sofc). Estas celdas operan en un rango de temperaturas de 600 a 1 000 °C, lo que permite elevar los rangos de reacción sin necesidad de catalizadores costosos y utilizar los gases, como el natural, directamente o mediante sistemas

de reformación internos en la celda de combustible, sin que haga falta una unidad separada. Este tipo de celdas aprovechan todas las ventajas de la simplicidad inherente al concepto de celda de combustible; sin embargo, el material cerámico utilizado es difícil de manejar, por lo cual es caro producirlas y requieren de una gran cantidad de equipo extra que incluye aire y precalentadores de combustible. Además, el sistema de enfriamiento es complejo y no es fácil ponerlo en operación. A pesar de trabajar a temperaturas por encima de 1 000 °C, los componentes o elementos de la sofc siempre permanecen en su estado sólido. Celda de combustible de carbonato fundido (mcfc). Una peculiaridad de este tipo de celdas es que requieren dióxido de carbono del aire para trabajar. La alta temperatura a la que operan es sinónimo de que se obtiene un buen rango de reacción al utilizar un catalizador comparativamente económico de níquel, el cual forma la base eléctrica del electrodo. Al igual que la sofc, puede usar gases como el metano y el gas del carbón directamente, sin un sistema de reformación externo. Sin embargo, esta simplicidad algunas veces se desajusta por la naturaleza del electrolito, una mezcla caliente y corrosiva de litio, potasio y carbonatos de sodio. Se pueden construir unidades con capacidades de potencia de entre 10 kW y 2 MW. Otras celdas de combustible conocidas son las de metanol directo (dmfc), las regenerativas (rfc), las de Zinc Aire (zafc) y las de combustible cerámico protónico (pcfc). Actualmente, las celdas de combustible pemfc están teniendo un gran auge debido a sus características de eficiencia y manejo de potencia. Cada

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celda de combustible se diseña de manera que puedan eliminarse o reducirse las desventajas de las otras; sin embargo, también cada una trae sus propias dificultades o inconvenientes en cuanto a la aplicabilidad y los costos de operación.

Proce sam ien t o d e la en erg ía c on cel das de combu st ib le Construir sistemas de potencia a partir de las celdas de combustible es un trabajo interdisciplinario, pues se requieren conocimientos de química, electroquímica, ciencia de los materiales y termodinámica. Además, para el procesamiento eficiente y la regulación de la energía eléctrica generada por la celda de combustible se necesitan expertos en electricidad, electrónica, ingeniería de control e instrumentación. Si bien es cierto que las celdas de combustible proporcionan energía eléctrica a través de un proceso libre de contaminación y con eficiencias iguales o superiores al 50%, también tienen la particularidad de entregar voltajes de salida con variaciones importantes y dependientes de la carga. Es por ello que el procesamiento de la energía eléctrica que generan es de gran importancia, además de que los equipos actuales demandan sistemas de alimentación regulados y libres de ruido. Además, debe tomarse en cuenta que los voltajes proporcionados por la celda de combustible por lo general no son típicos para aplicaciones comerciales. En la Figura 1 se muestra un diagrama de bloques representativo de la generación, procesamiento y consumo de energía eléctrica de un módulo de celdas de combustible. En teoría, las celdas de combustible de bajas temperaturas generan voltajes de corriente directa (cd) de

Celdas de combustible

Voltaje

Convertidor CD/CD

alrededor de 1.2 V. En la práctica, estos niveles de voltaje suelen ser más bajos aun sin carga, mientras que con carga se tiene una reducción del voltaje aun para densidades de corriente media y el voltaje oscila en un rango de 0.6 a 0.8 V. Con celdas de combustible de altas temperaturas, la caída de voltaje suele ser menor para niveles de corrientes similares y su voltaje oscila entre 0.8 y 0.9 V. Comercialmente se encuentran como un paquete de celdas de combustible para elevar el nivel de voltaje en terminales que van de 6.4 a 800 V, y corrientes de 40 a 300 A (Ballard Technology, Inc). Estos niveles de voltaje a la salida de una celda de combustible suelen ser variables debido a diferentes aspectos del funcionamiento de la misma, como temperatura, humedad del aire y sobre todo la corriente que demanda la carga. Los convertidores de cd/cd tienen la capacidad de incrementar o disminuir los valores de voltaje generados por las celdas de combustible a valores comerciales de operación. Además, debido a su principio de funcionamiento por conmutación, permiten regular el voltaje y mejorar el desempeño con altas eficiencias. Actualmente se ha propuesto el uso de convertidores con varias etapas para la regulación de voltajes a la salida de las celdas de combustible. Para el caso de interrupciones de energía, es común recurrir a etapas de almacenamiento de energía donde se usan baterías de litio y polímeros. Una característica importante de estos convertidores es que tienen eficiencias altas, de entre 85 y 95 por ciento. Los sistemas de alimentación para sectores residenciales o industriales generalmente están conectados a las líneas de distribución de la energía eléctrica. Esta energía es generada, transmitida y distribuida en

Inversor CD/CA

O2

Agua

■■

Calor

Figura 1. Diagrama de bloques para el procesamiento de energía con celdas de combustible.

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Carga


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corriente alterna (ca), ya que la mayor parte del equipo y la maquinaria se han diseñado para trabajar así. De lo anterior se desprende que para usar celdas de combustible en aplicaciones de media y alta potencia conviene instalar algún sistema con la capacidad de convertir corriente directa a corriente alterna. Los convertidores de corriente directa a alterna, o inversores, son la solución actual para adaptar los voltajes de corriente directa regulados a través de un convertidor de cd/cd a los niveles de voltaje y corriente que demanda la carga. Al igual que este convertidor, los inversores operan bajo el principio de la conmutación de dispositivos semiconductores de potencia y por lo tanto deben diseñarse para que sean eficientes. En aplicaciones residenciales o de negocios pequeños normalmente se requiere de tomas de energía eléctrica de una fase (monofásica), mientras que en el sector industrial o comercial generalmente se necesitan tomas tanto de una fase como de tres fases. Los inversores monofásicos permiten obtener corriente alterna monofásica a partir de corriente directa, a la frecuencia y fase de operación normalizadas por el sistema eléctrico convencional. Existen diferentes configuraciones de convertidores, entre las cuales están el tipo puente H (señal cuadrada) de onda sinusoidal modificada y el de onda sinusoidal pura. En los inversores modernos se ha adoptado el uso de microprocesadores, lo que mejora enormemente las características deseadas de los inversores, como eficiencia, desempeño y confiabilidad. En el caso de aplicaciones industriales, así como para la transmisión de energía eléctrica, existen sistemas que operan con tres voltajes desfasados uno del otro por 120°. Para estas aplicaciones también hay inversores en los que a partir de la señal proveniente del convertidor de corriente directa se obtiene un sistema de tres voltajes o, en otras palabras, un sistema trifásico. El circuito básico funciona a través de seis dispositivos semiconductores que alternativamente conmutan para generar voltajes con la amplitud, frecuencia y fase deseadas.

Ap l icacion es Comparada con el uso de combustibles fósiles, la generación de energía eléctrica a través de celdas de

combustible presenta diferentes ventajas; entre ellas una operación silenciosa, que se traduce en la reducción de contaminación por ruido, mínimas emisiones contaminantes y la reutilización del calor. Además, una celda de combustible que utiliza hidrógeno puede ser compacta, ligera y sin partes móviles grandes, no realiza combustión, no genera vibraciones y es altamente confiable. Todas estas ventajas han abierto el campo de aplicación de las celdas de combustible a la mayoría de los sistemas eléctricos y electrónicos actuales. En sistemas de comunicaciones es útil adaptar celdas de combustible como reemplazo de baterías –generalmente con capacidades de 1 a 5 kW–; estas celdas tienen alta durabilidad y es posible ubicarlas en sitios remotos o donde sea complicado tener acceso. El uso de celdas de combustible se está adoptando tanto en sistemas estacionarios, como es el caso de hospitales, hoteles, restaurantes y escuelas, como en la industria automotriz, y en general en los sistemas de transporte como autos, autobuses de pasajeros y motocicletas (Herrera y cols., 2008). Es conocido el uso de celdas de combustible en naves espaciales desde los años 60. También se han aplicado en aviones, barcos, trenes y otros sistemas como montacargas. Una característica importante de las celdas de combustible es que pueden usarse como fuentes de energía

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transportable e incluso hacerse a la medida, principalmente para lugares remotos. Lo anterior ha abierto la posibilidad de usar estas celdas en tecnologías móviles como telefonía celular, computadoras, relojes, herramientas portátiles y alarmas, entre otras.

Pe rsp e ct iv a s En la medida en que pueda garantizarse su durabilidad, las celdas de combustible pueden tener una aplicación muy amplia en la generación de energía eléctrica distribuida para ciudades en desarrollo desde una perspectiva técnica, económica y ambiental. El principal problema de la generación eléctrica actual es la continua variación en la demanda, la cual puede ocasionar fallas de suministro; este problema suele presentarse debido a que en los sistemas tradicionales no existe la posibilidad de almacenar la energía. Las celdas de combustible pueden acoplarse fácilmente a las redes de suministro de energía para cubrir esa demanda cuando sea necesario, pero también pueden utilizarse de manera independiente de la red de suministro. Es importante mencionar que en países como Estados Unidos y Japón se ha estado trabajando fuertemente en nuevas tecnologías para generar energía eléctrica a partir del hidrógeno. El desarrollo de celdas de combustible se ha incentivado para aplicaciones tanto en el suministro de energía como en la industria automotriz. Si se analiza este punto, resulta claro que la sustitución de combustibles fósiles por hidrógeno es un proyecto que puede impactar de manera significativa en el desarrollo y la supervivencia energética de un país. Actualmente es posible encontrar sistemas de generación de energía eléctrica con celdas de combustible directas (dfc) que van desde los 300 kW hasta los 2.8 MW, con posibilidades de escalar hasta 50 MW. Existen proyectos enfocados principalmente en el suministro de alta potencia; por ejemplo, en Japón se ha contemplado incrementar la capacidad instalada hasta 10 000 MW para el 2020. Algunas compañías dedicadas a la manufactura de celdas de combustible están buscando elevar la capacidad de generación mediante la implementación de sistemas de enfriamiento más eficientes. Se espera además lograr mejores costos,

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así como incrementar la vida útil de estos sistemas. Los países donde existen empresas dedicadas al desarrollo de celdas de combustible son Canadá, Alemania, Australia, Suiza, Finlandia, Alemania, Singapur, Israel, Italia y Brasil. Es claro que se han dado avances importantes en cuanto a la producción de energía eléctrica mediante el uso de hidrógeno como combustible. Sin embargo, todavía existe incertidumbre con respecto a la durabilidad de los componentes dentro de una celda, que generalmente están sujetos a cambios de temperatura y elementos corrosivos. Por otra parte, es necesario desarrollar mejores sistemas de producción, almacenamiento y posiblemente transporte del hidrógeno (Romero y


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cols., 2010). En este sentido Corea del Sur, por ejemplo, está por construir la primera estación en el mundo generadora de hidrógeno a partir del biogás natural obtenido de la basura. En México es importante realizar mayores esfuerzos en el desarrollo de celdas de combustible que coadyuven a satisfacer la demanda de energía eléctrica, la cual se incrementa año tras año. Esto obviamente implica dedicar mayores recursos; sin embargo, vale la pena considerar que el déficit de hidrocarburos es inminente y que con estas nuevas tecnologías también se puede contribuir en forma sustancial a mejorar la calidad de vida del planeta, el cual finalmente heredaremos a las nuevas generaciones.

Jesús Leyva Ramos es investigador del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica. Su campo de investigación es el aprovechamiento de energías renovables y el procesamiento eficiente de la energía generada de celdas de combustible. jleyva@ipicyt.edu.mx Margarito Martínez Cruz es profesor investigador de la Universidad Politécnica de San Luis Potosí. Su campo de investigación es el procesamiento eficiente de la energía eléctrica. margarito.martinez@upslp.edu.mx

B i bl i ogr afí a Herrera, E., F. Hernández, L. Velázquez, S. Ferro y C. A. Martínez-Huitle (2008), “Los autos y la electroquímica”, Ciencia, Academia Mexicana de Ciencias, México, 59, 16-25. Hoogers, G. (2002), Fuel Cell Technology Handbook, Boca Raton, CRC Press. Larminie, J. y A. Dicks (2003), Fuel Cell Systems Explained, 2a. ed., Chichester, John Wiley & Sons. Romero, H., J. J. Ambríz, G. Espinosa y A. Fernández (2010), “Almacenamiento de la energía”, Ciencia, Academia Mexicana de Ciencias, México, 61, 74-85. Suarez, K. (2011), “Pilas de combustible: Las piezas de un futuro limpio”, Ciencia, Academia Mexicana de Ciencias, México, 62, 26-32. Zhang, J. (2008), pem Fuel Cell Electrocatalysis and Catalyst Layers Fundamentals and Applications, Londres, Springer-Verlag London Limited.

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Francisco Contreras-Loya y Guadalupe Hernández-Pacheco nnnnnnn

La infertilidad

y las anomalías genéticas también son cosa de hombres La i nf lu e nc i a d e la e d a d p a t e r n a e n l a f e r t i l i d a d y p r e se n t a c i ó n d e a n om a lía s c o ng é ni t a s e s p o c o c o n o c i d a . N o o b st a n t e , a l g u n o s e st u d i o s s u g i e r e n q u e a lr e d e d o r d e l 4 0% d e e st o s p r o b l e m a s so n a t r i b u i b l e s a l v a r ó n. A p a r t i r d e lo s 3 0 a ñ o s d e e d a d , l a c a l i d a d d e l e sp e r m a e s a f e c t a d a p o r lo s ni v e le s d e t e s to st e r o n a y d i sm i n u y e a l r e d e d o r d e l 1 % a l a ñ o . E n c o mp a r a c i ó n c o n lo s p a d r e s m e n o r e s d e 3 0 a ñ o s, l o s m a y o r e s d e 40 t i e ne n c a s i s e i s v e c e s m á s r i e sg o d e e n g e n d r a r h i j o s a u t i st a s, 1 2 v ec e s má s r i e s g o d e q u e p a d e z c a n e sq u i z o f r e n i a y d o s v e c e s m á s r i e sg o d e q u e p r e s e nt e n p a la d a r h e n d i d o o h e r n i a d i a f r a g m á t i c a . Te n e r m á s d e 3 5 a ño s a u m e nt a la p r o b a b i l i d a d d e a b o r t o s e sp o n t á n e o s y e m b a r az o s e c t ó p i c o s . P o r t o d o l o a n t e r i o r , e s i m p o r t a n t e i n f o r m a r se y r e c i b i r a s e s o r ía s i s e q u i e r e p r o c r e a r e n e d a d e s m a y o r e s a l o s 3 0 a ñ o s.

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n México existe la idea de que la mujer es responsable tanto de los problemas de infertilidad como de las anomalías congénitas en los bebés, y más aún si está en edad fértil avanzada, esto es, que al momento de tener a su hijo rebasa los 35 años de edad. Si bien existen todavía pocos estudios, la información disponible sugiere que el hombre desempeña un papel importante en estos problemas. La infertilidad se define como la incapacidad de una pareja para conseguir un embarazo en un plazo de dos años aunque mantenga relaciones sexuales sin métodos anticonceptivos. Se ha estudiado mucho el papel de la mujer en la infertilidad de la pareja y en los problemas de salud del bebé al nacer. Sin embargo, la influen-

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cia de la edad del hombre en éste y otros problemas reproductivos es frecuentemente ignorada.

Cap a cidad rep ro d u c t iv a La capacidad reproductiva del varón se mantiene durante casi toda la vida –se han reportado casos de hombres mayores de 90 años que logran ser padres–, pero esto no significa que no cambie. Conforme la edad avanza, se reduce la calidad del semen, de los espermatozoides y del material genético que éstos portan. Es posible que alrededor del 40% de los problemas detectados en la reproducción humana sean atribuibles al varón. Tanto en hombres como en mujeres, las alteraciones en la reproducción relacionadas con la edad se originan en las células sexuales –óvulos y espermatozoides– que al unirse durante la concepción generan al nuevo individuo. Los óvulos se producen en los ovarios. Al momento de nacer, los ovarios de la mujer contienen cerca de

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400 000 óvulos inmaduros. Cada uno de ellos cuenta con la mitad de la información genética necesaria para formar un nuevo ser. Los óvulos inmaduros se denominan primarios; de ellos sólo alcanzan la madurez aproximadamente 400 y éstos serán liberados uno cada mes durante la ovulación, la cual se inicia en la pubertad y termina cerca de los 50 años de edad. Si en el trayecto del ovario al útero el óvulo no es fecundado por un espermatozoide, se eliminará en el proceso denominado menstruación, que incluye un tejido de la matriz que habría servido para acoger al huevo fecundado y permitir su desarrollo. En los varones la producción de células sexuales es un proceso continuo a partir de la pubertad. La formación de los espermatozoides toma aproximadamente 74 días. En este proceso, una célula que se genera en el testículo, llamada célula germinal, comienza a producir células hijas que al final se convierten en espermatozoides; éstos, al igual que el óvulo, sólo tienen la mitad de la información genética. A diferencia de la contraparte femenina, la liberación de los espermato-


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zoides no ocurre una vez al mes; en cada eyaculación el hombre puede liberar entre 20 millones y 150 millones de espermatozoides por mililitro de semen, listos para competir por fecundar al óvulo e iniciar la formación de un nuevo ser. Para que tanto el óvulo como el espermatozoide tengan la mitad del contenido genético de cada individuo, sus células germinales se dividen en un proceso especial llamado meiosis en el que no se duplica el material genético; así, cada célula recibirá la mitad del material genético de la célula germinal que la formó. Éste es uno de los procesos donde la edad, tanto del hombre como de la mujer, puede ser un factor que influya en la presentación de alteraciones. Dentro de las células los genes se agrupan en los cromosomas; los humanos contamos con 46 cromosomas, 23 proporcionados por la madre y 23 por el padre. Durante la meiosis los 46 cromosomas se alinean en el centro de la célula, para luego separarse; 23 cromosomas se trasladan hacia un polo y los otros 23 hacia el polo opuesto. Posteriormente la célula se divide y da lugar a dos células con 23 cromosomas cada una. En hombres y mujeres mayores de 35 años aumenta la probabilidad de que este proceso presente anomalías, de modo que un número desigual de cromosomas se dirija a cada polo de la célula. El resultado es que una célula hija recibe más cromosomas de lo normal, y la otra menos. Esta alteración de la migración de los cromosomas, llamada alteración meiótica, puede causar que el bebé tenga un cromosoma sobrante en alguno de los 23 pares; un ejemplo es el síndrome de Down, conocido también como trisomía del par 21 pues hay un cromosoma extra para este par. Por otro lado, cuando se produce el espermatozoide ya con la mitad del material genético, todavía no tiene su forma alargada característica; sigue siendo una célula esférica y sin una estructura impulsora llamada flagelo. Para que esta célula adquiera su forma final debe pasar por una nueva división meiótica, después de la cual el material genético se compacta, la cabeza se alarga y se crea el flagelo que le dará motilidad. En la punta de la cabeza se forma una cubierta que contiene proteínas activas llamadas enzimas, las cuales tienen la capacidad de degradar las paredes del óvulo de manera que el núcleo del espermatozoide pueda penetrarlo y

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fecundarlo. Éste es el segundo proceso donde la edad puede ser un factor en las alteraciones en la forma del espermatozoide, dando como consecuencia un mayor número de espermatozoides deformes. También puede resultar afectado el flagelo, lo que reduce la motilidad del espermatozoide y esto a su vez disminuye la capacidad fecundativa y, por ende, la calidad del esperma.

¿Q u é a fe c t a la c a lid a d d e lo s e sp e rma t o zo id es? Las alteraciones en la forma y calidad del esperma se deben en gran medida a una disminución progresiva de la hormona sexual masculina, la testosterona. Alrededor de los 30 años de edad, la producción de espermatozoides se empieza a reducir, con un decremento cercano al 1% anual. La disminución natural de la testosterona también produce otras manifestaciones después de los 40 años de edad que son equivalentes, aunque mucho menos marcadas, al climaterio de la mujer. Las manifestaciones que se pueden presentar son: disminución del apetito sexual, pérdida progresiva de la masa muscular, obesidad abdominal, irritabilidad, disminución en la densidad ósea, problemas de fertilidad debido a alteraciones espermáticas y disfunción eréctil. Además del factor hormonal, la calidad de los espermatozoides puede verse afectada por enfermedades

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crónico-degenerativas. Tanto la aterosclerosis –padecimiento crónico en el que se pierde la capacidad elástica de los vasos sanguíneos– como la hipertensión arterial tienen un efecto lesivo en los túbulos seminíferos, que son los conductos donde se producen los espermatozoides dentro del testículo. Este efecto consiste en la formación de tejido fibroso que impide la producción y salida de los espermatozoides, y puede aumentar por el tabaquismo, el cual afecta la capacidad de producir y mantener la erección. El líquido seminal, que es el vehículo para el transporte de los espermatozoides, también repercute en la fertilidad del varón. Se produce en la próstata y en las vesículas seminales; es rico en nutrientes y otras sustancias que contrarrestan la acidez vaginal y ayudan a los espermatozoides a desplazarse hacia el óvulo. También hay que tener en cuenta que mientras mayor es su edad, el hombre ha estado expuesto durante más tiempo a posibles agentes infecciosos que pueden producir infertilidad y otras alteraciones celulares.

La i nfl uenci a de l a edad pater na ¿Qué enfermedades pueden deberse a la edad paterna? Algunos datos indican que hay enfermedades y alteraciones frecuentes en los niños que son más comunes cuando el padre rebasa los 35 años de edad. Por


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ejemplo, en comparación con los padres menores de 30 años, los mayores de 40 tienen casi seis veces más riesgo de engendrar hijos autistas, 12 veces más riesgo de que padezcan esquizofrenia y dos veces más riesgo de que presenten paladar hendido o hernia diafragmática. Cuando ambos padres se encuentran entre los 20 y 30 años de edad, el riesgo de que el niño padezca síndrome de Down recae aproximadamente en un 80% en problemas genéticos de la madre. Sin embargo, cuando el varón rebasa los 40 años de edad, el riesgo de Down se duplica; además son frecuentes las alteraciones cardiacas, como la estenosis de la válvula pulmonar, y hay mayor probabilidad de abortos espontáneos y embarazos ectópicos. ¿Qué opciones tienen los padres mayores de 35 años? En el caso de la infertilidad, existen factores modificables y no modificables. Los primeros son aquellos que la persona puede cambiar voluntariamente de forma total o parcial, como una mala alimentación, la falta de ejercicio o el tabaquismo, que debe suspenderse por completo. Si se padece alguna enfermedad crónica como la diabetes mellitus o la hipertensión arterial sistémica, hay que procurar un control médico adecuado y estricto. La edad es un factor no modificable, pero es importante que tanto mujeres como hombres mayores de 35 años acudan con el médico para informarse y valorar el riesgo de un embarazo. Además de la edad, otros factores no modificables que son motivo para acudir al médico son los antecedentes de infertilidad, abortos repetidos o alguna enfermedad genética dentro de la familia. En conclusión, la edad de ambos padres es un factor de importancia en la fertilidad y en la aparición de enfermedades congénitas. Por eso es necesario que los estudios de fertilidad y viabilidad reproductiva se apliquen tanto al varón como a la mujer, tomando en cuenta el estilo de vida y la historia familiar de ambos. A fin de cuentas, tener un hijo es un proyecto de la pareja.

Francisco Contreras-Loya es médico interno de pregrado del Hospital

cima ,

Chihuahua, y pasante de Médico Cirujano por la Uni-

versidad Autónoma de Ciudad Juárez. fcontrerasloya@gmail.com Guadalupe Hernández-Pacheco es química bacterióloga parasitóloga por la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional, investigadora en Ciencias Médicas C en el Departamento de Fisiología del Instituto Nacional de Cardiología Ignacio Chávez y alumna del Doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. mghp60@yahoo.com

Lectur as r ecomendadas Firmbach, F. P., E. Borges y E. Bedin (2008), “The male biological clock is ticking: a review of the literature”, Sao Paulo Medicine Journal, 126(3), 197-201. Goriely, A. y A. O. Wilkie (2012), “Paternal Age Effect Mutations and Selfish Spermatogonial Selection: Causes and Consequences for Human Disease”, The American Journal for Genetics, 90, 175-200. Green, R. F., O. Devine, K. S. Crider, R. S. Oldey, N. Archer, A. F. Olshan y S. K. Shapira (2010), “Association of Paternal Age and Risk for Major Congenital Anomalies from the National Birth Defects Prevention Study, 1997-2004”, Annals of Epidemiology, 20 (3), 241-249. Jyothy, A., K. S. Kothapalli, N. M. Guruju, B. R. Vudunti, U. D. Bhavanam y S. P. Maddireddi (2001), “Parental age and the origin of extra chromosome 21 in Down syndrome”, Journal of Human Genetics, 46, 347-50. Nazer, J., L. Cifuentes, F. Millan, P. Vacarisas, S. Köbrich y A. Aguila (2008), “La edad paterna como factor de riesgo para malformaciones congénitas”, Revista Médica de Chile,136, 201-208.

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D EB A T E NO TI C I A S D E LA A MC PO L Í TI C A ED I TO R I A L


Dr. Héctor G. Riveros Instituto de Física, UNAM nnnnnnn

P

rimero quiero felicitar a la revista Ciencia por publicar artículos sobre problemas de la sociedad de la que formamos parte. Esperaba una réplica de la Secretaría del Medio Ambiente (sma) del gdf intentando justificar sus estimaciones equivocadas sobre las emisiones de contaminantes. Me sorprende que respondan con unos simples comentarios que ocupan el doble del espacio ocupado por mi artículo. No le llamaron réplica porque no refutan ninguno de mis argumentos. Está lleno de insinuaciones, sin ninguna afirmación que demuestre mis errores. Como funcionarios públicos, tienen que refutar o aceptar mis argumentos; los estoy acusando de aplicar una medida sin justificarla adecuadamente. Aunque la responsable es la secretaria Müller, que los nombró, o quien la nombró a ella. Como amigo personal del Dr. Páramo colaboré con la sma desde 1989, hasta que decidieron contratar al Clean Air Institute (cai), que les cobró por un diagnóstico equivocado sobre el Hoy No Circula (hnc) sabatino. Los errores del cai fueron: recomendar sacar de circulación al 20% de todos los coches y no darse cuenta de que la contaminación se iba a incrementar. Calcularon la reducción en el consumo de gasolina de medio millón de coches que dejaban de circular, pero no le sumaron el incremento en el consumo del transporte público, que tendría 850 mil pasajeros extras, con la agravante de que este transporte contamina mucho más que los coches particulares. En 1989 la contaminación no se incrementó porque ningún coche tenía convertidor catalítico; pero para el hnc sabatino los automóviles nuevos emiten cerca de 20 veces menos contaminantes. Aun así, el cai calculó en 3% la re-

ducción en emisiones. Mandé mi estudio al periódico Reforma, que dedicó una página completa al problema. La comisión encargada de la decisión me hizo caso parcialmente, y sacó a los coches nuevos del hnc sabatino. Cambié mi predicción con el Dr. Páramo por aquella que argumentaba que no iba a cambiar la contaminación medida en el aire como no cambió en 1989. De hecho, se cumplió mi pronóstico y dejé de colaborar con la sma, ya que al parecer lo que no les cuesta no lo aprecian. Es notable que calcularan un incremento de 15% en la reducción de emisiones por sacar de circulación a menos coches. Se han tomado muchas medidas, que costaron mucho dinero y molestias, sin que se lograra bajar la contaminación por ozono o el consumo de gasolina. La Figura 1 muestra las fechas en que se introdujo la Gasolina Reformulada, la Gasolina Oxigenada, la Revisión Obligatoria (ro), el Hoy No Circula (hnc) y la venta de gasolina Magna Sin (que permitiera el uso de convertidores catalíticos). El efecto de la Magna Sin tardó varios años en reducir la contaminación por ozono. Es preocupante que ni la ro ni el hnc redujeron la contaminación ni el consumo de gasolina, pero sí generaron flujo de dinero. Somos el único país en el mundo que verifica cada seis meses. El 98% del monóxido de carbono (CO) es emitido por los motores de combustión interna, por lo que su concentración mide las emisiones vehiculares. El nivel de NOx se ha mantenido constante a lo largo de los años. El promedio móvil 30 días de los valores máximos permite observar claramente las tendencias para muchos años. Se notan los máximos de contaminación en enero y los mínimos en julio. La reducción en CO

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DEBATE

Réplica a “Comentarios al documento Endurecimiento del Hoy No Circula”


DEBATE

0.25

600

0.2

500 400

0.15

300

0.1

200

0.05

G. ref.

100

G. oxi. RO HNC Magna Sin

0

Millones de litros

Ozono pico ppm

Promedios mensuales

0 86

87

88

89

90

Años Ozono

91

92

93

94

Gasolina

■■

1.2

700

1

600 500

0.8

400

0.6

300

0.4

200

0.2

100

0

Gasolina (millones litros/mes)

CO/10, NOx ppm

Figura 1. Fechas en que entraron en vigor diferentes intentos para reducir la contaminación. La revisión obligatoria y el Hoy No Circula deberían haber reducido el consumo de gasolina.

0 1990

1995 <CO/10>mes 9h

2000 <NOx>mes 9h

2005 <Gasolina>

■■

Figura 2. Promedio móvil de 30 días para los máximos de monóxido de carbono (CO) y óxidos de nitrógeno (NOx), desde el 1º de enero de 1990 hasta el 30 de noviembre de 2005.

corresponde al consumo de gasolina Magna Sin con menos azufre y a la venta de coches con convertidor catalítico, dos aciertos gubernamentales. Acerca del Hoy No Circula (hnc) de 1989, dicen: “Sin embargo, no se puede negar su contribución a la reducción de la contaminación.” Dos expertos extranjeros niegan esta reducción; tengo artículos que refutan esta reducción. Esta frase demuestra que no han leído mis referencias, pues desde los años de la década de 1990 descubrí que el hnc no bajó los valores medidos de la contaminación en el aire. A pesar de que la sma estima reducciones grandes en las emisiones, no se mi-

8 4   c ie n c ia • abril-junio de 2015

den reducciones en el aire; porque no toman en cuenta el incremento en las emisiones del transporte público que tiene que transportar a un número mayor de usuarios. Así de simple es el error cometido, no se requiere mucha ciencia para entenderlo. Dicen textualmente: “…se ha observado que los fines de semana la concentración de contaminantes de origen fotoquímico, como el ozono, puede ser igual o mayor que los niveles reportados en los días de la semana,…”. Para justificar el Hoy No Circula sabatino, el Clean Air Institute presentó unas gráficas con la contaminación por día de la semana, en las que


Comportamiento típico semanal del ozono por estación de monitoreo en la ZMVM, enero-octubre 2007 0.08 0.06 0.04 0.02 0.0

4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24

Concentración O3 (ppm)

0.10

LUN

MAR TLA

MIE XAL

JUE MER

VIE PED

SAB

DOM

CES

■■

Figura 3. Los valores pico de ozono por estación de medida muestran las variaciones de la concentración en varias semanas. A pesar de que circulan todos los coches, en sábado y domingo no es mucho mayor la contaminación que la medida en otros días. Estos datos corresponden a la Figura 2 del artículo original del CAI.

120 100 80 60 40 20 0 3/1/06

3/1/07

3/1/08 Ozono 15h

2/1/09

2/1/10 SO 2 15h

2/1/11

2/1/12 NO 2 11h

1/1/13

1/1/15

CO 11h

■■

Figura 4. Promedio móvil 20 días de los valores diarios de la contaminación, medida a la hora señalada, desde enero 2006 a diciembre 2014. Nótese que la concentración de SO 2 permanece constante; no bajó en 2009 ni las otras curvas. Las mejoras en la flota vehicular se cancelan por el crecimiento de la misma, logrando que la contaminación se mantenga constante.

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nes erróneas.” Estoy por completo de acuerdo con esta frase y por eso soy muy cuidadoso en mis afirmaciones y su fundamentación en datos medidos. Las gráficas las construyo con los datos de la sma, y lo que hago es traducir a palabras lo que ellas demuestran. Ellos son los que hacen afirmaciones que no son suyas, y no dicen el origen de las mismas. Ningún hnc ha disminuido la contaminación medida en el aire, frase contundente y que no han demostrado que sea falsa. La contami-

muestra que la contaminación sabatina no es mayor que en cualquier otro día de la semana. Sin embargo, en su texto, afirman que el sábado es el día de mayor concentración y recomiendan aplicar restricciones a la circulación. Se les pagó un estudio equivocado en la estimación de las reducciones en la contaminación; al gdf le dijeron lo que quería oír. En otro párrafo dice: “La falta de rigor científico en la evaluación de un fenómeno puede llevar a conclusio-


de domingo a viernes son mayores que la fluctuación sabatina. Molestaron a la ciudadanía por un cambio inferior a las fluctuaciones naturales. De hecho, de la gráfica se puede inferir que la contaminación creció con el hnc Endurecido. No hay forma de afirmar que bajó la concentración de ozono. Dicen querer interpretar datos de un año completo, lo que implica conocer en detalle la flota vehicular, sus emisiones y las variables meteorológicas diarias. De hecho, la sma tiene modelos de computadora que le permiten predecir los valores de la contaminación para las estaciones de la Red Automática de Monitoreo Atmosférico (rama); pero el acuerdo con los datos experimentales es un tanto variable. Los datos utilizados

100 Sábado

Lunes

Miércoles

Viernes

80

Ozono, ppb

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nación ha disminuido por mejoras en los combustibles y en los sistemas anticontaminantes de los vehículos nuevos. Pero todavía los combustibles tienen concentraciones de azufre superiores a la norma, misma que debió cumplirse a partir del 2009. Eso sí hubiese disminuido la contaminación medida, a partir de 2009. Dicen: “El investigador se limita a comparar de manera cualitativa los datos de los meses de junio y julio de 2014. El escaso número de datos no permite aportar evidencia estadística sobre el impacto de la medida.” Los datos horarios de 37 estaciones por 56 días son 49 728, número suficiente para sacar conclusiones. Los datos son numéricos y por lo tanto es cuantitativa la evidencia. En los tres casos de aplicación de los hnc la medida entra en vigor un cierto día y constituye una señal escalón. La veracidad de una interpretación estadística depende de quién la hace. Los datos diarios dependen de las fuentes emisoras, de los flujos vehiculares y de variables meteorológicas. Por eso, tomo datos de todos los días de la semana, varias semanas antes y varias semanas después, de modo que los datos de domingo a viernes sirven como control para apreciar las fluctuaciones de todas las variables y así poder comparar con los cambios esperados los sábados. Los datos de domingo a viernes sirven como control y para medir los cambios estadísticos de la concentración. El promedio de los cuatro sábados de julio es mayor o igual que el de los cuatro sábados de junio cuando podíamos circular. Las fluctuaciones naturales

60 40 20 0 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

120

132

144 156

168

Horas Antes

■■

Después

Figura 5. Promedio horario de los datos de 37 estaciones de la rama , del sábado 7 de junio al viernes 4 de julio (Antes), y del sábado 5 de julio al viernes 1º de agosto (Después).

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Le ctura s re c o m en d a d a s Davis (2006), “The effect of driving restrictions on air quality in Mexico City”. Disponible en: www-personal.umich. edu/~lwdavis/df.pdf Eskeland, S. y T. Feyzioglu (1995), “Rationing Can Backfire: The ‘Day Without a Car’ in Mexico”, The World Bank Policy Research Working Paper 1554. Eskeland, Gunnar S. (1992), “Attacking Air Pollution in Mexico City”, Finance and Development, 29(4):28-30. Riveros, H. G., J. Tejeda, L. Ortiz, A. Julián y H. Riveros-Rosas (1995), “Hydrocarbons and Carbon Monoxide in the Atmosphere of Mexico City”, Journal of Air & Waste Management Association, 45:973-980. Riveros, H. G., P. Ovalle, B. Silva y E. Sandoval (1998), “Carbon Monoxide trend, meteorology and three way catalysts in Mexico City”, Journal of Air & Waste Management Association, 48:459-462. Riveros, H. G., J. L. Arriaga, J. Tejeda, A. Julián-Sánchez y H. Riveros-Rosas (1998), “Ozone and its precursors in

70%.” Esto es una mentira, pues si no bajó la contaminación al aplicarlo, ¿por qué aumentaría al cancelarlo? También dice: “Con la modernización del programa se estima una reducción de la contaminación de un 11% anual.” El 11% anual es lo mismo que el 11% diario, pero la medida sólo se aplica al sábado; entonces en los sábados debería disminuir 77%, lo que evidentemente no ha sucedido. Considero que los comentarios de la sma no han servido para ningún propósito útil al problema de la contaminación. Los académicos del país debemos colaborar en la mejora del mismo. Reitero mi felicitación a la amc por publicar este tipo de colaboraciones. Gracias.

the atmosphere of Mexico City”, Journal of Air & Waste Management Association, 48:866-871. Riveros, H. G. (2000), “Atmospheric Pollution, Vehicles and Mexico City”, Topics in contemporary Physics, México, ipn, pp.149-168. Riveros, H. G. (2002), “Vehicle inspection and maintenance, and air pollution in Mexico City”, Transportation Research D., 7:73-80. Riveros, H. G., J. A. Mejía, S. Z. Hernández, R. L. Ortiz (2006), “Campañas de monitoreo ambiental a distancia de vehículos”, Secretaría del Medio Ambiente, gdf, junio 2006 (página web, 59 páginas). Riveros, H. G. (2009), “Análisis del Programa Hoy No Circula”, Ciencia, amc, 60(1): 76-83. Riveros, H. G. (2010), “Hoy No Circula sabatino: contrarréplica”, Ciencia, amc, 61(3):88-89. Riveros, H. G. (2015), “Endurecimiento del Hoy No Circula”, Ciencia, amc, 66(1):78-79.

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DEBATE

son las medidas horarias de las estaciones de la rama (37). El analizar un mes antes y un mes después es lo mejor (o menos malo) que puede hacerse. El tomar en cuenta todas las variables y su cambio un año después es un intento de la sma para no reconocer que ningún hnc ha bajado la contaminación. Lamento que la sma mienta, sin tomarse el trabajo de analizar si son coherentes con sus medidas de la rama. Ya cuentan con datos de muchos años para el hnc de 1989 y para el sabatino. ¿Por qué no los han interpretado? Un tríptico sobre el hnc Endurecido dice: “De no existir el programa hnc, en la actualidad las emisiones de automóviles particulares se incrementarían en un


Noticias de la

Academia Mexicana de Ciencias nnnnnnn

Inicia en México 2015 Año Internacional de la Luz

E

n el lanzamiento oficial de 2015 Año Internacional de la Luz en México, el pasado 27 de enero, el presidente de la Academia Mexicana de Ciencias (amc), Jaime Urrutia Fucugauchi, recordó que el AIL2015 fue una iniciativa promovida por nuestro país, apoyada por un conjunto de países y proclamada por la Organización de las Naciones Unidas, la cual ha despertado un gran interés en la comunidad científica y tecnológica. Ana María Cetto, coordinadora del Comité Nacional del que forma parte la Academia, destacó que el AIL2015 no sólo es un evento de celebración y divulgación, sino una oportunidad que también busca crear conciencia y abordar los problemas que vive el país sobre el tema. Nuria Sanz Gallego, directora de la Oficina de la Unesco en México, destacó el papel del país por la contribución que hace a esta actividad, e informó que su oficina colaborará dentro del AIL2015 con dos eventos a celebrarse este año en el territorio nacional. El anuncio del arranque de esta magna actividad en nuestro país se realizó en la Secretaría de Relaciones Exteriores y contó con la presencia de representantes de la Unesco en México, de la Comisión Mexicana de Cooperación con la Unesco (Conalmex), el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), la Universidad Nacional Autónoma de México (unam), y del embajador Juan Sandoval Mendiolea, titular de la Dirección General para la Organización de las Naciones Unidas. ©

La inauguración del Año Internacional de la Luz 2015 se llevó a cabo del 19 al 20 de enero de 2015 en las oficinas centrales de la Unesco en París, Francia.

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La doctora Ana María Cetto, coordinadora del Comité Nacional, el embajador Juan Sandoval Mendiolea, director general para la Organización de las Naciones Unidas; y la doctora Nuria Sanz Gallego, directora de la Oficina de la Unesco en México, en el anuncio del AIL2015. Foto: Alejandra Monsiváis/amc.


C

on la charla “Los sistemas de escritura precolombinos en el contexto universal de las escrituras”, ofrecida por Erik Velásquez García, del Instituto de Investigaciones Estéticas de la unam, inició el ciclo de conferencias “Premios de Investigación de la amc”, mismo que fue inaugurado por el presidente de la amc, Jaime Urrutia Fucugauchi. Como parte de este ciclo se ofrecerán anualmente de 10 a 12 conferencias en diferentes sedes del país con el objetivo de que el trabajo de los talentosos investigadores que han recibido el Premio de Investigación de la Academia se difunda en diferentes espacios. Los Premios de Investigación de la amc se otorgan desde 1961 a investigadores menores de 40 años en el caso de los hombres y menores de 43 años en el de las mujeres, para que realicen investigación de frontera en las áreas de humanidades, ciencias exactas, ciencias naturales y ciencias sociales, así como en ingeniería y tecnología. ©

En noviembre de 2014, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y la amc firmaron un convenio de colaboración con las academias de ciencias británicas (Academy of Medical Sciences, British Academy, Royal Academy of Engineering y Royal Society), que permitirá en los próximos tres años llevar a cabo estancias de investigación recíprocas entre científicos del Reino Unido y México con el propósito de fortalecer la relación en materia de investigación e innovación. ©

Firman acuerdo de colaboración el British Council y la amc

L

a Academia Mexicana de Ciencias (amc), a través de su presidente, Jaime Urrutia, y el British Council, representado en México por su directora Lena Milosevic, firmaron el pasado 17 de febrero un Memorándum de Entendimiento para colaborar en el área de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (stem, por sus siglas en inglés, Science, Technology, Engineering, Mathematics), con el que se busca compartir mejores prácticas en la enseñanza y comunicación de las ciencias en escuelas primarias entre los dos países. El Dr. Urrutia Fucugauchi expresó su beneplácito por la firma de este acuerdo que se construye sobre la larga historia de colaboración y amistad entre el Reino Unido y México, y que en este caso facilitará diversas actividades como: intercambiar información; discutir sinergias y colaboraciones; promover la movilidad de profesores, investigadores y estudiantes; realizar talleres, conferencias y seminarios enfocados en las áreas de cooperación; intercambiar documentación científica y tecnológica, así como planificar una serie de acciones conjuntas.

El doctor Erik Velásquez García, Premio de Investigación de la amc 2013 en el área de humanidades, ofreció la conferencia “Los sistemas de escritura precolombinos en el contexto universal de las escrituras”, en la sede de la amc. Foto: Elizabeth Ruiz Jaimes/amc.

México y Reino Unido fortalecen intercambio de investigación e innovación

L

a Academia Mexicana de Ciencias (amc) estrechó los lazos de colaboración con el Reino Unido, al iniciar este año una nueva etapa en su relación de intercambio, mucho más amplia; además de trabajar con la Royal Society, su contraparte tradicional, también lo hará con el resto de las academias de ciencias británicas.

Carlos Bosch, director del programa “La Ciencia en tu Escuela”; Jaime Urrutia, presidente de la amc; Duncan Taylor, embajador del Reino Unido en México; Lena Milosevic, directora del British Council para México; y Jane Bonham-Carter, enviada comercial del Primer Ministro británico para México. Foto: Elizabeth Ruiz Jaimes/amc.

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NOTICIAS AMC

Jóvenes investigadores muestran su talento a través de conferencias organizadas por la amc


NOTICIAS AMC

En el marco del Memorándum de Entendimiento, apoyado por el Fondo Newton (Newton Fund) se evaluará el programa de la amc “La Ciencia en tu Escuela”, el cual cuenta con el apoyo de la Secretaría de Educación Pública, el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y Bécalos de Fundación Televisa. Este programa de carácter nacional está bajo la dirección del doctor Carlos Bosch, quien coordina por parte de la Academia las actividades contempladas en ese acuerdo. La firma del acuerdo se llevó a cabo con la presencia, como testigos, del embajador del Reino Unido e Irlanda del Norte en México, Duncan Taylor, y la enviada comercial del Primer Ministro para México, la baronesa Jane Bonham-Carter. La mencionada firma se realizó durante el evento Cumbre de Negocios Innovation GREAT, organizado por la Embajada Británica en México y UK Trade & Investment, como parte de las actividades enmarcadas en “2015 Año Dual Reino Unido-México”. ©

Alianza entre amc y ammccyt

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on la finalidad de despertar vocaciones científicas a edades tempranas, la Academia Mexicana de Ciencias (amc) y la Asociación Mexicana de Museos y Centros de Ciencia y Tecnología (ammccyt) firmaron dos convenios para estrechar la colaboración e impulsar el programa “Domingos en la Ciencia” en toda la red que integra la Asociación. El presidente de la Academia, Jaime Urrutia Fucugauchi, y Rocío Labastida Gómez de la Torre, presidenta de la ammccyt, signaron los acuerdos el pasado 8 de febrero en un acto realizado en el Museo Descubre de Aguascalientes. Uno de los convenios establece que a través de “Domingos en la Ciencia”, reconocidos académicos dictarán conferencias de temas científicos en las instalaciones de museos y centros de ciencia y tecnología pertenecientes a dicha organización. ©

Presentan amc y Embajada de Suecia en México convocatoria del Premio Nacional Juvenil del Agua 2015

E

l Premio Nacional Juvenil del Agua 2015 no sólo contribuye a fomentar las vocaciones científicas de los jóvenes, sino también a atraer la atención de los gobiernos para una mejor comprensión de la relevancia del agua para las sociedades humanas y para todos los organismos vivos del planeta, dijo Jai-

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El doctor Jaime Urrutia, presidente de la Academia Mexicana de Ciencias, y el embajador de Suecia en México, Jörgen Persson, firman convenio para la organización del Premio Nacional Juvenil del Agua para los próximos tres años, y anuncian la convocatoria del concurso correspondiente al 2015. Foto: Elizabeth Ruiz Jaimes/amc.

me Urrutia Fucugauchi, presidente de la Academia Mexicana de Ciencias (amc), durante la presentación el pasado 27 de febrero de la convocatoria del concurso correspondiente al año 2015. En este concurso podrán participar estudiantes entre 15 y 20 años de edad (al 31 de mayo de 2015) y que cursen en México secundaria, bachillerato o equivalente. Ningún participante deberá estar cursando estudios de licenciatura. El ganador (individual o por equipo) del primer lugar representará a México en el Certamen Internacional que se llevará a cabo en Estocolmo, Suecia, el próximo mes de agosto. La convocatoria completa puede consultarse en: www.amc.mx. En el acto realizado en el “Centro Cultural Isidro Fabela” Museo del Risco, en la ciudad de México, también la Embajada de Suecia en México, la Academia Mexicana de Ciencias y 13 instituciones públicas y privadas firmaron el convenio para la organización del Premio Nacional Juvenil del Agua para los próximos tres años. ©

Diplomas a maestros de educación básica del programa La Ciencia en tu Escuela

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n total de 320 profesores de educación básica del Distrito Federal recibieron el pasado 21 de febrero la constancia que acredita su satisfactorio aprovechamiento en el diplomado La Ciencia en tu Escuela, un programa de la Academia Mexicana de Ciencias (amc) de capacitación profesional para incrementar los conocimientos y mejorar las estrategias de enseñanza en matemáticas y ciencias en general de los docentes. Este año, por primera vez, se impartió el curso piloto a nivel preescolar y un diplomado enfocado en matemáticas.


El doctor Jaime Urrutia, presidente de la Academia Mexicana de Ciencias, encabeza la ceremonia de entrega de diplomas a maestros de educación básica que cursaron La Ciencia en tu Escuela generación 2014. Foto: Elizabeth Ruiz Jaimes/amc.

“La Academia tiene un interés muy especial en que nuestros niños y jóvenes tengan un contacto más fuerte con la ciencia porque, al igual que en muchos otros países, el nuestro necesita una niñez y una juventud bien educada y muy estimulada, interesada en la ciencia –se dediquen a ella o no– y de esto va a depender el futuro que tengamos en las siguientes generaciones”, dijo Jaime Urrutia Fucugauchi, presidente de la amc, en el evento celebrado en la sede de la Academia. El diploma lo recibieron 150 profesores de primaria, 123 de secundaria, 24 profesores de preescolar y 23 docentes del Colegio Madrid, estos últimos específicamente para el curso de matemáticas. ©

Premia México a tres destacados científicos iberoamericanos

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Acapara Michoacán las medallas de oro de la XXIV Olimpiada Nacional de Biología

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n la XXIV Olimpiada Nacional de Biología (onb), realizada del 26 al 29 de enero de 2015 en Monterrey, Nuevo León, el máximo ganador fue el estudiante michoacano Raful Navarro Espíndola, quien obtuvo la mejor puntuación del certamen. El estado de Michoacán sumó el mayor número de preseas doradas, un total de cinco; el Estado de México obtuvo cuatro medallas también de primer lugar, mientras que Nuevo León, Sonora, San Luis Potosí, Sinaloa, Veracruz y Querétaro lograron una cada uno. Cristina Revilla Monsalve, coordinadora nacional de la onb, informó que la Academia otorgó a los ganadores de las medallas

l 8 de diciembre de 2014 se entregó el Premio México de Ciencia y Tecnología al biólogo marino chileno Juan Carlos Castilla Zenovi, al geólogo argentino Víctor Alberto Ramos y al inmunó-

Carlos Martínez Alonso (España), Víctor Alberto Ramos (Argentina) y Juan Carlos Castilla (Chile), ganadores del Premio México de Ciencia y Tecnología en 2014, 2013 y 2012. Fotos: Tomadas de El Colegio Nacional.

Orgullosos muestran sus medallas de oro y diplomas los 15 alumnos ganadores de la XXIV Olimpiada Nacional de Biología, acompañados por autoridades académicas de la uanl y miembros del comité organizador. Foto: amc.

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NOTICIAS AMC

logo español Carlos Martínez Alonso, ganadores del galardón en 2012, 2013 y 2014, respectivamente. “En la ciencia están las respuestas a los desafíos que la humanidad y el planeta enfrentan actualmente. La ciencia y su aplicación práctica son esenciales para elevar los niveles de bienestar individual y colectivo de nuestra sociedad”, sostuvo el presidente Enrique Peña Nieto, en la ceremonia en la que se hizo entrega de la distinción y que formó parte de la Clausura de la XXIV Cumbre Iberoamericana de Jefes de Estado y de Gobierno, realizada en el puerto de Veracruz. A este acto asistieron además ministros, embajadores, representantes de los países que integran la comunidad iberoamericana, así como legisladores y personalidades de la comunidad académica y científica. El Premio México de Ciencia y Tecnología es el máximo galardón que desde 1990 otorga el gobierno mexicano a los investigadores de Iberoamérica. ©


NOTICIAS AMC

de oro una beca para participar en el “Verano de la Investigación Científica”, otro de los exitosos programas de la amc, con lo cual podrán acercarse a la investigación a través de la labor cotidiana de un científico en las instituciones de educación superior, institutos y centros de investigación del país. ©

Llega La Noche de las Estrellas a jóvenes en conflicto con la ley

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a amc dio un paso más en sus esfuerzos por difundir la ciencia entre los jóvenes del país a través de sus diversos programas, y por primera vez llevó esta exitosa actividad de divulgación de la ciencia a una de las seis Comunidades de Tratamiento para Adolescentes que hay en el Distrito Federal. La actividad se organizó en conjunto con la Dirección General de Divulgación de la Ciencia de la unam. El 21 de noviembre de 2014, una semana antes de llevarse a cabo el evento a nivel nacional, en la comunidad de San Fernando, en la delegación Tlalpan, un total de 115 jóvenes, la mayoría entre los 16 y 19 años, tuvieron la oportunidad de observar el cielo a través de telescopios y con la instalación de un planetario móvil recibieron información acerca del cosmos y aprendieron algunas dinámicas en dos talleres de ciencia; además, disfrutaron de la noche escuchando los acordes de un grupo de música tradicional mexicana. ©

Los jóvenes residentes de la Comunidad de Tratamiento para Adolescentes de San Fernando disfrutaron de observar la bóveda celeste a través de los telescopios que llevó la Noche de las Estrellas, evento organizado por la Academia Mexicana de Ciencias y la Dirección General de Divulgación de la Ciencia de la unam. Foto: Elizabeth Ruiz Jaimes/amc.

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Brillaron las estrellas en el bosque de Tláhuac, en cu, en China y en todo México

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a sexta edición de la Noche de las Estrellas “El Universo, según el cristal con que se mira”, sumó un total de 58 sedes distribuidas en todo el país, entre ellas la del Bosque de Tláhuac, que apenas se incorporó, así como la explanada central de Ciudad Universitaria y el Planetario “Luis Enrique Erro” en el Instituto Politécnico Nacional (ipn), en el Distrito Federal. Colombia participó por segunda ocasión y por primera vez lo hizo la República Popular de China. La actividad de alcance nacional se efectuó la noche del sábado 29 de noviembre de 2014. Este gran evento de divulgación de la ciencia, que durante seis años ha reunido cerca de 800 mil personas, y entre cinco mil y siete mil voluntarios por cada edición, incluyó talleres, observación con telescopios, obras de teatro, grupos musicales en escenario, así como diversas actividades en carpas temáticas y conferencias con investigadores. ©

Jaime Urrutia reconoce la importancia de las academias de ciencias

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urante la reunión anual de la Academia Mexicana de Ciencias, en diciembre de 2014, el presidente de esta agrupación, Jaime Urrutia Fucugauchi, destacó la labor y el papel que desempeñan las academias, pues son las organizaciones más antiguas de científicos que han mostrado, a lo largo de más de 400 años, ser útiles. En el auditorio “Galileo Galilei” de la amc, Urrutia entregó un reconocimiento a Enrique Cabrero Mendoza, director general del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), por el apoyo que ha brindado a la Academia, y resaltó el papel fundamental de dicha institución en los avances que muestran los indicadores de ciencia, tecnología e innovación en el país. “Esperemos sigan mejorando para construir una comunidad académica y científica más sólida, y que el conocimiento represente un beneficio para la sociedad mexicana”, dijo el Dr. Urrutia Fucugauchi. Al respecto, Cabrero Mendoza, quien es miembro de la amc, agradeció la deferencia y aseveró que el reconocimiento era para el Conacyt y que esta institución seguiría apoyando a la Academia durante los próximos años. En la reunión de fin de año participaron expresidentes de la amc, y hubo una amplia presencia de investigadores miembros, responsables de programas, invitados especiales y personal de estructura de la organización. ©


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iencia, órgano de difusión de la Academia Mexicana de Ciencias, tiene como objetivo divulgar el quehacer científico y humanístico, por medio de artículos publicados en forma impresa o electrónica. Los artículos tendrán que escribirse para un público amplio, más allá del ámbito académico, con preparación equivalente o superior a la del bachillerato. Sus autores deberán contribuir a difundir los logros, avances y debates surgidos en el ámbito nacional e internacional. Para facilitar la lectura y obtener mayor claridad en los contenidos, la revista Ciencia está organizada en las secciones que a continuación se describen. S ec ci ón temática Consta de artículos sobre un tema específico, de carácter científico o humanístico, de interés general. En los artículos se plantearán aspectos actuales del tema escogido, y en lo posible se hará hincapié en las contribuciones del autor y en las de otros investigadores nacionales. Para esta sección el Comité Editorial recibirá la propuesta o solicitará la colaboración de algún experto de reconocido prestigio. Éste fungirá como editor huésped y se encargará de seleccionar los autores y los contenidos que serán incluidos en dicha sección. Los textos serán evaluados tanto por el editor huésped como por el Comité Editorial, el cual tomará la decisión final sobre su publicación. Contr i buci ones lib res Aportaciones sobre diversos aspectos del conocimiento científico y humanístico. Como en el caso anterior, se deberá considerar lo realizado por el autor y por otros investigadores nacionales. Cada artículo será también

dictaminado por uno o dos especialistas en el tema, así como por miembros del Comité Editorial. De a ctua l i d a d Artículos sobre algún tema científico, social o humanístico de gran trascendencia en el momento y que ofrezcan a los lectores elementos que normen su opinión al respecto. Una vez aprobados bajo las normas que se señalaron anteriormente, los artículos serán publicados de inmediato. De ba te Reseñas de debates –realizados en México o en el extranjero– sobre temas diversos de interés general en torno a políticas científicas o sociales, así como contribuciones destinadas a promover la discusión entre los lectores de Ciencia. El Comité editorial tomará la decisión sobre la pertinencia del debate, así como de su terminación. El col or d e l a ci e nci a Contribuciones en las que se destaquen en forma resumida diferentes aspectos de nuestro quehacer científico y humanístico; nuestra geografía, nuestra historia, nuestras tradiciones o nuestra cultura. Se incluirán dentro de esta sección contribuciones que con un lenguaje sencillo y ameno narren anécdotas sobre el quehacer académico, así como semblanzas de personalidades científicas destacadas. Noti ci a s y come nta r i os Notas breves, provenientes de la Academia Mexicana de Ciencias o de nuestros lectores, que consignen descubrimientos científicos, actos académicos o recono-

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Política editorial


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cimientos importantes otorgados a miembros de la comunidad científica mexicana. Asimismo, en esta sección podrán incluirse reseñas de libros de interés actual. Corresponde n cia Cartas de los lectores destinadas a comentar artículos aparecidos en números anteriores de Ciencia, así como misivas con sugerencias, comentarios o críticas a la revista.

In stru cciones a lo s a u t o res Ciencia publica artículos de divulgación dirigidos a todos los interesados en el quehacer científico y humanístico contemporáneo. La revista desea incluir entre sus lectores no sólo a personas con estudios universitarios, sino también a estudiantes de nivel medio superior. Por tal motivo, los autores deberán usar obligadamente un lenguaje sencillo –aunque no necesariamente coloquial–, desprovisto de tecnicismos innecesarios y de expresiones rebuscadas o densas. Las abreviaturas permiten el ahorro de un espacio mínimo en los textos y generan en cambio una considerable confusión y dificultad en su lectura. Por esta razón, sólo se aceptan abreviaturas de uso común, o que se repitan en al menos diez casos. Las abreviaturas deberán definirse en el momento de ser citadas por primera vez. Asimismo, se pide a los autores que incluyan recuadros que faciliten la lectura de los artículos o los complementen. Se recomienda de igual manera el empleo de ilustraciones, pues ayudan a una mejor comprensión del texto. Los autores deberán enviar junto con su manuscrito cuatro frases significativas de entre las cuales podrán seleccionarse algunas, destinadas a ser publicadas en los márgenes de su artículo y que generen mayor interés del lector en el texto. El propósito es buscar que la lectura sea fácil, amena y motivante, de manera que suscite las discusiones y los comentarios de los lectores. Para mayor información sobre las características deseables de los textos, se sugiere al autor revisar las recomendaciones básicas, disponibles en la página electrónica de la revista, http:// revistaciencia.amc.edu.mx/images/revista/59_4/PDF/ recomendaciones.pdf, y publicadas en el volumen 59, núm. 4, de Ciencia.

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Los artículos y notas deberán ser enviados por correo electrónico al Comité Editorial (rciencia@unam. com.mx), acompañados por una carta de presentación, firmada por el autor, y dirigida en atención a Miguel Pérez de la Mora, director de Ciencia. Los artículos deberán estar escritos en formato carta, con tipo de letra Times New Roman de 12 puntos, interlínea doble y márgenes de 2.5 cm por cada uno de los lados. Con el objeto de designar a los revisores idóneos y facilitar el manejo por parte del Comité Editorial, se solicita la inclusión de un breve resumen (150 palabras como máximo) al inicio del texto, así como un título corto y tres palabras clave. Asimismo, para ayudar a la labor de los correctores y a la comunicación con el autor, las páginas y los renglones del artículo tendrán que numerarse. También deberá agregarse una breve ficha biográfica de cada autor, con 760 caracteres con espacios como máximo, en la cual quede explícito si es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Toda contribución será evaluada por los miembros del Comité Editorial, así como por uno o dos expertos en el campo, cuyos comentarios serán enviados para la consideración del autor, de ser necesario. Con el objeto de facilitar el trabajo de revisión, los autores deberán enviar a la coordinación editorial sus artículos revisados y acompañados de una carta en la que se dé una respuesta puntual a los comentarios de los revisores y se indique la localización de las modificaciones que se hayan hecho en el manuscrito. Los trabajos aceptados serán turnados a un corrector de estilo y divulgador. Si hubiera correcciones mayores, se enviarán al autor para su aprobación. La revista cuenta con dibujantes expertos que, de acuerdo con las versiones de los autores, adecuarán las imágenes e ilustraciones en función del diseño de la revista. Además de las consideraciones anteriores, los autores tendrán que tomar en cuenta las siguientes indicaciones en relación con las secciones de Ciencia, así como con los textos y el estilo correspondientes. Se cci ón te má ti ca y contr i buci one s l i br es Los artículos deberán ser inéditos; esto significa que su contenido no se habrá publicado previamente en ningún medio impreso o electrónico. El texto de cada


y deberán ser escritas en forma concisa y con lenguaje respetuoso.

De actu al i dad Estos artículos deberán escribirse siguiendo las mismas instrucciones que se enunciaron para aquéllos destinados a publicarse dentro de la sección temática o como parte de las comunicaciones libres.

G r á fi ca s Los ejes de las gráficas estarán etiquetados con el nombre y las unidades de lo que representan (ejemplo: años/ventas en pesos; estatura en metros/número de personas, etcétera).

El c ol or de l a c ien cia Los artículos de esta sección deberán tener como máximo 4 400 caracteres con espacios (lo equivalente a dos y media cuartillas), y no podrán contener más de tres ilustraciones y una tabla. La bibliografía no rebasará más de tres fichas bibliográficas.

T a bl a s Se recomienda usarlas de manera excepcional. De haberlas, deberán tener únicamente los datos imprescindibles con el propósito de que el lector las comprenda fácilmente. Cada una de las tablas deberá contener un número de identificación de acuerdo con el orden de su inserción en el texto, así como un título descriptivo.

D ebate Salvo casos excepcionales, las contribuciones para esta sección no deberán ser mayores de cinco cuartillas. Las referencias bibliográficas no podrán ser más de tres. Noti ci as y c omen ta rio s Deberán tener un máximo de 3 500 caracteres con espacios (lo equivalente a dos cuartillas). Correspondencia Las contribuciones para esta sección tendrán como máximo 3 600 caracteres con espacios (dos cuartillas),

Otr as car acter í sti cas de l os textos I l ustr a ci one s Las ilustraciones y fotografías deberán ser digitalizadas en 300 dpi (puntos por pulgada) y ser incluidas en el manuscrito o enviadas por separado. El material gráfico –dibujos o esquemas– deberá elaborarse en Illustrator u otro programa similar y en cualquiera de los siguientes formatos: tif, eps o jpg. Generalmente las imágenes que provienen de Internet tienen una resolución de 72 dpi, por lo que carecen de la calidad requerida, además de que a menudo no cuentan con derechos de reproducción. El material gráfico deberá ser legible cuando se reduzca al tamaño en que normalmente aparece en la revista (tamaño carta, media carta, cuarto de carta).

Nota: Con la finalidad de facilitar su compresión, todas las figuras, tablas y gráficas tendrán un texto explicativo como pie. Re fe r e nci a s Las referencias generales, destinadas a ampliar en su conjunto la información que se proporciona al lector, no requieren ser citadas en el texto. Las específicas, que destacan algún punto de particular importancia, deberán ser citadas en el texto con

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artículo tendrá como máximo de 22 000 caracteres con espacios (alrededor de 12 cuartillas). También deberán incluirse uno o dos recuadros de texto a manera de complemento con una extensión mínima de 900 y máxima de 1 800 caracteres con espacios. La extensión máxima de la sección temática no deberá exceder los 130 000 caracteres con espacios (el equivalente a 75 u 80 cuartillas). Para facilitar la lectura de cada artículo, se recomienda organizar su contenido en apartados. Los textos no incluirán, en conjunto, más de cinco tablas e ilustraciones. Tendrán que evitarse en lo posible las notas a pie de página, mismas que en caso dado serán breves y de fácil comprensión. La bibliografía citada a lo largo del texto deberá ser de fácil acceso y limitarse al mínimo. Las lecturas recomendadas no podrán exceder las diez fichas bibliográficas, y éstas se colocarán al final de cada artículo bajo los rubros de “Para seguir leyendo”.


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el primer apellido del autor y del coautor (de existir) seguido(s) por el año de publicación, todo ello entre paréntesis. Ejemplo: (Gómez, 1999), o (Cruz y López, 1999). Si hubiera más de dos autores, la referencia se hará como en el caso anterior, pero señalando únicamente el apellido del primer autor, seguido de la expresión: y cols. Ejemplo: (Fernández y cols., 2000). Si fuera necesario diferenciar dos o más trabajos del mismo autor, publicados en un mismo año, se utilizarán letras minúsculas consecutivas, junto al año, y en letra cursiva. Ejemplo: (Fernández, 2000a), (Fernández, 2000b). Las fichas bibliográficas correspondientes a las referencias generales y específicas se agruparán al final del artículo, en orden alfabético y de acuerdo con el apellido del primer autor, bajo los subtítulos: Lecturas recomendadas o Referencias específicas. El número total de referencias no podrá exceder las diez, en el caso de los artículos pertenecientes a la sección temática o a la de contribuciones libres. En el caso de artículos pertenecientes a otras secciones, como “El color de la ciencia” o “Debate”, no podrán citarse más de tres referencias. Véanse los siguientes ejemplos: ■■ Artículos en revistas 1. Romo, R. y E. Salinas (1999), “Sensing and deciding in the somatosensory system”, Current Opinion in Neurobiology, 9:487-493. 2. Cervantes, P., J. Flores y L. Montes (1997), “La crítica literaria en México”, Revista de Literatura Iberoamericana, México, 7:123-145. ■■ Artículos en libros 1. Dardón, J. (1996), “Reacciones cerebrales ante estímulos lingüísticos”, en D. González y F. Luna (comps.), Mente y cultura, Bogotá, Editora Nacional, pp. 87-104. ■■ Libros 1. López Austin, A. (1971), Textos de Medicina Náhuatl, México, SEPsetentas núm. 6, México, Secretaría de Educación Pública. 2. Feria Velasco, A., D. Martínez de Muñoz y F. Rubio Donnadieu (comps.) (1986), Epilepsia. Un enfoque multidisciplinario, México, Trillas.

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Páginas web y artículos en revistas electrónicas 1. Apellido, Nombre (año), “Tìtulo”, Página o revista electrónica, dirección web (URL), fecha de consulta.

Pr opi edad l i ter ar i a La propiedad literaria (copyright) de los artículos publicados en Ciencia será cedida a la Academia Mexicana de Ciencias, A. C. El autor deberá autorizar a la Academia Mexicana de Ciencias, A. C., en términos de la legislación del derecho de autor, la publicación de su material sin recibir remuneración económica alguna, reconociéndole en todo momento sus derechos sobre la obra. Por otra parte, los autores podrán usar el material de su artículo en otros trabajos o libros publicados por ellos mismos, con la condición de citar a Ciencia como la fuente original de los textos. El contenido de los artículos es responsabilidad exclusiva del autor(es). Es asimismo responsabilidad de los autores obtener por escrito la autorización correspondiente para todo aquel material que forme parte de su artículo y que se encuentre protegido por la Ley de Derechos de Autor.

Dirija su correspondencia a la siguiente dirección: Ciencia Revista de la Academia Mexicana de Ciencias, A. C. Casa Tlalpan, km. 23.5 de la Carretera Federal México-Cuernavaca, Col. San Andrés Totoltepec, México, D. F., 14400. Teléfono: 58 49 49 03 / Fax: 58 49 51 08

Atención: Martha Lorena Soria Licona Coordinadora editorial Correo: rciencia@unam.mx www.revistaciencia.amc.edu.mx


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