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ADN y ARN Origami

Ley Constructaly biomimesis

Estrategias CKTS paraBogotá

Vislumbrando lacontinuidad

Cucharaditas de biogestión

Vol. 3

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EditorialAsí, este diccionario representa un compromiso con el modelo CKTS (convergencia del conocimiento, la tecnología y la sociedad) mediante la divulgación social de saberes para su apropiación, dando puertas abiertas a los procesos cíclicos de concomitancia de disciplinas/ciencias y divergencia en las soluciones/productos para el desarrollo planetario y humano. Ello, permite un rol activo de los individuos a todos los niveles de las redes/ecosistemas (micro, meso, macro) y las dimensiones del espacio, tiempo y energía.

Para finalizar, no quiero dejar pasar la oportunidad para explicar de manera sencilla las 4 significaciones abordadas anteriormente:

Big data: Proceso de captación/tratamiento de grandes volúmenes de datos mediante sistemas informáticos con el objetivo de hallar correlaciones de interés y, en definitiva, usarlos con un objetivo de transformación social específico.

Internet de las cosas: Todo dispositivo/máquina que tiene conexión con la nube y puede suministrar datos sobre hábitos y características de los individuos.

Algoritmos: Secuencia de pasos modelados que mediante su reiteración sirven para alcanzar un objetivo específico (con una reducida razón de falla).

Clusterización: Agrupamiento de elementos por dominios / grupos en una red, dado que comparten tipologías similares.

Juan Pablo Ramírez GalvisFundador de Globuss Biogestión30 de noviembre de 2019

A propósito de la nueva oleada de paradigmas que intentan explicar el comportamiento presente del mundo: como la cuarta revolución industrial, la industria 4.0 o las tecnologías emergentes. Quiero aprovechar este espacio para invitar a todos y todas a que conozcan el nuevo producto de Globuss Biogestión: El diccionario de la convergencia disponible en http://convergencianbic.blogspot.com/

¿Para qué esta propuesta? En el dominio público se está incubando una serie de conceptos como el big data, el internet de las cosas, los algoritmos, la clusterización y demás; pero no hay realmente una significación de los mismos que repose en un lenguaje de alto nivel y global (como lo es la lógica, la música y el arte abordando un abanico amplio de disciplinas y perfiles culturales).

Al ingresar, podrás encontrar una equivalencia conceptual entre biogestión, NBIC, ciencias de la complejidad y humanidades para los términos vanguardistas que explican el actual moldeamiento de la realidad.

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Vislumbrando la Continuidad

ADN y ARN Origami

Las ciencias de la complejidad, la mecánica cuántica, la biología y el estudio de reacciones químicas, le apuntan a una afirmación muy importante: Todo en la naturaleza se trata de un proceso inacabado en constante autotransformación (en alusión a la autopoiesis de Maturana), omitiendo por ende la noción de un “hacedor” externo.

Esta configuración, da origen a la continuidad que es incomprensible en su totalidad (pues implica cambios de expresividad incesantes y relaciones factoriales). Por consiguiente, se requiere de diversas técnicas que discreticen los fenómenos en estados (como sucede con la cinética de la materia caracterizada en sólido, líquido, gaseoso, plasma y condensado Bose-Einstein). Así, se pueden citar varias herramientas como:

Matrices: Cada cuadrante que se forme puede dar cuenta de variables/arreglos en comportamientos dependientes a unos parámetros preestablecidos. Es como una fotografía en un momento determinado.

Transformaciones de Fourier: Para todo análisis que implique ondas complejas, se puede hacer un desglose mediante esta técnica en ondas estacionarias cada una con su propia frecuencia pudiendo ser diferenciadas (y por qué no, discretizadas como sucede con los cuantos de energía).

Modelado por elementos finitos: El comportamiento de un material que se compone de infinidad de átomos puede segmentarse por pixeles 2D o voxeles 3D (objetos infinitesimales) para mostrar la acción/reacción de un componente biológico/mecánico frente a una fuerza que le pueda causar esfuerzo o deformación en un momento específico.

Umbralización (thresholding): Esta técnica sirve para discretizar imágenes o señales marcando um-brales de alto contraste (basados en dualidades 0/1, apagado/prendido, blanco/negro). Lo que se genera es la diferenciación de estructuras/frecuencias con valores enteros.

Escenarios en simuladores: Los softwares de simulación claramente sirven para realizar proyecciones basadas en métodos estocásticos (que incluyen la incertidumbre en el modelamiento del fenómeno). De allí, resultan los escenarios a través del movimiento de las diferentes variables que componen el pronóstico, evidenciando los resultados en caso que suceda X o Y cosa.

Paretos de interacción: En el marco de la estadística existen los denominados diseños de experimentos factoriales (DOE) comúnmente usados para concatenar diversas relaciones combinatorias de variables en una prueba piloto, encontrando el arreglo que promete una salida óptima. Consiguientemente, se deriva un Pareto (80%-20%) que exhibe las interacciones que resultan en emergencias funcionales.

Análisis de sensibilidad: En términos simples, son tablas de varias dimensiones acompañadas de gráficos que describen que tanto se mueve una variable por cada cambio en otra (o sea que si la sensibilidad es alta, determina una correlación fuerte).

A través de los procesos señalados, es posible que un inves-tigador pueda concebir un acercamiento a la complejidad desde formas y modelos susceptibles de extrapolación que implican un mejor manejo de la incertidumbre. Algo como, tomar fotografías estáticas en múltiples momentos, para luego hacer una suma de ellos como si se tratase de un stop motion que fluidamente mostraría la película en todo su esplendor.

El origami o papiroflexia se define como la técnica de doblar papel para convertir superficies de dos dimensiones en figuras tridimensionales, obteniendo una gama amplia de objetos con pocos recursos.

Extrapolando esta práctica a la escala bionano basada en la manipulación del ADN, se deben hacer analogías para las acciones de doblar, cortar y pegar para lo cual existen procesos de plegamiento sobre grapas moleculares (con fragmentos A, T, C, G que aprovechan las cualidades de autoensamble en diversas partes dando curvaturas) (Carballo de la Cal, 2018), de desnaturalización (PCR – Reacción en cadena de la polimerasa, afectando los puentes de hidrogeno mediante calor u agentes químicos y abriendo como una cremallera las dos hebras) (Tamay de Dios, 2013) y de corte transversal (CRISPR - Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas, que utiliza la enzima endonucleasa Cas9 y un ARN guía / plantilla para degradar ciertas secuencias predeterminadas) (Lammoglia-Cobo, 2016).

Pese a lo maravilloso que puede parecer el ADN para realizar este tipo de procesos, existen ventajas notorias por parte del ARN quien es el protagonista de este escrito: no requiere de procesos de calentamiento / enfriamiento para su desnaturalización, la ribosa es más estable que la desoxirribosa, la configuración monocatenaria restringe menos la libertad de plegamiento, las bases nitrogenadas tienen su expresividad abierta lo que permite mayor capacidad de autoensamble (y con otras bio/nanomoléculas), posee mayor estabilidad termodinámica y entraña un importante potencial de trabajo útil (Li, y otros, 2015).

Profundizando en el tema específico del ARN origami (instaurado por investigadores de la Universidad de Aahrus en Dinamarca), se puede argüir que la estructura terciaria de esta biomolécula es la de interés (bucles “de beso” que permiten formas como las de trébol o asa mezclando tramos helicoidales dobles con zonas

¿Te parece la mecánica cuántica algo aislado del mundo real?

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sin aparear, como sucede con el ARN de transferencia de la fenilalanina de la levadura t-ARNPhe). Así, bajo la concepción como biopolímero se pueden lograr conformaciones a manera de estrellas, anillos, dendrímeros, ramas, escaleras, esferas y fractales que pueden a su vez constituir formas de inmensa complejidad con diversas propiedades cronotopológicas (Li, y otros, 2015).

Esto asigna al ARN usos homologables para diversos tipos de nanopartículas como: entrega controlada de medicamentos, andamios moleculares, transmisión de energía, biosensado, activación de superficies y agente descontaminante/captador de radicales libres, entre otras cosas. Es decir, se le configura como un sensor/actuador dependiendo de su forma. Pero ¿Cómo se realiza específicamente este proceso?

Primero se recurre a la simulación In Silico para establecer las estructuras que se desean generar (recomendable a través del software NUPACK – Nucleic Acid Package); luego se procede a la generación de plegamientos Watson-Crick (enlazamiento entre bases nitrogenadas), Wobble (parejas G-U), Hoogsteen (con una de las bases, por ejemplo, adenina girada 180 grados) y desde la ribosa (sugar edge) mediante diversas enzimas; des-pués se hace una prueba in vitro para comprobar las propiedades obtenidas por la estructura 3D; finalmente se inserta en un organismo para su actuación in vivo la cual debe ser monitoreada (Dotu, 2018).

Sin embargo, hay varios problemas concernientes al plegamiento del ARN tales como: Procesos de hibridación que compactan algunos de los enlaces diseñados, degeneración entre la secuencia y la estructura secundaria (se tiende a una reducción de formas reales en relación a su cadena generadora) y la comparación entre la forma/función de las estructuras obtenidas (Dotu, 2018).

En conclusión, aunque la experimentación del ARN como biopolímero aún se encuentra en etapas tempranas, ya se han resaltado algunos beneficios tangibles en el campo de la medicina como su baja toxicidad, inocuidad para

el sistema inmune del organismo anfitrión, características de biodegradabilidad y biocompatibilidad estructural. Así, la implementación del ARN origami puede ampliar el rango de usabilidad pues permite modificar la relación superficie/volumen, generar topologías para el acceso de ligandos al centro activo y construir formas sensoras / actuadoras.

Referencias

Carballo de la Cal, Ó. (2018). Nanorrobots de ADN. Obtenido de http://147.96.70.122/Web/TFG/TFG/Me-moria/OSCAR%20CARBALLO%20DE%20LA%20CAL.pdf

Dotu, I. (2018). Estructura, plegamiento y evolución del RNA. Obtenido de https://www.researchgate.net/publication/322553702_Estructura_plegamiento_y_evolucion_del_RNA

Lammoglia-Cobo, M. F. (2016). La revolución en in-geniería genética: sistema CRISPR/Cas. Obtenido de https://www.medigraphic.com/pdfs/invdis/ir-2016/ir162e.pdf

Li, H., Lee, T., Dziubla, T., Fengmei, P., Guo, S., Xu, J., . . . Guo, P. (2015). RNA as a stable polymer to build con-trollable and defined nanostructures for material and biomedical applications.

Tamay de Dios, L. (2013). Fundamentos de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y de la PCR en tiem-po real. Obtenido de https://www.medigraphic.com/pdfs/invdis/ir-2013/ir132d.pdf

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Ley Constructal y Biomimesis

Consejos desde las Cucharaditas de Biogestión

Tal cual como lo plasma Guillermo Aguirre, Carlos Mercadillo, Omar Espinosa, Adrián Aguirre y Priscila Aguirre, autores del artículo “Integración del Enfoque Apodíctico de Diseño y la Teoría Constructal en la formación de una Ciencia del Diseño”; es importante concebir el bosquejo de cada estructura no como un elemento individual que debe alcanzar perfección en su forma / función, sino que se debe determinar en relación a su interacción con otras estructuras y grandes volúmenes repetitivos que ocupan una matriz espacio temporal (en otras palabras, como esbozar cada grano de arena para crear una playa paradisiaca). Esto es, modelar la complejidad desde cada invención material.

Así, el enfoque apodíctico busca a través de las cronotopo-logías generar sistemas evolutivos que den rienda suelta a los flujos de energía, materia e información. Lo anterior, en sincronía con la ley constructal (de Adrian Bejan) que define al ambiente circundante como un moldeador de la expresividad de las formas a través de perturbaciones que exaltan adaptaciones dinámicas (como un cactus obligado a optimizar sus mecanismos de ahorro de agua, dadas las condiciones del desierto).

De hecho, un árbol tiene su constitución ramificada hacia afuera como un panel para captar la mayor cantidad de luz posible facilitando su proceso de fotosíntesis mientras que un ser humano esta plegado hacia adentro basándose más en procesos metabólicos que requieren cercanía entre sus nodos. Podría decirse, que aproximadamente se tratan de dos geometrías inversas con algo en común: facilitar los flujos de algo.

Aplicados estos principios a la biomimesis (arquitecturas que emplean las formas curvas y la fractalidad), se evidencia que la evolución de las ciudades le apuntan a: Redes viales que optimicen los flujos vehiculares, edificaciones que disipen armónicamente los vientos y el ruido, mecanismos de captación y aprovechamiento de aguas lluvias, redes de telecomunicaciones que dejen pasar la información rápidamente, materiales conductores y disipadores de fuerzas mecánicas e incluso, recintos que liberen el estrés de sus ocupantes por la composición fractal de sus elementos.

De igual manera, es importante recalcar el aporte de las ciencias convergentes para alcanzar dicho cometido. Las geometrías aureas enseñan que la iteración de patrones a distintos niveles son las que confieren la funcionalidad a las morfologías e incentivan propiedades emergentes, por ende, las técnicas top/down y bottom / up provenientes de las tecnologías nano y bio tienen una repercusión directa apreciable.

La apropiación social del conocimiento científico es importante (en otras palabras, que las personas del común en su vida cotidiana puedan tomar decisiones basadas en investigaciones traducidas a un lenguaje de fácil comprensión). Por ende, se ha hecho un collage utilizando varias de las frases creadas por Globuss Biogestión para optimizar la calidad de vida de los individuos. ¡Aquí vamos!

• Tu cerebro percibe varias frecuencias, como un radio sintoniza las diversas emisoras. Prográmalo para captar del entorno las oportunidades que otros dejan pasar. Cierra los ojos y piensa tu meta en una frase breve, luego fija esa imagen y léela por 20 segundos, todos los días.

• Intentar competir de manera genérica, equivale a someterse más que los demás al sistema humano. Contrariamente, haz un listado de tus habilidades y empieza a generar combinaciones. Luego, bautiza la fusión más viable y genera un patrón con ella.

• El éxito si tiene fórmulas comprobadas; el problema yace en quienes ya las están utilizando y hacen que todos los flujos se atraigan hacia ellos. ¿Cómo cambiar este comportamiento? Primero conoce dichas fórmulas y luego haz una modificación en ellas con “algo” que refleje tu propósito de vida.

• Tú eres parte de una red planetaria en la que todo se encuentra interconectado. Si envías buena energía a los demás recibirás abundancia, si generas mala vibración recibirás escasez en todos los aspectos de tu vida.

• En las redes humanas y naturales existen caminos hacia sucesos poco probables, que si accedes a ellos pueden representar aciertos importantes. Es llegar a donde otros no lo han hecho. Semanalmente has un listado de 5 ideas buenas acompañadas de 10 ideas aparentemente disparatadas.

• El sueño, el alimento y la respiración son los combustibles de la vida. Es por ello, que debes poseer un inventario de las formas de combustible que estas utilizando para tu cuerpo ¿Son de alta o baja calidad?

• El tiempo es un bien preciado en la cuarta dimensión. Si haces un mayor número de cosas cada día te dará la impresión de disfrutar más la vida. Ten a la mano una lista de pendientes que incluya (las obligaciones, la rutina de ejercicio, el momento de meditación, y el espacio para aprender).

• Si los neurotransmisores suscitan emociones, aprende a controlarlos de manera consciente. Identifica cuales videos, canciones, perfumes, sabores y texturas te generan diversas reacciones positivas y clasifícalos en una tabla. Luego, usa estos elementos en los momentos adecuados.

• Las circunstancias vividas dependen de la continua elección de líneas temporales con sus futuras consecuencias. Cuando algo no salga bien, antes de dormir solo recrea la situación como te hubiera gustado que fuera. Cambiarás tu vibración y la línea temporal.

• El proceso de carga y ahorro energético en el cerebro se da durante el sueño. Para reactivar eficientemente los sistemas, al despertar lo primero que deberías hacer es leer o escribir un fragmento de un tema profundo.

• No debes temer al caos, pues gracias a él se dan los saltos evolutivos y el aumento de alternativas. En cada uno de esos momentos debes crear algo nuevo o conocer a alguien aprovechando los cambios venideros.

• La mínima incertidumbre en las condiciones iniciales se puede amplificar exponencialmente en el tiempo, generando caos. Por eso, nunca dejes a las suposiciones lo que podrías saber con certeza.

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Estrategias CKTS paraBogotáEl modelo CKTS (convergencia, conocimiento y tecnología en beneficio de la sociedad), representa la evolución de las ciencias NBIC (nano, bio, info, cogno) hacia su implementación transversal acobijando los campos social, planetario, individual y tecnológico. Ello, a través de la iteración de ciclos de convergencia (fases creativa y de fusión) y de divergencia (innovación y nuevas competencias) (Roco & Bainbridge, 2013).

Así, en este intento por incluir los postulados de la complejidad y las dinámicas de la cibernética en el funcionamiento poblacional, se proponen unos ejes de acción que contemplan (Roco & Bainbridge, 2013):

- Mejorar el desarrollo humano- Aumentar la productividad y el desarrollo económico- Generar sostenibilidad social- Crear comunidades e individuos empoderados- Aumentar el conocimiento humano- Fomentar las sociedades innovadoras y equitativas

De esta manera, el modelado de la convergencia/divergencia parte de un índice que incluye factores clave como: Tamaño y dominio de la concomitancia (magnitud), la rapidez de intercambio/divulgación de la información relacionada, la frecuencia iterativa del ciclo y la variedad de conocimientos y tecnología producidos.

Cabe entonces, hacer los siguientes planteamientos: ¿Cómo la convergencia desde la estructura CKTS podría equiparar los términos de intercambio entre los diversos perfiles de país dados sus factores de producción y el valor de los activos naturales que no constituyen bienes transables en el mercado? ¿Será este modelo antropocéntrico y economicista?

Efectivamente se puede considerar que la visión del modelo CKTS propuesto en el artículo “The new world of discovery, invention, and innovation: convergence of knowledge, technology, and society” de Mihail Roco y William Bainbridge, posee algunos vicios del neoli-beralismo como la explotación antropocéntrica de los recursos naturales para lo cual el factor ambiental solo está encajando tangencialmente (sostenibilidad débil basada en el desarrollismo). Sin embargo, también se tiene en cuenta los beneficios que puede producir un entramado social bajo esta nueva óptica a través de la consolidación de ventajas competitivas territoriales alrededor de la robótica, las TICs, la biotecnología, los nuevos materiales, la fotónica y la nanotecnología (Clúster NBIC, 2019).

Surgen entonces dos nuevas preguntas orientadoras: ¿Cómo podría insertarse efectivamente el modelo CKTS en un territorio como el de Bogotá? ¿Cuál es el rol que deben desempeñar los maestrantes en ciencias convergentes y tecnologías emergentes frente a este cambio?

La implementación de este modelo busca aprovechar las potencialidades de I+D+i en la asociación universidades / industria (por ejemplo para la región del centro de Bogotá),

aplicándolas a la formación de servicios empresariales, constitución de un biopolo (empresas desarrolladoras de bio y nanotecnología), incentivo como una región creativa (mezcla de ciencia y arte) y creación de un hub para el conocimiento avanzado (nodos que impulsen las tecnologías claves habilitadoras – KETs).

Algunas ideas que se suscitan, incluyen:

- Diseñar programas de turismo científico.

- Generar mecanismos de integración horizontal entre las universidades privadas del sector.

- Fabricar procesos de convergencia y productos tecnológicos de vanguardia, que luego puedan ser suministrados a las diferentes poblaciones de interés (incluyendo el agro y las familias).

- Dar mayor uso aplicativo a los repositorios que contienen proyectos de grado alineados con la convergencia.

- Afinar las formulas tecnocientíficas y capacidades humanas desde la apropiación teórico/práctica de las nbic.

- Optimizar los procesos de bioprospección local.

- Incluir plataformas de simulación con acceso abierto a la población (como el MIIG del Servicio Geológico Colombiano)

- Apoyar la innovación con base científica (menos susceptible al plagio y con mayor interés global).

Referencias

Clúster NBIC. (2019). Obtenido de https://www.ucen-tral.edu.co/cluster-investigacion/publicaciones-cien-tificas

Roco, M., & Bainbridge, W. (2013). The new world of discovery, invention, and innovation:convergence of knowledge, technology, and society. Obtenido de ht-tps://link.springer.com/article/10.1007/s11051-013-1946-1

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¿Será que a nivel microscópicohay diferencia entre lo vivo y

lo no vivo? Digo, todos estamoshechos de átomos pero no

considero que yo sea igual a una roca.

Mogui, tal cual como lo estás pensando hay un punto en donde lo biológico

se separa de lodemás: En los genes.

Estos fragmentos del ADN son los que seexpresan en biomoléculas como aminoácidos,

péptidos y proteínas. Entendiendo quehay otros pedazos que se pueden versimplemente como un nanomaterial.

Hablamos entonces de dos enfoques derivados: Lo bionano (que consiste en la utilización de dichas biomoléculas para generar productos específicos) y lo nanobio (creando nanomateriales sintéticos a base de metales y cerámicas que interactúen con lo orgánico).

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