Big data cannábico

Por Lis Tous

Un estudio reciente de investigadores de Exactas UBA y CONICET ha podido vincular información de la composición química de la planta de cannabis con las experiencias de consumo de más de cien mil usuarios. El trabajo permitió indagar sobre las experiencias subjetivas a partir de la validación de una gran cantidad de reportes de usuarios.

Durante siglos el cannabis ha sido documentado en múltiples contextos de uso como fuente de fibras, alimentos, aceites y medicamentos; también por sus propósitos recreativos o en ceremonias de culto: es posible leer sobre la planta Cannabis sativa en escritos sagrados de culturas asiáticas o referencias a sus flores y resinas utilizadas para la meditación en registros budistas de India y El Tibet. Del mismo modo, los historiadores han identificado la palabra en idiomas semíticos como el hebreo, e incluso es posible hallar citas que referencian un uso sagrado en el Antiguo Testamento.

El discurso social sobre la marihuana y la experiencia de los sujetos que la consumen no ha cesado. El relato mítico de la iniciación de Los Beatles, gracias a Bob Dylan, en un hotel de Nueva York, o las innumerables veces que el poeta beat Allen Ginsberg aprovechó su popularidad para expresarse en los medios y protestar contra la demonización de la práctica, como en su Manifiesto de 1966: “La experiencia real de quien ha fumado hierba ha sido escondida por una niebla de lenguaje sucio…”. Hacía dos años que el químico israelí Raphael Mechoulam había descubierto y sintetizado la estructura molecular del psicoactivo THC.

Hoy, millones de usuarios alrededor del mundo comparten sus reseñas personales en páginas de internet. Los relatos de quienes fumaron algún tipo de variedad de marihuana y luego escribieron su crónica de sensaciones en la web representan grandes cantidades de datos para los investigadores.

“Nuestro objetivo es vincular los relatos con información objetiva para validarlos como fuente de estudio de la experiencia consciente”, explican los investigadores e investigadoras, y el desafío, según indican, es corroborar la relevancia de la información disponible y demostrar su fiabilidad para entender qué efectos produce el consumo de cannabis, qué particularidades de respuestas se asocian a las diferentes cepas y su composición química, y cómo responden ante la búsqueda de paliación del dolor, la euforia o la relajación, según los propios usuarios.

“En un trabajo previo sobre psicodélicos, mostramos que las drogas cuyos perfiles de acción son más similares en el cerebro también generan relatos de experiencias más parecidas en términos semánticos. En este trabajo buscamos realizar algo similar con el cannabis, principalmente en su dimensión perceptual, dado que los usuarios reportan sabores y aromas, y estos se desprenden de la composición química de cada cepa”, explica Enzo Tagliazucchi, director del Laboratorio de Neurociencia Cognitiva Computacional (UBA-CONICET) en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.

¿Sabe la felicidad a una fresca mandarina de estación?

“Asumimos que todo lo que sucede en nuestra vida interior tiene su contraparte física, y nos interesa conocer qué clase de eventos físicos ocurridos en el cerebro se corresponden con ciertas experiencias subjetivas. Comprender estos fenómenos complejos no depende únicamente de una carrera tecnológica como ocurre con los aceleradores de partículas o los telescopios, porque si bien mejores tecnologías nos permitirían conocer la actividad neuronal con mayor resolución temporal y espacial, eso es únicamente avanzar sobre la mitad del problema. El desafío es cómo obtener datos científicos de la otra mitad, es decir, cómo medir y cuantificar las experiencias subjetivas”, dice Tagliazucchi.

Índica y sativa son las especies de plantas de cannabis más reconocidas en el mundo; esta distinción es producto de una caracterización botánica que tiene en cuenta aspectos como la altura de la planta y el ancho de la hoja. Aunque la clasificación también se ha reforzado a través de análisis químicos, en la actualidad las fronteras de esta clásica distinción está en disputa. Una de las razones es la expansión acelerada del mercado del cannabis y sus derivados: quienes intentan comercializar y posicionar sus productos buscan asociar sensaciones y experiencias a las variedades sin protocolos industriales estandarizados.

“Para conocer la opinión de los consumidores, sitios de internet como Leafly recopilan gran cantidad de testimonios, pero no hay análisis exhaustivos de la validez de estos informes, ni de la conexión entre variedades y cepas con la composición química de las plantas consumidas. En ese sentido, nuestra investigación busca trazar correlaciones coherentes y generar información confiable sobre la base del análisis de gran cantidad de datos”, explica Carla Pallavicini, investigadora del Instituto Fleni y coautora del trabajo.

A través de métodos de machine learning los investigadores entrenaron clasificadores que permitieran vincular las etiquetas de sabores con las de sensaciones y, así, determinar si se trataba de índicas o sativas.

El trabajo consistió en tomar cien mil reportes de personas que habían consumido alguna variedad de cannabis -entre más de 800 variedades- que estaban identificadas con su nombre comercial. A través de métodos de machine learning entrenaron clasificadores que permitieran vincular las etiquetas de sabores con las de sensaciones y, así, determinar si se trataba de índicas o sativas. La conclusión fue que, efectivamente, podían clasificar a los sabores con 86% de precisión, mientras que con los efectos llegaban a 98%. Esto no necesariamente apoya la división botánica entre ambas especies pero sí muestra que los productores que comercializan cannabis hacen una diferencia entre los efectos esperados de ambas.

¿Hay sabores asociados a sensaciones o efectos asociados a aromas? El estudio concluye que sí: “Los efectos se dividen en tres grandes grupos: estimulantes, relajantes y no deseados; y cada uno de ellos puede asociarse a ciertos sabores”, explica Pallavicini y agrega que aquellos gustos en armonía con las sensaciones de relajación tienen una asociación negativa con las estimulantes. «Por otro lado, cuando se reportan expresiones identificadas como ‘mal viaje’, paranoia o ansiedad, consistentemente no se reportan sabores. Esto es interesante porque el vínculo entre los olores y sabores con la experiencia subjetiva era conocido, encontramos es que eso también aplica a las experiencias con diferentes variedades de cannabis», explica la primera autora Laura Alethia de la Fuente, que realiza su doctorado en neurociencias en Exactas UBA.

A partir de los reportes, realizaron un abordaje que se conoce como “análisis semántico latente” donde, básicamente, se relacionan palabras con significados cercanos. Pudieron visualizar que ese cuerpo de palabras estaba dividido en dos grupos: sativas e híbridas por un lado, índicas e híbridas por el otro: “Si viéramos un mapa de todas las cepas, con diferentes colores según la especie, observaríamos que tanto en términos de efectos como de sabores las especies tienden a agruparse y diferenciarse de las otras. Entre las índicas y las sativas se genera una especie de degradado de transición, en el medio están las híbridas”.

Para corroborar la coherencia entre los relatos de narrativa libre y los efectos tipificados utilizaron el método de asignar a cada palabra un vector en un espacio de 360 dimensiones; así pudieron observar cercanías de vectores, es decir, correlatividades entre tópicos y etiquetas.

Información que no es humo

“Es importante comprender la relación entre los informes de los usuarios y la composición química del cannabis. Las plantas varían mucho en su composición y esto dificultará el desarrollo de estándares”, afirman los autores. El cannabis contiene más de cuatrocientos compuestos; entre ellos, más de 60 son cannabinoides. Las principales moléculas activas son el tetrahidrocannabinol (delta-9-THC) y el cannabidiol (CBD). “Sin embargo, hay evidencia creciente sobre la relevancia de los terpenos y terpenoides”, las moléculas responsables para el sabor y el aroma de las plantas.

Pallavicini cuenta que también analizaron las correlaciones entre las experiencias y las composiciones químicas de esas variedades: “Para cada cepa corresponde más de una composición química, por lo que analizamos las moléculas asociadas al aroma y el sabor -terpenos- y las moléculas psicoactivas, conocidas como de cannabinoides”. A diferencia de los terpenos, que tienen altas tasas de conservación en la genealogía de la planta, los cannabinoides están sujetos a las variaciones del entorno y a la edad del vegetal, por lo que realizar mediciones de los factores que influyen en las experiencias de usuarios, por fuera de las clasificaciones químicas, resultó en una nueva etapa de la investigación: estudiaron más de 10 tipos de cannabinoides y cerca de veinte terpenos y confirmaron la asociación de sabores y efectos.

“Después de décadas de prohibición, la industria legal del cannabis para uso terapéutico y recreativo está creciendo rápido, sin embargo está en su infancia. En comparación con industrias más maduras que han logrado estándares confiables, como la del vino, en la que los consumidores confían y comprenden sobre sus variedades. Al extraer información de diferentes fuentes de datos, nuestro trabajo sugiere que el desarrollo de estándares en el cannabis para la industria no solo debe centrarse en los efectos psicoactivos y el contenido de cannabinoides, sino también tener en cuenta aromas y sabores, que constituyen la contraparte perceptiva de los perfiles de terpenos”, concluyen los investigadores.

30/07/2020 A LAS 13:14

nexciencia.exactas.uba.ar

Ondas gravitacionales: Una detección curiosa

• Novedades del DF

*Por Gaston Giribet

Se anunció en estos días una nueva detección de ondas gravitacionales; detección acaecida, en realidad, el 14 de agosto del año pasado. Ese día los detectores LIGO y VIRGO, en Estados Unidos y Europa respectivamente, sintieron una vez más la perturbación del espacio-tiempo producida por una colisión de astros distantes y enormes.

Desde 2015, año de la primera detección de ondas gravitacionales, LIGO y VIRGO han venido detectando ondulaciones del espacio-tiempo que son prueba inconfundible de ese tipo de colisiones. De esas detecciones hemos aprendido mucho sobre la población de los agujeros negros en el cosmos, sobre el origen de los elementos pesados en el universo, y hemos confirmado, además, una de las predicciones más interesantes de la teoría de Einstein: la gravedad viaja como ondas a la velocidad de la luz.

Ahora bien, aunque LIGO y VIRGO nos tienen ya acostumbrados a estas maravillosas detecciones de colisiones cósmicas, el evento del 14 de agosto de 2019 fue especial. Las características de las ondas gravitacionales detectadas ese día indican que las mismas fueron producidas por la colisión de dos objetos densos a 800 millones de años luz de nosotros (una distancia enorme, que, para que nos demos una idea, supera en más de diez veces la que nos separa del agujero negro supermasivo fotografiado el año pasado por la colaboración Event Horizon Telescope). 

Pero antes de ahondar en las peculiaridades del evento cósmico detectado el 14 de agosto, dediquemos unos minutos a recordar de qué hablamos cuando hablamos de ondas gravitacionales: Desde la teoría de la relatividad general, formulada por Einstein en 1915, entendemos la gravedad, ya no como una fuerza en el sentido newtoniano, sino como la curvatura del espacio-tiempo mismo. Es decir, la teoría de la gravitación de Einstein pone de manifiesto el carácter dinámico del entramado espaciotemporal. Según esto, la atracción gravitatoria entre dos astros se debe a que cada uno de ellos curva el espacio en sus inmediaciones y, al hacerlo, compele al otro a ceñir su trayectoria a las formas que el espacio adopta. Si estos dos astros se encuentran orbitando rápidamente uno en torno a otro, entonces ese curvar al espacio de manera dinámica resulta en una perturbación del entretejido espaciotemporal y, así, en la propagación de ondas sobre éste, como si se tratara de un medio elástico. Esas ondas de espacio-tiempo (de gravedad) portan energía; energía que le roban al movimiento orbital de los astros que las originan. En otras palabras: los astros irradian gravedad y así van perdiendo energía cinética.

Al irradiar ondas gravitacionales, el par de astros orbitando uno en torno al otro va perdiendo velocidad, y finalmente éstos entran en coalescencia. Al colisionar producen energías enormes. Nosotros, a salvo en la Tierra, a cientos de millones de años luz de allí y equipados con finísimos interferómetros, detectamos esas ondas gravitacionales, las que nos llegan como cansinas y casi imperceptibles vibraciones del mismísimo espacio-tiempo. Escudriñando minuciosamente la forma de esas onditas, y triangulando con los tres detectores con los que disponemos, nos es posible inferir la naturaleza del cataclismo, su distancia y su dirección en el cielo.

El evento detectado el 14 de agosto de 2019, como decíamos, ha sido especial, y lo ha sido en dos aspectos. Por un lado, se trató de un evento de notable asimetría: Un agujero negro de unas 23 masas solares (23 veces la masa del Sol) colisionó, luego de una espiralada lucha, con un astro 9 veces menor que él, un astro misterioso de tan solo 2,6 masas solares. Por otro lado, y lo que hace al evento aún más interesante, la naturaleza del astro menor es un enigma: ¿Se trata de una gran estrella de neutrones? ¿Se trata de un pequeño agujero negro? Jamás hemos visto una estrella de neutrones tan masiva. Jamás hemos observado un agujero negro tan poco masivo.

La genealogía de las estrellas de neutrones y la de los agujeros negros son similares: Ambos tipos de astro nacen tras la muerte de estrellas masivas. Si bien la mayoría de las estrellas no terminarán sus vidas siendo ninguno de estas dos especies cósmicas, las estrellas más masivas sí lo harán. Luego de una puja entre la presión debida a los procesos nucleares en sus entrañas y la autogravedad producida por su propio peso, la estrella masiva explota. Esa explosión es lo que se conoce como supernova. Luego de la supernova, y dependiendo de las características del detrito que haya quedado tras ella, la estrella puede seguir su proceso y finalmente convertirse, o bien en una estrella de neutrones, o bien en un agujero negro: Si la masa supera cierto valor crítico, es lo segundo su destino.

Lo que importa para el caso que nos ocupa aquí es que las estimaciones de la masa crítica que marca la línea divisoria entre agujeros negros y estrellas de neutrones no están muy lejos del valor de masa del menor de los astros detectados por LIGO y VIRGO en agosto: 2,6 masas solares. Cabe así la pregunta siguiente: ¿Hemos detectado la más grande de las estrellas de neutrones jamás observada o, por lo contrario, se trató del menor de los agujeros negros del que hayamos tenido noticia?

La masa del menor de los agujeros negros del que se tenía certeza ronda las 5 masas solares. Y no sabíamos de estrellas de neutrones con masas que superaran poco más que 2 veces la masa del Sol. Incluso hubo quienes especularon con que el rango de masas entre 2,5 y 5 masas solares podría ser una banda vacante. Al parecer, no es así: Algo cuya masa está en ese rango colisionó en el universo; lo escuchamos.

Para echar más misterio a esta historia, digamos que, a diferencia de otros eventos detectados por LIGO, como la colisión de dos estrellas de neutrones observada en 2017, en este caso no hay una contraparte electromagnética de la observación. Es decir, no hubo luz en este caso. Esto se debe a dos razones: Por un lado, este evento involucra al menos un agujero negro, y no un par de astros luminosos; por otro lado, esta colisión ocurrió 6 veces más lejos que aquella luminosa de 2017. Así, la luz nos ha dejado solos en ésta. Sólo nos queda escuchar el espacio-tiempo mismo y, de ese tono susurrante, inferir qué aconteció.

Para terminar, déjenme contar un detalle del evento observado que muestra claramente la escala de energías, velocidades y masas de las que estamos hablando aquí: La colisión entre el agujero negro de 23 masas solares y su misterioso compañero 9 veces menor liberó en forma de ondas gravitacionales (vibración del espacio-tiempo mismo) una energía equivalente al 20% de la masa del Sol. Y eso no fue más que una propina de un evento que dejó como resultado un nuevo agujero negro que, allí, a 800 millones de años luz de nuestra galaxia, comprime sus 25 masas solares en un radio de 75 kilómetros.

Campaña: Máscaras para los trabajadores de la salud

• Novedades del DF

Ya se entregron cien máscaras a los hospitales Roffo, Gutiérrez, de Clínicas y Elizalde.

Podés ayudar a proteger al personal sanitario donando el valor desde $200.

¿Te gustaría colaborar? Ayudanos a mantener nuestro proyecto:

Sí, quiero ayudar

“Recibimos el llamado de una médica del Hospital Gutiérrez -como su hija había sido estudiante de la Facultad sabía que fabricábamos objetos 3D- nos preguntó si podíamos ayudarlos a reforzar los elementos de seguridad para el personal del hospital. Luego supimos que la falta de elementos de protección en los centros de salud era generalizada”, cuenta Ana Amador, profesora de Exactas y coordinadora del Taller de mecanizado del Departamento de Física de Exactas junto a Pablo Cobelli.

Santiago Solari es tornero, personal nodocente de Exactas, y su trabajo resultó clave para el desarrollo del proyecto: “Construimos un tipo de modelo que ya está testeado en Europa y Estados Unidos, es muy robusto y reutilizable, tiene una vida útil superior a los otros del mercado. Sin embargo, lleva más tiempo de producción, casi el doble que los comunes”, explica.

“Nunca habíamos fabricado este tipo de elementos, porque el taller abastece a laboratorios de enseñanza y de investigación con piezas para fines diversos, pero sí contamos con el personal especializado, y eso muy valioso”, dice Amador. Los coordinadores coinciden en que el mayor desafío fue construir una pieza desde cero, en este contexto particular donde no es sencillo conseguir los materiales necesarios, trasladarlos, y mantener en condiciones una máquina que imprime las 24 hs.

Coloquio: los investigadores cuentan detalles del proyecto 

Testimonios

Rubén Sosa, médico del Hospital de Niños Pedro de Elizalde

Ruth Faifman, médica del servicio de endoscopía del Hospital Gutiérrez:

Investigadoras argentinas logran ver un mecanismo clave para la replicación del dengue

• Novedades del DF

1 de junio de 2020 • Por: Nora Bär

Laura Estrada es física y madre de tres hijos: Sofía (8), Nacho (6) y Agustina (3). Un día de 2013, cuando recién había retornado al país después de completar un posdoctorado en los Estados Unidos, se cruzó, en un encuentro sobre mujeres en la ciencia, con Andrea Gamarnik, viróloga molecular multipremiada y nombre de referencia internacional en la biología del virus del dengue. Una le contó a la otra qué estaba investigando y, antes de despedirse, encontraron un interés en común. Recuerda Andrea: "Entonces, Laura me dijo: '¿Y si construimos un microscopio especial para hacer esto?' Le seguí la corriente y redoblé la apuesta: 'Si vos hacés eso, yo te hago un virus específico para que puedas verlo en ese dispositivo".

Así comenzó un trabajo de varios años que no solo puso a punto técnicas novísimas de microscopía, sino que permitió cartografiar por primera vez el recorrido que realiza dentro de la célula la cápside , proteína que envuelve el material genético del virus del dengue, clave para su replicación en el organismo. El estudio, realizado por cuatro investigadoras mujeres, acaba de publicarse en Scientific Reports , una revista del grupo Nature.

"Aquella vez, Andrea me contó lo que estaba haciendo y yo, lo que iba a hacer, porque estaba recién llegada y eran todos deseos, anhelos -comenta Laura-. Muy sabiamente, ella me dijo 'Fantástico, cuando tengas todo armado (porque yo prometía muchas cosas), llamame y vamos a tener la oportunidad de trabajar juntas. Un año y medio más tarde, había montado en el laboratorio de Ciudad Universitaria un instrumento que permitió unir la física y la virología. Es algo que requiere mucho esfuerzo, pero acá está nuestro primer trabajo juntas, y felices".

Alto tránsito
Estrada se había especializado en técnicas avanzadas de microscopía aplicadas a problemas biológicos, en el laboratorio de Enrico Gratton, biofísico de la Universidad de California en Irvine, Estados Unidos, que había trabajado en Ébola y VIH, y que desarrolla instrumentos que no se venden comercialmente. En particular, en un microscopio que él había creado. Laura armó otro de esos aparatos y volvió a la Argentina con la idea de instalar esa tecnología en el país. "Eso fue lo que le prometí a Andrea: voy a armar un microscopio que te va a permitir seguir la cápside durante horas en una célula viva", recuerda.

La viróloga molecular Andrea GamarnikLa viróloga molecular Andrea Gamarnik Fuente: LA NACION - Crédito: Mauro Alfieri
Fue un largo esfuerzo, no solo de Laura y Andrea, sino de sus respectivas becarias, Manuela Gabriel , integrante del grupo de Estrada, y Guadalupe Costa Navarro , del laboratorio de Gamarnik, hoy ya doctorada. Dueñas de una energía capaz de derribar montañas, frecuentemente los mensajes entre estas trabajadoras incansables se cruzaban a altas horas de la noche. "Laura me decía: 'les doy de comer a los chicos, los acuesto y pienso'", comenta Andrea, que no se quedaba atrás.

La cápside es una proteína infinitesimal que "empaqueta" el genoma viral del dengue, una molécula de ARN como la del coronavirus. "La proteína de cápside forma lo que se llama 'núcleo cápside' -explica Gamarnik-, y se acumula en el corazón de la partícula viral". Es esencial para que se formen los virus y para que éstos puedan infectar nuevas células humanas o del mosquito, por lo que resulta un blanco muy interesante para el desarrollo de estrategias antivirales".

"Vimos que, cuando el virus infecta una célula, la proteína de cápside rápidamente se acumula en el citoplasma (la parte que rodea el núcleo) y en el lapso de horas se moviliza al núcleo celular, donde se concentra en los nucleolos. Este movimiento lo observamos en tiempo real", comenta la física Manuela Gabriel en un comunicado que distribuyó la Fundación Instituto Leloir. Y agrega que, como resultado de este trabajo, se registró que la proteína se comporta de manera muy diferente según la región en la que se encuentre dentro de la célula. "Por ejemplo, dentro del citoplasma, la cápside se mueve sin una dirección preferencial, mientras que en el núcleo de la célula muestra un movimiento mucho más organizado, lo que sugiere algún grado de interacción con el entorno", destaca.

Las investigaciones pudieron determinar que la proteína recorre aproximadamente un área de 20 micrones cuadrados por segundo, indica Costa Navarro. Y agrega: "También determinamos que esta velocidad se modifica con el tiempo transcurrido desde el comienzo de la infección, datos que dieron información sobre el comportamiento de la molécula".

Mapas de las trayectorias
Lo importante es que esta proteína tiene muchas funciones y durante la infección se mueve a distintos compartimentos celulares. "Sabemos muy poco o nada de las funciones que cumple esta movilidad -subraya Gamarnik-. Se va al núcleo, se concentra en el nucleolo (una región del núcleo), va a las gotitas de lípidos ( lipid droplets ) que están en el citoplasma de las células, y que modulan el metabolismo de producción de lípidos en la célula. Se acumula alrededor de las gotas de lípidos y a su vez modula la producción de lípidos en la célula. Esto indica que el virus modifica procesos celulares que le ofrecen un ambiente más favorable para multiplicarse. Una de las cosas que hace la cápside es ir al núcleo y concentrarse en los nucleolos. ¿Y qué hace ahí adentro? Lo desconocemos. Con Laura, trazamos algo así como mapas de las trayectorias que sigue la proteína en el citoplasma".

Y agrega Estrada: "Lo que pudimos lograr en este trabajo fue visualizar por primera vez un 'mapa del flujo molecular'. Se podría trazar una analogía con cartografiar las trayectorias de los autos en hora pico en las entradas y salidas de Buenos Aires. Ver qué entradas son más concurridas, en qué dirección se mueven los vehículos, si en todas hay el mismo tránsito...".

Un detalle de color es que finalmente, para este trabajo, no pudieron emplear el microscopio de última generación que Estrada armó en la Ciudad Universitaria. Se usó para para mediciones de vesículas en neuronas, para fabricar dispositivos tridimensionales en microescala y la dinámica de un compuesto fotoliberable, y está a disposición de científicos y científicas de todo el país. Pero a medio camino, cuando se encontraban con que las mediciones no estaban resultando y estaban a punto de desmoralizarse, el laboratorio donde Estrada había hecho su posdoctorado desarrolló un nuevo método de análisis de imágenes muy cercano a lo que había estudiado en su doctorado.

Guadalupe Costa Navarro, becaria del laboratorio de GamarnikGuadalupe Costa Navarro, becaria del laboratorio de Gamarnik Crédito: FIL
"Cuando lo vi -comenta Laura-, rápidamente nos pusimos a trabajar y a los pocos meses ya teníamos esta técnica optimizada y puesta en funcionamiento en la Argentina. Tomamos las imágenes con un microscopio del Instituto Leloir (que se encuentra entre los más avanzados del país) y las procesamos de una manera también muy novedosa. Nuestro paper debe ser el tercero o cuarto que utiliza este método".

Concluye Gamarnik: "Al ser un trabajo interdisciplinario, al principio las reuniones de discusión de experimentos entre Manuela, Guadalupe, Laura y yo, eran caóticas. Hablábamos en dos idiomas. Llamábamos a la misma cosa con diferente terminología, o usábamos palabras que querían decir cosas distintas para la física y para la virología. Fue un proceso muy enriquecedor".