Los planes para frenar la proliferación de algas en el lago Erie mediante la reducción de la escorrentía de fósforo podrían tener consecuencias imprevistas, haciendo potencialmente más tóxico el lago, según un nuevo estudio. El análisis, que se basa en un tipo de modelo utilizado más normalmente en sociología y economía sugiere que se tienen que reducir tanto el nitrógeno como el fósforo en el lago Erie para controlar la proliferación de las algas. Situado entre principales áreas agrícolas de los Estados Unidos y Canadá, el lago Erie experimenta una escorrentía que introduce altos niveles de nitrógeno y fósforo en el sistema acuático, lo que tiene como resultado crecimientos masivos de organismos fotosintéticos. Algunas de estas proliferaciones de algas contienen cianobacterias, las cuales se sabe que producen potentes toxinas que pueden dañar a los animales acuáticos y afectar al agua potable. Una de dichas cianobacterias, la Microcystis, produce microcistina, una potente toxina hepática implicada en la crisis del agua potable de Toledo de 2014. En un esfuerzo para limitar un crecimiento excesivo de algas en el lago Erie, las agencias gubernamentales de Estados Unidos y Canadá se han centrado en reducir la carga de fósforo. En aguas dulces, el crecimiento de fitoplancton con frecuencia está limitado por la disponibilidad de fósforo. Sin embargo, según Ferdi Hellweger et al., esta sencilla suposición no resuelve ni explica la ecología de cepas toxigénicas o su producción de toxinas en donde el nitrógeno, la temperatura y la fatiga de las especies de oxígeno reactivo son factores importantes. Utilizando datos de un metanálisis que abarca 103 estudios de sobre la biología de Microcystis, Hellweger et al. desarrollaron un modelo basado en agentes de metabolismo cianobacteriano. Los autores utilizaron este modelo para sondear cómo cambiaba la producción de toxinas en un rango de nutrientes y condiciones medioambientales. El modelo predice que la reducción de fósforo podría por sí sola tener efectos dañinos. Si bien es probable que la reducción redujese la biomasa total, esta haría que el nitrógeno y la luz estuviesen más disponibles, lo que aumentaría la producción de toxinas, las cepas toxicogénicas y las concentraciones de toxinas. Según los autores, este mecanismo puede ser responsable parcialmente de la intensificación observada de cianobacterias después de la histórica reducción de la carga de fósforo en el lago Erie y en muchos otros sistemas. "Según los resultados presentados por Hellweger et al., y de acuerdo con las crecientes publicaciones, debe evaluarse la necesidad de considerar también la reducción de nitrógeno en el control de la proliferación de algas", comentan Irina Ofiţeru y Cristian Picioreanu en una perspectiva relacionada.

Las observaciones globales por satélite de los ríos han revelado factores claves implicados en avulsiones, eventos raros en los que un río abandona abruptamente su cauce y forma uno nuevo causando devastadoras inundaciones. Los hallazgos ponen de manifiesto cómo los peligros de avulsiones podrían responder al cambio del clima y del uso de la tierra, provocando que las comunidades aguas arriba se vean expuestas a peligros de inundaciones que nunca han experimentado. Estas conclusiones proporcionan un marco de trabajo para ayudar a predecir cuándo y dónde podrían ocurrir futuras avulsiones. A diferencia de la suave y sinuosa migración del curso de un río en llanuras aluviales y deltas, las avulsiones de los ríos pueden ser mucho más drásticas (grandes ríos pueden cambiar repentinamente de curso creando nuevos cauces en el paisaje). Aunque estos eventos esporádicos son esenciales para la formación de relieves fluviales como los deltas de los ríos, las avulsiones han sido responsables de históricas inundaciones catastróficas. Por ejemplo, una avulsión fluvial de 2008 en el río Kosi en la India tuvo como resultado una inundación que mató a cientos y desplazó a casi tres millones de personas. Sin embargo, el tiempo entre avulsiones naturales de un sistema fluvial puede variar desde décadas hasta milenios y la observación directa de los eventos es rara. Como consecuencia de esto, los controles sobre dónde ocurren las avulsiones y sobre cómo responderán estos eventos al cambio climático y a la actividad humana no ofrecen mucha luz. Para responder a estas incógnitas, Sam Brooke y sus compañeros utilizaron 50 años de imágenes satelitales y documentaron 113 eventos de avulsones en ríos de todo el mundo. En consonancia con las conclusiones experimentales y teóricas, los autores constataron que muchas de las avulsones están vinculadas a cambios en la pendiente del cauce y en la sedimentación en la zona de los remansos de los ríos (el tramo más descendente de los ríos costeros, donde el caudal es lento y la pendiente del cauce es baja). Sin embargo, Brooke et al. descubrieron una serie de avulsiones que se ubicaron más arriba que lo que se habría esperado normalmente. Estos eventos ocurrieron con más frecuencia en ríos escarpados y con muchos sedimentos en entornos tropicales y desérticos. Según los autores, es probable que estas avulsiones se deban a la erosión provocada por inundaciones, la cual se prevé que aumente debido al uso de la tierra y al cambio climático. Como resultado, este mecanismo podría hacer que las avulsiones fuesen más comunes en ubicaciones aguas arriba que nunca las han experimentado antes. "La colocación efectiva de desvíos de ríos requiere una comprensión integral del momento y de la ubicación de las avulsiones naturales", comentan Paola Passalacqua and Andrew Moodie en una perspectiva relacionada. "La capacidad de predecir avulsiones está mejorando y se está trasladando hacia ofrecer predicciones robustas que pueden utilizar los gobiernos y las personas responsables de las decisiones para implementar intervenciones a escala del sistema".

Usando prospectiva bioinformática, los investigadores han descubierto y sintetizado un antibiótico lipopéptido bifuncional nuevo y de inspiración natural con bajo potencial de resistencia. El compuesto antibiótico, que los autores han bautizado como cilagicina, demostró una potente y amplia actividad antimicrobiana contra varias bacterias grampositivas en pruebas de laboratorio, incluyendo cepas resistentes difíciles de tratar como por ejemplo Clostridioides difficile y Enterococci resistentes a la vancomicina, lo que lo convierte en un candidato atractivo para combatir patógenos resistentes a los antibióticos. La emergente resistencia contra el uso extendido de antibióticos es una amenaza global para la salud. Por tanto, existe la apremiante necesidad de descubrir nuevos antibióticos con modos de acción que sorteen los existentes mecanismos de resistencia clínica. Los esfuerzos de secuenciación del genoma bacteriano han llevado a la identificación de grupos de genes biosintéticos (BGC) que es probable que contengan instrucciones genéticas para la biosíntesis de antibióticos con diversos modos de acción que podrían ayudar a acelerar el descubrimiento de antibióticos. Sin embargo, muchos de estos BGC siguen sin ser descritos. Analizando casi 10.000 genomas bacterianos, Zongqiang Wang y sus colegas identificaron un BCG de lipopéptico distintivo encontrado del genoma de la bacteria de tierra Paenibacillus mucilaginosus. Wang et al. a continuación utilizaron algoritmos bioinformáticos para predecir los posibles compuestos codificados por el BCG. Utilizando estas predicciones, sintetizaron químicamente estos compuestos. Se determinó que uno de estos compuestos de lipopéptidos, la cilagicina, inhibía la biosíntesis de pared celular en ciertas bacterias patogénicas, lo que finalmente tiene como resultado la muerte de la célula bacteriana. Lo que es más, Wang et al. no observaron evolución de la resistencia a la cilagicina en el curso de sus experimentos. "Aunque el desarrollo clínico de la cilagicina... puede tardar tiempo, Wang et al. han establecido una hoja de ruta interdisciplinar de inspiración para el futuro descubrimiento de antibióticos que puedan avisar las escalas en nuestra lucha contra la resistencia antimicrobiana", escribe Ryan Seipke en una Perspective relacionada. Seipke advierte que los siguientes principales pasos para el desarrollo de la cilagicina son absorción, distribución, metabolización, excreción y los estudios de toxicidad, que pueden revelar la necesidad de una mayor optimización estructural antes de la entrada en ensayos clínicos.

En un estudio de prueba de concepto que tiene por objetivo resolver la necesidad no cumplida de dispositivos de control y supervisión cardiacos mínimamente invasivos, los investigadores han desarrollado una red de dispositivos inalámbricos, incluyendo un marcapasos biorreabsorbible que pueden supervisar y controlar temporalmente el ritmo cardíaco. Ya que su tecnología es inalámbrica, podían sortear las deficiencias comunes de los dispositivos implantados, como por ejemplo infecciones en la línea impulsora o por ejemplo la necesidad de procedimientos quirúrgicos para retirar o sustituir cables o baterías de marcapasos. La mayoría de los dispositivos médicos utilizados para ofrecer pulso eléctrico al corazón, particularmente las soluciones temporales para pacientes que se recuperan de cirugía cardiaca, requiere una combinación de hardware interno conectado con alimentación externa y sistemas de alimentación y control externos mediante cables que penetran en la piel. Dichos dispositivos introducen riesgos de infección y limitan la capacidad la movilidad del paciente y requieren procedimientos quirúrgicos de extracción, lo que a su vez puede introducir más complicaciones. Aquí, Yeon Choi y sus colegas presentan un diseño de un sistema biodegradable, de bucle cerrado microelectromecánico e inalámbrico (Bio-MEMS) para supervisión y control cardiaco mínimamente invasivo. Utilizando metales solubles en agua y polímeros degradables, Choi et al. crearon un módulo totalmente implantable y biorreabsorbible que recibe alimentación inalámbricamente a través de la piel para los pasos epicárdicos. Para visualización de datos y control algorítmico en tiempo real, incluye una red integrada de sensores con interface a la superficie de la piel que capturan y transmiten datos a un módulo de control externo a través de Bluetooth. Tras la cirugía, el módulo interno se disuelve en el cuerpo y los módulos de interface la piel se eliminan pelándolos de la piel, eliminando la necesidad de extracción quirúrgica. Para demostrar la prueba de concepto, los autores utilizaron un dispositivo para supervisar y controlar el ritmo cardiaco en ratas, perros y estudios de corazón ex vivo en humanos. "Activar el pulso eléctrico como respuesta a la detección de bioseñales definidas añade una nueva capa de complejidad a la interfaz humano-máquina. Pero, ¿es una tecnología tan disruptiva lista para ser desplegada en la práctica clínica? escribe Wolfram-Hubertus Zimmermann en una perspectiva relacionada. "Hay varios asuntos claves que tienen que resolverse: el nivel hasta el que son fiables los datos obtenidos, cómo se pueden garantizar la seguridad y la efectividad y cómo se puede prevenir el mal uso".

Mediante un método que convierte un cable óptico largo en muchos segmentos individuales capaces de detectar la actividad a su alrededor, los cables de comunicaciones submarinos podrían crear una amplia red de sensores ambientales del fondo marino sin necesidad de cambiar la infraestructura existente, señalan los investigadores. El nuevo enfoque, que se basa en investigaciones anteriores que demuestran la utilidad de la tecnología de detección del fondo marino basada en la fibra óptica, podría emplearse para detectar y definir mejor las vibraciones sísmicas submarinas y las corrientes oceánicas con mayor precisión. “Al convertir los cables submarinos en conjuntos de sensores ambientales, se podría implementar una gran red de cientos o miles de sensores del fondo marino permanentes y en tiempo real sin modificar la infraestructura submarina existente”, afirman Giuseppe Marra y sus colegas. “Esto tiene el potencial de transformar nuestra comprensión de los procesos superficiales y profundos del interior de la Tierra”. Cada vez son más las investigaciones que demuestran que los cables de comunicación óptica submarinos existentes pueden utilizarse como sensores del fondo marino para vigilar la actividad sísmica y otras perturbaciones submarinas. Sin embargo, las técnicas anteriores están limitadas en cuanto a resolución espacial y sensibilidad porque toda la longitud de un cable, que puede abarcar miles de kilómetros, actúa como un único sensor. Utilizando repetidores que amplifican una señal óptica a medida que se desplaza por un cable y un láser, Marra et al. demuestran que un solo cable puede dividirse en muchos segmentos individuales, convirtiendo de hecho un cable en un conjunto de sensores ambientales basados en interferometría. Los autores probaron este método utilizando un enlace submarino de fibra óptica de 5860 km de longitud entre el Reino Unido y Canadá, que contenía repetidores aproximadamente cada 46 km. Con este método, Marra et al. detectaron varios terremotos, movimientos sísmicos débiles y corrientes oceánicas a lo largo del cable. También pudieron determinar la región epicentral de un terremoto lejano utilizando las señales de diferentes segmentos a lo largo del cable. Para los periodistas interesados en las tendencias, varias publicaciones científicas recientes han presentado métodos similares para utilizar los cables de telecomunicaciones existentes como sensores geofísicos. Un informe de Science de febrero de 2021 (https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.abe6648) demuestra el uso de la polarización en el tráfico regular de telecomunicaciones para detectar perturbaciones sísmicas en un cable submarino de fibra óptica de 10.000 km de longitud. Asimismo, un informe de noviembre de 2019 (https://www.science.org/doi/10.1126/science.aay5881) publicado en Science demuestra que la dinámica de los océanos y los fondos marinos puede vigilarse mediante la detección acústica distribuida (DAS) en las fibras ópticas no utilizadas, o “fibras oscuras”, de los cables de fibra óptica.

El uso problemático de Internet es paralelo a otros comportamientos adictivos, como la drogadicción, pero los mecanismos neurobiológicos y psicológicos implicados siguen siendo difíciles de entender. En un artículo de Perspective al respecto, Matthias Brand analiza el potencial adictivo de Internet y la mejor manera de conceptualizarlo y evaluarlo. “Dado el creciente uso de Internet en esta era de distanciamiento social y teletrabajo, es importante evaluar los daños causados por las conductas adictivas en Internet”, señala Brand. Cada vez hay más conciencia de que algunos aspectos de Internet pueden llevar a conductas adictivas problemáticas en ciertas personas, lo que provoca deterioro funcional y angustia en la vida diaria del usuario. Mientras que algunas conductas problemáticas de uso de Internet, como el juego y la ludopatía, están reconocidas como trastornos, otras, como pueden ser las compras, el uso de las redes sociales y la pornografía, siguen sin estar especificadas. Aquí, Brand analiza brevemente las investigaciones que ilustran los mecanismos que podrían conducir a la adicción a Internet y si son diferentes o similares a otras adicciones. Según el autor, las aplicaciones de Internet más problemáticas proporcionan placer y permiten reducir los estados de ánimo negativos, respuestas que son paralelas a los efectos del consumo de drogas adictivas en el sistema de recompensa del cerebro. Otras aplicaciones pueden conducir a patrones de uso compulsivo, lo que indica que la regulación del autocontrol también puede impulsar el uso problemático de Internet. Según Brand, los comportamientos adictivos en Internet pueden ser consecuencia de las dificultades para tomar buenas decisiones y regular los comportamientos de recompensa en el cerebro. Evaluar la causa fundamental de la adicción a Internet puede mejorar la comprensión de lo que hace que algunas personas sean más vulnerables a la adicción que otras y cómo se puede prevenir el uso problemático de Internet.