Biología y Geología AVANCES CIENTÍFICOS DEL SIGLO XXI DICCIONARIO CIENTÍFICO Este material es una obra colectiva concebida , diseñada y creada en el Depar tamento de Ediciones de Santillana , bajo la dirección de Teresa Grence Ruiz. En su elaboración han par ticipado: EDICIÓN Belén Álvarez Garrido Daniel Masciarelli García EDICIÓN E JECUTIVA Begoña Barroso Nombela DIRECCIÓN DEL PROYECTO Antonio Brandi Fernández 3 E S O
Índice Avances científicos del siglo xxi Fabricación «exprés» de vacunas frente a la pandemia de la COVID-19 4 La alimentación del futuro 6 El camino hacia un corazón bioartificial 8 Premio Nobel para los investigadores del virus de la hepatitis C 10 Primer exoesqueleto biónico para niños y niñas con parálisis 12 Neuronas artificiales para combatir enfermedades crónicas 14 Dispositivo biomédico para detectar el cáncer de mama 16 Nuevas tecnologías sísmicas 18 Ciudades inteligentes para un futuro sostenible 20 Avances científicos frente al cambio climático 22 Diccionario científico 25
Avances científicos del siglo xxi
De ácidos nucleicos (ARN mensajero) BioNTech/P fizer y Moderna Estas vacunas contienen parte de las «instrucciones» del virus que causa la COVID-19. Esto permite a las propias células del organismo producir una proteína que es específica del virus. De vectores víricos AstraZeneca/Oxford y Janssen/Johnson & Johnson Estas vacunas utilizan un virus diferente e inofensivo para vehicular las «instrucciones» del virus causante de la COVID-19. Esto permite a las propias células del organismo producir la proteína específica del virus de la COVID-19. ¿Cómo se han desarrollado tan rápidamente las vacunas contra la COVID-19? ✓ Algunas vacunas contra la COVID-19 se desarrol laron usando métodos idénticos a los empleados para otras vacunas. Eso signif ica que se pod r á n u t i l i z a r l a s e s t r u c t u r a s e x i s t e n t e s p a r a fabricar vacunas contra la COVID-19 en grandes cantidades. ✓ Algunas vacunas contra la COVID-19 se han elaborado utilizando métodos nuevos que pueden aumentar el volumen y acelerar la velocidad de p r o d u c c i ó n e n c o m p a r a c i ó n c o n o t r o s t i p o s de vacunas. ✓ Los científicos pudieron acelerar algunas partes del proceso combinando diferentes fases de ensay os clíni cos o reali zando al gunos estudios al mi smo tiempo. La Agencia Europea de Medicamentos empezó a examinar los datos resultantes antes incluso de que las empresas le solicitaran autorización . ✓ Se han efectuado inversiones enormes para pon e r r á p i d a m e n t e a p u n t o v a c u n a s c o n t r a l a COVID-19. ✓ Las empresas están aumentando su capaci dad para producir rápidamente millones de dosis de vacunas autorizadas contra la COVID-19. Comisión Europea Fabr icac ión «exprés» de vacunas frente a l a pandemi a de l a COVID-19 > Explica qué ocurre cuando el sistema inmunitario de una persona vacunada reconoce en su cuerpo una proteína que es específica de un virus. > Escribe un breve texto sobre la importancia que ha tenido el rápido desarrollo de vacunas frente a esta pandemia. Vacunas aprobadas por la Comisión Europea De 10 año s a 1 : vacuna s s egu ra s en t iempo ré cord . 4
Luis Enjuanes, Isabel Sola y Sonia Zúñiga en el Centro Nacional de Biotecnología del CSIC (CNB-CSIC). «Las vacunas [que ya están disponibles] son muy positivas porque proporcionan protección , pero no son perfectas; son susceptibles de mejoras. Por eso hay que continuar investigando e innovando y mejorando [nuevas vacunas]». Precursora de las dos primeras vacunas autorizadas frente al SARS-CoV-2 y fabricadas con la nueva tecnología del ARN mensajero, que han demostrado su seguridad y eficacia. En 1984 dio el primer gran paso al sintetizar el ARN mensajero, p ero su apli cación en l a práctica se enfrentaba con dos problemas imp o r t a n t e s : u n a f u e r t e r e a c c i ó n i n f l a m a t o r i a y u n a p r o du c c i ó n e s c a s a d e p r o t e í n a p o r p a r t e de las células inmunitarias. Fueron necesarios muchos años de trabajo constante, entrega , fortaleza y grandes esfuerzos para que Kari kó y Wei ssman (colaborador suyo) consigui esen , en Fi l adel f ia , liderar un imp or t ant e equip o d e inv e st i gadore s , s o luc ionando e sto s probl ema s al obtener un ARN modificado (2005) y envolverlo en nanopartículas lipídicas (2014) que faci litasen su entrada en las células y que, post eriorment e, se utilizarían en el desarrollo de las vacunas. Asociación Española de Vacunología Kat al i n Ka r i kó 1955. Szolnok. Hungría Doctora en Bioquímica > Investiga y describe cómo es la vacuna del equipo de Luis Enjuanes. Las vacunas españolas El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) trabaja en tres prototipos de vacuna . Mariano Esteban y Juan García Arriaza (CNB-CSIC). «Debe haber varias vacunas contra la COVID-19. No va a haber una vacuna ganadora —la ganadora es la sociedad—, sino una secuencia de varias que se irán incorporando poco a poco como fármacos contra el SARS-CoV-2». Vicente Larraga, del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC). «La carrera por conseguir la vacuna es de resistencia , no de velocidad». > Busca información sobre Katalin Karikó. Describe cómo fue su vida académica y profesional hasta conseguir la aprobación de sus investigaciones. La mad re de l a vacuna cont ra l a COV I D: todo el mundo pen s aba que e ra una l ocu ra . E l Pa í s En 2020 s e aproba ron l a s do s pr ime ra s vacuna s frente al SARS - CoV-2 obtenida s con l a nueva te cnol og í a del ARN men s aje ro. 5
E l c r e c i m i e n t o e x p o n e n c i a l d e l a p o b l a c i ó n m u n d i a l p o n e d e m a n i f i e s t o l a n e c e s i d a d de aumentar la disponibilidad de alimentos, así como el requerimiento de que sean más nutritivos y seguros, y así poder combatir el hambre y la malnutrición. Afortunadamente, en la consecución de este objetivo contamos c o n i m p o r t a n t e s a v a n c e s , l levados a cabo en el marco de la investigación en ámbitos como la ciencia, la tecnología o la biotecnología, en su área agroalimentaria. El Periódico La al iment ac ión del futuro Según el Foro Económico Mundial , «la tecnología es una promesa extraordinaria para resolver los desafíos alimentarios actuales. Pero esto no o cur r i rá automát i cament e . Si no l e pon emo s atención, esa innovación podría dividir todavía más un mundo profundamente desigual». Las tecnologías de vanguardia que ya se están aplicand o « p o d r í a n c a m b i a r p a r a si empre las regl as del juego y repercutir en el trabajo de l o s a g r i c u l t o re s , l a nu t r i - ción de los consumi dore s y el cambio climático». BBC Cl aves de l a al iment ac ión del fut u ro: s al udable, s o stenible e i nnovadora . Cómo la impresión de alimentos puede revolucionar nuestro modo de comer Las impresoras 3D se uti li zan en la actualidad para producir ci er tos objetos, pero algunos investigadores han comenzado a explorar la forma de desarrollar soluciones de comidas personalizadas utilizando esta tecnología , para que las personas de más avanzada edad , por ejemplo, puedan consumir algunos productos que no pueden di sfrutar de l a manera tradicional . La impresión 3D permite deconstruir los alimentos, modificar su cont eni do nutricional , reconstr uirlos nue vament e medi ant e impresión y presentarlos en la forma que se desee, de modo que les resulte familiar. La nutrición personalizada con impresión 3D parece presentar otras ventajas. Por ejemplo, según Agarwal , su aplicación clave es la nutrición personali zada para hospitales y centros asi stenciales porque se pu ede adapt ar según el hi stor i al médi co, n ecesi dade s nutr i cional es o dietética , con la forma deseada . Como los alimentos deben convertir - se en una pasta para la impresión 3D, él asegura que se podría reducir el desperdicio general de alimentos en la preparación a gran escala . El País > En 2019, unos astronautas rusos imprimieron por primera vez un bistec en el espacio a partir de células de vaca. Investiga y explica cómo es este proceso. > Busca información y recopila datos sobre el hambre y la malnutrición en el mundo. > Reflexiona y escribe cómo crees que tu alimentación puede influir en el cambio climático. 6
El futuro de la alimentación se llama agricultura vertical Alimentos locales, sin pesticidas y cuya producción no genere emisiones ahora son posibles más allá de pequeños huertos ur - banos. L a producción a escal a industri al responde al nombre de agricultura vertical . A pesar de que en Europa la agricultura tradicional tiene un peso importante, ya hay compañías que trabajan el cultivo vertical , ayudando a ahorrar agua y espacio […]. A nivel mundi al uno de lo s grande s referent e s e s AeroFarms , la compañía americana que pat entó t ecnología LED para que las plantas pudieran hacer la fotosíntesis, con la mayor eficiencia energética posible. Con este sistema, ya no hay límites para la producción alimentaria , ni la escasez de agua ni la climatología ni la falta de espacio. AeroFarms construyó en Nueva Jersey la mayor granja vertical del mundo, con 6500 metros cuadrados y una producción de más de 900 toneladas de vegetales de hoja al año. Compromiso Empresarial Envases para los alimentos del siglo XXI Envases activos. Se incluyen agentes o elementos activos para mejorar las condiciones de conser vación del alimento y prolongar su vida útil . El envase participa activament e en la conser vación del producto y en mantener o potenciar sus propiedades organolépticas, bien absorbiendo compu e sto s qu e d et e r i oran el producto o bien emitiendo sustancias que ayudan a su conservación. Envases sostenibles. La American Chemical Society ha presentado un nuevo envase sostenible que reduce de forma efectiva el desperdicio alimentario. Está elaborado con una proteína de la leche, y es hasta 500 veces más eficaz que los embalajes tradic ional e s para prot eger lo s al imento s d el oxí geno, l a humedad y l as altas t emperaturas . Este envase, además, es comestible y biodegradable. Envases inteligentes. Aquellos que contienen indicadores ext ernos o int ernos para proporcionar información acerca de la hi storia del envase o de las p r o p i e d a d e s y e l e s t a d o d e l a l i m e n t o e nv a s a d o . Habitualmente incorporan dispositivos que son sensibles a los cambios de temperatura , composición gaseosa o modif icaciones biológicas, y son capaces d e c o m u n i c a r e s t o s c a m b i o s al consumidor. Envoltorios y utensilios comestibles. Una forma eficaz de reducir la cantidad de desechos no degradables. Así , ya es posible que al terminar de tomarnos una bebida pod a m o s c om e r n o s e l v a s o , f a b r i c a d o con un gel de algas llamado agar. También se han comercializado botellas de agua comestibles y económicas hechas de algas y cloruro cálcico, como alternativa a los millones de botellas de plástico que se desechan cada día . Adaptado de Naukas > Investiga sobre el desarrollo de este tipo de agricultura y haz un resumen. > Escribe en tu navegador las palabras clave sensores envases inteligentes alimentos. Visita la web del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos y resume el artículo sobre el sensor que han desarrollado. 7
25 Diccionario científico
A 26 Abs orc i ón int e st ina l . Pa s o d e nutr i ent e s re sul t ant e s d e l a di - ge st i ón a t rav é s d e l a s p a re d e s del intestino hacia la sangre. A c o m o d a c i ó n (o j o) . C a m b i o qu e se produc e en l a cur vatura del cri stalino para que los rayos de luz se enfoquen correctamente sobre la retina . Acto ref lejo. Respuesta motora rápida y automática del si stema ner vioso ante un estímulo. Es un acto involuntario, que se elabora y coordina en la médula espinal sin intervención del cerebro. Es la conducta motora más simple. Aditivo alimentario. Sustancia quími ca sin valor nutr it iv o qu e se añad e en p equ eña s cant i d a - des a los alimentos para evitar la de sc ompo si ción o modi f i car su color, olor o sabor. Adolescencia. Periodo de la vida en que se producen cambios en el desarrollo físico y psicológico y en los comportamientos sociales, que tiene lugar aproximadamente entre los 10 y los 19 años. Adrenalina . Hormona segregada por la médula o zona interna d e l a s g l ándu l a s supra r rena l e s . En situaciones de estrés, alarma , mi edo, p eli gro o incluso excit ac i ó n , e l o r g a n i sm o l i b e r a e s t a sustancia para poder enfrentarse a situaciones de riesgo. Al érgeno. Sustanci a que puede producir una respuesta alérgica . Al erg i a . Reac c ión p er judi c i al y exagerada del sistema inmunitario a una sustancia que normalmente es inofensiva en las mismas condiciones y cantidades. Alimento. Sustancia sólida o líquida que, introducida en el or - g a n i sm o , e s t r a n s f o r m a d a p o r e s t e p a r a l a o b t e n c i ó n d e n u - trientes. Alve o lo pulmonar. E str uctura pulmonar donde se produce el intercambio de gases respiratorios, oxígeno y dióxido de carbono, entre l a sangre y el aire cont enido en los pulmones. Amenorrea. Ausencia de menst r u a c i ó n . D e l g r i e g o , a: ‘ n e g a - ción’, men: ‘mes’, y rheos: ‘ f lujo’. Anatomía. Estudio de las características de las diferentes estructuras que constituyen el cuerpo de l o s s e re s v iv o s , d e su f orma , localización y relación . An e j a s . E st r u c tu ra s qu e g u a r - d a n u n a e st re c h a re l a c i ó n c o n un órgano o los órganos pr inci - pales en un sistema . Anti c onc eptiv o. Fármac o , di spositivo o método de acción que e v i t a l a o v u l a c i ó n , l a f e c u n d a - ción del ovocito por el espermat o z o i d e o l a i m p l a n t a c i ó n d e l embrión . Anticuerpo. Proteína producida por los linfo citos B de l a sangre cuya func ión e s bloqu ear l a acción de los antígenos.
A 27 > Sabiendo la definición de arteria y que -ola es un sufijo latino que significa ‘pequeño’, ¿qué significará el término arteriola? Ant í geno . Cua l qui e r su st an c i a ajena al organismo capaz de provocar una respuesta inmunitaria específica , humoral o celular. Ap a ra t o . Un i d a d e st r u c tu ra l y f u n c i o n a l d e l c u e r p o h u m a n o formada por órganos aso ci ados con una estructura di stinta . Por e j emplo, lo s aparato s di ge st iv o, respiratorio, circul atorio, urinario y locomotor. Arco ref lejo. Circuito ner v ioso, en el que par ticipan tres neuron a s (s e n s i t i v a , d e a s o c i a c i ó n y motora), que recorre la información desde el receptor de un estímulo hasta el efector en un acto ref lejo. Ar t er i a . Va s o san guín e o p or e l que circula la sangre que sale del corazón hacia los distintos órganos del cuerpo. Sus paredes son gruesas, resistentes y elásticas. Articulación. Zona en la que se unen uno o más huesos. La may o r p a r t e d e l a s a r t i c u l a c i on e s son móviles. At e r oma , p l a c a d e . Ac umu l a - c ión d e l ípi do s , pr inc ipalment e colesterol , en una pared inf lamada de una arteria . Axón. Prolongación larga de una n eurona p or l a qu e se transmi - ten impul sos ner viosos desde el cu er po d e di cha n eurona hast a o t ra n eu rona o c é lu l a e f e c t o ra . Del latín , axis: ‘eje’. Bacterias. Organi smos unicelulares procariotas que pueden ser beneficiosos o perjudiciales para las personas. En una enfermedad infecciosa , actúan como agentes patógenos invadiendo las células o liberando toxinas. Los antibióticos las destruyen o impiden su crecimiento. Bilis. Líquido amarillento, segregado por el hígado, que se almac ena en l a v e sí cul a bi l i ar d e sd e dond e se v i er t e al duod eno durante la digestión . Bi o cap a c i d ad . Cap a c i d ad qu e tiene un espacio determinado de abastecer recursos naturales útiles y absorber los desechos generados por las personas. Biodiversidad . Vari edad de or - gani smos vivos en su medioambiente. Comprende la diversidad dentro de cada especie, entre las e s p e c i e s y d e l o s e c o s i s t e m a s . Del griego, bios: ‘ vida’; y, del latín , diversitas: ‘ variedad’. Bioel emento s . El emento s quí - mi c o s qu e f o rman l o s s e re s v i - vos, como el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno. Biomoléculas. Moléculas químicas constituidas por bioelement o s qu e f o rma n l o s s e re s v iv o s y que tienen una función estructural o participan en el metabolismo celular o en otras funciones. Anticuerpo Antígeno O H H B
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