Dame su Frecuencia de Resonancia y Moveré el Mundo

Autor: Evaristo Alfaya. 18/05/2020. Biólogo. evaristoalfaya@gmail.com

Autor: Evaristo Alfaya. 18/05/2020. Biólogo. evaristoalfaya@gmail.com
Revisión de la utilización actual de las frecuencias de resonancia en la inactivación de Virus (incluido SARS-Cov-2) y sus usos y aplicaciones potenciales en la Biofísica de los organismos vivos.

Fenómeno de Resonancia

Aunque el título puede parecer pretencioso, en este artículo voy a descubrir que, siguiendo la máxima del gran Arquímedes, “Dame un punto de apoyo y moveré el Mundo”, la aplicación de frecuencias de resonancia resulta un punto de apoyo de enormes posibilidades en el colapso de estructuras bióticas y abióticas a todos los niveles comenzando por el molecular.
En el medio natural reconocemos a los objetos y los seres vivos por sus sonidos característicos. Nos basta cerrar los ojos para escuchar el canto de los pájaros, el pasar de un coche o incluso el sonar de una guitarra. Los más avezados podrían incluso reconocer que especie de mirlo canta, cual es el modelo de Ferrari que ruge en la carretera o si la primera cuerda de la guitarra está desafinada. Podríamos decir que cada ser, organismo o estructura genera un movimiento vibratorio propio del cuerpo, que se transmite en forma de ondas sonoras por el aire, tal que lo definen y caracterizan. Esta vibración viene dada por la oscilación del cuerpo en un número de sucesos u ocurrencias repetitivas llamadas frecuencias. Cada cuerpo tiene unas frecuencias propias o naturales.
El patrón de movimiento de una estructura que oscila en su frecuencia natural se llama modo normal.
Cuando sometemos a un elemento a una fuerza aplicada periódicamente que presenta una frecuencia igual o múltiplo de su frecuencia natural ocurre algo curioso y bien conocido: el objeto comienza a vibrar en dicha frecuencia natural tal que, con dicha fuerza sostenida, el elemento vibrará cada vez con mayor amplitud, pudiendo llegar a colapsar. Es lo que se conoce en Física como Resonancia y en este caso se referencia como frecuencias de Resonancia.
Aunque este fenómeno se observó por primera vez en el campo de la acústica, ocurre con todos los tipos de ondas por lo que se habla de resonancia acústica; mecánica; electromagnética; etc…
Un ejemplo de resonancia ocurre cuando hacemos trepidar un diapasón (que es una barra metálica en forma de U, la cual produce un tono determinado), al lado de un segundo diapasón en reposo, pero con la característica de que tiene la capacidad de oscilar en la misma frecuencia que el primero. En este caso, comprobaremos que el segundo diapasón comenzará a vibrar como por arte de magia. Ver vídeo
Un suceso bien conocido de resonancia es el de la soprano que rompe una copa de cristal con su voz.

Pero el fenómeno de Resonancia, dejó de ser anecdótico para popularizarse tras el colapso y derrumbe, mediante acción del viento, del puente de Tacoma Narrows en el estado de Washington, EE.UU. en el año 1940. Hecho registrado en una filmación.

Desde entonces los ingenieros tienen en cuenta la resonancia en las construcciones civiles.; lanzamientos de cohetes; etc.
Pero ¿cómo se calcula la frecuencia de resonancia? Las matemáticas pueden resultar algo complicadas, pero debemos comenzar por hallar la frecuencia natural (w0) y esta depende de dos magnitudes: La constante de rigidez (k) del cuerpo y la masa (m) del mismo, tal que

En una estructura o sistema, cada una de sus partes puede presentar por separado una frecuencia natural, pero en su conjunto se desplazan sinusoidalmente a la misma frecuencia y en fase. Es un movimiento llamado “modo normal” que obviamente tiene una frecuencia característica específica. El cálculo de sus configuraciones posibles es necesario para reproducir el fenómeno de la Resonancia.
Imaginemos que conducimos un día soleado nuestro viejo descapotable mientras suena en la radio nuestra canción favorita. El ruido del motor y el de la música podría percibirse en su todo como un único sonido o vibración acompasada característica para un observador ajeno, situado en la acera,
aunque cada elemento (motor y radio) tengan, por cada lado, su propio sonido exclusivo.

Inactivación de Virus por Resonancia

Los Virus son organismos muy sencillos, sin metabolismo propio, es decir sin capacidad de realizar los procesos que le permitan crecer, reproducirse y mantener su estructura, por lo que, por definición, son parásitos y dependen de un huésped, o sea un organismo con capacidad metabólica en el que el virus pueda “sabotear” su maquinaria interna para desarrollarse él a costa del propio hospedador.
Los virus se encuentran en el límite de lo biótico. Están formados de material genético, que porta la información hereditaria y puede ser ADN o ARN; una cubierta proteica que protege estos genes, que por sí sola se define como cápside, y que además en algunos casos, presentan una bicapa lipídica (es decir, de grasa) que los rodea. El Virus del SARS-Cov-2 presenta bicapa lipídica y por ello los jabones le afectan estructuralmente.

Los virus varían en su forma. Algunos presentan formas cristalinas y son poliedros casi perfectos; (el VIH, por ejemplo, es un icosaedro). Otros presentan estructuras más complejas. Y este dato es apriorísticamente relevante en la aplicación efectiva de frecuencias de resonancia.
Los virus infectan las células huésped mediante proteínas específicas en sus superficies, las cuales les permiten interactuar con proteínas de la superficie celular a modo de un modelo “llave-cerradura” permitiéndole el acceso al interior de la célula.
En el caso del SARS-Cov-2 puede infectar un amplio espectro de tipos de células dentro de un organismo humano por interactuar con las proteínas de superficie ACE2 presentes en un gran número de células en diferentes tejidos.

A modo de ejemplo, es como si nuestro organismo fuera un hotel con muchas habitaciones que serían los diferentes tejidos celulares. Cada habitación tiene su propia llave y luego tenemos en recepción guardadas dos llaves maestras: una para las habitaciones pares y otra llave que abre todas las puertas de las habitaciones impares. Imaginemos al virus como un ladrón que ha robado una de esas llaves maestras.
En este nivel muchos fármacos actúan como “falsas cerraduras” que bloquean la llave o proteína de membrana del virus, impidiendo que se unan a la célula hospedadora.
Los fármacos actualmente disponibles para el tratamiento de infecciones virales presentan las siguientes limitaciones: la dependencia del fármaco al metabolismo y el estado del sistema inmune del paciente; la ineficacia del fármaco ante cepas mutadas del virus para el cual fue diseñado, y la selectividad imperfecta del fármaco, lo cual puede ocasionar efectos secundarios indeseados en el paciente. Es evidente la necesidad de un método novedoso que se sobreponga a las limitaciones de los tratamientos antivirales basados en fármacos (Santiago Restrepo (2018)).
La carrera por el conocimiento y utilización de la resonancia en el campo de los virus comienza en el año 2007 cuando se haya el espectro vibracional de la cápside de un virus, en concreto el bacteriófago M13 (Eric C. Dykeman, Sankey, & Tsen, (2007)).
En el 2008 un estudio desarrolla un modelo de resolución atómica para el análisis de modos normales de cápsides virales con simetría icosaédrica y en el 2009 se amplía para otras simetrías (Eric C Dykeman & Sankey).
Las cápsides están formadas por proteínas que están constituidas en sus elementos moleculares más sencillos: los aminoácidos y estos a su vez por átomos. Las diferentes secuencias de aminoácidos y uniones entre ellos dan lugar a las diferentes proteínas y sus conformaciones.

El estudio integra un software donde se vinculan los datos de las composiciones atómicas detalladas de las cápsides, su estructura cristalográfica, etc., para así aportar soluciones matemáticas a los modos normales que nos permiten conocer su resonancia.
Es decir, la resonancia no se mide, se calcula.
A nivel experimental en ese año, 2009 mediante la excitación resonante de biomoléculas, logran la inactivación mecánica del bacteriófago M13, el virus del papiloma humano, el virus del mosaico del tabaco y el VIH. (Sí, el virus causante del SIDA). Se demuestra además que el mecanismo de inactivación aplicado es selectivo y no afecta células mamíferas, (K.-T. Tsen et al. (2009)).

En el 2015, demuestran en el virus de la Influenza A, que la transferencia de energía de resonancia desde microondas puede inactivar virus aerotransportados de manera segura para el público y ello es debido principalmente a fracturas físicas en la cápside del virus (S.-C. Yang et al. (2015)).
Con tecnología de microondas, la que usamos en las antenas repartidas por todo el globo, en nuestros celulares, etc. Se puede, en laboratorio, inactivar virus aerotransportados (recordemos que el SARS-Cov-2, responsable de la Covid-19, lo es).

En el 2016, en otro estudio, simulaciones basadas en la tecnología de pulsos de láser de electrones libres, logran observar que el proceso de inactivación viral se desencadena gracias a la fuerte resonancia entre los modos vibracionales del virus y las frecuencias ajustadas del láser (Hoang Man et al., (2016))
De hecho, el láser de electrones libres (FEL) tiene el rango de frecuencias más amplio de todos los tipos de láser, siendo fácilmente sintonizables. Se pueden obtener longitudes de onda en una amplia parte del espectro electromagnético: desde las microondas hasta los rayos X.

En 2020, el investigador colombiano, Santiago Restrepo crea un modelo biofísico con el que poder, estimar las frecuencias naturales de una cápside viral.
Se basa en que los aminoácidos que constituyen las proteínas tienen un carbono central llamado carbono alfa ( Cα ), independientemente de los carbonos presentes en radicales y grupos carboxilo.

Santiago en lugar de usar modelos matemáticos con todos los átomos utiliza los Cα, para los análisis de modos normales. Con ello consigue un tratamiento menor de datos y con aproximaciones significativas a los datos reales y aquellos obtenidos mediante análisis más completos y laboriosos.
En un símil, sería semejante a los estudios biomecánicos donde se toma de referencia una serie de puntos del cuerpo para hacer un estudio del mismo.

En el año 2020 tiene lugar un hito nanotecnológico: se consigue medir la frecuencia vibracional de una bacteria mediante un dispositivo optomecánico, quedando la puerta abierta a hacerlo también con Virus (Eduardo Gil-Santos, Jose J. Ruz, Oscar Malvar, Iván Favero, Aristide Lemaître, Priscila. M. Kosaka, Sergio García-López, Montserrat Calleja & Javier Tamayo (2020)).

Ya no se trata de calcular la frecuencia de resonancia si no de medirla con gran exactitud.

Otros usos biofísicos del efecto Resonante

Toda onda (excepto las electromagnéticas) es una perturbación que viaja por el medio elástico, tal que está sujeta a fenómenos de reflexión; refracción y difracción.
Por tal motivo se construyen muelles que amparan del oleaje. En ese sentido, la aplicación de una onda de resonancia en un medio aéreo dejaría probablemente, de serlo al entrar en nuestro cuerpo, actuando nuestro cuerpo como ocurre con el puerto en el caso anterior respecto al oleaje exterior.
Es factible teniendo en cuenta los fenómenos anteriores hacer las correcciones apropiadas para que el carácter resonante no sea en el exterior si no en el interior del organismo.
Esto supondría desplazar su uso, en el caso de virus y otros organismos objetivo, desde la desinfección y profilaxis hacia la utilización terapéutica.
El potencial es enorme: un caso inicial para aplicar con esta tecnología es el tratamiento de enfermedades producidas por priones. El Prion es una proteína mal plegada capaz de transmitir su forma mal plegada a otras variedades de la misma proteína.


Los Priones son como “zombis” que van transformando por contacto en “zombis” al resto de proteínas funcionales y sanas, produciendo las encefalopatías espongiformes transmisibles, que son un grupo de enfermedades neurológicas y degenerativas tales como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob en humanos y la encefalopatía espongiforme bovina, en animales.
A partir de ahí su uso es extensible a viriones, virus, bacterias, protozoos…y ¿células cancerígenas? Es un tema abierto a investigar. Probablemente como otras células tengan frecuencias vibracionales semejantes al resto del
organismo. Esto dificultaría técnicamente su destrucción completa. Pero solo son conjeturas.
Otras aplicaciones además del sector médico están en la alimentación. Los procesos de esterilización y pasteurización tienen unas tasas de letalidad enormes que no eliminan del todo a los microorganismos (aunque sí a los patogénicos) y son responsables de la caducidad o de su fecha de consumo preferente, (junto con la integridad del envase), de los alimentos tratados. Los microorganismos termorresistentes persisten ocasionando en condiciones determinadas de almacenamiento y/o transporte alteraciones en los productos. Un primer paso es el uso de esta tecnología para eliminar este grupo extremófilo aumentando la vida útil del producto. Una segunda fase sería poder conseguir productos frescos y conservados sin necesidad de tratamientos térmicos.

Uso militar del efecto Resonante

Desde la antigüedad se ha usado el sonido en las guerras. En la Biblia se cuenta que las Murallas de Jericó cayeron por efecto del sonido de los cuernos israelitas. Que por cierto la historia tiene final feliz para los espías. Yy
actualmente las armas sónicas y ultrasónicas (USW) provocan notables efectos biológicos sobre la salud, normalmente a altas intensidades 180 dB y determinadas frecuencias de onda. Tienen carácter disuasorio.
Sin embargo, el efecto resonante, según sobre el órgano que se aplique, puede resultar letal, y en la década de los 90 se postuló que algunos infrasonidos generados por electrodomésticos provocan este efecto sobre los ojos dando lugar a la visión de “fantasmas”.
Pero no son solo los efectos resonantes visibles sobre los organismos vivos, hipotéticamente, cualquier estructura, incluso de carácter geológico, puede resonar. ¿Se imaginan provocar un terremoto con sonido? O mejor aún ¿se imaginan mover el Mundo?

Bibliografía

Dykeman, E. C., Sankey, O. F., & Tsen, K. T. (2007). Raman intensity and spectra predictions for cylindrical viruses. Physical Review E – Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, 76(1), 1–12.
Dykeman, E. C. (2008). Atomistic Normal Mode Analysis of Large Biomolecular Systems: Theory and Applications. Arizona State University.
Dykeman, E. C., & Sankey, O. F. (2008). Low frequency mechanical modes of viral capsids: An atomistic approach. Physical Review Letters, 100(2), 4.
Dykeman, E. C., & Sankey, O. F. (2009). Vibrational energy funneling in viruses simulations of impulsive stimulated Raman scattering in M13 bacteriophage. Journal of Physics: Condensed Matter, 21(50), 6.
Dykeman, E. C., & Sankey, O. F. (2010). Normal mode analysis and applications in biological physics. Journal of Physics: Condensed Matter, 22(42), 1-26.
Hoang Man, V., Van-Oanh, N.-T., Derreumaux, P., Li, M. S., Roland, C., Sagui, C., & Nguyen, P. H. (2016). Picosecond Infrared laser induced all atom nonequilibrium molecular dynamics simulation of dissociation of viruses. Physical Chemistry Chemical Physics, 18(17), 11951–11958.
Tsen, K.-T., Tsen, S.-W. D., Fu, Q., Lindsay, S. M., Kibler, K., Jacobs, B., … Kiang, J. G.(2009). Photonic approach to the selective inactivation of viruses with a near-infrared subpicosecond fiber laser. Journal of Biomedical Optics, 14(6), 064042.
Tsen, S. W. D., Kingsley, D. H., Poweleit, C., Achilefu, S., Soroka, D. S., Wu, T. C., & Tsen, K. T. (2014). Studies of inactivation mechanism of non-enveloped
icosahedral virus by a visible ultrashort pulsed laser. Virology Journal, 11(1), 1–9.
Yang, S.-C., Lin, H.-C., Liu, T.-M., Lu, J.-T., Hung, W.-T., Huang, Y.-R., Sun, C.-K. (2015). Efficient Structure Resonance Energy Transfer from Microwaves to Confined Acoustic Vibrations in Viruses. Scientific Reports, 1–10.
Santiago Restrepo Castillo (2018) Modelo Biofísico para la Estimación de las Frecuencias Naturales de una Cápside Viral. Trabajo de grado UNIVERSIDAD EIA – UNIVERSIDAD CES, 15-79.
Eduardo Gil-Santos, Jose J. Ruz, Oscar Malvar, Ivan Favero, Aristide Lemaître, Priscila. M. Kosaka, Sergio García-López, Montserrat Calleja & Javier Tamayo (2020) Optomechanical detection of vibration modes of a single bacterium. Nature Nanotechnology.

Fuentes fotografía internet.

Esta entrada fue publicada en Articulos. Guarda el enlace permanente.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.