Resumen

Las personas involucradas en el proceso de innovar en educación experimentan una amplia gama de emociones, en tal sentido, se afirma que la innovación es emocionalmente desafiante, en este trabajo se explora cómo el proceso de cambio y adaptación se origina por una pasión y entusiasmo por mejorar, por marcar una diferencia para responder al mundo actual, estas emociones habilitan la innovación; pero también se podría experimentar incertidumbre, resistencia al cambio y con ello, ansiedad, miedo o frustración emociones que, de no ser gestionadas correctamente, se convertirán en inhibidores de la innovación. Se proponen una serie de acciones de gestión de las emociones para quienes deciden incursionar en el camino de innovar en educación.
Palabras clave:emociones, innovación, educación, incertidumbre, seguridad psicológica.

Emotional challenges in Educational Innovation

Abstract

Individuals involved involved in the process of innovating in education experience a wide range of emotions. In this regard, it is stated that innovation is emotionally challenging. This work explores how the process of change and adaptation originates from a passion and enthusiasm for improvement, for making a difference in response to the current world. These emotions enable innovation; however, they could also generate uncertainty, resistence to change, and emotions such as anxiety, fear or frustration. If not managed properly, these emotions can become inhibitors of innovation. A series of actions are proposed to manage emotions for those who choose to innovate in education.
Keywords:emotions, innovation, education, uncertainty, psychological safety.

Innovación educativa: desafíos y estrategias emocionales

Innovar no solo es necesario, sino también deseable, dada la importancia de adaptarnos continuamente a realidades cambiantes en un mundo abrupto, acelerado y vertiginoso. Ante ello, es imperante que los profesionales respondan a esos contextos actuales en los que tendencias como los sistemas de inteligencia artificial, los robots inteligentes, el Internet de las cosas, la nanotecnología, la realidad virtual y aumentada han revolucionado el ámbito laboral. En fin, ejercer cualquier profesión en la actualidad será considerablemente diferente a cómo se ejercía en las décadas anteriores. Sin lugar a dudas, esta situación nos demanda realizar transformaciones en los procesos formativos para atender a esa realidad, con lo que las acciones para innovar adoptan gran relevancia en las organizaciones educativas, como lo ha sido la realidad virtual para la formación de profesionales en diferentes disciplinas (Foelsing, J., Schmitz, A., 2021; Imagen 1).

Imagen 1. Uso de realidad virtual en educación. Fotografía del evento Jornada de Espacios Itinerantes de Innovación Educativa en la Facultad de Psicología de la UNAM.

Innovar es el proceso de incorporar un modelo, procedimiento, producto, idea, servicio o recurso a un contexto determinado. La connotación de “nuevo” la recibe por la percepción de un grupo de personas que decide que es valioso para realizar sus prácticas habituales con el objetivo de resolver satisfactoriamente problemas (Rogers, 2003; Tierney y Lambert, 2016). En ese sentido, se le vincula estrechamente con el cambio o transformación con un impacto positivo en un determinado contexto durante un periodo dado. Puesto que el factor tiempo ocasionará que esa novedad deje de serlo en la medida que se convierta en el nuevo normal y se dé paso a otra novedad.

Desde un punto de vista sistémico, en la innovación se configuran y relacionan, de manera dinámica, una serie de componentes: actores, artefacto novedoso a introducir (producto, servicio, recurso tangible o intangible con o sin tecnología) y las actividades para realizar la serie de etapas o pasos que conforman al proceso de innovar (Grandstrand y Holgersoon, 2020). En educación, Zabalza (2012) reconoce seis fases de ese proceso representadas en la figura 1, a través de las cuales hay una interacción constante entre directivos, administrativos, profesores y, por supuesto, estudiantes.

Figura 1. Fases del proceso de innovación educativa. Crédito: adaptación propia de Zabalza, 2012.

Este proceso no es lineal; los líderes de una iniciativa novedosa transitarán por las diferentes etapas de manera aleatoria, dependiendo del comportamiento e interacción de los componentes del sistema de innovación. Lo que inicia con una dosis de pasión y entusiasmo podría opacarse con el miedo o angustia ocasionada por la presencia de incertidumbre, la no aceptación de lo nuevo, la crítica o el error.

De esta forma, se comienzan a originar los desafíos emocionales en las personas que impulsan o reciben algo nuevo, es decir, la presencia de las emociones que habilitarán o inhibirán los procesos adyacentes al innovar. La intención de este texto es explorar cuáles son las emociones que se experimentan en el proceso de innovar en los actores educativos y, de esta manera, incidir en generar estrategias preventivas que les permitan gestionar sus emociones y evitar desistir durante el proceso.

La dimensión emocional de la innovación educativa

Innovar es más que un proceso cognitivo; no es suficiente con ser expertos en innovación ejecutando los pasos con destreza. Las personas que decidan incursionar en el proceso ambiguo de innovar experimentarán una amplia gama de emociones. Comenzarán y se impulsarán por una pasión y entusiasmo por mejorar, generar un cambio, ser el agente transformador en su contexto, entre otros factores. De acuerdo con la investigadora Barbara Fredrickson (2008), la pasión y el entusiasmo han sido consideradas como emociones positivas. Su presencia en un individuo ocasionará que mejore su proceso cognitivo, el pensamiento innovador y creativo, y que tenga una mirada amplia para construir recursos personales que le permitan afrontar dificultades. Con ello, se tornará más creativa y manejará de manera más acertada las circunstancias, lo que le permitirá integrarse mejor socialmente y desarrollar resiliencia y tolerancia a la frustración.

Estas emociones positivas que habilitarán la innovación estarán en confluencia con otras que, de no ser gestionadas saludablemente, podrían inhibir ese entusiasmo y placer al innovar, razón por la que han sido consideradas como emociones negativas. Al innovar se requiere que como actores educativos hagamos algo nuevo o diferente que nos saque de nuestra zona de confort, que es ese cotidiano al que estamos acostumbrados y cómodos, en el que nos movemos en automático porque creemos que ya no hay más qué hacer, pues ya todo está dado y bajo control. Salir de esa zona conocida dará origen a una incomodidad que en algunas personas podría manifestarse como resistencia al cambio, que es esa respuesta de desagrado o desafío por lo desconocido e inusual.

En una revisión de la literatura se encontró que los principales factores asociados con la resistencia al cambio se encuentran: a) la personalidad, que incluye los aspectos psicológicos, la identidad, las creencias, la adaptabilidad y la confianza, por ejemplo, creer que el cambio es innecesario; b) la percepción de autoeficacia, esa idea de la persona sobre sus propias habilidades para realizar el cambio, por ejemplo, sobre su nivel de dominio para manejar una tecnología en particular; c) cultura organizacional que se relaciona con las normas y valores, la estructura de interacción y cómo se concibe en ella la idea del cambio y la renovación (Córica, 2020).

Desde la primera fase de innovar se experimenta una dosis de incertidumbre, entiéndase a esta como una sensación ambigua o compleja de inseguridad que puede obstaculizar la toma de decisiones. En innovación, puede estar originada porque no se cuenta con información completa o se desconoce la calidad de la misma. Hay un desconocimiento de la reacción de las personas ante eso “nuevo” que se está proponiendo, incluso la falta de certidumbre en relación con los avances tecnológicos. Imagine, por ejemplo, la sensación que provoca invertir tiempo y esfuerzo en un desarrollo tecnológico en una versión de un determinado sistema operativo y su posible pronta actualización, lo que dejaría obsoleto el desarrollo en muy poco tiempo (Jalonen, 2011).

La incertidumbre y la resistencia al cambio serán dos condiciones que estarán presentes en mayor o menor medida durante el proceso de innovar. Con ellas, se experimentarán miedo, frustración, ansiedad o vergüenza ante los fracasos experimentales o el incumplimiento de las metas planteadas. Estas emociones funcionan como defensas para proteger la percepción de autoeficacia, lo cual tiene una justificación clara dado que, en la mayoría de las culturas de organizaciones educativas, el error se vincula con el fracaso y prevalece la creencia de que tener éxito es cometer la menor cantidad de errores. Al buscar esta protección constantemente, los potenciales actores innovadores se sentirán poco motivados y posiblemente abandonen el camino de la innovación (Kvas, Zyazyun y Khalo, 2021).

Entonces, ¿qué se requiere para continuar explorando lo desconocido ante esos inhibidores emocionales de la innovación? ¿Cómo podemos crear, implementar o utilizar algo nuevo aún con esas condiciones de incertidumbre presentes? La perspectiva humanista en la educación implica promover condiciones para el desarrollo, la autorregulación y la autodeterminación de los estudiantes. Esto hace alusión a la habilidad para reconocer, comprender y procesar las propias emociones, así como las de otros, es decir, la Inteligencia Emocional (ie), que hace énfasis en la conexión entre los estados afectivos y los procesos mentales o cognitivos (Faltas, 2017). El profesorado también necesita desarrollar ie en sus interacciones; tan es así que ha sido considerada como una característica que está estrechamente vinculada con la disposición para innovar en profesores universitarios (Berberyan, 2020).

Por lo que la gestión emocional, indispensable en la inteligencia emocional, para equilibrar los habilitadores e inhibidores emocionales, debe originarse dentro de una cultura de la innovación que esté fundamentada en crear entornos psicológicos seguros (McKinsey, 2023), considerados como aquellos espacios centrados en la persona, en donde los involucrados se sienten a salvo de represalias ante las equivocaciones, pueden hablar con libertad, se les brinda retroalimentación para la mejora constante y se promueven posiciones horizontales entre los integrantes (Imagen 2). Porque las personas se involucran con asombro e interés y expresan sus habilidades en la medida en que se sienten lo suficientemente seguras en el entorno.

Imagen 2. Espacios de seguridad psicológica para innovar en educación.

Principios para innovar en educación

En tanto que la innovación es un proceso complejo y aleatorio, se recomienda que la persona con intenciones de desarrollar, adoptar, implementar o difundir algo nuevo, tenga en consideración los siguientes principios (adaptados de Rivera, 2018):

• Ampliar la visión sobre las posibilidades de acción o solución, potenciar el pensamiento divergente y tener momentos de pensamiento convergente para seleccionar ideas o soluciones plausibles.
• Mostrar interés en las personas y el contexto en el que se implementará la innovación.
• Evitar estar a la defensiva emocionalmente cuando se cuestiona o critica.
• Tener la apertura para aprender de las situaciones adversas y fortalecer la resiliencia.
• Mostrar curiosidad ante lo ya conocido y lo nuevo a descubrir.
• Escuchar atentamente y evitar el juicio y crítica destructiva.
• Superar los miedos al fracaso para tener la posibilidad de aprender de forma iterativa, desarrollar la tolerancia a la frustración.
• Generar sinergias con un equipo de trabajo que tenga intereses e ideas en común.

Es posible notar que para innovar en educación necesitamos estrategias de gestión de la dimensión emocional, puesto que la innovación se desarrolla mejor cuando se reducen y controlan las emociones negativas, se generan entornos psicológicos seguros y se consideran los principios mencionados. Es indispensable que las personas superen esas emociones negativas para aceptar y atravesar el lado sombrío de la innovación. Si te interesa saber más sobre cómo gestionar las emociones al innovar, en este sitio web encontrarás más estrategias: 5 Key emotional Intelligence Skills.

Referencias

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• Córica, J. L. (2020). Resistencia docente al cambio: caracterización y estrategias para un problema no resuelto. RIED: Revista Iberoamericana de Educación a Distancia, 23(2), 255. https://doi.org/10.5944/ried.23.2.26578.
• Faltas, I. (2017). Three models of emotional intelligence. ResearchGate. https://goo.su/2sItw.
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• Granstrand, O., y Holgersson, M. (2020). Innovation Ecosystems: A Conceptual Review and a New Definition. Technovation, 90-91, 102098. https://doi.org/10.1016/j.technovation.2019.102098.
• Jalonen, H. (2011). The Uncertainty of Innovation: A Systematic Review of the literature. Journal of management research, 4(1). https://doi.org/10.5296/jmr.v4i1.1039.
• Rivera Alvarado, M. (2018, 17 de abril). La innovación en la escuela – Los 10 elementos clave para innovar. Observatorio / Instituto para el Futuro de la Educación. https://observatorio.tec.mx/edu-news/innovacion-educativa-los-10-elementos-clave-para-innovar/.
• Rogers, E. M. (2010). Diffusion of Innovations, 4th Edition. Simon and Schuster.
• Tierney, W. G., y Lanford, M. (2016). Conceptualizing innovation in higher education. En Higher education (pp. 1-40). https://doi.org/10.1007/978-3-319-26829-3_1.
• Zabalza, M. A. y Zabalza Cerderiña, A. (2012). Innovación y cambio en las instituciones educativas.
• Квас, О., Zyazyun, L., y Khalo, Z. (2021). Features of the innovative and creative potential of future education specialists. Revista Tempos e Espaços em Educação, 14(33), e16725. https://doi.org/10.20952/revtee.v14i33.16725.

Recepción: 31/08/2023. Aceptación: 01/11/2023.

Resumen

Este trabajo presenta el análisis de un estudio piloto para ajustar el cuestionario del proyecto “Transición de docentes y estudiantes de la unam a la educación remota durante la pandemia”. Realizado por la Coordinación de Universidad Abierta, Innovación Educativa y Educación a Distancia (cuaieed), involucra a profesores y estudiantes de bachillerato y licenciatura de la unam. El piloto, realizado en línea con LymeSurvey.com, incluyó a 396 participantes, con profesores (n=27) y estudiantes (n=369) invitados mediante la técnica de bola de nieve. Este artículo se centra en el análisis de respuestas de estudiantes, identificando mejoras en reactivos. El piloteo, al observar comportamientos del cuestionario y plataforma, calculó porcentajes por comportamiento y recuperó frases de respuestas. Estudiar las percepciones estudiantiles contribuye al entendimiento de procesos de enseñanza y formación docente. El análisis preliminar del estudio piloto señala su cumplimiento, identificando áreas de mejora y preparando el terreno para la investigación principal sobre la transición a la educación remota en la unam.
Palabras clave: estudio piloto, educación remota, transición educativa, estudiantes universitarios, percepciones estudiantiles, covid-19.

Piloting in progress: adjustments to a research questionnaire based on the pilot study

Abstract

This paper presents the analysis of a pilot study aimed at refining the questionnaire for the project “Transition of unam Teachers and Students to Remote Education during the Pandemic.” Conducted by the Coordination of Open University, Educational Innovation, and Distance Education (cuaieed), it involves professors and students from unam’s high school and undergraduate programs. The online pilot, conducted with LymeSurvey.com, included 396 participants, with 27 professors and 369 students invited through a snowball sampling technique. This article focuses on the analysis of student responses, identifying improvements in questionnaire items. The pilot study, through the observation of questionnaire and platform behaviors, calculated percentages by behavior and retrieved response phrases. Studying student perceptions contributes to understanding teaching processes and teacher training. The preliminary analysis of the pilot study indicates its fulfillment, identifying areas for improvement and laying the groundwork for the main research on the transition to remote education at unam.
Keywords: pilot study, remote education, educational transition, university students, student perceptions, covid-19.

Introducción

Los estudiantes universitarios tienen mucho que expresar sobre su formación académica. Estas contribuciones emergen de la intersección entre sus expectativas, creencias y experiencias, así como de su interacción en el entorno educativo mediado por contenidos, actores (docentes y compañeros), su propia subjetividad y las prácticas educativas. Esta amalgama nutre sus percepciones, las cuales son de gran valor en el estudio de la Educación Superior.

En este artículo, se presentan las adaptaciones realizadas al instrumento de una investigación sobre las percepciones de la comunidad de la unam, incluyendo a docentes y estudiantes de bachillerato y licenciatura. Estos ajustes son resultado de un estudio piloto llevado a cabo con una muestra representativa y aleatoria de participantes. En este texto, nos enfocaremos exclusivamente en los resultados y ajustes al cuestionario dirigido a estudiantes.

Es importante señalar que el instrumento utilizado en el piloteo formó parte de la primera investigación sobre las percepciones de los estudiantes realizada en la Universidad durante la pandemia. Esta contribución es relevante debido a la necesidad de recopilar información sobre las situaciones y problemáticas afrontadas durante la contingencia sanitaria, así como sobre la educación remota y digital que se implementó. Además, este trabajo es esencial para la toma de decisiones relacionadas con las modalidades abierta, a distancia, mixta o presencial. Esta iniciativa contribuye y se alinea con el compromiso de proporcionar una educación socialmente pertinente y responsable, en consonancia con las necesidades e intereses de aprendizaje de los estudiantes universitarios.

Desarrollo

Como parte de una investigación sobre la transición de docentes y estudiantes universitarios a la educación remota durante la pandemia, y con el objetivo de mantener el rigor metodológico, fue crucial llevar a cabo un estudio piloto del cuestionario diseñado para el estudio. La intención era revisar, ajustar y adaptar los ítems en términos de contenido y formato, con el fin de mejorar su claridad, validez y pertinencia (Bossolasco, et al., 2019).

Este piloteo consistió en la revisión del cuestionario, compuesto por preguntas cerradas y abiertas, diseñado para la investigación sobre percepciones de estudiantes, realizada en junio de 2021 durante la pandemia (de Agüero, et al., 2021). El cuestionario para este estudio consta de seis dimensiones y un total de 47 ítems. Para su aplicación, se solicitó a los estudiantes de la Universidad responderlo a través de la plataforma LimeSurvey. El piloteo permitió observar el comportamiento del cuestionario, de la plataforma y de cada ítem, con la participación de 369 estudiantes, de los cuales 282 completaron el cuestionario en su totalidad.

Se reconoció la influencia significativa de la percepción estudiantil en el diseño y desarrollo de las actividades de enseñanza y aprendizaje. La experiencia en las interacciones docente-estudiante enriquece las percepciones de ambos. La percepción estudiantil proporciona información sobre experiencias, conceptos, significados y creencias fundamentales para el acto educativo, influyendo en las prácticas de aprendizaje de diversas maneras.

La indagación sobre las percepciones de los estudiantes no solo se alinea con estudios contemporáneos sobre creencias, opiniones y significados (Rienties et al., 2013; Bahçıvan y Cobern, 2016; Williams et al., 2016 y Domović et al., 2016), sino que también responde a la práctica docente, especialmente en el nivel superior, que requiere una actualización constante para cumplir con las expectativas de los estudiantes (Morales et al., 2021).

Esta tendencia a comprender las opiniones de los estudiantes en estudios educativos a nivel superior es prometedora para entender “qué” piensan u opinan acerca de los procesos de enseñanza-aprendizaje. Investigaciones destacan la urgencia de incorporar las voces de los estudiantes para evitar sesgos en la investigación educativa y en las políticas públicas e institucionales. Otras resaltan la importancia de las interacciones docente-estudiante para el diseño de estrategias didácticas y una formación docente de calidad que reflexione y mejore continuamente (Kožuh y Maksimović, 2020 En relación con el piloteo, se informa que la edad promedio de los participantes fue de 19 años, con un rango de 16 a 54 años. En cuanto al género, el 56.37% fueron mujeres, el 37.67% hombres y el 1.36% se identificó como no binario.

Es importante destacar que, durante el diseño del cuestionario, el equipo de investigación revisó la pertinencia y relevancia de los ítems, la claridad de los reactivos, el nivel de usabilidad de la plataforma LimeSurvey y la arquitectura del cuestionario. Este primer piloteo involucró una revisión por parte de pares, seguida por un segundo piloteo con las poblaciones objetivo del estudio.

Dado que el propósito del piloto era obtener información sobre la pertinencia de los reactivos a partir de una muestra estratégica de informantes, se estableció una meta mínima de 25 profesores y 50 estudiantes. Para la selección de los participantes, se convocó a docentes que previamente habían participado en cursos con el equipo investigador. La convocatoria se realizó mediante correo electrónico, invitándolos a una junta virtual informativa donde se extendió la invitación a resolver el cuestionario y a compartirlo con sus estudiantes. Los docentes recibieron el enlace del cuestionario por correo electrónico y lo compartieron en el mismo formato.

Para recopilar observaciones, se incluyeron al final del cuestionario preguntas abiertas sobre el instrumento. Se firmaron cartas de confidencialidad y de otorgamiento de consentimiento para fines de investigación. El cuestionario estuvo disponible en la plataforma durante dos semanas. Para el análisis de las respuestas, se categorizaron y se determinó la frecuencia de respuesta de los encuestados, recuperando algunas frases significativas de las respuestas.

A continuación, se presentan los análisis de los resultados y propuestas de mejora para los reactivos del cuestionario para estudiantes, según la retroalimentación analizada.

Análisis de los resultados y propuestas de mejora

La primera pregunta se formuló de la siguiente manera: “¿Qué tan claras te parecieron las preguntas del cuestionario que acabas de contestar?”. Esta interrogante buscaba recopilar información general sobre la estructura y redacción de las preguntas. De las respuestas, 84 estudiantes no emitieron comentario alguno, dejando esta opción en blanco (23%). En contraste, 266 estudiantes expresaron comentarios favorables sobre la claridad de las preguntas (72%). La mayoría de estos comentarios fueron breves como: “Muy claras”, “Muy concretas y entendibles”, “Bastante claras”. Además, 17 estudiantes proporcionaron comentarios para mejorar los reactivos (5%), abordando aspectos relacionados con la confusión acerca de si las preguntas se referían al tiempo de estudio individual o a la toma de la clase, la sugerencia de mejorar la comprensibilidad de los términos y la pertinencia de colocar opciones de respuesta de mayor a menor, ya que algunos encontraron dificultades al asignar un orden de preferencia.

Algunos ejemplos de estas respuestas incluyen: “La mayoría fueron muy claras, algunas me causaron conflicto, puesto que no entendía si se refería a lo que yo aplico para mi clase y mi aprendizaje o si se refería a las herramientas usadas mientras tomo la clase”, “Algunas preguntas no estaban bien planteadas, porque tenían palabras que no iban con la redacción” y “Hubo algunas que no entendí del todo bien, podrían poner ejemplos o algo así.”

Basándonos en los comentarios sobre la formulación de las preguntas, se decidió considerar aquellos que se repetían en alguna sección o preguntas específicas. Muchos de los comentarios de mejora llevaron a la revisión del cuestionario para identificar planteamientos confusos y redacciones de preguntas. Esto también condujo a la revisión de la siguiente pregunta de retroalimentación.

La segunda pregunta fue: “¿Existió alguna pregunta que te haya sido más difícil contestar?, ¿cuál y por qué?”. Esta pregunta tenía como objetivo identificar los ítems específicos susceptibles de mejora. De los estudiantes que respondieron al piloto, 85 no contestaron esta pregunta de retroalimentación (23%), 257 estudiantes expresaron que no hubo ninguna pregunta difícil de contestar (70%), mientras que 25 hicieron comentarios sobre alguna pregunta que podría mejorarse.

Las respuestas construidas revelaron que algunos estudiantes tuvieron la oportunidad de reflexionar sobre sus propias prácticas a partir de los planteamientos de los reactivos. Además, hubo reactivos que los estudiantes consideraron sensibles, especialmente aquellos relacionados con cuestiones familiares y personales en la pandemia. Esto refleja la importancia de incluir la opción “prefiero, no contestar” para situaciones de este tipo.

Algunos comentarios sobre este aspecto fueron los siguientes: “Sí, las preguntas sobre la situación personal, nuestra relación con los familiares o personas cercanas que tuvieron covid. De forma general, las preguntas que conllevan un análisis personal y más emotivo que los que tienen que ver con los aspectos educativos”, “Tal vez algunas del principio por temas familiares, pero no fue difícil en términos de comprensión”, “Algunos temas familiares son muy sensibles y podrían parecer difíciles” y “No, solo las familiares fueron incómodas”.

La tercera pregunta fue: “¿Tienes alguna recomendación para mejorar la claridad de las preguntas o las instrucciones de llenado?”. Esta pregunta se centró en las sugerencias de los estudiantes para mejorar la redacción de preguntas e instrucciones de llenado. Del total de respuestas, 86 estudiantes no contestaron esta pregunta (23%), 248 respuestas indicaron que las preguntas estaban bien planteadas y no tenían recomendaciones (68%), y 33 estudiantes proporcionaron comentarios para mejorar la claridad de las preguntas (9%), que se analizarán para considerar mejoras en el cuestionario.

Las sugerencias planteadas incluyeron ampliar las opciones de respuesta, hacer más breves las preguntas y corregir la ortografía de algunas preguntas, entre otras. Las respuestas fueron muy específicas, identificando preguntas que, desde su perspectiva, necesitaban mejoras; muchas de estas sugerencias coincidieron en la pregunta 30, lo que implicaba ordenar las diferentes opciones de respuesta.

Finalmente, la última pregunta fue: “¿Cuánto tiempo te tomó llenar el cuestionario?”. Esta pregunta buscaba conocer el tiempo que les llevó a los estudiantes completar el cuestionario. De los estudiantes, 85 no contestaron (23%), mientras que 282 comentaron el tiempo en que habían completado el instrumento (77%). El rango de tiempo varió entre 7 minutos como mínimo y 45 minutos como máximo. La mayoría reportó haber terminado el cuestionario en un tiempo de entre 25 y 30 minutos, lo cual es adecuado dado el número de preguntas que lo conforman.

A partir del análisis de las respuestas de los estudiantes, se consideraron posibles mejoras en algunos de los reactivos que conforman el cuestionario (ver Tabla 1). En el caso del reactivo 15, se consideró respaldar la respuesta ofreciendo un listado de opciones en función de la sensibilidad de la respuesta al reactivo. En el caso del reactivo 30, se sugiere integrar una escala Likert que dosifique la afinidad de la respuesta. En el reactivo 33, se sugirió incorporar la temática de género en concordancia con la visibilización que se hace de la diversidad y del valor que los estudiantes dan a este tema. Además, se identificó un error tipográfico en el reactivo 37.

Tabla 1. Formas propuestas de mejora al reactivo. Crédito: elaboración propia.

En resumen, el análisis de las respuestas dadas a las preguntas y al cuestionario permitió reconocer errores y oportunidades de mejora en el instrumento. Por lo tanto, el piloteo cumplió con su finalidad, como lo mencionan Muñiz y Fonseca-Pedrero (2008):

Conclusiones

Para el estudio “Transición de docentes y estudiantes de la unam a la educación remota durante la pandemia”, resultó fundamental llevar a cabo un estudio piloto. Este piloteo consistió en la revisión del cuestionario de percepción de los estudiantes mediante su resolución, utilizando la plataforma LimeSurvey con un buen nivel de usabilidad.

Un aspecto destacado es que en el cuestionario se incluyeron preguntas sobre identificaciones no binarias, lo que permitió visibilizar a aquellos que se identifican de esta manera. Esto representa un avance importante al romper con las preguntas tradicionales de sexo dicotómico, que exaltan solo dos identidades de género.

El piloteo se llevó a cabo con la población objetivo, y para recopilar las observaciones de los estudiantes, quienes fueron invitados por algunos docentes, se incorporaron al final del cuestionario preguntas abiertas sobre el instrumento. Es relevante destacar que no todos los participantes respondieron todas las preguntas, lo que podría sugerir áreas específicas de interés o preocupación para los estudiantes.

A partir del análisis de las respuestas, se tuvieron en cuenta mejoras en algunos de los reactivos que conforman el cuestionario. Este análisis permitió reconocer errores e identificar oportunidades de mejora en el instrumento, abordando aspectos como la redacción, las opciones de respuesta y la tipografía. En este sentido, el piloto no solo fue un ejercicio para validar el cuestionario, sino también una herramienta valiosa para mejorar su calidad y efectividad.

Referencias

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• Morales García, M. H., Balcázar Nájera, C. A., Priego Álvarez, H. R., y Flores Morales, J. (2021). El empoderamiento del alumno: una tendencia favorable en la educación superior. RIDE Revista Iberoamericana para la Investigación y el Desarrollo Educativo, 11(22). https://doi.org/10.23913/ride.v11i22.847.
• Muñiz, J. y Fonseca-Pedrero, E., (2008). Construcción de instrumentos de medida para la evaluación universitaria, Revista de Investigación en Educación, (5), 13-25. https://revistas.uvigo.es/index.php/reined/article/view/1816/1727.
• Rienties, B., Brouwer, N., y Lygo-Baker, S. (2013). The effects of online professional development on higher education teachers’ beliefs and intentions towards learning facilitation and technology. Teaching and Teacher Education, 29, 122-131. https://doi.org/10.1016/j.tate.2012.09.002.
• Williams, L., Nixon, S., Hennessy, C., Mahon, E., y Adams, G. (2016). Inspiring to Inspire: Developing teaching in higher education. Cogent Education, 3(1), 1154259. https://doi.org/10.1080/2331186x.2016.1154259.

Recepción: 20/04/2022. Aceptación: 01/11/2023.

Resumen

La infección del tracto urinario es una de las enfermedades infecciosas más frecuentes en todo el mundo y su principal agente causal es Escherichia coli. Esta bacteria es un habitante común de nuestro intestino, sin embargo, cuando llega al aparato urinario puede ocasionar este padecimiento. Para causar estas infecciones, E. coli utiliza diversos mecanismos que le permiten ascender y vivir en el aparato urinario. Afortunadamente hoy en día se cuenta con diferentes antimicrobianos para eliminar este patógeno. En este artículo conoceremos acerca de E. coli uropatógena, los mecanismos que utiliza para colonizar el tracto urinario y los antimicrobianos para combatir las infecciones por este patógeno.
Palabras clave: infección de tracto urinario, bacterias uropatógenas, Escherichia coli.

Escherichia coli: friend and foe in our body

Abstract

Urinary tract infection is one of the most common infections in the world and its main causal agent is Escherichia coli. This bacterium is an inhabitant of our intestine; however, when it reaches the urinary system, it can cause infections. In order to give rise to these infections, E. coli uses various mechanisms that allow it to ascend and live in the urinary tract. Fortunately, today there are different antimicrobials for eliminating this pathogen. In this article, we will learn about uropathogenic E. coli, the mechanisms that it employs to colonize the urinary tract, and the antimicrobials utilized to combat the infections caused by this pathogen.
Keywords: urinary tract infection, uropathogenic bacteria, Escherichia coli.

Introducción

La infección del tracto urinario (itu) que está conformado por los riñones, uréteres, vejiga y uretra (Figura 1) es una de las patologías infecciosas más frecuentes, se estima que al año más de 150 millones de personas adquieren una itu en todo el mundo. Estas infecciones afectan a toda la población, sin embargo, las mujeres son el grupo de mayor riesgo, debido a la anatomía del tracto urinario femenino, donde la uretra es relativamente corta, lo que reduce la distancia para la entrada de bacterias (Czajkowski et al., 2021). En nuestro país alrededor de cuatro millones de personas adquieren una itu al año (Secretaría de Salud, 2020). La mayoría de los pacientes con itu no presentan complicaciones graves, sin embargo, estas infecciones tienen una alta recurrencia, lo cual se refleja en importantes costos económicos (Vargas-Alzate et al., 2019).

Figura 1. Partes del tracto urinario y sitios de infección.
Crédito:elaboración propia.

Las itu pueden ser causadas por una diversidad de microorganismos, no obstante, las bacterias son responsables de la mayoría de estas infecciones (Mancuso et al., 2023). Entre estas, Escherichia coli es el principal agente causal, ya que su alta capacidad de adaptación y variado requerimiento nutricional le permiten sobrevivir en las vías urinarias. Las cepas de E. coli que tienen la capacidad de causar itu se definen como E. coli uropatógenas (ecu) (Luna-Pineda et al., 2018).

Antes de adentrarnos al mundo de las E. coli uropatógenas, ¿sabes qué son bacterias?

Las bacterias son pequeños organismos unicelulares que presentan un tamaño diminuto de entre 0.5 y 5 micras —una micra es una milésima parte de un milímetro—. Además, se conoce que estos microorganismos tienen diferentes formas, que pueden ser esferas (cocos), barras (bacilos), filamentos curvados (vibrios) y helicoidales (espirilos y espiroquetas) (Figura 2). Las bacterias se encuentran en casi todas las partes de nuestro planeta y son vitales para los ecosistemas. De hecho, nuestro cuerpo está lleno de bacterias y se estima que contiene más bacterias que células humanas. La mayoría de las bacterias de nuestro cuerpo son inofensivas e inclusive algunas son beneficiosas para nuestro organismo. No obstante, existe un número relativamente pequeño de especies que causan enfermedades. Dentro de estas especies que pueden causar enfermedades se encuentra la E. coli (Sociedad de Microbiología, 2022).

Figura 2. Formas de las bacterias.
Crédito: elaboración propia.

Escherichia coli, ¿bacteria amiga o enemiga?

Escherichia coli es una bacteria perteneciente a la familia Enterobacteriaceae, se trata de un bacilo (forma de barra), anaerobio facultativo (pueden vivir tanto en presencia como ausencia de oxígeno) y mide 2 micras de largo y 0.5 micras de ancho, es decir, son tan diminutas que para cubrir la cabeza de un alfiler necesitaríamos 3 millones de ellas (Jang et al., 2017). La división celular ocurre aproximadamente cada 20 minutos, es decir en este corto tiempo una E. coli puede dividirse y generar dos bacterias hijas. Asimimo, es uno de los microbios de vida libre más estudiados en el campo de la microbiología y biotecnología, por esta razón es considerado como uno de los organismos modelos más empleados para la experimentación (Yu et al., 2021; Barrer y Irving, 2018).

Este microorganismo es un habitante común del tracto intestinal de los humanos y de otros animales de sangre caliente. La relación que existe entre la E. coli y los humanos se puede definir como comensalismo, es decir, que en esta relación uno de los dos organismos se beneficia, mientras que el otro no es ni perjudicado ni beneficiado. Las E. coli que viven en el intestino de los humanos reciben un suministro constante de nutrientes y un entorno estable y de protección; y además, pueden brindar algunos beneficios a los humanos, al producir unas sustancias llamadas bacteriocinas, las cuales evitan que nuestro intestino sea habitado por bacterias patógenas —que pueden ocasionar enfermedades— (Martinzon y Walk, 2020).

La mayoría de las E. coli son inocuas, pero algunas pueden producir toxinas que les permiten causar enfermedades graves. Este tipo de bacteria productora de toxinas se alojan en alimentos contaminados, por lo que es necesario aplicar las prácticas básicas de higiene de los alimentos, entre ellas, cocerlos bien. Otra forma en la que puede causar enfermedades es cuando migra hacia áreas estériles de nuestro cuerpo, por ejemplo, al tracto urinario (Organización Mundial de la Salud, 2018).

La aterradora Escherichia coli uropatógena

Las ecu son aquellas que manifiestan una alta adherencia a las células del epitelio vaginal y urinario, causando itu. A diferencia del intestino, el tracto urinario es un área estéril, por lo que las infecciones de esta zona inician cuando bacterias de E. coli llegan y colonizan la uretra para posteriormente migrar hacia la vejiga (Figura 1). Durante las infecciones por ecu se inicia un proceso que implica: colonización en las áreas periuretral y vaginal con un posterior ascenso a la uretra, multiplicación de las bacterias en la orina, adherencia a la superficie de la vejiga e interacción con el sistema de defensa del huésped, y finalmente, replicación mediante la formación de comunidades bacterianas intracelulares (Terlizzi et al., 2017).

Pero ¿qué características tienen las ECU?

Las ecu colonizan tracto urinario utilizando una amplia variedad de mecanismos llamados factores de virulencia como los siguientes (Figura 3):

Figura 3. Mecanismos de virulencia de E. coli uropatógena.
Crédito:elaboración propia.

Fimbrias y adhesinas: estas son estructuras filamentosas que surgen de la membrana externa de las bacterias y que las pueden envolver. Estas estructuras las utilizan las bacterias para adherirse a las células humanas, lo cual es el requisito previo para una infección exitosa (Lüthje y Brauner 2014; Asadi Karam et al., 2019).

Receptores que capturan hierro: la disponibilidad de hierro está extremadamente restringida en el tracto urinario, por lo que las bacterias deben estar equipadas con sistemas para sobrevivir en este ambiente. Para subsistir utilizan receptores para absorber hierro del tracto urinario, mediante captadores llamados sideróforos. Los sideróforos son importantes en la colonización por bacterias, la formación de comunidades bacterianas y la producción de biopelículas (Lüthje y Brauner 2014; Asadi Karam et al., 2019).

Toxinas: las toxinas ayudan a que el patógeno se introduzca a los tejidos más profundos, por el rompimiento de las células humanas, para tener acceso a nutrientes. Las toxinas bacterianas también destruyen las defensas inmunitarias del tracto urinario (Lüthje y Brauner 2014; Asadi Karam et al., 2019).

Guerra de dos mundos, Sistema inmune vs ECU: mecanismos de evasión del sistema de defensa humano

Después de la infección, el sistema de defensa humano provoca una fuerte respuesta inflamatoria, seguido por la entrada de neutrófilos —células humanas que combaten las infecciones— y la eliminación bacteriana. Las ecu tienen la capacidad de evitar la respuesta de defensa al ocultarse en el interior de las células o dentro de las biopelículas que conforman (Lüthje y Brauner 2014; Asadi Karam et al., 2019), causando así la sintomatología de la enfermedad. Los síntomas pueden ser: necesidad urgente y frecuente de orinar, ardor al orinar, dolor del vientre bajo, orina turbia y maloliente, orina de color marrón, rosa o teñida de sangre. Si la infección se propaga hasta los riñones puede ser particularmente grave y los síntomas podrían ser además fiebre, dolor en la parte superior de la espalda y del costado donde se encuentran los riñones, náuseas y vómitos (Christiano, 2019).

Arsenal terapéutico, ¿debemos preocuparnos?

Afortunadamente, se han desarrollado fármacos totalmente eficaces para el tratamiento de las itu. Los antibióticos se indican tomando en consideración diversos criterios tanto clínicos como microbiológicos, por ejemplo, el patrón de susceptibilidad antibiótica de la bacteria, condiciones del paciente —edad, género, historial de alergias, otras enfermedades, consumo previo de antibióticos, antecedentes de itu previas—, sitio de la infección urinaria, etcétera. Por esto siempre es importante acudir con el médico, para un correcto tratamiento (Asadi Karam et al., 2019; Terlizzi et al., 2017).

Entre los diversos medicamentos o antibióticos más conocidos, se encuentran trimetoprima/sulfametoxazol, los β-lactámicos, las fluoroquinolonas y nitrofurantoína. Estos fármacos son ampliamente utilizados, debido a que han demostrado ser medicamentos selectivos para el tratamiento de itu no complicadas en muchos países. Por otro lado, la Sociedad de Enfermedades Infecciosas de América ha recomendado el uso de la fosfomicina para el tratamiento de pacientes con itu, incluyendo aquellas infecciones que son causadas por bacterias resistentes a los antibióticos convencionales. Una selección inadecuada de la terapia antibacteriana no sólo no destruye los reservorios de bacterias, también puede ocasionar que las bacterias sobrevivan dentro de las células de la vejiga (Asadi Karam et al., 2019; Terlizzi et al., 2017). Por este motivo debemos evitar imperantemente la automedicación.

Conclusiones

Como hemos abordado en este texto, estamos habitados por cientos de especies bacterianas que viven en nuestro organismo y que muchas veces son esenciales para nuestra salud. Pero también es cierto que existen algunas bacterias nocivas que son capaces de causar enfermedades, como por ejemplo la ecu. Cada año la ecu causa millones de itu, afortunadamente existen tratamientos eficaces que siempre deben ser prescritos por un médico. Para evitar enfermarnos por patógenos como la ecu u otros microorganismos, debemos aplicar un buen lavado y cocción de nuestros alimentos y una higiene de manos eficiente, e incluso con estas acciones podemos evitar la propagación de bacterias y otros microorganismos como virus y protozoarios a otras personas. Por lo tanto, nuestra salud está en nuestras manos.

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Recepción: 12/08/2022. Aprobación: 01/11/2023.

Resumen

La degradación de la tierra consiste en una serie de actividades como la conversión de los bosques a cultivos y la tala, que generan emisiones de gases de efecto invernadero (gei), originan la pérdida o sustitución de especies y en consecuencia promueven el cambio climático. Para mitigar las emisiones de los principales gei la captura de carbono en el suelo es importante, ya que es uno de los mecanismos que permite reducir la concentración de carbono en la atmósfera. En este sentido, los bosques templados (bosques de pino, bosques de pino-encino y bosques de encino) ofrecen un gran servicio ecosistémico capturando y protegiendo el carbono almacenado. Por ejemplo, los bosques templados del estado de Michoacán representan almacenes importantes de carbono a nivel nacional, donde los bosques de encino son los que tienen la mayor cantidad de carbono almacenado por unidad de área. Desafortunadamente, las especies de encino que habitan estos bosques podrían desaparecer o disminuir su distribución debido a los cambios de temperatura y precipitación producidos por el cambio climático. Sin embargo, aún estamos a tiempo para implementar acciones para mitigar, restaurar y rehabilitar los bosques templados de México y combatir el cambio climático.
Palabras clave: carbono, degradación, encinos, servicios ecosistémicos, suelo.

Forests of Michoacán: guardians of carbon against climate change

Abstract

Land degradation consists of a series of activities such as the conversion of forests to crops and logging, which generate greenhouse gas (ghg) emissions, cause the loss or replacement of species, and consequently promote climate change. To mitigate emissions of the main ghgs, carbon capture in the soil is important, since it is one of the mechanisms that allow for the reduction of carbon concentration in the atmosphere. In this sense, temperate forests (pine forests, pine-oak forests, and oak forests) offer a great ecosystem service by capturing and protecting stored carbon. For example, the temperate forests of the state of Michoacán represent important carbon stores at the national level, where oak forests are those with the greatest amount of carbon stored per unit area. Unfortunately, the oak species that inhabit these forests may disappear or experience a decrease in their distribution due to changes in temperature and precipitation produced by climate change. However, we still have time to implement actions to mitigate, restore and rehabilitate Mexico’s temperate forests and combat climate change.
Keywords: carbon, degradation, ecosystem services, oaks, soil.

El papel vital de los bosques en la mitigación del cambio climático

Recientemente hemos escuchado en la radio, televisión y redes sociales que el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (ipcc) publicó el sexto informe sobre el cambio climático global (ccg), donde analizan las acciones que contribuyen al cambio climático, así como aquellas acciones que podrían contrarrestarlo (mitigación). El ipcc es un grupo de científicos de todo el mundo —incluyendo mexicanos—, convocados por la Organización de las Naciones Unidas (onu) para monitorear y evaluar la información que existe a nivel global relacionada con el ccg. En la última reunión llevada a cabo en 2019 establecieron que la degradación de la tierra es un factor impulsor importante del cambio climático (Olsson et al., 2019).

En este sentido, los científicos definieron a la degradación de la tierra como una tendencia negativa en las condiciones del planeta, causada por procesos —directos o indirectos— provocados por las actividades humanas, es decir, aquellas actividades como la conversión de los bosques a cultivos, la tala ilegal, el uso no sostenible de productos y servicios forestales, que al generar emisiones de gases de efecto invernadero, causan la pérdida o sustitución de especies y contribuyen al proceso de cambio climático, disminuyendo la capacidad de los ecosistemas de proporcionar servicios ecosistémicos esenciales para los humanos.

Los bosques proveen a las sociedades de múltiples beneficios que se pueden dividir en cuatro categorías (Millennium Ecosystem Assessment, 2005): 1) regulación de las condiciones en las cuales vivimos (clima, plagas, enfermedades); 2) provisión de bienes (alimentos, agua, madera); 3) beneficios culturales (actividades de ecoturismo, herencia, identidad); y 4) soporte, que se refiere a los procesos ecológicos básicos que permiten la provisión del resto de los servicios como son el ciclo hidrológico, el mantenimiento de la biodiversidad y los ciclos biogeoquímicos. Estos ciclos son aquellos procesos naturales que reciclan elementos en diferentes formas químicas desde el entorno ambiental hacia diferentes organismos y luego a la inversa.

Los seis elementos más comunes en las moléculas orgánicas son el carbono (c), nitrógeno (n), hidrógeno (h), oxígeno (o), fósforo (p) y azufre (s), que pueden estar en una variedad de formas químicas (Espinosa-Fuentes et al., 2015). Estos elementos están almacenados en la atmósfera, la tierra, el agua y en los seres vivos, y cada uno posee su propia ruta de circulación. Si bien todos los elementos mencionados son importantes, el c es considerado el elemento principal para los seres vivos. De hecho, los combustibles fósiles como el carbón, el gas natural y el petróleo, provienen de compuestos de carbono de organismos que quedaron almacenados en los estratos de la tierra. Al quemar los combustibles fósiles para obtener energía, se libera un gas llamado dióxido de carbono (co₂) que se acumula en la atmósfera, el cuál atrapa el calor del planeta, promoviendo el efecto invernadero. La acumulación en la atmósfera de este y otros gases de efecto invernadero como el metano, el óxido nitroso y gases fluorados, provocan cambios en los climas del planeta y consecuentemente el calentamiento global (Espinosa-Fuentes et al., 2015).

Uno de los almacenes de c más importantes es el suelo (Figura 1), una estimación aproximada indica que el 44% del c de los bosques del mundo se encuentra en el suelo (Pan et al., 2011). Por otro lado, el c en el suelo es aproximadamente tres veces más que el almacenado en la atmósfera. El almacén que le sigue en importancia es el de biomasa aérea —tronco, ramas y hojas de árboles y arbustos— con un 42%, la madera muerta con un 8% y por último el mantillo (5%) (Pan et al., 2011). El carbono en los suelos puede encontrarse en forma orgánica e inorgánica. El c orgánico del suelo se encuentra en forma de residuos orgánicos de plantas, animales y humus. La humificación de la materia orgánica implica la participación de los microrganismos del suelo —bacterias, algas y hongos—, en la transformación de los compuestos orgánicos, mejorando la estructura del mismo. Este proceso conlleva la captura de c disminuyendo así la emisión de co₂ a la atmósfera. Por su parte el c inorgánico del suelo proviene de diversos minerales —como la calcita, dolomita y aragonita entre otros— provenientes de la degradación de la roca madre o de procesos pedogenéticos —procesos de formación del suelo—, que finalmente, conducen a la retención del co₂ atmosférico (Ayala-Niño et al., 2018).

Figura 1. Almacenes de carbono en el ecosistema. Dióxido de carbono (co₂) y oxígeno (o₂). El carbono esta señalado de color amarillo.
Crédito: elaboración propia en Biorender.

Pero ¿por qué es importante la captura de c en el suelo? Uno de los mecanismos que permiten reducir la concentración de c en la atmósfera, es mediante su captura en el suelo y por lo tanto, mitigar las emisiones de los principales gei (Galicia et al., 2016). En este sentido, los ecosistemas forestales ofrecen un gran servicio ecosistémico al capturar y preservar el carbono.

La vegetación de un bosque —árboles, arbustos y hierbas— realizan el proceso de fotosíntesis en las hojas, capturando co₂ y liberando oxígeno a la atmósfera. Una vez que estas hojas dejan de estar activas, caen al suelo y pasan a formar parte de la hojarasca. La hojarasca representa el proceso de transferencia de nutrientes de las hojas hacia el suelo. Una vez acumulada la hojarasca, pasa a formar una capa llamada mantillo que cumple la función de cubrir y proteger al suelo de los cambios de temperatura y humedad, hasta que se desintegra (Pan et al., 2011). El tiempo que tarda en ocurrir este proceso depende de las condiciones climáticas, la especie de la que proviene y la composición química de las hojas, los microorganismos e invertebrados que participen y el tipo de suelo (Chávez-Vergara et al., 2015).

Sin embargo, el tipo de vegetación es un factor muy importante por considerar, ya que los científicos estimaron que existen diferencias entre los bosques tropicales y los bosques templados. Los bosques tropicales están formados por diversas especies que dependiendo de la duración de sus hojas se consideran perennifolias —menos del 25% de las especies pierden sus hojas—, subperennifolias —25 a 50% de las especies pierden las hojas—, subcaducifolias —50 a 75% de las especies pierden las hojas— o caducifolias —más del 75% de las especies pierden sus hojas—. Los bosques tropicales se ubican en sitios cálidos y lluviosos durante todo el año (Rzedowski, 2006). Por su parte, los bosques templados son ecosistemas subhúmedos a templado húmedos, que se distribuyen en latitudes medias y en zonas montañosos. Los bosques templados están compuestos por árboles perennifolios —que retienen sus hojas por casi un año como los pinos— y árboles caducifolios que pierden las hojas en temporada de secas (como los encinos) de manera coordinada o por partes para evitar la pérdida de agua y luego desarrollan hojas nuevas, por lo que se acumula la hojarasca y el mantillo en el suelo.

Estas diferencias hacen que los bosques tropicales tengan su principal almacén en los árboles y otras formas vegetales, mientras que en el suelo almacenan el 32% del c, a diferencia de los bosques templados que almacenan en el suelo el 60% del c total y principalmente como materia orgánica humificada (García-Oliva et al., 2006; Pan et al., 2011). Esto es muy importante porque los cambios en el c orgánico del suelo y los flujos de c en los bosques son el resultado de cambios a escala local generados por las actividades humanas, tales como el cambio de uso de suelo, el manejo forestal, los incendios, y el cambio de las especies vegetales nativas (Galicia et al., 2016).

Los bosques templados en México

Los bosques templados en México son comunidades dominadas por árboles como los pinos —especies del género Pinus—, encinos o robles (Quercus), oyameles (Abies) y otras coníferas que se distribuyen en zonas montañosas con clima subhúmedo templado a frío y que cubren alrededor del 20% del territorio nacional (Rzedowski, 2006). Dependiendo de las especies dominantes se puede llamar bosque de pino, bosque de encino, bosque de oyamel e incluso bosque de pino-encino, lo que determinará un papel central en el funcionamiento del ecosistema.

Los bosques templados se establecen sobre diversos tipos de suelo —cerca de 23 tipos de suelo en México—, siendo los andosoles los que poseen la mayor capacidad de almacenar c debido a sus características físicas y químicas de sus minerales (Galicia et al., 2016). Los andosoles son suelos desarrollados en depósitos volcánicos —como ceniza volcánica, piedra pómez, y lava— y/o en materiales piroclásticos, que se encuentran en las regiones subhúmedas y húmedas, y aunque no son tan abundantes respecto a otros tipos de suelos en el país —abarcan el 1.3 % de superficie relativa en México—, son muy frecuentes en los bosques templados mexicanos (Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática, 2007).

Uno de los estados del México con mayor cobertura forestal es el estado de Michoacán, que alberga diferentes tipos de vegetación; en las zonas templadas y montañosas se distribuyen bosques de oyamel, pino, encino y pino-encino, mientras que en las zonas cálidas del estado se encuentra el bosque tropical caducifolio y subcaducifolio (Takaki Takaki et al. 2019).

Un estudio reciente encontró que los bosques templados del estado de Michoacán representan importantes almacenes de C a nivel nacional. Los resultados de este trabajo muestran que los bosques michoacanos pueden almacenar 727,001 Gg de c en la biomasa aérea —tronco, ramas y hojas— y en el suelo, este último contiene el 75% de este valor (García-Oliva et al., 2019). Asimismo, encontraron que los bosques primarios de encino son los que tienen la mayor cantidad de c almacenado por unidad de área. Sin embargo, si se considera el área que ocupa cada tipo de bosque, los bosques de pino-encino contienen 45,891 Gg, lo que representa 25.6% del contenido total del C en la biomasa aérea de los bosques michoacanos, seguido por los bosques de pino con 34,488 Gg, representando 19.2% del total (García-Oliva et al., 2019) (Figura 2).

Figura 2. Bosque de pino-encino en El Área de Protección de flora y fauna Pico de Tancítaro en Tancítaro, Michoacán.
Crédito: Maribel Arenas Navarro.

Los bosques templados enfrentan diferentes amenazas, han sufrido una intensa deforestación histórica, ocasionando que disminuyan en su extensión, número de especies, capacidad de ofrecer servicios ecosistémicos, que además se traduce en emisiones de gei por pérdida de biomasa.

Los escenarios de cambio climático a futuro —basados en análisis de la variación climática global— para el estado de Michoacán, prevén un incremento en temperatura, la disminución en la precipitación y la irregularidad en los eventos meteorológicos, lo que tendrá gran impacto en la vegetación provocando un cambio en los ecosistemas (Sáenz-Romero et al., 2019). La combinación de estos factores tendrá como consecuencia un aumento en la aridez, provocando estrés en las plantas al estar en condiciones que ya no son las adecuadas. Aunado a esto, para el año 2090 se proyecta una reducción del 95.8% en el hábitat propicio para los bosques de coníferas (pinos y oyamel) del estado y un 78.7% para los bosques de encino (Saénz-Romero et al., 2019). Particularmente, las proyecciones de ccg han revelado que especies de encino como Quercus sideroxyla podrían desaparecer del estado (Rodríguez-Correa et al., 2019), por lo que se debe actuar para evitar la pérdida de especies y los servicios ambientales que brindan (Figura 3).

Figura 3. Degradación del bosque templado. A) Tala ilegal y B) Monocultivo de aguacate en Michoacán. Al fondo se observan los encinos.
Crédito: Maribel Arenas Navarro

Otra amenaza es la deforestación y su transformación en terrenos para ganadería, agricultura o urbanización (Denvir et al., 2022). En las últimas décadas la expansión del aguacate en el estado incluye la deforestación y la fragmentación de bosques nativos. A medida que los bosques son reemplazados por huertas de aguacate, las áreas forestales se han vuelto cada vez más aisladas creando un paisaje de cultivo relativamente homogéneo en algunas partes de la región provocando un impacto en la biodiversidad, el suelo, el agua y el c de los ecosistemas (Denvir et al., 2022). El almacenamiento de c se ve directamente afectado negativamente por el cambio de uso del suelo, ya que se ha encontrado que los bosques menos perturbados tienen mayores reservas de c que los bosques degradados y las tierras convertidas a la agricultura extensiva (Ordóñez et al., 2018).

Conservación y manejo de los bosques

La pérdida de servicios ecosistémicos en los bosques del estado de Michoacán coincide con lo observado a nivel global; sin embargo, es posible implementar acciones para mitigar, restaurar y rehabilitar el deterioro adoptando alternativas de producción y aprovechamiento sustentables. Los programas de restauración en los que utilizan especies nativas (especies de esa zona) conjuntamente con la participación de la sociedad, han sido exitosas en bosques de otras partes del mundo (Olson et al., 2019). Las reforestaciones planeadas y con un diseño integral, han obtenido un buen desempeño al mejorar el aspecto económico de las regiones rurales, contribuyendo a la reducción del riesgo de desastres naturales y al aumento de la captura de carbono. Asimismo, fomentar la regeneración natural en los bosques, evitar los monocultivos extensivos y mantener monitoreada la salud del suelo, son actividades que pueden ayudar al manejo sustentable de los bosques. En este sentido, una mejor gestión de los suelos en los bosques puede compensar entre el 5% y el 20% de las emisiones globales actuales de gei causadas por las actividades humanas (Pan et al., 2011).

En general, para evitar la degradación de los bosques se debe de empezar por realizar actividades de gestión, políticas de mitigación, prácticas climáticamente inteligentes adaptadas al contexto y a las necesidades locales, restauración y rehabilitación a escala local, que promuevan los servicios ecosistémicos que generan los suelos y los bosques. Una mejor comprensión del papel del suelo de los bosques templados en la dinámica del c en los ecosistemas forestales y de los mecanismos responsables de los cambios de esta dinámica, es fundamental para la implementación de políticas de mitigación. Adoptar prácticas sustentables para el manejo del suelo, y prevenir la degradación de la tierra es clave para aprovechar todo su potencial y así mantener la producción de alimentos, el suministro de agua limpia, el almacén de c, la protección de la biodiversidad y una mayor resiliencia al cambio climático.

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Recepción: 15/12/2022. Aprobación: 01/11/2023.

Resumen

¿Cómo se obtienen los nuevos fármacos? ¿De dónde salen nuevos productos para descontaminar un lago o el suelo? Las plantas y los microorganismos producen millones de moléculas que pueden tener una de estas importantes aplicaciones biotecnológicas. Hasta hace unos años, la caracterización biotecnológica era un proceso costoso y complicado. Sin embargo, la revolución de la bioinformática trajo consigo las bases de datos biológicas que, en conjunto con el desarrollo de la tecnología, han permitido el diseño y desarrollo de algoritmos para conocer la función biológica de un compuesto. Gracias a ello, actualmente se puede predecir la actividad biológica de una gran variedad de moléculas antes de emprender un experimento en el laboratorio. El objetivo de este artículo es compartir cómo es que se pueden caracterizar productos naturales, como fármacos, desde una computadora personal, utilizando bases de datos pertinentes y métodos computacionales in silico, para después comprobar la actividad biológica con pruebas in vitro.
Palabras clave: base de datos, in silico, acoplamiento molecular, productos naturales, bioinformática.

Is it possible to identify new drugs from your computer?

Abstract

How are new drugs obtained? Where do new products to decontaminate a lake or soil come from? Plants and microorganisms produce millions of molecules that can have one of these important biotechnological applications. Until a few years ago, biotechnological characterization was an expensive and complicated process. However, the bioinformatics revolution brought with it biological databases that, in conjunction with the development of technology, have allowed the design and development of algorithms to know the biological function of a compound. Thanks to this, it is now possible to predict biological activities from a wide variety of molecules, before undertaking an experiment in the laboratory. The objective of this article is to share that it is possible to characterize natural products, such as drugs, from a personal computer, using relevant databases and in silico computational methods, and then verify the biological activity with in vitro tests.
Keywords: databases, in silico, molecular docking, natural products, bioinformatics.

Introducción

—Hace un año, trabajé en un proyecto para la biorremediación1 del río Atoyac, en Puebla, México. Entre los contaminantes de este río, están los tintes usados en la industria textil, que son altamente tóxicos y poco degradables. Para llevar a cabo dicha biorremediación, los investigadores querían utilizar bacterias que produjeran enzimas capaces de reducir estos compuestos tóxicos. El problema era que no estaban seguros si las enzimas producidas por las bacterias eran capaces de reaccionar de manera específica con esas moléculas. Entonces, mi trabajo fue realizar computacionalmente un acoplamiento molecular de las enzimas bacterianas2 propuestas con cada una de las moléculas tóxicas seleccionadas. Así, si la afinidad de unión3 entre la enzima y el compuesto era buena, quería decir que la enzima era capaz de reducir el compuesto (ver video 1). Una vez realizada la propuesta, el grupo de investigación recopiló los análisis y diseñó un sistema bacteriano capaz de degradar esos compuestos (Acevedo et al., 2021).

Video 1. Resultado de una simulación dinámica realizada en GROMACS a 10 ns de Pseudomonas putida y el compuesto azoico azul índigo.
Crédito: el resultado se elaboró y visualizó con el software Visual Molecular Dynamics (VMD).

El anterior testimonio, perteneciente a una estudiante de la Licenciatura en Biología, es la punta del iceberg sobre lo que se puede hacer o predecir desde una computadora. En los últimos años, la demanda por los métodos computacionales en numerosas investigaciones ha ido creciendo y, con ello, la importancia de hacer más accesible la bioinformática y la biología computacional en el descubrimiento de nuevos compuestos activos. Por ello, en este artículo se describen métodos computacionales generales para la caracterización biotecnológica. Esto incluye el concepto de acoplamiento molecular de enzimas y ligandos, junto con los pasos que se siguen para llevar a cabo este análisis computacional.

Fuentes de nuevos compuestos y cómo analizar grandes volúmenes de datos

Los productos naturales (pn), en un sentido amplio, se refieren a cualquier parte, biomolécula (como las enzimas o proteínas) o compuesto químico (también llamado metabolito secundario) obtenidos de un ser vivo, como una planta o un microorganismo (Sarker y Nahar, 2012). Una de las aplicaciones más importantes de los pn es en biotecnología ambiental, específicamente en la biorremediación. Las plantas y microorganismos tienen un papel fundamental en el reciclaje de carbono, nitrógeno, fósforo y azufre. Al mismo tiempo, sus pn son capaces de degradar compuestos contaminantes más complejos como los provenientes de las actividades industriales. Las principales aplicaciones de estos pn son el tratamiento de aguas residuales, degradación de xenobióticos4 y petroquímicos (Glazer y Nikaido, 2007). Este tipo de moléculas pequeñas, como los contaminantes o los metabolitos secundarios, se convierten en ligandos cuando interaccionan con las biomoléculas, como las proteínas.

Al recopilar una vasta información taxonómica, molecular, genética, metabólica y toxicológica de pn se ha generado la necesidad de almacenar y poner a disposición grandes volúmenes de datos. El surgimiento de las bases de datos (bd) permitió resolver este problema de almacenamiento y mejoró la disponibilidad de datos biológicos. Hoy en día, la bioinformática es esencial para manejar y comprender esta información. El uso de diferentes métodos que combinan algoritmos, lenguajes de programación, programas y otras herramientas han dado lugar a lo que se conoce como análisis in silico (Cañedo-Andalia y Arencibia Jorge, 2004). Esto quiere decir que se analizan en la computadora las interacciones entre diferentes pn. Con la información que nos proveen las bd es posible predecir la actividad de un pn en tres etapas básicas (ver figura 1).

Figura 1. Cómo caracterizar productos naturales activos desde tu computadora, en tres sencillos pasos: 1) conocer las bases de datos, 2) aprender y analizar mediante un método computacional, y 3) corroborar el resultado in silico con un experimento in vitro.
Crédito: imágenes y vectores de Freepik.com.

Paso 1. Bases de datos de productos naturales y de actividad biológica

Las bd de productos naturales cambian de acuerdo con la zona geográfica, tipo de organismo (hierbas, plantas vasculares, cactáceas, etcétera), propiedad biológica, uso y aplicación (antibióticos, anticancerígenos, suplementos alimenticios, entre otros), compuestos químicos o proteínas. Otro tipo de bd son como bibliotecas virtuales que resguardan artículos especializados y permiten acceder a información relevante para elegir un modelo de estudio. Las bd enfocadas en actividad biológica almacenan propiedades de interacción entre moléculas (compuestos químicos-proteínas-genes). La actividad biológica es el potencial que tiene una molécula para llevar a cabo una función, por ejemplo, su uso contra una determinada enfermedad (Jackson et al., 2007). Algunas bd reportan datos como concentraciones inhibitorias, dosis efectivas y dosis letales o tóxicas. La mayoría de las bd son de acceso libre (algunos ejemplos se encuentran en el cuadro 1), otras son exclusivas para investigadores y requieren de un registro. También existen bd con un costo, las cuales, en su mayoría son generadas para la industria farmacéutica.

Paso 2. Métodos computacionales: el acoplamiento molecular

El acoplamiento molecular es una predicción de las interacciones entre dos pn: un ligando (molécula pequeña) y una proteína. Los primeros acoplamientos moleculares se basaron en métodos qsar (relaciones cuantitativas estructura–actividad, por sus siglas en inglés) (Ekins et al., 2007). Estos métodos utilizaban computadoras con procesadores hechos de silicio para estimar la actividad biológica de las moléculas; por ello a estos análisis se les llamó in silico. Las primeras predicciones con computadoras usaban modelos matemáticos que relacionaban una estructura con una propiedad fisicoquímica o una actividad biológica, siguiendo como principio la estadística. El primer registro de un fármaco con un diseño in silico es el mesilato de nelfinavir, usado para inhibir una proteína del Virus de Inmunodeficiencia Humana (vih) (Meza Menchaca et al., 2020).

Después surgieron metodologías de acoplamiento basadas en descriptores, reglas, conocimiento, ligandos, objetivos, afinidad virtual, entre muchas otras (Ekins et al., 2007). Dentro de las más usadas se encuentran aquellas que dependen de la disponibilidad de información estructural. Por esta razón, durante un tiempo, los científicos se concentraron en experimentos con las estructuras 3D de proteínas. Todas estas metodologías condujeron a la creación de múltiples interfaces y softwares de afinidad virtual (ver video 1).

Gracias a las numerosas metodologías, se han descubierto inhibidores y dianas terapéuticas que han servido para probar diferentes ligandos que prometen ser futuros fármacos. Es fascinante el control en tiempo récord de brotes de enfermedades a partir de la identificación de compuestos bioactivos y su afinidad a las dianas terapéuticas (Meza Menchaca et al., 2020). Un ejemplo bastante familiar fue la búsqueda de fármacos para el tratamiento de covid-19, donde el acoplamiento molecular fue “el rey de los métodos computacionales” (Pavan y Moro, 2023).

El acoplamiento molecular ha evolucionado de manera que nos ha permitido reportar y comprobar interacciones de distinta naturaleza, como interacciones ligando-proteína (ver figura 2 y video 1), proteína-proteína, adn-ligando, adn-proteína, sólido-proteína, sólido-ligando, entre otras (Dar y Mir, 2017).

Figura 2. Acoplamiento molecular proteína-ligando. La estructura terciaria de la proteína está marcada en verde y la molécula pequeña (ligando) en rojo. Visualización con el programa PyMol donde, utilizando los botones de los apartados marcados, se puede eliminar las moléculas de agua (paso (d)) y observar las interacciones del acoplamiento (paso (g)).

¿Cómo se puede llevar a cabo un análisis de acoplamiento molecular?

La metodología para realizar los acoplamientos moleculares puede resumirse en siete pasos (ver listado a – g), lo que requiere diferentes bd y programas computacionales (ver figura 1). Cabe destacar que esta secuencia puede considerarse como una receta básica general, pero cada bioinformático la modifica y adapta según sus objetivos y lo que intenta analizar.

1. Obtención de estructuras. Consulta de diferentes bd para descargar las estructuras 3D de las moléculas para el acoplamiento (ver figura 1 y tabla 1).
2. Búsqueda de dominios funcionales. Una proteína puede tener dominios funcionales5 compartidos con varias familias proteicas, pero esto no significa que mantengan su función biológica. De esta manera, se consultan los dominios funcionales, se anotan y, después del acoplamiento molecular, se verifica si la unión sucedió dentro de estos dominios.
   Dominios funcionales. Secuencias de aminoácidos iguales que pueden encontrarse en proteínas similares a las de nuestra consulta.
3. Exploración de sitios activos. Las proteínas contienen sitios específicos donde otras moléculas pueden unirse y llevar a cabo su función biológica. A estos sitios se les conoce como bolsillos de unión o sitios activos. Éstos se muestran como cavidades en las estructuras 3D de las proteínas donde entrará el ligando.
4. Minimización energética de moléculas. A veces las moléculas 3D contienen moléculas de agua u otras con metales pesados. Éstas pueden interferir en el acoplamiento molecular y deben eliminarse. Después, se minimiza la energía de las moléculas 3D para corregir distorsiones o tensiones, reducir el movimiento y garantizar una estructura estable (ver figura 2).
5. Acoplamiento molecular. En este paso se seleccionan los aminoácidos que conforman el sitio activo de la proteína y se realiza el acoplamiento molecular de los ligandos (ver figura 2).
6. Análisis de resultados. El acoplamiento molecular arrojará varios resultados, pero los más importantes son la energía de enlace (describe la fuerza de interacción proteína-ligando) y el score o puntuación de acoplamiento (refleja la calidad de la unión). Mientras menores sean estos valores, más probable es que la función biológica se cumpla.
7. Visualización de interacciones. Se observan las interacciones intermoleculares (fuerzas de van der Waals, interacciones iónicas, etcétera). También se verifica si la unión sucedió dentro de los aminoácidos que conforman los dominios funcionales del paso b (ver figura 2).

¿Por qué se realizan los pasos de minimización y medición de energías en las biomoléculas? Como puede observarse en el video 1, estas biomoléculas no son rígidas y estáticas como rocas. Su interacción con los ligandos para predecir una posible actividad biológica tampoco es como armar legos. Más bien, tienen unas partes que les dan estructura y otras que son como resortes en movimiento. Entonces, se usan ecuaciones matemáticas para predecir cómo se mueven estos resortes, qué carga tienen y cómo interactúan con los ligandos o las moléculas de agua. Justo con las herramientas computacionales se pueden hacer estos cálculos matemáticos y probar muchas condiciones y ligandos de manera eficiente y muy cercana a la realidad.

Paso 3. ¿Análisis in silico o análisis in vitro?

Un experimento in vitro es aquel donde se comprueba si un pn es activo. Se utilizan placas o cajas plásticas o de vidrio (de ahí el término in vitro) y, para que sea válido, se requieren múltiples repeticiones de una misma prueba. Entonces, si ya se realizó el análisis in silico, ¿es necesario realizar un experimento in vitro? ¿Cuándo es necesario hacer un análisis in silico o uno in vitro? Es normal plantearse estas preguntas y la respuesta es más sencilla de lo que parece. Cuando se reporta un nuevo compuesto con determinada actividad para resolver un problema médico o ambiental es común ver un análisis in vitro, en el que el compuesto fue probado a diferentes concentraciones. Sin embargo, los análisis in vitro no revelan la interacción que existe entre los compuestos y, por tanto, no tenemos conocimiento sobre porqué es efectivo y las posibles alternativas. Las investigaciones que usan herramientas in silico permiten entender, en un menor tiempo, la interacción entre compuestos. Por lo tanto, el análisis in silico es un complemento de los análisis in vitro.

El futuro está en las computadoras

En la actualidad, se puede utilizar una computadora personal para dar los primeros pasos en el descubrimiento de compuestos activos a través del acoplamiento molecular. Además, gracias a internet, podemos acceder vía remota a múltiples bd y programas bioinformáticos. Sin embargo, ésta es una visión reducida del potencial que tienen los métodos computacionales. En análisis masivos de datos in silico es ideal la independencia de la web. Para esto se usan computadoras de alta gama que tienen miles de gb de memoria, cientos de tb de almacenamiento y decenas de núcleos de procesamiento. Estos equipos suelen estar conectados entre sí formando clusters,6 que pueden analizar cientos de procesos bioinformáticos al mismo tiempo de manera eficiente.

Conclusión

Aún nos queda mucho por descubrir, pero, gracias a la bioinformática y la biología computacional, los descubrimientos están siendo mucho más rápidos que nunca. En general, los bioinformáticos descubren fármacos desde su computadora en tres pasos: a) conociendo bd sobre organismos y compuestos activos, b) usando métodos computacionales como el acoplamiento molecular y c) combinando métodos in silico e in vitro.

¿Cuáles son las nuevas tendencias y el futuro de esta área de la biología computacional? Debido a la gran cantidad de datos que actualmente existen, conocidos como big data, los investigadores y las compañías farmaceúticas ya están usando inteligencia artificial (ia) para analizar toda esta información molecular. Lo anterior les permite predecir de manera muy precisa nuevas estructuras, lo que ahorra tiempo y dinero. Además, el avance en el desarrollo de métodos computacionales en general se enfoca en abordar los principales retos en esta área, como la alta flexibilidad de las biomoléculas y la lentitud en la unión-disociación de las mismas. Sin embargo, hay temas que aún necesitan respuesta, como el entendimiento de los mecanismos de reacción, los procesos termodinámicos y la cinética de las interacciones moleculares, entre otros.

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Recepción: 18/10/2022. Aprobación: 01/11/2023.