Evolución para diseñar moléculas logra el Nobel de Química

Paulino Betancourt Figueroa | @p_betanco

Profesor-Investigador Universidad Central de Venezuela • Miembro de la Academia Nacional de Ingeniería y Hábitat • Editor de la Revista Catálisis • Presidente (H) de la Sociedad Venezolana de Catálisis.

Este año, tres científicos compartieron el Premio Nobel de Química al aprovechar el poder de la biología evolutiva para diseñar moléculas con una variedad de usos prácticos. Entre ellos se incluyen nuevos medicamentos, reacciones más eficientes y menos tóxicas para la fabricación de productos químicos y combustibles derivados de plantas que podrían reemplazar el petróleo, el gas y el carbón extraído del subsuelo.

Una mitad del premio y del millón de dólares que lo acompañan, fue para Frances Arnold, de 62 años, profesora de ingeniería química en el Instituto de Tecnología de California. La otra mitad fue compartida por George Smith, profesor emérito de ciencias biológicas en la Universidad de Missouri y Gregory Winter, bioquímico en el M.R.C. Laboratorio de Biología Molecular en Inglaterra.

Desde 1901 que se otorgó por primera vez el Premio Nobel de Química, Arnold es la quinta mujer en ganarlo y la primera desde 2009. Al principio de su investigación intentó el “diseño racional”, empleando la lógica y el conocimiento de cómo funcionan las proteínas para tratar de construir nuevas enzimas. Proteínas que actúan como catalizadores en las reacciones químicas.

Un enfoque menos arrogante

Pero las enzimas son moléculas grandes y complejas, algunas de las cuales contienen miles de aminoácidos y es difícil entender cómo un cambio en su estructura afecta la forma en que funcionan. En la década de 1980, intentó reconstruir las enzimas pero encontró difícil manipular los genes de las enzimas para darles nuevas propiedades. En la década de 1990, abandonó lo que ella llamó su “enfoque un tanto arrogante” de intentar crear enzimas modificadas a través de su lógica y conocimiento y examinó la forma en que la naturaleza hace las cosas. ¡Se volvió hacia la evolución! “Copié los inventos de la naturaleza, este maravilloso proceso de evolución, para generar moléculas como si de criar gatos y perros se tratara”.

Para esta investigación de “evolución dirigida”, insertó el gen que produjo la enzima que quería estudiar y que se convertía en bacterias de rápida reproducción. Con las mutaciones del gen, ella podía examinar qué tan bien funcionaban las variaciones de la enzima. Eligió la que funcionó mejor y repitió el proceso, al igual que la evolución elige la supervivencia del más apto en las generaciones venideras.

Brillante en su simplicidad

Smith y Winter fueron honrados con el Nobel desde otro rincón de la biología sintética, un campo que surgió en la década de 1980 después de que una técnica llamada reacción en cadena de la polimerasa permitiera la duplicación del ADN. En su trabajo, aprovecharon el poder de los bacteriófagos, los virus que infectan las bacterias, para aplicaciones que eventualmente contribuyeron a nuevos medicamentos que tratan una variedad de enfermedades. Estos bacteriófagos consisten en una pieza de ADN dentro de una cápsula de proteínas y demostraron ser herramientas útiles.

Smith incorporó una variedad de genes candidatos dentro del ADN de los fagos y los agregaron a su recubrimiento exterior. Cuando ciertos fagos lograron unirse a un anticuerpo conocido, establecieron la conexión entre el péptido y el gen que lo produjo. La academia describió este enfoque, conocido como visualización de fagos, como “brillante en su simplicidad”.  Smith  dijo que los otros investigadores habían encontrado formas de aplicar la tecnología que había desarrollado para avances posteriores.

A su vez, Winter se basó en el trabajo de Smith y utilizó la visualización de fagos para desarrollar anticuerpos que podrían servir para tratar enfermedades como la esclerosis múltiple y el cáncer. Los medicamentos tradicionales utilizan pequeñas moléculas para alterar los procesos dentro de las células y el desarrollo de anticuerpos estaba fuera de la experiencia de las principales compañías farmacéuticas. Winter insertó el gen para producir un anticuerpo en los fagos y luego examinó las variantes de los anticuerpos, seleccionando los que se unían más efectivamente. La evolución repetida del gen condujo a anticuerpos más efectivos.

El primer fármaco con anticuerpos desarrollados de esta manera, el Adalimumab, que se vende bajo la marca Humira, fue aprobado en 2002 para tratar la artritis reumatoide, la psoriasis y las enfermedades inflamatorias del intestino. Otros anticuerpos se usan para matar las células cancerosas, neutralizar el ántrax y retardar el progreso del lupus. Se están probando anticuerpos adicionales para tratar enfermedades como el Alzheimer.

Un Nobel de la ciencia por el bien de la ciencia

En una oportunidad dijo que buscó los conocimientos científicos básicos de la evolución: la ciencia por el bien de la ciencia. Tuvo éxito en ajustar un anticuerpo de ratón para trabajar dentro de los humanos. Luego se probó como tratamiento para una mujer con cáncer. “No sabíamos lo que pasaría, en realidad estaba bastante preocupado de que este anticuerpo pudiera ser bastante feroz y que ella muriera”. Después de unos días, el tumor comenzó a disminuir y él fue a visitar al paciente. “Entré allí y esta hermosa dama, que estaba tejiendo con bastante calma, le dijo que estaría feliz si el tratamiento experimental sólo extendiera su vida unos meses porque su esposo se estaba muriendo y ella quería estar con él”.

Culmino con la frase de la doctora Arnold, quien habló el miércoles en una conferencia de prensa en Caltech: “Mientras animemos a todos los que quieran hacer ciencia, a todos, no importa su color o género, veremos a los Premios Nobel que vendrán de estos diferentes grupos”.

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