Reconstrucción de un virus

Reconstrucción de un virus

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El Nobel que hizo bellos a los virus

Inteligencia artificial & Ciencia | Investigación Entrevista con Joachim Frank

El Nobel que hizo bellos a los virus

La criomicroscopía ha revolucionado el campo de la imagen de lo minúsculo. Charlamos con el pionero de esta técnica, el Nobel Joachim Frank.

El pasado junio, con Pedro Sánchez recién nombrado Presidente del Gobierno y con cierto clima de optimismo en el mundo de la investigación, Joachim Frank (Weidenau, Alemania, 1940) pronosticó que habría «debilidad en la toma de decisiones e incertidumbre», habida cuenta de las matemáticas parlamentarias. Un científico suele tirar de datos y Frank, tres meses después de aquella afirmación, parece no equivocarse. Eso sí, está por ver cuánto de la «temporalidad» que él mismo pronosticó se cumple.

Porque este químico germano-estadounidense no trabaja en la demoscopia, sino en la microscopio; pero no tiene reparos en señalar las debilidades del sistema de investigación que se traducen en una llamativa «falta de premios Nobel españoles», pese a que han despuntado genios o la «triste ausencia» de «criomicroscopios». Hay materia prima, pero no termina de desatarse la reacción química. Territorio en el que, ahí sí, es tan experto que revolucionó el mundo de la imagen microscópica hasta llevarse el año pasado el premio de la Academia Sueca. Aquí, el motivo:



Si nos hemos acostumbrado a ciertas imágenes mentales de los microorganismos es gracias a la criomicroscopía electrónica. Un invento cuyos pilares fueron puestos por Joachim Frank a finales de los setenta y que en 2017 le valieron el Nobel de Química. Aquí explicamos su importancia. | Vídeo: M.V.


Jurado en los Premios Jaume I, en su visita a España ha recordado la importancia de la investigación trasnacional, aunque él está más acostumbrado a mirar a lo más pequeño. Junto a Richard Henderson y Jacques Dubochet, inventó el ojo de la cerradura que sirve para espiar la vida de las moléculas en ese gran hermano que es la célula.

La criomicroscopía de Frank, en cuatro pasos

La criomicroscopía de Frank, en cuatro pasos E.I. / Academia Sueca de las Ciencias

La criomicroscopía supone un hito respecto a las técnicas anteriores. «Hay muchas moléculas que se han visto por rayos X. –explica Frank–. Muchas moléculas importantes que tienen que ver con transporte de iones. En otras palabras, permiten ver cómo es la comunicación ente distintos compartimentos de la célula. Todas esas moléculas, como necesitan vivir en entornos lípidos (grasos), no pueden cristalizar, con lo que no se podían ver a gran resolución con rayos X». La criomicroscopía sí que permite espiarlas en su salsa, en su entorno. «Esto nos puede llevar a un conocimiento básico para la investigación hacia medicamentos más eficientes para combatir enfermedades como la fibrosis quística», ejemplifica.

La foto más detallada del zika

En 2016, un equipo de la Universidad Purdue (Estados Unidos) utilizó criomicroscopía electrónica para analizar una cepa de zika aislada de un paciente infectado durante la epidemia de la Polinesia francesa en 2013-14. Se descubrió que la estructura del virus es muy similar a la de otros flavivirus y, en particular, parecida al dengue. Es algo distinta en una región que facilita la unión a anticuerpos y a receptores de huéspedes, abriendo el camino a nuevos tratamientos.

Sin embargo, quizás en el imaginario colectivo lo que quede de aquella noticia sea esta foto, la de un esférico sellado por hexágonos cual balón de fútbol. La criomicroscopía ha hecho populares (y bellos) a virus, bacterias e incluso moléculas, cuya representación se ha incorporado a la cultura popular.

«El virus zika es de un tipo que había sido explorado desde hacía tiempo. Ahora podemos mirarlo con más detalle –precisa Frank–. Si está en las noticias es sólo por los últimos asuntos de salud pública. Cuando tienes la capacidad de ver sus estructuras atómicas con mucha fiabilidad tienes en tu mano herramientas para crear dianas terapéuticas».

«Probablemente la criomicroscopía es capaz de estimular a la imaginación de la gente porque nos da visualizaciones intuitivas. No es como la cristalografía, que es una interpretación de patrones indirecta. Con la crío las tienes directamente. Mucha gente ha adoptado esta técnica porque, en muchos sentidos, es más fácil, no necesitas cristales, pero el conocimiento que obtienes de una molécula es más completo, porque la capturas en diferentes estados a la vez a partir de una sola muestra. Aquí las moléculas se parecen más a la vida. En cristalografía tienes una foto en una posición particular que no tienen por qué tener nada que ver on cómo se comporta en su estado natural»

«Haga zoom en esa foto»; el FBI de las células

Una manera de ver cómo trabajan los ordenadores en la criomicroscopía es pensar en las películas con tramas de investigación. En la ficción vemos la típica escena en que alguien pide al técnico que haga zoom en una imagen grabada o una fotografía. La imagen es ampliada y, tras un instante en que está borrosa, se vuelve nítida hasta poder ver el bigote del malhechor.

Imagen del zika obtenida por criomicroscopía

Imagen del zika obtenida por criomicroscopía Purdue

Esto, que es ficción, se aproxima a lo que la inteligencia artificial empieza a hacer con el procesado de imágenes, no sólo microscópicas. «El término inteligencia artificial agrupa muchos métodos de aprendizaje profundo, pero también de computación a partir de grandes datos y eso ya se está usando», explica Frank, refriéndose a un campo aún con recorrido dentro de la imagen de microscopía.

Los ordenadores que trabajan con la técnica de Frank, en buena medida, hacen algo así. A partir de muchos grupos de imágenes («dataset») aprenden a deducir cómo son las caras ocultas de una imagen bidimensional. A partir de ahí puede realizar alzados, como quien renderiza la imagen de una casa a partir de un plano.

Hay otros métodos también muy eficaces para visualizar estructuras biológicas muy pequeñas. Quizás no tan bellas, pero muy versátiles, como los sincrotrones. Y de esos sí tenemos uno en España: