Ciencia y Vida | InvestigaciónPremio Nobel de Química 2018

Nobel para los imitadores de la evolución de las especies a nivel microscópico

Se fijaron en la evolución de las especies para dirigirla en proteínas capaces de producir desde biocombustibles a medicinas

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Nobel para los imitadores de la evolución de las especies a nivel microscópico
Nobel de Química 2018 para Frances Arnold, George Smith y Gregory Winter

Nobel de Química 2018 para Frances Arnold, George Smith y Gregory Winter N. Elmehed

Resumen:

El Premio Nobel de Química 2018 ha recaído en una mujer y dos hombres: Frances H. Arnold (Pittsburg, EE.UU., 1956), George P. Smith (Norwalk, EE.UU., 1941) y Sir Gregory P. Winter (Leicester, Reino Unido, 1951). Cual Charles Darwin, se fijaron en la evolución de las especies para dirigirla en proteínas microscópicas capaces de producir desde biocombustibles a productos farmacéuticos, entre otras cosas. Incluso, los anticuerpos que evolucionaron utilizando un método llamado visualización de fagos pueden combatir las enfermedades autoinmunes y, en algunos casos, tratar un cáncer metastásico.

Desde que aparecieron las primeras semillas de la vida hace unos 3.700 millones de años, casi todos las rincones de la Tierra han sido conquistados por organismos adaptados a su entorno: líquenes que pueden vivir en laderas de montañas desnudas, arqueas que prosperan en aguas termales o medusas que brillan en la oscuridad de los océanos profundos. ¿Por qué no aplicar ese principio a microbios e, incluso, proteínas?

La doctora Arnold intentó durante años cambiar una enzima llamada subtilisina para que, en lugar de acelerar reacciones químicas en una solución a base de agua, funcionara en un disolvente orgánico, la dimetilformamida (DMF), una sopa de vida. Eso creó cambios aleatorios (mutaciones) en el código genético de la enzima y luego introdujo estos genes mutados en bacterias que producían miles de variantes diferentes de subtilisina.
Después de esto, el desafío fue descubrir cuál de todas estas variantes funcionaba mejor en el solvente orgánico. En evolución, hablamos de supervivencia del más apto; En evolución dirigida esta etapa se llama selección. Desde ese momento empezó el proceso de mejoras. Arnold aceleró y, en parte, tomó el papel de la naturaleza en el proceso darwiniano de lo microscópico.

Apareamientos microscópicos en tubos de ensayo

El siguiente paso importante fue dado por Willem P. C. Stemmer, un investigador y empresario holandés que murió en 2013. Introdujo otra dimensión en la evolución dirigida de las enzimas: el apareamiento en un tubo de ensayo.

Las herramientas de la tecnología en ADN se han perfeccionado desde principios de la década de 1990 y los métodos utilizados en la evolución dirigida se han multiplicado. Frances Arnold ha estado a la vanguardia de estos desarrollos. Las enzimas que ahora se producen en su laboratorio pueden producir la química que ni siquiera existe en la naturaleza, produciendo materiales completamente nuevos. Sus enzimas adaptadas también se han convertido en herramientas importantes en la fabricación de diversas sustancias, como los productos farmacéuticos. Las reacciones químicas se aceleran, producen menos subproductos y, en algunos casos, ha sido posible excluir los metales pesados ​​requeridos por la química tradicional, lo que reduce considerablemente el impacto ambiental.

Los combustibles alternativos, producidos por las proteínas de Arnold, pueden usarse en automóviles y aviones. De esta manera, sus enzimas están contribuyendo a un mundo más verde.

Clonación de genes. Cuando el virus infecta a una bacteria

En la primera mitad de la década de 1980, cuando George Smith comenzó a usar bacteriófagos (virus que infectan a las bacterias) tenía la esperanza de que pudieran ser utilizados para clonar genes. La tecnología del ADN aún era joven y el genoma humano era como un continente sin descubrir. Los investigadores sabían que contenía todos los genes necesarios para producir las proteínas del cuerpo, pero identificar el gen específico para una proteína en particular era más difícil que buscar una aguja en un pajar.

Usando las herramientas genéticas de ese tiempo, el gen podría insertarse en bacterias que, con un poco de suerte, podrían producir en masa la proteína a estudiar. Todo el proceso se denominó clonación de genes y la idea de George Smith fue que los investigadores que buscan genes podrían usar los bacteriófagos de una manera ingeniosa.

Alrededor de 1990, varios grupos de investigación comenzaron a utilizar la técnica. Para desarrollar nuevas biomoléculas. Una de las personas que la adoptó fue Gregory (Greg) Winter y es gracias a su investigación que podemos gozar de un nuevo campo de terapias en el terreno de los anticuerpos. Aquí es donde todo conecta con el laureado el lunes por sus trabajos en la inmunoterapia contra el cáncer:

Los anticuerpos son moléculas en forma de Y; el extremo lejano de cada brazo se adhiere a sustancias extrañas. Greg Winter se unió a la información genética de esta parte del anticuerpo del gen a una de las proteínas de la cápsula del fago y en 1990 demostró que se podía pegar a él. El anticuerpo que usó fue diseñado para unirse a una pequeña molécula conocida como phOx. Cuando Greg Winter usó phOx como una especie de anzuelo de pesca molecular, logró sacar el fago con el anticuerpo en su superficie de una sopa de otros cuatro millones de pagos. En suma: podía dirigir mucho mejor el ataque, por ejemplo, hacia una célula tumoral o la proteína que produce inflamación en una enfermedad autoinmune.

El premio, dotado con 9 millones de coronas suecas, se repartirá entre los tres. En la terna, vuelve a aparecer una mujer –este martes fue premiada Donna Strickland tras 55 años de ausencia femenina en los Nobel de Física– después de décadas de flagrante ausencia de investigadoras laureadas. De los 181 galardones otorgados en esta categoría desde 1901, solo cinco han sido para mujeres, el 2,7% del total, la mayoría ha quedado en manos de la familia Curie, pionera dentro de estos premios.