Bogotá D.C., 8 de octubre de 2017
Acaban de concederse por parte de la Real Academia de las Ciencias de Suecia los prestigiosos Premios Nobel de Medicina, Física y Química. La ciencia permite conocer con más y más detalle, es decir, con mayor profundidad la estructura y función de los fenómenos naturales. Cada descubrimiento hace retroceder la frontera de lo desconocido. Los científicos trabajan a cada lado de la sutil línea que separa lo conocido de lo desconocido; de allí surgen preguntas nuevas para problemas nuevos. Las aplicaciones tecnológicas que se obtienen de la investigación científica inundan nuestras vidas día tras día.
NOBEL DE FÍSICA
Una de las características fundamentales de la ciencia es su capacidad predictiva. De la centenaria teoría general de la relatividad Einstein predijo la existencia de las ondas gravitacionales, aunque el gran científico alemán creyó que no podrían ser detectadas. Así como una piedra que cae sobre la superficie de un estanque genera ondas, el choque cósmico de, por ejemplo dos agujeros negros, produce una deformación de la estructura del espaciotiempo en forma de ondas gravitacionales. Ondas que son muy débiles, pues la gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales que gobiernan el funcionamiento del universo: las otras tres son la electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil estas dos últimas responsables de ciertos fenómenos en el núcleo del átomo.
Los estadounidenses Reiner Weiss, Barry Barish y Kip Thorne se llevaron el prestigioso galardón gracias a su investigación sobre las ondas gravitacionales, que fueron detectadas directamente en el año 2015 en el experimento LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser). Tales ondas manaron tras la colisión de dos agujeros negros situados a una distancia de 1.200 millones de años luz, lo que quiere decir que viajaron durante 1.200 millones de años a la velocidad de la luz hasta llegar a la Tierra, para finalmente ser detectadas en suelo estadounidense.
Sobre este descubrimiento comenta el físico argentino Mario Díaz de la Universidad de Buenos Aires (UBA), quien trabaja en el proyecto LIGO: “La importancia en ese momento y la importancia histórica de la detección como tal es confirmar un aspecto de la teoría de Einsten que fue conflictivo por muchos años. La historia de la detección de las ondas gravitacionales es épica. Son cien años. Probablemente, ninguna partícula o fenómeno predicho de la historia moderna de la física ha llevado tanto tiempo de ser verificado. Por ejemplo, el bosón de Higgs llevó unos treinta años entre predicción y descubrimiento”.
Las ondas gravitacionales abren una ventana nueva para el estudio del universo: agujeros negros, big bang, estrellas de neutrones y otros fenómenos astrofísicos conocidos y desconocidos.
NOBEL DE MEDICINA
Los científicos estadounidenses Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young fueron galardonados por el descubrimiento de los mecanismos moleculares del llamado reloj biológico, un mecanismo adaptativo situado en el interior de las células que permite a los seres vivos sincronizar cambios fisiológicos y de comportamiento con los ciclos día/noche por la rotación, cada 24 horas, de la Tierra.
En 1984 los tres galardonados, trabajando con la mosca de la fruta, aislaron y caracterizaron molecularmente un gen llamado period del que se había predicho su existencia pero que nunca se había aislado del genoma. Posteriormente se demostró que la proteína codificada por dicho gen se acumula durante la noche y se degrada en el transcurso del día. Identificar por primera vez la base molecular del ritmo biológico sirvió para entender qué es lo que sucede cuando hay alguna falla, incluso en los seres humanos. Por ejemplo, se encontró que una mutación en el gen period de los humanos causa el llamado insomnio familiar por retiro de fase, que es algo que se hereda y que hace que una persona no se pueda dormir hasta las dos o tres de la mañana.
El reloj interior está implicado en la regulación del sueño, la liberación de hormonas, el comportamiento alimentario e incluso en la presión sanguínea y la temperatura corporal. Las disfunciones circadianas (palabra que significa casi diarias) se han vinculado a trastornos del sueño, a depresiones, al trastorno bipolar, a la función cognitiva, a la formación de la memoria, a algunas enfermedades neurológicas y al cáncer. El síndrome del cambio rápido de zona horaria, más conocido como jet lag, es una muestra clara de la importancia del reloj interno y sus desajustes.
Las moléculas que participan en el control de los ciclos circadianos surgieron muy pronto en la historia de los seres vivos y se conservaron a lo largo de su evolución. Existen en formas de vida unicelular y en organismos pluricelulares como hongos, plantas, animales y seres humanos.
NOBEL DE QUÍMICA
Los galardonados fueron Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson quienes desarrollaron la llamada criomicroscopía electrónica con la cual fue posible generar imágenes tridimensionales de moléculas. La estructura de las moléculas está directamente relacionada con lo que son capaces de hacer; conocerla y fotografiarla ayuda a entender su función. La criomicroscopía electrónica permite congelar biomoléculas en movimiento y tomarles una foto con un alto detalle de resolución atómico. Esta tecnología supone toda una revolución en el terreno de la bioquímica pues permite contemplar con gran precisión la estructura y características de moléculas importantes en el funcionamiento de los seres vivos, como por ejemplo, las proteínas.
La posibilidad de visualizar aquello que era invisible a los ojos humanos dio lugar a numerosos desarrollos científicos. Por ejemplo, el telescopio le permitió a Galileo ver que la superficie de la Luna no era tan perfecta como se creía, y las lentes de aumento de los microscopios posibilitaron que Leeuwenhoek descubriera un mundo de organismos hasta ese momento desconocidos. Pero la búsqueda continuó en forma incesante con el fin de lograr visualizar la vida en sus detalles más íntimos, llegando hasta el nivel de las moléculas.
Durante mucho tiempo esa tarea parecía imposible. Pero la criomicroscopía electrónica la hizo posible. Los investigadores pudieron congelar moléculas biológicas y visualizar procesos que nunca habían podido ser observados, lo que ha permitido no solo la comprensión de los mecanismos celulares sino también el desarrollo de numerosos fármacos.
Hasta los años 1990, los microscopios electrónicos (desarrollados en 1930) solo servían para obtener imágenes de materia muerta pues los haces de electrones destruyen la materia viva. No fue tarea fácil que la célula permitiera ser fisgoneada en su intimidad con una altísima resolución. Sin embargo Richard Henderson, investigador del Laboratorio de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido, logró utilizar uno de estos aparatos para generar la imagen tridimensional de una proteína con una excelente resolución atómica. Joachim Frank, de la Universidad de Columbia, en Nueva York, EE UU, incorporó avances que hicieron que la tecnología fuese más allá de la prueba inicial al desarrollar un método para procesar las imágenes bidimensionales borrosas obtenidas por el microscopio electrónico, analizarlas y combinarlas para obtener una estructura tridimensional bien definida. Por último, Jacques Dubochet, de la Universidad de Lausana, en Suiza, fue el responsable de controlar el papel del agua en el proceso. En el vacío de un microscopio electrónico, el agua líquida se evapora y hace que las biomoléculas pierdan su forma original. A principios de los años 1980, Dubochet logró vitrificar el agua a partir de un método que la congelaba con la suficiente rapidez para que se solidificase alrededor de una molécula biológica y mantuviese su estructura natural incluso en el vacío del microscopio electrónico.
Esta tecnología ha permitido observar con precisión proteínas que provocan resistencias a quimioterapias contra el cáncer o a los antibióticos que se emplean contra las infecciones, el funcionamiento de los complejos moleculares que regulan el reloj circadiano o los mecanismos por los que se captura la luz durante la fotosíntesis. En un caso muy práctico y reciente, se recuerda cómo cuando los investigadores empezaron a sospechar que el virus del Zika era la causa de la epidemia de bebés nacidos con microcefalia en Brasil, emplearon la criomicroscopía para obtener fotografías del virus. Gracias a las imágenes tridimensionales que lograron pudieron empezar a buscar fármacos para combatir la infección.
Las proteínas están compuestas por unas moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos cuyos átomos, con una organización determinada, les permite cumplir diversas funciones. Es importante conocer dicha disposición porque la estructura está estrechamente relacionada con la función. Gracias a esta tecnología se pueden estudiar las estructuras y posibles alteraciones moleculares de proteínas cuya función está alterada y es la causa de distintos trastornos y enfermedades, como el cáncer. Entender los procesos moleculares involucrados en una enfermedad tan compleja como el cáncer, es indispensable para poder actuar de manera eficiente y específica.
La criomicroscopía electrónica ha revolucionado la biología estructural en los últimos cuatro años gracias a los avances logrados por los tres galardonados tanto a nivel básico de desarrollo de la técnica, como a nivel del hardware con el desarrollo de los equipos y del software en el desarrollo de los algoritmos de análisis y los programas de computador que permiten procesar la información.