Directores de la evolución
Por un lado, la estadounidense Frances Arnold y, por el otro, el también estadounidense George Smith y el británico Gregory Winter obtuvieron el Nobel de Química 2018 por haber «tomado el control de la evolución y haber usado sus mismos principios para desarrollar proteínas que resuelven muchos problemas de la humanidad», según afirmó la Real Academia de Ciencias de Suecia.
Frances Arnold George Smith Gregory Winter
El Nobel de Química 2018 premia la aplicación de estrategias propias de la evolución para fabricar proteínas que no existen en la naturaleza y que se aplican para la producción industrial de combustibles y de fármacos para el tratamiento de enfermedades, como la diabetes o el cáncer.
La ingeniera Frances Arnold, la quinta mujer en la historia en obtener el Nobel de Química, recibe la mitad del premio (cuyo total es de 870.000 euros) por “la evolución dirigida de enzimas”. Por su parte, los biólogos George Smith y Gregory Winter se reparten la otra mitad por el uso de virus bacteriófagos para desarrollar anticuerpos con aplicación terapéutica.
“El premio es por la evolución artificial de proteínas, por un lado, para mejorar enzimas de uso industrial y, por el otro, para diseñar proteínas con diversidad, como anticuerpos para tratamiento de enfermedades”, señala Alejandro Nadra, profesor en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, e investigador de CONICET.
Nadra acentúa la importancia de premiar a una mujer en Química, hecho que no acontecía desde 2009. Por otro lado, advierte que “estos premios destacan a una persona en particular, cuando en realidad los conocimientos científicos se generan en comunidades, en trabajos que, a lo largo de la historia, se apoyan en trabajos previos, y a veces resulta un poco injusto designar a un descubridor”.
Evolución de proteínas
En todos los organismos vivos, las proteínas son las responsables de realizar casi todas las actividades de las células, tanto estructurales como funcionales, y el ADN es el que principal reservorio de la información para fabricarlas.
La evolución funciona a través de mutaciones en el ADN que ocurren al azar. En un determinado ambiente, algunas de esas mutaciones permiten que los organismos que las poseen puedan dejar mayor descendencia. En los trabajos premiados, las mutaciones permitieron generar, en forma artificial, muchas variantes de una proteína.
“Lo que se hizo fue aislar una enzima con una actividad determinada, generar variantes de ella en forma artificial, y luego elegir aquella que cumple sus funciones de una manera más conveniente para los objetivos de la investigación”, explica Nadra.
Es que una enzima puede funcionar muy bien en un organismo vivo, pero cuando se la traslada a un contexto industrial, con mayores temperaturas, o en presencia de otros compuestos, puede suceder que no funcione de la forma esperada. Entonces, se la puede hacer evolucionar para que mejore ese funcionamiento.
Para mejorar el funcionamiento de una enzima, lo que hizo Arnold fue generar un gran número de variantes, y probar cuál era la que mejor funcionaba en las condiciones en que quería emplearla.
Ahora bien, dado que la información para fabricar las proteínas reside en el ADN, resulta necesario generar muchas variantes de ADN que a su vez dan lugar a las diversas proteínas. Esas variantes de ADN son insertadas en bacterias o en levaduras, para que fabriquen las enzimas, y luego se selecciona el organismo que produjo la mejor proteína, es decir, aquella que cumple su función de la manera más conveniente para los objetivos de la investigación. Por último, se secuencia el gen que dio lugar a esa proteína. Lo que resta es, con ese molde, fabricar las enzimas en cuestión.
Virus que infectan bacterias
Por su parte, Smith y Winter aplicaron técnicas similares a las de Arnold, pero mediante una herramienta diferente. “En este caso se emplean bacteriófagos: virus que infectan bacterias”, afirma Nadra, y prosigue: “Se modificó un trozo del ADN de una proteína que está en la superficie del fago, y así, a través de una biblioteca de secuencias de ADN, se generó una gran variedad de proteínas”.
De ese modo, los investigadores identificaban la proteína más adecuada a su interés, buscaban el fago que la había producido, y determinaban la secuencia genética de la proteína. La técnica se conoce como display de fagos, pues se basa en lo que muestran los fagos en su superficie.
Lo que se buscó es una proteína que tenga mayor afinidad por algún anticuerpo en particular. “Las diversas variantes de la molécula con afinidad por el anticuerpo se colocan en contacto con los fagos presentes en un tubo de ensayo y se analiza cuáles se quedan pegadas con mayor intensidad al fago. Luego se busca la secuencia genética de esas moléculas”, detalla Nadra. El procedimiento se repite en varios ciclos.
Los fagos, que crecen muy rápido, son empleados así para generar diversidad de proteínas, en particular, se utilizaron para diseñar anticuerpos. Por ejemplo, se diseñó un anticuerpo monoclonal que se emplea en el tratamiento de enfermedades autoinmunes. En 2002 ese medicamento fue aprobado para tratar la artritis reumatoidea y ahora se usa para tratar distintos tipos de soriasis y de enfermedades intestinales.
El utilizar fagos resulta más sencillo y económico que inyectar ratones con un antígeno para generar una respuesta inmune, y luego utilizar el suero como tratamiento.
En relación con la importancia del premio, Nadra opina que, si bien estas técnicas se emplean desde hace unos treinta años, y están incorporadas a la cotidianeidad de muchos laboratorios de biología molecular, es cierto que “poder reproducir el potencial de la selección natural en un tubo de ensayo y en unos pocos días es algo poderoso que vale la pena destacar”.
Teniendo en cuenta que estas investigaciones de ciencia básica tienen aplicaciones relevantes en la industria, Nadra concluye: “Sería importante que el sector productivo se dé cuenta de la importancia de poder acompañar estos procesos de investigación básica para generar valor en el país, porque todo aquello que se va a generar en los próximos años es lo que salga de los laboratorios de ciencia básica”.
