Premios Nobel de ciencias 2008

LLEVANDO LUZ AL MUNDO INVISIBLE DE LA CÉLULA
Todavía recuerdo con claridad a mi profesor de primaria dibujando en la pizarra una célula. Con su caja de tizas de colores pintaba las diferentes estructuras celulares: el núcleo, las mitocondrias, el aparto de Golgi, etc. Siempre me fascinó ese mundo microscópico tan alejado de nuestra experiencia cotidiana; pero que todos llevamos dentro. Así podréis comprender mi desilusión cuando un día me regalaron mi propio microscopio con sus muestras para la observación. Todo listo, poner los ojos y mirar. Sí, pero no comprendía lo que veía. Recuerdo que protesté a mis padres. ¿Dónde estaban las células? Mientras que la figura de mi profesor mostraba una célula aislada y con colorines, al microscopio solamente veía amasijos de células, todas de color blanquecino con numerosos puntos oscuros aquí y allí.

Tuvieron que pasar muchos años para que se tendiese un puente entre ambas visiones de las células para mí. Por el camino aprendí que el mismo problema lo habían enfrentado los microscopistas desde Anton van Leeuwenhoek en el siglo XVII. Una primera solución fue el uso de colorantes, que son capaces de teñir diferentes estructuras de las células. Una tinción famosa fue la de Golgi que, en manos de Ramón y Cajal, se convirtió en una poderosa herramienta para visualizar las terminaciones nerviosas de las neuronas y que finalmente llevó a un Nobel compartido entre ambos en 1906.

Yo habría posiblemente olvidado mi primer escarceo con el microscópico, si no fuera porque a principios de esta década me embarqué en un proyecto en la Universidad de St Andrews (Escocia, Reino Unido) que pasaba por el coloreado de ciertas partes de las células. Para ello utilicé una nueva herramienta desarrollada en los años 90: las proteínas fluorescentes. Se trata del sueño de todo biólogo celular llevado a la realidad: el gen de una proteína que es capaz de emitir luz por sí misma cuando se la ilumina con rayos ultravioletas: la proteína verde fluorescente (GFP, por sus siglas en inglés) derivada de la medusa Aequorea victoria. Rápidamente los biólogos de todo el mundo empezaron a fusionar el gen de la proteína GFP a los genes de otras proteínas de la célula y observar el resultado. Y las imágenes son fascinantes. Si la proteína a la que GFP se fusiona está en el núcleo, éste da un intenso color verde; si se fusiona GFP a una proteína de la mitocondria, las mitocondrias aparecen al microscopio como brillantes espaguetis, si se dirige GFP al aparato de Golgi, se pueden ver sus saquitos, como aquí, en una de mis imágenes con el aparato de Golgi en verde y las mitocondrias en rojo(1).

Este ha sido un descubrimiento que ha revolucionado la biología actual. En 1962 Osamu Shimomura purificó la proteína GFP; pero no fue hasta 1994 que Martin Chalfie, contando ya con las herramientas de la ingeniería genética desarrollada en las décadas intermedias, puso la GFP a trabajar al introducir el gen con las instrucciones para fabricar esa proteína en la bacteria intestinal Escherichia coli y, mucho más importante, las células del gusano transparente Caenorhabditis elegans, que es muy utilizando en investigación (la razón es su simplicidad, 959 células que, sin embargo, dan para que tenga incluso un sencillo cerebro). Pero ha sido el grupo de Roger Y. Tsien el que, desde los años 90, ha introducido toda clase de mutaciones en la GFP para perfeccionarla generando variantes de ella que den diferentes colores, y alistando para el trabajo a otras proteínas fluorescentes de otros organismos. La paleta de colores actual es un arco iris casi sin límites: azul, verde, amarillo, rojo, y toda suerte de colores intermedios a los que se han dado nombres sugerentes: ciruela, fresa, naranja, etc. De esta manera pueden visualizarse simultáneamente varias células de un organismo (incluso en lugares donde están tan enmarañadas como en el cerebro) o varios compartimentos dentro de una única célula a la vez con diferentes colores. Incluso se ha podido fusionar la GFP a otras estructuras para crear “biosensores” que emiten fluorescencia en respuesta a todo tipo de estímulos, desde la infección de virus hasta la presencia de contaminantes en el agua.

Y lo mejor de todo… a diferencia de los antiguos colorantes y tinciones, las células no mueren, permanecen vivas y ¡es incluso posible grabar una “película” siguiendo el movimiento de las proteínas que van unidas a las proteínas fluorescentes! Así se ha seguido la progresión de cánceres, el desarrollo de embriones animales o de plantas, etc. No sé si mi viejo profesor ha podido ver estos resultados; pero resulta fascinante contemplar estas imágenes y pensar en sus dibujos multicolores. ¡Hemos logrado que se hagan realidad! El entusiasmo que esta nueva técnica ha generado, y los muchísimos resultados que se han acumulado en los últimos años estudiando las células con estos colores(2), ha llevado a que este año se haya concedido el Premio Nobel de Química a los tres investigadores antes mencionados.

NO HAY ENEMIGO PEQUEÑO… VIRUS DEL SIDA Y EL PAPILOMA
También relacionado con el mundo microscópico ha sido este año el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, que ha sido concedido a tres destacados investigadores del mundo de los virus. Dos virus de transmisión sexual han sido los que han centrado sus vidas: el virus del SIDA (VIH), y el virus del papiloma humano (VPH).

En ambos casos se trata de historias que revolucionaron el mundo de la ciencia en los 80. El VIH pertenece a un grupo de virus que ya para entonces estaba muy estudiado: los retrovirus. Hasta entonces, esos virus eran conocidos por producir generalmente tumores en animales. Esto no habría despertado mucho interés si no fuera porque estos son unos virus muy inusuales. Generalmente los virus tienen sus genes en forma de ADN (como nosotros) del que se produce un mensaje genético en forma de una molécula menos estable, el ARN, que la célula descifra para producir proteínas, que son las responsables de llevar a cabo la mayoría de funciones vitales de las células y también de los virus. Otros virus no tienen ADN, sino su información se almacena directamente en ARN. Los retrovirus son unos de esos virus. Pero lo que se descubrió en 1970 fue algo sorprendente. Los retrovirus son capaces transformar su ARN en ADN (en dirección opuesta a lo que suele ser lo normal en todo el mundo viviente), insertar luego ese ADN conteniendo sus genes en medio de nuestros propios genes (en los cromosomas de las células que infectan) y, a partir de ahí, producir indefinidamente nuevas copias de ARN con la información para enerar las proteínas del virus, y que también se utilizan para producir nuevos virus que infecten a las células vecinas. Una maquinaria sobrecogedora y terrible, pues una vez que la célula ha incorporado los genes del virus entre los suyos propios, resulta casi imposible para la célula librarse de ellos. Generalmente, la única forma que el cuerpo tiene de solventar el problema es mediante la destrucción de aquellas de sus propias células que han sido infectadas... Pero en fin, todo parecía indicar que nosotros no estábamos en peligro, las principales víctimas conocidas eran los pollos y los ratones.

Sin embargo, en 1981 el laboratorio de Robert Gallo se descubrió el primer retrovirus humano (Virus de la leucemia humana de células T, human T-cell leukemia virus, HTLV), causante, como en animales, de un cáncer, en este caso, de un tipo particular de leucemia (¡no todas las leucemias son producidas por virus!). No obstante, esto no pasaba de ser una rara enfermedad que nada parecía tener que ver con una nueva epidemia que empezaba, simultáneamente, a llamar la atención del mundo en aquellos días: el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA, cuya existencia empezó a ser apreciada en 1981).

Pero todo cambió para el mundo de los retrovirus cuando Françoise Barré-Sinoussi and Luc Montagnier (premiados ahora con el Nobel) descubrieron en 1983 que el virus responsable del SIDA era un nuevo retrovirus, el virus de la inmunodeficiencia humana, VIH (que se muestra en verde en la figura adjunta, saliendo de un linfocito, en azul(3)). El descubrimiento de que esa epidemia mortal, que rápidamente se extendió a millones por todo el planeta desde los años 80, estaba causada por un retrovirus hizo que estos virus hayan pasado al centro de la escena virológica en las tres últimas décadas. Mientras que los investigadores siguen buscando una vacuna, el resultado de la investigación de estos años, en forma de medicamentos antiretrovirales, está ya transformando la vida de aquellos pacientes que pueden tener acceso a ellos. Afortunadamente, cada vez son más los que pueden beneficiarse de ese extraordinario avance farmacéutico que, lentamente, va llegando no solamente a pacientes del primer mundo, sino también a las grandes bolsas de enfermos en África, que también están afligidos de pobreza extrema en muchos casos. Este es un Premio Nobel más en el campo de la retrovirología, que ya cuenta con una ilustre serie de precedentes (Peyton Rous, 1966; Temin y Baltimore, 1975; Varmus y Bishop, 1989).

Mucho menos conocida, pero no por ello menos fascinante e importante es la historia del otro virólogo premiado este año: Harald zur Hausen que, contra lo que se creía durante los años 70, defendió que el segundo cáncer más frecuente en las mujeres, el cáncer cervical (estamos hablando de cerca de medio millón de mujeres al año), era causado por la infección de un virus: el virus del papiloma humano (VPH).

Sus ideas, no muy apreciadas inicialmente, han ganado apoyo en la comunidad científica. La clave está en que el ADN del virus puede permanecer en las células sin producir virus de forma evidente y, lentamente volviendo la célula en tumoral. La única forma de comprobar esto era la búsqueda específica del ADN del virus en las células tumorales. La historia se complicó porque solamente ciertas partes del ADN viral permanecían integradas en el genoma de la célula y, además, existen varios subtipos de VPH diferentes, de los que sólo unos pocos producen cáncer. Finalmente, entre 1983 y 1984 consiguió descubrir el VPH16 y 18, que se encuentran en un 70% de los cánceres cervicales. Se considera que más del 99% de cánceres cervicales se deben a algún tipo de VPH. Con el tiempo se ha detectado VPH en otros tumores, generalmente en la zona urogenital. Y no sólo el Nobel ha recompensado la tenacidad de este virólogo, recientemente se ha desarrollado una vacuna (que ya ha empezado a administrarse en España) frente a los principales tipos del VPH, que permitirá que esta investigación tenga un impacto extraordinario sobre la vida de muchas personas, especialmente mujeres, en el futuro inmediato: el sueño de todo virólogo.

EL CORAZÓN DE LA MATERIA
Y para completar nuestra mirada a los Premios Nobel de ciencias de este año, debemos bucear en un mundo mucho más abstracto y complejo: el mundo de la simetría. La naturaleza nos ofrece múltiples ejemplos de simetría y de asimetría, desde el mundo mineral al mundo de la vida. Pero la simetría y asimetría que los tres investigadores premiados este año con el Nobel de Física (Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa) han estudiado es mucho más fundamental. Mientras que los premios de Química y Medicina apuntan hacia algo pequeño, pero más próximo y familiar, proteínas, virus, células; el premio de Física apunta hacia los misterios de lo ínfimo (las partículas subatómicas, los componentes más pequeños que forman la materia) y hacia la aurora de los tiempos (los eventos iniciales del Big-bang).

Nambu ha sido premiado por su propuesta, a principios de los 60, del mecanismo de la ruptura espontánea de simetría en el mundo de las partículas subatómicas. Este fenómeno se produce cuando hay unas fuerzas en un equilibrio simétrico, pero ese equilibrio es inestable y finalmente el sistema se estabiliza; pero en un estado que no comparte esa simetría. Esto se ha comparado a un lápiz o una peonza en equilibrio que finalmente “rompe la simetría” por efecto de la gravedad y cae. Lo que Nambu estudió fue la ruptura de la simetría entre protones y neutrones en el núcleo de los átomos, y elaboró una teoría que era capaz de explicar las nuevas partículas que se formaban en ese proceso.

Kobayashi y Maskawa trabajaron una década más tarde en la asimetría entre materia y antimateria. Para entonces se conocían tres de los componentes más diminutos de la materia (los quarks). Su análisis de unos experimentos de 1964 les llevó a la conclusión, en 1972, de que su explicación requería suponer la existencia de al menos otros tres quarks, algo que parecía alocado en aquel momento. Sin embargo, el estudio de colisiones entre partículas en los aceleradores de partículas, llevó progresivamente al descubrimiento de esos nuevos quarks en 1974, 1977 y 1995.(4)

Este gran logro científico abre la puerta, sin embargo, a un nuevo misterio. ¿Por qué hay más materia que antimateria en el universo? Todo lo que nos rodea está formado por partículas de materia; pero eso no es todo lo que existe, también existen partículas de antimateria, en las que ciertas propiedades son “opuestas”. Tras la gran explosión del Big-bang, grandes cantidades de energía se transformaron en materia y antimateria. Cuando ambas se encuentran se produce la aniquilación de las dos, y de ahí, una gran liberación de energía. Así las cosas, el destino del naciente universo sería la aniquilación de toda la materia que acabaría transformada simplemente en energía. Sin embargo, no fue así. La materia ganó la partida, y he aquí que nosotros estamos compuestos de ella. Se piensa que la razón se debe a que hubo un desequilibrio, una ruptura de la simetría, pues se formó un poquitín más de materia que de antimateria (una partícula extra de materia por cada 10 mil millones de partículas de antimateria(5)). Lo suficiente para formar el universo que podemos ver a nuestro alrededor. Pero, ¿por qué esa asimetría? Muchos esperan respuestas del último de los aceleradores de partículas que se ha construido, el Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider, LHC, en la figura adjunta(6)) situado en el CERN, entre Francia y Suiza, que se inauguró recientemente, pero que está actualmente en reparación. Ahí esperan encontrar el bosón de Higgs, una partícula cuya existencia fue predicha ya en 1964, y que es la última que queda por encontrar (¡al menos con el llamado “Modelo Standard” actual!(7)). Esta partícula estaría en el corazón del mecanismo de Higgs que explicaría por qué se produjo esa asimetría en el momento del Big-bang. Si el LHC consigue observar esa partícula, no cabe duda de que se habrá dado un paso de gigante en la física y la cosmología. Tendremos que estar atentos.

CELEBRANDO EL AVANCE DEL CONOCIMIENTO
Titulaba Francis Bacon uno de sus más famoso libros como: “El avance del saber”.(8) Allá por el año 1605 nos ofrecía ahí una encendida defensa de la investigación en todos los frentes, en especial el científico. Y una buena parte del libro se dedicaba a hacer una reivindicación del “saber” desde una perspectiva cristiana, incluyendo un gran despliegue de erudición bíblica.

En el fondo, esto era un producto más del entusiasmo del entorno “puritano” por la ciencia, a cuyo progreso durante el siglo XVII contribuyó de manera decisiva, y que merecerá un estudio especial en otro artículo. Y en el mismo espíritu acababa mi anterior artículo, diciendo que podemos y debemos “celebrar a Dios desde el progreso de la ciencia”, y recordando que “cada nuevo avance de la ciencia no debe ser contemplado como un retroceso de la fe”.(9) Si este artículo ha contribuido a ser un ejemplo práctico de ello, me daría por satisfecho. Hemos de abandonar ese permanente sentimiento de sospecha, de que los científicos traman una “conspiración” anti-cristiana, de que construyen al monstruo de “Frankenstein” en sus laboratorios, etc. En general, tienen vidas mucho más prosaicas, luchando por resolver especializados rompecabezas que suelen tener que ver con cosas mucho más inmediatas y concretas, y que, como hemos podido ver en este artículo, suelen ocupar años e incluso décadas. Un cristiano debería sentirse fascinado por las delicadas estructuras celulares que las proteínas fluorescentes nos muestran, agradecido y lleno de alegría por el hecho de que terribles enfermedades que destruyen millones de vidas estén siendo combatidas y acorraladas, y, finalmente, sobrecogido por el delicado equilibrio que hay en nuestro universo (evitando la tentación “apologética” de sacarse a Dios “de la manga” a cada misterio sin resolver de la ciencia).

Los recientes avances de la biología han mostrado la asombrosa complejidad de los seres vivos y, en especial, del ser humano; pero en un espíritu muy bíblico, nos recuerdan también nuestra fragilidad y pequeñez. Fragilidad, porque organismos invisibles a nuestros ojos, como los virus, que no tienen más que un puñado de genes, son capaces de tumbarnos. Y pequeñez, porque cuando más se descubre sobre el inmenso universo en el que vivimos, más nos damos cuenta de nuestra insignificancia, lo cual debería llenarnos de humildad. Pero también de alegría. Decía el salmista “¿Qué es el hombre, para que de él te acuerdes; y el hijo del hombre, para que lo visites?”(10) Y lo fascinante es la respuesta del Nuevo Testamento: Dios, en Jesucristo, se acordó de nosotros y nos visitó.

Autor: Pablo de Felipe es doctor en Bioquímica, investigador, escritor y profesor de Ciencia y Fe en el Seminario SEUT

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Referencias

1) http://www.st-andrews.ac.uk/ryanlab/Translocon/pPDF21.htm.
2) El uso de estas proteínas fluorescentes se ha publicado en más de 30.000 artículos. Bob Grant. Green team win 2008 Nobel. NewsBlog, 8 de Octubre de 2008. The Scientist. Disponible en: http://www.the-scientist.com).
3) http://en.wikipedia.org/wiki/Image:HIV-budding-Color.jpg.
4) Los físicos les han puesto nombres curiosos a esas partículas: up (arriba), down (abajo), strange (extraño), charm (encanto), bottom (fondo), top (cima).
5) Real Academia de Ciencias Sueca. The Nobel Prize in Physics 2008. Press Release. 7 de Octubre de 2008. Disponible en: http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2008/press.html
6) http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Construction_of_LHC_at_CERN.jpg.
7) Este modelo, una de las cumbres de la física del siglo XX, unifica las partículas conocidas y tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza. La unificación con la cuarta fuerza, la gravedad, parece difícil y es el objeto de las conocidas como teorías de la “gran unificación”, que han perseguido generaciones de físicos desde Einstein…
8) Francis Bacon. El avance del saber. Alianza Editorial, Madrid, 1988.
9) Pablo de Felipe. El Diseño Inteligente y las alternativas apologéticas en las ciencias (5/5). 16 de Noviembre de 2008. Protestante Digital. Disponible en: http://protestantedigital.com/new/nowleernoticiaDom.php?r=251&n=11519.
10) Salmo 8:4. Versión Reina-Valera Actualizada.