Frances H. Arnold, George P. Smith y Sir Gregory P. Winter ganaron el Premio Nobel de Química 2018 por utilizar la bioquímica para forzar la evolución de las proteínas, uno de los componentes básicos de la vida.
Arnold, que se convirtió en la primera mujer en ganar el Nobel de Química desde 2009 y la quinta en la historia, recibirá la mitad del premio por su trabajo sobre las enzimas, proteínas que aceleran las reacciones bioquímicas dentro de las células. Smith y Winter se repartirán la segunda mitad por sus experimentos con los bacteriófagos, una clase especial de virus creada para atacar a las bacterias.
Pero el Nobel de Química de este año también viene acompañado de cierta controversia política, ya que uno de los galardonados -Smith- ha sido acusado de promover opiniones antiisraelíes.
¿Quiénes son los ganadores?
Arnold, de 62 años, nació en Pittsburgh. Trabaja como ingeniera de proteínas en el Instituto Tecnológico de California, donde retoca el código del ADN para adaptar nuevas funciones a las enzimas.
Smith, de 79 años, es originario de Norwalk, Connecticut, pero ahora es profesor emérito de ciencias biológicas en la Universidad de Missouri, Columbia. Smith también ha escrito múltiples editoriales a favor de Palestina, y una vez describió la creación de Israel y sus consecuencias como «un capítulo vergonzoso en la historia judía.» En 2015, 36 organizaciones del campus de la universidad protestaron por las opiniones de Smith sobre Israel. Ese mismo año, estaba previsto que impartiera una clase -perspectivas sobre el sionismo- que se canceló por falta de inscripciones.
Winter, de 67 años, nació en Leicester (Reino Unido). Investiga sobre genética e ingeniería de proteínas en la Universidad de Cambridge, donde también se doctoró.
Lo que hicieron
Los tres ganadores utilizaron la bioquímica para presionar a las proteínas para que trabajaran para nosotros. Aunque este concepto -conocido como evolución dirigida- se teorizó originalmente en 1984, Arnold se convertiría en el primero en emplear esta práctica aproximadamente una década después.
Arnold llevó a cabo esta tarea cultivando bacterias y sus enzimas internas en un entorno hostil lleno de un disolvente, una sustancia química que erosiona otros objetos. Ella y su laboratorio intentaban desarrollar enzimas que pudieran resistir el poder corrosivo del disolvente.
Así que, junto con el disolvente, expusieron las bacterias a un compuesto mutagénico, una sustancia química que crea mutaciones aleatorias en el ADN. (Recordatorio: El ADN proporciona el modelo de las proteínas, como las enzimas. Si se muta el ADN, se cambian las enzimas).
Esta combinación -disolvente y agente mutagénico- crea un escenario en el que las bacterias y sus enzimas pueden adaptarse en tiempo real. A lo largo de múltiples rondas de este proceso, las enzimas de la bacteria se vuelven más resistentes.
En un estudio histórico de 1993, Arnold demostró que su método podía producir una enzima modificada que es 256 veces mejor para acelerar las reacciones bioquímicas que su forma original.
La investigación de Smith y Winter también se basa en principios evolutivos, pero de forma muy diferente.
Su trabajo se centra en los bacteriófagos, virus que recubren su exterior con proteínas. Algunas de estas proteínas exteriores pueden comportarse como anclas.
En 1985, Smith razonó que se podían tomar los anclajes proteicos de los organismos y utilizar la genética para incrustarlos en los bacteriófagos. Los bacteriófagos tienen genomas de ADN sencillos que pueden manipularse fácilmente. Aunque en aquel momento, el procedimiento de Smith -conocido como phage display- era de lo más avanzado.
Estos virus modificados se utilizaron, a su vez, para infectar la bacteria E. coli. En el interior de las bacterias, los virus se multiplicaron hasta que estallaron millones, cubiertos de estos anclajes proteicos.
¿Qué hizo Smith con este conjunto de anclas? Lo utilizó para encontrar los mejores anzuelos. A principios de la década de 1990, su laboratorio desarrolló una forma de buscar materiales -otras proteínas- que pudieran adherirse a los anclajes de estos bacteriófagos. Esta táctica se denomina biopanning, porque es similar a la búsqueda de oro.
Al mismo tiempo, Winter aplicó las técnicas de Arnold y Smith a la búsqueda de anticuerpos, proteínas en forma de Y relacionadas con nuestro sistema inmunitario.
Introdujo un puñado de anticuerpos en bacteriófagos, los mutó y buscó un anticuerpo que se uniera y neutralizara el TNF-alfa, un compuesto producido naturalmente por nuestro cuerpo. Un exceso de TNF-alfa puede provocar una inflamación galopante y perpetuar las enfermedades autoinmunes. La técnica de Winter ayuda a evitarlo.
Por qué es importante
En 2002, el anticuerpo biológico de Winter, el adalimumab, fue aprobado para el tratamiento de la artritis reumatoide. Actualmente, el adalimumab también se utiliza para tratar varios tipos de psoriasis y enfermedades inflamatorias del intestino.
Mientras tanto, Arnold aplicó la evolución dirigida para convertir las bacterias y sus enzimas modificadas en fábricas químicas. Las bacterias evolucionadas de su laboratorio pueden producir biocombustibles, y otros científicos han empleado sus métodos para fabricar detergentes, potenciadores del sabor y medicamentos para la diabetes.
