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Los premios 2009
Telómeros, fibras ópticas y ribosomas
El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en EXACTAMENTE – Año 15 - Número 44 – Diciembre 2009), para su difusión a través de FABA Informa
En Medicina, el premio correspondió a los investigadores que desentrañaron la clave del envejecimiento, los telómeros, o segmentos extremos de los cromosomas. En Física, al desarrollo de fibra óptica. El de Química, a los científicos que lograron elaborar el mapa tridimensional del ribosoma: la estructura encargada de traducir el código genético.

Los ganadores del Nobel de Medicina y Fisiología 2009 descubrieron cómo se duplican los cromosomas durante la división celular y cómo están protegidos de la degradación. Elizabeth Blackburn, Carol Greider y Jack Szostak observaron que los cromosomas poseen en sus extremos unos segmentos denominados telómeros, y encontraron la sustancia que los fabrica, la enzima telomerasa.
En 1975, la australiana Elizabeth Blackburn -hoy profesora del Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Universidad de California en San Francisco- decidió estudiar los cromosomas de un protozoo acuático, la Tetrahymena thermophila, y comprobó la presencia de unos fragmentos terminales que, aparentemente, mantenían la integridad de los cromosomas.
Los telómeros, como la punta de los cordones de los zapatos, indican que el cromosoma está entero, y no cortado. ¨Las células poseen un mecanismo que repara las posibles roturas del ADN y une los fragmentos sueltos. Sin telómeros, los cromosomas se unirían entre sí como si fueran trozos sueltos de ADN¨, señala el doctor Eduardo Cánepa, director del Departamento de Química Biológica de la FCEyN.
Jack Szostak -profesor en el Massachusetts General Hospital de la Universidad de Harvard, en Boston-, había observado que, cuando a las levaduras les agregaba pequeños trozoss de ADN, éstos se degradaban. Entonces, le propuso a Blackburn un experimento conjunto: adicionar fragmentos de telómero de Tetrahymena al ADN que se agregaba a la levadura, y ver si así aquél no se destruía. El experimento fue un éxito y permitió demostrar que los telómeros protegían el ADN en organismos muy diferentes.
Finalmente, en 1984, la estadounidense Carol Greider -profesora en la Johns Hopkins University, Baltimore-, encontró que existía una enzima, la telomerasa, especializada en fabricar a los telómeros.

Cada vez más cortos

Durante la división celular, la enzima que duplica el ADN -la polimerasa-, por su mecanismo de acción, no puede copiar los extremos de la cadena. Eso no es un problema porque allí están los telómeros, que no contienen información genética. Pero, dado que los telómeros no pueden duplicarse completamente, en cada división celular hay un pequeño trozo que se pierde. Si esos fragmentos terminales desaparecen, el cromosoma podría degradarse.
¨Para evitar las aberraciones cromosómicas, existen mecanismos de control que, cuando el telómero se va acortando, dispara señales de senescencia, que llevan a la célula a detener su división, aunque siga viviendo y cumpliendo sus funciones”, explica Cánepa, y agrega: ¨Pero esa detención lleva al envejecimiento del organismo, porque hay tejidos, como la piel o el epitelio de los intestinos que necesitan renovar sus células¨.

• Ada Yonath

La telomerasa no está en todas las células, sino sólo en las germinales. “En un momento se pensó que, si se lograba reintroducir la telomerasa en las células somáticas, se podría impedir la senescencia y el envejecimiento del organismo”, comenta Cánepa.
Sin embargo, pronto se vio que, si las células seguían duplicándose, podían convertirse en tumorales. De hecho, los tumores expresan telomerasa. De este modo, se abrió la posibilidad de hallar una droga que bloquee la enzima y frene el cáncer.

Maestros de la luz

Los tres galardonados con el Nobel de Física 2009, el chino Charles Kao, el canadiense Willard Boyle y el estadounidense George Smith, cambiaron la vieja película de las comunicaciones en el planeta y echaron a rodar innovaciones impensadas hace unos siglos y que en la actualidad resultan tan naturales y habituales como recibir en una fracción de segundos mensajes o fotos transferidos desde sitios ubicados a miles y miles de kilómetros de distancia. También, llevaron a olvidar para siempre los rollos fotográficos.
¨Son inventos que cambiaron completamente nuestras vidas y también proporcionaron herramientas para la investigación científica¨, señaló la Academia de Ciencias sueca sobre estos hallazgos. Los descubrimientos de Kao ¨abrieron la vía a la tecnología de la fibra óptica que se utiliza hoy en casi todas las comunicaciones telefónicas y de transmisión de datos¨, IRI¨, precisó el jurado. En tanto, Boyle y Smith ¨inventaron un captor de imágenes digitales, el CCD (Charge Coupled Device) que se ha convertido en un ojo electrónico para ser utilizado en todos los terrenos de la fotografía¨.

Fibra óptica y cámara digital

¨Hoy las fibras ópticas forman el sistema circulatorio de nuestra sociedad de la comunicación, y facilitan la comunicación global de banda ancha, como Internet. La luz fluye en estos finos hilos de vidrio, y lleva casi todos los datos telefónicos y de información. Texto, música, imágenes y videos se pueden transferir a todo el mundo en una fracción de segundo, describe la Academia Sueca.
Pero hace medio siglo esta realidad era impensable porque había importantes trabas para acarrear esta información a largas distancias. ¨Con el advenimiento del láser en 1960 surge la idea de usar la luz como vehículo de información, debido a su mayor frecuencia de oscilación en comparación con las ondas de radio. Pero la propagación por aire sólo podía hacerse a pequeñas distancias y se investigaba en materiales transparentes para usarlos como guía de la onda. El candidato era el cuarzo fundido para fibras, pero las mediciones eran desalentadoras ya que su transparencia no era suficiente para transmisiones a más de un kilómetro¨, historia el doctor Oscar Martínez, desde el Laboratorio de Electrónica Cuántica del Departamento de Física de la FCEyN-UBA.
Para lograr que la señal no se desvaneciera a los pocos metros, ¨Kao propuso que, con una mejor purificación, se podría usar el cuarzo para distancias superiores a los 100 kilómetros. El limitante eran las impurezas, sobre todo el hierro¨, describe Martínez.
Kao planteó ¨una estructura con un encamisado para que la luz quedara completamente confinada dentro de la fibra y se evitaran las pérdidas por las imperfecciones de la superficie. Estos trabajos publicados en 1966 estimularon los estudios que dieron, a fin de esa década, con las primeras fibras aptas para comunicaciones a largas distancias¨, relata Martínez.
El sensor digital o CCD, inventado en 1969 por Boyle y Smith en los Laboratorios Bell, es el ojo electrónico de la cámara digital, que revolucionó la fotografía, y permite capturar la luz en forma electrónica. El formato digital facilita el procesamiento y la distribución de estas imágenes.

Traductores vitales

Cuando, a finales de los años 70, la israelí Ada Yonath emprendió el camino que la llevaría al Nobel, la mayoría de sus colegas la habrán mirado extrañados. Porque, en esa época, la técnica que la científica planeaba usar para alcanzar su objetivo –la cristalografía de rayos x- era casi artesanal y se utilizaba para dilucidar la estructura de moléculas pequeñas o de fragmentos de ellas.
Por lo tanto, pensar en desentrañar la configuración atómica de todo un ribosoma aparecía como una empresa poco menos que imposible. Pues, aunque microscópicos, estos corpúsculos celulares están formados por dos subunidades que, en el caso de los seres humanos, están compuestas por más de 70 proteínas, además de una variedad de ácidos nucleicos.
¨Fue un trabajo monumental¨, sintetiza el doctor Adrián Turjanski, investigador del Conicet en el Departamento de Química Inorgánica de la FCEyN-UBA. ¨Si bien hoy la cristalografía de rayos X es una técnica bastante automatizada, en aquellos tiempos implicaba desarrollos científicos enormes, porque es muy difícil cristalizar moléculas, y en especial estructuras tan grandes como los ribosomas¨, explica Turjanski.

• Izq: Venkatraman Ramakrishnan y su grupo de tarbajo
• Der: Carol W. Greider

Básicamente, la técnica consiste en hacer pasar rayos X a través del cristal de la molécula en estudio. En ese trayecto, la radiación es dispersada de acuerdo a la particular conformación de los átomos en esa molécula. Entonces, del otro lado del cristal, se registra un patrón de puntos (una especie de “huella digital”) que, analizado mediante algoritmos matemáticos, permite determinar exactamente la posición de los átomos en la estructura molecular.
Pero, para que el resultado sea exitoso, el cristal tiene que ser casi perfecto, lo cual es muy difícil. Por eso, Yonath decidió trabajar con ribosomas de bacterias que viven en condiciones extremas (entre ellas, microorganismos del Mar Muerto, que sobreviven a elevadas concentraciones salinas) pues -consideró- serían estructuras más resistentes y, por lo tanto, más factibles de cristalizar adecuadamente. Después de más de diez años de prueba y error, la investigadora logró finalmente generar cristales de una de las dos subunidades ribosomales. No obstante, quedaban algunos problemas técnicos por resolver y fue el estadounidense Thomas Steitz, otro de los laureados, quien pudo solucionarlos. Pero, recién en el año 2000, Steitz pudo obtener la estructura detallada a nivel atómico de la subunidad mayor y, casi en simultáneo, Yonath y el indio Venkatraman Ramakrishnan, el tercer premiado, lograron otro tanto con la subunidad menor.

Fábricas de vida

Todas las células poseen ribosomas, las partículas responsables de convertir los ¨datos¨ que contiene el ADN en moléculas capaces de construir estructuras o sostener funciones imprescindibles para la supervivencia: las proteínas. En otras palabras, si no existieran los ribosomas no existiría la vida, al menos, tal como la conocemos.
Estos corpúsculos microscópicos son capaces de armar largas cadenas de aminoácidos -las unidades básicas de las proteínas- uniéndolos entre sí a una velocidad asombrosa (20/seg.) y con una precisión admirable.
¨Tener la foto en tres dimensiones de todos los átomos del ribosoma no sólo permite comprender mejor cómo funcionan sino, también, conocer qué efectos pueden producir sobre ellos ciertas mutaciones específicas, o cómo se puede inhibir su funcionamiento con determinadas drogas¨, explica Turjanski.

Los ganadores del Premio Nobel 2009