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La creación de nuevas proteínas mediante principios de la evolución gana el Nobel de Química

Lunes 8 Octubre, 2018 en  Actualidad

La Academia de Ciencias Sueca ha concedido el galardón a los estadounidenses Frances Arnold y George Smith y al británico Gregory Winter.

La aplicación de los principios de la evolución biológica al laboratorio para crear nuevas proteínas ha sido reconocida con el premio Nobel de Química de 2018. La Academia de Ciencias Sueca ha concedido el galardón a los estadounidenses Frances Arnold y George Smith y al británico Gregory Winter.

Frances Arnold, investigadora del Instituto de Tecnología de California (Caltech, en Estados Unidos), ha recibido la mitad del premio por la evolución de enzimas dirigida. George Smith, de la Universidad de Missouri en Columbia (Estados Unidos), y Gregory Winter, del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica del Reino Unido en Cambridge, han sido premiados con la otra mitad del galardón por una técnica que utiliza virus bacteriófagos, que infectan bacterias, para producir anticuerpos y otras proteínas.

El Nobel de Química de este año premia una revolución basada en la evolución, ha afirmado durante el anuncio Claes Gustafsson, presidente del comité que ha tomado la decisión este año. Los galardonados han aplicado los principios de la evolución descubiertos por Darwin a los tubos de ensayo y han utilizado esta aproximación para desarrollar nuevos tipos de sustancias para el beneficio de la humanidad.

Las proteínas, cuya composición se encuentra codificada en el ADN, son piezas claves en el funcionamiento de todos los seres vivos. Actúan como ladrillos que soportan las estructuras de las células y los tejidos, pero también como los catalizadores que permiten que tengan lugar todas las reacciones del metabolismo que propulsan la vida. Esta última clase de proteínas se llaman enzimas.

Frances Arnold, que en origen era ingeniera mecánica y aeroespacial, desarrolló un método para crear enzimas en el laboratorio que fueran altamente eficientes para catalizar reacciones químicas. Pero, en lugar de tratar de diseñar y construir nuevas enzimas a medida y desde cero, decidió aprovecharse de la eficiencia de los mecanismos de la evolución biológica, que han permitido la existencia de todas las formas de vida que hoy pueblan la Tierra.

Frances Arnold desarrolló un método para crear enzimas en el laboratorio que fueran altamente eficientes para catalizar reacciones químicas (Caltech)
El método de Arnold hace cambios al azar en el gen de una enzima de interés. Luego, lo introduce en bacterias para que fabriquen la enzima y selecciona las que producen la versión más eficiente. A continuación, vuelve a mutar al azar este nuevo gen y repite el proceso hasta dar con una enzima final con nuevas funciones o mucho más eficiente que la original.

Esta técnica, que Frances Arnold probó por primera vez en 1993, ha permitido desarrollar nuevos fármacos y combustibles sin requerir de los catalizadores convencionales, que suelen tener un coste elevado y a menudo son tóxicos y perjudiciales para el medio ambiente.

George Smith y Gregory Winter, por otra parte, se sirvieron de las herramientas de la vida para producir proteínas mediante bacteriófagos, virus que infectan bacterias. Los bacteriófagos son extremadamente simples: consisten en un genoma muy pequeño envuelto en una cubierta hecha de proteína, lo que los hace muy sencillos de manipular genéticamente.

George Smith ideó un método para modificar los bacteriófagos y utilizarlos como librerías de genes que los científicos pudieran consultar fácilmente. Smith alteró el genoma de estos virus para que en su cubierta se situara una proteína de interés, que luego se pudiera pescar fácilmente por su estructura utilizando anticuerpos, que actúan como anzuelos selectivos. Gracias a la técnica de Smith, entre una mezcla de millones de bacteriófagos diferentes se pueden extraer únicamente los que contienen un gen en concreto.

Gregory Winter utilizó más tarde el método de George Smith para producir de forma sencilla y rápida anticuerpos como fármacos. Estas proteínas no solo pueden bloquear específicamente otras moléculas, sino que además activan al sistema inmunitario.

La idea de Winter era utilizar la diana de cada anticuerpo como anzuelo para seleccionar los mejores en el proceso de producción, y para ello se valió, como Frances Arnold, del potencial de la evolución. Su método consiste en cambiar al azar gen de un anticuerpo humano, introducirlo en un bacteriófago, seleccionarlo con la diana de interés –por ejemplo, una proteína implicada en el cáncer– y repetir el proceso tres veces. Al final, se obtiene un anticuerpo altamente específico y eficiente sin tener que utilizar animales para producirlos, algo necesario en el pasado.

En 2002, fue aprobado para el tratamiento de la artritis reumatoide el primer anticuerpo producido como fármaco con esta técnica, desarrollado por el equipo del propio Winter. Desde entonces, esta forma de producir anticuerpos se aplica al desarrollo de tratamientos para enfermedades autoinmunes, para la inmunoterapia del cáncer y para otras patologías como el alzheimer.

Siguiendo la tradición, el Nobel de Química se anuncia el miércoles de la primera semana de octubre y, como cada año, es el tercero que se hace público. El lunes se concedió el de Medicina a los pioneros de la inmunoterapia del cáncer, el estadounidense James Allison y el japonés Tasuku Honjo. Ayer recibieron el de Física Arthur Ashkin, Gérard Mourou y Donna Strickland por su trabajo en el desarrollo de las herramientas de la fotónica. En los próximos días se darán a conocer el de la Paz (viernes 5) y el de Economía (lunes 8). El de Literatura, de manera excepcional, no se concederá este año después del escándalo sexual que ha afectado a la institución que lo otorga.

La Academia de Ciencias Sueca decide cada año a quién se concede el premio de Química a partir de propuestas recibidas de instituciones académicas de todo el mundo. El Nobel, dotado con nueve millones de coronas suecas (unos 872.000 euros), se otorga a un máximo de tres personas. Este año, Frances Arnold recibirá la mitad del importe, mientras que George Smith y Gregory Winter se repartirán la otra mitad.

Desde que se empezó a conceder el Nobel de Química en 1901, lo han ganado 181, de las que sólo cinco son mujeres. La última de ellas, antes de Frances Arnold, fue la cristalógrafa israelí Ada Yonath, que recibió el premio en el 2009 por sus investigaciones sobre los ribosomas (el componente de las células que se encarga de sintetizar proteínas a partir de la información del ADN).

El año pasado compartieron el premio el suizo Jacques Dubochet, el alemán Joachim Frank y el británico Richard Henderson por la invención de la criomicroscopía electrónica, una técnica que ha revelado la estructura tridimensional de proteínas de interés biológico.


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