miércoles, 28 de septiembre de 2005

Darwin y el secreto de las proteínas

La ciencia por gusto - Martín Bonfil Olivera
Darwin y el secreto de las proteínas


28-septiembre-05

La semana pasada el premio Nobel de química Harold Kroto, descubridor de la nueva forma de carbono denominada buckminsterfulereno, dio una charla en la UNAM. Mostró cómo los nanotubos de carbono, derivados de ella, resultan muy prometedores para la nanotecnología: la fabricación de máquinas en la escala de las moléculas (millonésimas de milímetro). Kroto fue realista, y comentó que la nanotecnología humana dista mucho de llegar a realizaciones prácticas: se encuentra en una etapa más bien rudimentaria.


La evolución biológica, en cambio, ha producido verdaderas nanomáquinas: las complejas proteínas que hacen posible el funcionamiento de las células y con ello el fenómeno asombroso de la vida. Sir Harry mencionó ejemplos como la hemoglobina de nuestros glóbulos rojos, que recoge oxígeno en los pulmones y lo libera donde haga falta. Nada de lo que haya podido producir el ser humano se encuentra siquiera cerca de la precisión de estas máquinas moleculares.

Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos, de los cuales existen 20 variedades. Se fabrican siguiendo las instrucciones directas de los genes, que determinan qué aminoácidos formarán parte de la cadena proteica y en qué orden.

Puede imaginarse, en una analogía fantasiosa, a una proteína como una larga cadena de segmentos (aminoácidos), cada uno equipado con alguna “herramienta” molecular (soplete, martillo, destornillador, pinzas). Una vez construida, la cadena de proteína se enrolla naturalmente sobre sí misma, en forma muy compleja, y en ese momento queda armada una sofisticada máquina molecular programada para fabricar algo o llevar a cabo alguna reacción química. Al adquirir la proteína su forma precisa, las “herramientas” moleculares que la forman quedan en las posiciones correctas para funcionar.

En los años 60 los biólogos moleculares descifraron el llamado “código genético”: las reglas con las que la célula traduce el lenguaje de los genes al de las proteínas. Conociendo la información contenida en un gen, se sabe exactamente a qué proteína dará origen.

Sin embargo, quedaba por resolver la “segunda parte” del código genético: el problema de la forma precisa que adopta la cadena de aminoácidos una vez fabricada -y por tanto de qué función tendrá. Luego de años de estudios, el problema no ha podido ser resuelto, pues las reglas fisicoquímicas que gobiernan el plegamiento de la cadena de proteína -y que tienen que ver con la flexibilidad de la cadena y con las interacciones de los aminoácidos entre ellos y con el agua que los rodea- son tan complejas que ni la supercomputadora más poderosa puede calcularlas.

Pero la semana pasada la revista científica Nature publicó un artículo del investigador Rama Ranganathan y su equipo, de la Universidad de Texas, quienes aplicaron el razonamiento dar-winiano al problema, con resultados muy prometedores.

Se sabe que al comparar proteínas similares de especies distintas, se encuentran algunos aminoácidos “conservados” evolutivamente: aparecen siempre en las mismas posiciones, a pesar de que otros hayan cambiado en el curso de la evolución. Esto indica que son importantes.

Lo que no se había hecho es tomar en cuenta que algunos de estos aminoácidos conservados se presentan siempre juntos: han “coevolucionado”. Es como si en la proteína un segmento que tuviera, digamos, una llave de tuercas, necesitara siempre cerca otro segmento que tuviera unas pinzas; si una de las dos herramientas no está presente, la otra resulta inútil.

Utilizando este razonamiento, Ranganathan generó reglas “evolutivas” con las que predijo la estructura de nuevas proteínas que en teoría deberían plegarse en forma similar a las naturales, y tener funciones similares. Para comprobar su hipótesis, fabricó las proteínas en el laboratorio y ¡sorpresa!: cumplieron plenamente con sus expectativas.

De modo que, al parecer, el abuelo Darwin sigue teniendo algunos ases bajo la manga. La lógica evolutiva parece triunfar donde los cálculos fisicoquímicos fracasaron. Quizá los biólogos moleculares no tarden mucho en diseñar proteínas artificiales adaptadas a nuestras necesidades. Se abrirá así una nueva etapa en el desarrollo de la nanotecnología de proteínas. Seguramente Harry Kroto estará feliz.

mbonfil@servidor.unam.mx

miércoles, 21 de septiembre de 2005

Homeopatía: ¿curar con nada?

La ciencia por gusto

Milenio Diario
La ciencia por gusto
Homeopatía: ¿curar con nada?

Martín Bonfil Olivera

20 de septiembre de 2005

Todos tenemos algún pariente o amigo –o nostros mismos– que jura que gracias a la homeopatía se curó de tal o cual enfermedad.

Pero también hay quien afirma haberse curado usando cristales de cuarzo, con el reiki, las oscilaciones de un péndulo, o a la “receta” de un brujo del mercado de Sonora.

¿Qué tanta credibilidad merecen estas afirmaciones? La cuestión es complicada porque la medicina, a diferencia de disciplinas como la física, estudia al cuerpo humano, un sistema tan extremadamente complejo que resulta muy difícil distinguir los efectos de un tratamiento específico entre la inmensa cantidad de variables que influyen en él.

Ejemplo: un individuo reporta que padece continuas molestias en la garganta. Se le proporciona una pastilla (o unos chochitos homeopáticos) diciéndole que resolverán el problema. A las pocas horas, el paciente reporta que, efectivamente, las molestias han desparecido. ¿Basta eso para decidir que el tratamiento, homeopático o convencional, es exitoso?

Difícilmente. Hay que tomar en cuenta que, aparte del tratamiento, el paciente está sometido a una gran cantidad de estímulos. ¿Se encuentra bajo estrés? ¿Ha dormido bien? ¿Qué ha comido? ¿Tiene alguna predisposición genética? ¿Ha estado expuesto a condiciones ambientales adversas, o ha tenido contacto con personas enfermas? ¿Consume otros medicamentos? ¿Alguna droga? ¿Cambió recientemente sus hábitos? Cualquiera de estas variables puede haber influido en la aparición de las molestias, o en su desaparición (hay además enfermedades que “se curan solas”, al cumplir su ciclo natural, como sucede con cualquier catarro).

Por todo ello, a pesar de lo reportado por el terapeuta y por el propio paciente, no es tan sencillo determinar que si un tratamiento resulta o no efectivo clínicamente.

¿De dónde sacan entonces los médicos convencionales la confianza en sus terapias? De que para evaluarlas realizan estudios clínicos masivos cuyos resultados luego analizan con ayuda de una poderosa herramienta: la estadística, que permite distinguir, entre una multitud de datos y variables, si un efecto aparente puede o no ser atribuido, con cierto límite de confiabilidad, a un tratamiento, independientemente de las demás variables que se encuentren presentes.

Estos estudios incluyen además grupos de control a los que se les proporciona un tratamiento placebo (una sustancia inocua, para compensar que en muchos casos la convicción del paciente basta para producir una mejora). Se utiliza también el método de “doble ciego”, en que ni los pacientes ni los médicos saben si están administrando el medicamento o el placebo, para impedir que haya sutiles diferencias en la manera como el médico trata al paciente.

Hoy los homeópatas realizan también estudios clínicos serios, usando placebos y dobles ciegos, además de tratamiento estadístico, para sustentar la efectividad de sus terapias. Algunos de estos estudios han dado resultados positivos; otros negativos.

El problema con la homeopatía es que resulta poco creíble a la luz de los conocimientos químicos y médicos actuales. Se basa en los principios de que “lo semejante cura lo semejante” (para curar la fiebre habría que usar un agente que cause fiebre) y de que la “potencia” de un medicamento aumenta cuanto más se diluya.

Para intentar aclarar las cosas, investigadores de las universidades de Berna, Bristol y Zurich realizaron un cuidadoso “metaestudio”, es decir, un análisis de 110 estudios clínicos sobre homeopatía publicados recientemente, y los compararon mediante un análisis estadístico riguroso con otros 110 estudios de medicina convencional. Sus resultados, publicados a fines de agosto en la revista médica The Lancet (quizá la más prestigiada del mundo), indican que los aparentes efectos clínicos de la homeopatía son en realidad efectos placebo: daría lo mismo darle a los pacientes pastillas de azúcar.

Pero ¡ojo!: como señalan los autores del estudio, aunque para algunos sea un fraude, “para algunas personas la homeopatía puede ser una herramienta que complemente a la medicina convencional”. Después de todo, el uso de placebos ayuda a restaurar la salud de algunos pacientes. Si es así, ¿dónde está el daño en usarlos?

Comentarios: mbonfil@servidor.unam.mx

miércoles, 14 de septiembre de 2005

Burbujas de jabón

La ciencia por gusto-Martín Bonfil Olivera
Burbujas de jabón

14-septiembre-05

Puede parecer exagerado comparar a la vida con una pompa de jabón. Pero más allá de la metáfora (más allá del estrecho margen de condiciones -temperatura, acidez, presión, gravedad- que permiten la persistencia del frágil equilibrio dinámico que llamamos vida), hay un sentido formal en que la vida existe literalmente dentro de una burbuja jabonosa.

Se trata de las sutiles pero complejas membranas que rodean, recubren y definen a todas las células, unidades mínimas de la vida. En ellas las propiedades fisicoquímicas de moléculas jabonosas -los fosfolípidos-, en interacción con el agua indispensable para la vida, dan pie a una estructura auto-organizada que regula el tráfico de sustancias hacia y desde el interior de la célula viva.

El agua es una sustancia singular: su molécula consta de dos pequeños átomos de hidrógeno unidos a uno de oxígeno, un poco mayor. Su aspecto recuerda la cabeza de Mickey Mouse, y tiene una propiedad determinante: el átomo de oxígeno presenta una mayor avidez por los electrones negativos que giran alrededor de los átomos -y que al compartirse constituyen los enlaces químicos. Debido a ello, presenta una pequeña carga eléctrica negativa, mientras que los hidrógenos-orejas tienen carácter positivo.

Este simple hecho es responsable de la mayoría de las propiedades del agua. En particular, su gran poder como disolvente se debe a que toda sustancia formada por partículas cargadas podrá formar uniones con las moléculas cargadas del agua y así disolverse. Gracias a ello los jabones y detergentes, cuyas moléculas tienen una cabeza cargada, soluble en agua, y una o varias colas aceitosas, que no atraen ni se ven atraídas por las cargas acuosas, pueden disolver a las grasas.

Cuando las moléculas de jabón entran en contacto con la grasa, forman alrededor de ella una capa protectora. Sus cabezas solubles quedan hacia fuera, en contacto con el agua, mientras que sus colas grasosas se incrustan naturalmente en el ambiente graso. La esfera así formada se disuelve en el agua, pues está completamente recubierta de cabezas cargadas. Los vínculos -o falta de ellos- entre moléculas de jabón y de agua explican así el poder limpiador.

Jabones y detergentes pueden formar también delgadas capas de agua emparedada entre dos láminas de moléculas jabonosas. Las cabezas solubles quedan incrustadas en la película acuosa, y las colas grasosas bailan en el aire. Surgen así las burbujas, tan delgadas que refractan el agua produciendo destellos tornasolados.

Las membranas celulares son burbujas inversas: dos capas de fosfolípidos -detergentes naturales- que separan el agua del interior de la del exterior. Las colas grasosas quedan, en este caso, en medio de la delgada capa.

Además de ser importantes para la vida, los jabones y detergentes tienen importantes aplicaciones industriales, como parte de procesos químicos, y ambientales, en el combate a la cada vez más frecuente contaminación por desechos petroleros. Por ello, estudiar su comportamiento y estructura molecular resulta no sólo fascinante, sino altamente revelador.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Oregon publicó en el número de septiembre de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense un artículo en el que, utilizando un avanzado método de espectroscopía infrarroja, logran estudiar qué sucede cuando una molécula de detergente entra en contacto con la superficie del agua.

El evento, revelado al iluminar con luz infrarroja a la molécula y captar la radiación que emite en respuesta, revela algo parecido a “un renacuajo hambriento que incrusta su cabeza en el aceite u otro contaminante y deja su cola agitándose en el agua”, según el símil que hace Geraldine Richmond, química líder del equipo de investigación.

Los investigadores afirman que su estudio permitirá comprender mejor y modelar el comportamiento de los detergentes. (En particular, han descubierto que el “cuello” del renacuajo detergente se tuerce primero paralelamente a la superficie del agua, mientas que su “cola” se endereza perpendicularmente a ésta...) Más allá de la utilidad que tales detalles moleculares puedan tener en el diseño de nuevos y mejores detergentes, nos proporcionan una sugerente imagen. En el fondo, ¿no se trata de eso la ciencia?


mbonfil@servidor.unam.mx

lunes, 12 de septiembre de 2005

Nueva Orleans: una tragedia anunciada

MILENIO DIARIO

La ciencia por gusto - Martín Bonfil Olivera
Nueva Orleans: una tragedia anunciada

7-septiembre-05

¿Por qué será que los adivinos y profetas nunca predicen catástrofes como el 11 de septiembre o la inundación que recientemente asoló a la ciudad de Nueva Orleans? Por desgracia, aunque con frecuencia la ciencia sí logra prevenir sobre el riesgo de desgracias relacionadas con algunos fenómenos naturales, a veces parece que esto tampoco sirve de gran cosa. El ejemplo más reciente (e indignante) es lo que acaba de suceder en la capital del jazz.

En octubre de 2001 (¡hace cuatro años!), la revista Scientific American, sin duda la publicación de divulgación científica más famosa y leída del mundo, publicó un artículo titulado "Ahogando a Nueva Orleans", que comenzaba anunciando que "un huracán importante podría sumergir a Nueva Orleans bajo 20 pies (seis metros) de agua, matando a miles".

El artículo citaba estudios de investigadores de la Universidad de Louisiana, quienes por medio de modelos de computadora habían predicho la magnitud del daño que podría producirse si no prevenían los efectos de la inevitable inundación.

El problema de Nueva Orleans es consecuencia de su ubicación. Se encuentra entre el río Mississippi y el lago Pontchartrain, en una región húmeda y pantanosa. Desde hace más de cuatro mil años, el Misisipi ha arrastrado limo y sedimentos que fueron formando el delta sobre el que se encuentra Nueva Orleans. El delta es constantemente erosionado por el mar, pero el flujo del río solía compensar la erosión. Cuando se comenzaron a construir diques en los márgenes del río para evitar las frecuentes inundaciones de la ciudad, el limo dejó de acumularse en el delta, y la trayectoria del Mississippi se fue alargando, conforme se le confinaba mediante más y más diques. Hoy desemboca prácticamente en la orilla de la plataforma continental, por lo que el limo, en vez de formar más suelo, se pierde en el fondo del mar.

Así, el delta ha ido perdiendo terreno rápidamente ante la erosión marina (Louisiana pierde 4 mil metros cuadrados cada media hora). El suelo poroso del delta se ha ido deshidratando y se ha comprimido. Nueva Orleans se ha ido hundiendo cada vez más y hoy se encuentra por debajo del nivel del mar, lo cual la pone en riesgo de inundación ante cualquier lluvia fuerte y la obliga a bombear agua constantemente hacia el lago Pontchartrain.

Se trata de un verdadero círculo vicioso: el bombeo de agua, junto con los diques, deshidratan cada vez más el suelo, que se sigue hundiendo. El agua de mar invade los pantanos y mata la vegetación, lo que facilita aún más la erosión.

Ante esto, los investigadores de la Universidad de Louisiana, junto con expertos del Cuerpo de Ingenieros del Ejército Estadunidense encargado desde 1879 de construir y reparar los diques prepararon en 1998 un informe titulado Coast 2050, en el que advertían del peligro de una inminente inundación y proponían diversas medidas para comenzar a remediar la situación. Entre ellas estaban la apertura de compuertas controladas en los diques para permitir la salida de agua dulce y sedimento y la restauración de los pantanos; la suspensión del dragado del río, que entonces cambiaría de rumbo para desembocar cerca del delta, y la construcción de compuertas para controlar la entrada de agua desde el Golfo de México hacia el lago Pontchartrain. Se trataba de un plan ambicioso y de alto costo, y fue básicamente ignorado por el gobierno de los Estados Unidos.

Hoy el presidente Bush está siendo criticado por todos los sectores de la sociedad. Su gobierno prefirió invertir recursos materiales y humanos en la guerra de Irak (un tercio de la guardia nacional de Louisiana se encontraba en Irak durante la inundación), y en vez de aumentar los recursos para prevención de desastres, los recortó: los fondos del Cuerpo de Ingenieros para el mantenimiento de los diques, por ejemplo, disminuyeron en los últimos años.

La historia no ha terminado. Las desoídas predicciones científicas fueron, desgraciadamente, correctas. Pero Nueva Orleans sigue estando a merced de futuros huracanes. Louisiana produce la quinta parte del petróleo de los Estados Unidos, y la cuarta parte de su gas natural. Los huracanes son cada vez más frecuentes, en parte debido al calentamiento global, constantemente negado por Bush. Si no se toman medidas, la tragedia podría repetirse. ¿Se necesitará la advertencia de un astrólogo para que alguien haga caso?