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