Frances H. Arnold, George P. Smith y Sir Gregory P. Winter, ganadores del Premio Nobel de Química 2018, aprovecharon de forma práctica la teoría del origen de las especies y la evolución por selección natural, de Charles Darwin, para crear nuevas proteínas y enzimas.
Con ellas obtienen (con mayor eficiencia, estabilidad y rapidez) biocombustibles y anticuerpos parecidos a los humanos, que sirven para bloquear el crecimiento de tumores y moléculas maliciosas.
Arnold, del Instituto Tecnológico de California, creó el método de evolución dirigida de enzimas, mientras que Smith y Winter diseñaron el sistema de despliegue de proteínas y péptidos sobre la superficie de bacteriófagos M13, llamado despliegue de fago (phage display, en inglés).
El otorgamiento del Nobel de Química a estos avances “es ejemplo del porqué es necesario ser pacientes con la ciencia y mantener un apoyo decidido, pues tarde o temprano dará frutos”, resaltó Armando Hernández García, del Instituto de Química (IQ) de la UNAM.
Lo que se premia es el uso de los principios de la evolución descritos por Darwin para generar una amplia diversidad de proteínas o péptidos en un tubo de ensayo, y seleccionar las variantes deseadas, detalló.
La añeja teoría indica que los organismos se generan mediante la incorporación de mutaciones aleatorias en su secuencia genética, y sobreviven aquellos que son más eficientes o están más adaptados.
Este principio fue aplicado por Arnold en enzimas cultivadas en laboratorio. Ahí se seleccionan las combinaciones de mutaciones que ofrecen nuevas y/o mejores propiedades, funciones o capacidades, y que pueden ser sometidas a un nuevo proceso de evolución controlada.
“Usó los principios de la evolución en un tubo de ensayo para encontrar las mejores variedades de enzimas y proteínas y producir biocombustibles, degradar contaminantes y lograr en poco tiempo reacciones químicas; este proceso le llevaría a la naturaleza millones de años, o incluso nunca ocurriría”, explicó Hernández García.
Por otra parte, Smith (de la Universidad de Missouri) y Winter (del Laboratorio de Biología Molecular) crearon un método llamado “despliegue de fagos”, que permite seleccionar evolutivamente anticuerpos más compatibles con los humanos, que unen y bloquean con mayor eficacia moléculas que participan en la generación de enfermedades autoinmunes o en cáncer metastásico. Estos nuevos anticuerpos ya son usados comercialmente como tratamiento contra el cáncer y otras enfermedades.
“Estas técnicas han tenido un gran impacto, se han convertido en un método estándar en el campo de la ingeniería de proteínas y han ayudado a desarrollar medicamentos y enzimas que están disponibles comercialmente. Ejemplo de ello son los detergentes que usan enzimas para degradar grasas, y que funcionan con las condiciones habituales de las lavadoras”.
Evolución molecular en la UNAM
En el Laboratorio de Ingeniería Biomolecular y Bionanotecnología del Instituto de Química, Hernández García ha utilizado técnicas de evolución molecular para diseñar proteínas que imiten las propiedades de los virus, y que podrían usarse en terapias génicas o en la entrega de fármacos en blancos terapéuticos.
“Desarrollamos proteínas que sean capaces de encapsular y entregar cualquier tipo de ácidos nucleicos, como lo haría una nanopartícula viral; esto sería de gran ayuda en múltiples enfermedades. Pero también nos enfocamos en nanopartículas de proteína que lleven ácidos nucleicos terapéuticos para eliminar al protozoario responsable de la enfermedad de Chagas”, indicó.
Por ser un problema de salud que genera cada vez más preocupación en todo el mundo, para este proyecto el universitario y su equipo recibieron apoyo financiero del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología y de la UNAM.
La enfermedad de Chagas, endémica de América Latina, se ha extendido hacia Norteamérica, Asia y Europa, principalmente porque el cambio climático ha favorecido la presencia de la chinche besucona, su principal vector.
En esta primera etapa de la investigación, los universitarios usan proteínas diseñadas previamente que han entrado a Trypanosoma cruzi (protozoario responsable de dicha enfermedad), y que actualmente son mejoradas para hacerlas más eficientes y conocer su seguridad y viabilidad.
“A fin de cuentas, todo el apoyo que se da a la ciencia y a la tecnología rendirá frutos en beneficio de la sociedad, por eso es necesario mantenerlo para que no se detengan los trabajos”, finalizó.