Unas 160 millones de personas en
todo el mundo padecen de esquistosomiasis, una enfermedad parasitaria
que causa decenas de miles de muertes al año. Quien la tiene sufre de
dolor abdominal, tos, diarrea, fiebre y fatiga entre otros síntomas.
Desarrollar una vacuna es el objetivo de cientos
de investigaciones, pero para ello hay que adentrarse a lo más profundo
de la enfermedad, conocer sus entrañas, su estructura, sus moléculas,
sus proteínas y hasta su composición atómica.
Superar este tipo de retos no es
sencillo, por lo que cada vez más la ciencia necesita apelar a grandes
herramientas para desentrañar los misterios de la medicina. Y un
sincrotrón -un acelerador de partículas- es ideal.
Tecnología de punta como la que hay en el Centro Diamond Light Source ahorra años de investigación.
El Centro Diamond Light Source, en Reino Unido,
es un microscopio del tamaño del estadio Wembley de Londres que genera
una luz tan intensa que, con técnicas de cristalografía y de rayos X,
permite obtener una resolución 10.000 veces mayor que la de un
microscopio de luz normal.
"Los virus, como sabes, son una especie de
pequeñas 'nanomáquinas' que no puedes ver en un microscopio común", le
explica a BBC Mundo Dave Stuart, director de ciencias vivas de Diamond y
profesor de biología estructural de la Universidad de Oxford.
Los sincrotrones se han convertido en una
herramienta indispensable para la ciencia moderna. Hay unos 60 en
funcionamiento en todo el mundo, casi todos ellos en países
desarrollados.
Sin embargo, hay tres cosas que hace al Centro
Diamond diferente: cuenta con un laboratorio para cristalizar las
proteínas que luego se analizarán con los rayos X, puede hacer estudios
con rayos ultravioleta y es capaz de estudiar los agentes patógenos
nivel 3, responsables de enfermedades como el sida, la hepatitis y
algunos tipos de gripe.
Diez años antes
El brasileño Jose Brandao-Neto, a cargo de uno
de los laboratorios de rayos X, es uno de los científicos que está tras
bastidores de grandes descubrimientos. Sin su trabajo, los adelantos de
la medicina podrían tardar décadas en vez de años.
Brandao-Neto se siente particularmente orgulloso de haber participado en un estudio sobre la esquistosomiasis.
"En un lapso de dos años pasamos de tener sólo
dos estructuras (de las proteínas de la enfermedad) a diez, y material
de otras cinco, con lo cual en un año más podríamos tener 15 estructuras
de esquistosomiasis con las que se podrá entender mejor el organismo".
Para analizar las proteínas a través de los Rayos X hay que cristalizarlas antes.
Sin un sincrotrón, lograr descifrar estas 15 estructuras llevaría unos seis o siete años.
Estas nanopartículas se ven a través de máquinas
de rayos X, que para su funcionamiento hay que cristalizarlas. "La
cristalografía macromolecular es una técnica que se usa actualmente en
la biología molecular como un elemento para entender los organismos en
general y las enfermedades en particular", le explica a BBC Mundo
Brandao-Neto.
Es uno de los componentes clave en el proceso
actual para descubrir fármacos y tratamientos que más adelante
comercializarán las industrias farmacológicas y de biotecnología.
"Lo que hacemos aquí es ofrecer una primera
etapa de fármacos que pueden introducirse en el mercado en unos diez
años. Así que nosotros estamos diez o quince años antes de que salga una
medicina nueva", afirma el brasileño.
Los sincrotrones trabajan con la aceleración de
electrones a través de un gigante anillo imantado a casi la velocidad de
la luz. A medida que las partículas dan vueltas en el círculo, pierden
energía en forma de rayos X excepcionalmente intensos.
Esta luz se canaliza a través de "líneas de luz"
que atraviesan el blanco que se le ponga al frente. En este caso, los
cristales de proteínas que permiten visualizar los átomos de las
enfermedades y su reacción a los medicamentos.
Proteínas especiales
Alrededor del 60% de los medicamentos están
dirigidos a las proteínas de membrana. Estas se diferencian de las
proteínas solubles que tenemos en el cuerpo porque están incrustadas en
la membrana de la célula, donde -según expertos- los fármacos actúan
mejor.
Pero para trabajar con las proteínas de membraba
hay que separarlas. Y para ello se requiere de un trabajo de hormiga
que puede tomar semanas, meses y hasta años.
La
mayoría de los medicamentos que se fabrican interactúan con las
proteínas de membrana. Para estudiarlas, hay que purificarlas y
separarlas en bandejas como ésta.
"Necesitamos hacerlas solubles con la ayuda de
detergentes muy caros", le explica a BBC Mundo Isabel de Moraes,
coordinadora del Laboratorio de Proteína de Membrana de Diamond. "Y hay
un proceso muy largo hasta obtener una forma purificada".
Como se trata de algo muy laborioso, muchos científicos no tienen la experiencia para hacerlo.
"Lo que tenemos aquí, en colaboración con el
Imperial College de Londres, es un laboratorio que les permite a
científicos de todo el mundo venir y aprender con nosotros a purificar
una proteína de membrana y a cristalizarla si lo necesitan", aclara De
Moraes.
"Nuestro principal objetivo aquí es resolver la
estructura de proteínas de membranas. Esto ayudará a los científicos a
desarrollar fármacos más específicos y con menos efectos secundarios",
agrega.
Líquido y no sólido
Pero no todas las investigaciones se pueden
hacer con rayos X y cristalografía. Aprovechando el mismo poder del
sincrotrón, los rayos ultravioleta (UV) son de gran ayuda para la
ciencia.
"Es útil para estudiar nanopartículas que se
usan con frecuencia en nuestra ropa, en las cremas para el cuerpo y
muchos productos cosméticos", le explica a BBC Mundo Rohanah Hussain,
encargada de la línea de luz para rayos UV de Diamond.
Este centro es el único en el mundo que puede estudiar muestras líquidas, lo que abre todo un abanico de posibilidades.
"La idea ahora es saber si en realidad estos
productos son seguros de usar. Así que buena parte del trabajo que nos
llega es para saber cómo se comportan los materiales que tienen contacto
con nuestra piel. ¿Está o no está cambiando algo? Y si está cambiando,
¿es bueno o es malo? Esto es algo que necesitamos saber".
En esta parte del centro se analizan estructuras
líquidas. Mientras que en otras líneas de luz con rayos X se hace con
materiales sólidos en forma de cristales.
"Aquí podemos trabajar con soluciones, lo que es
un extra porque la mayoría de las muestras que llegan tienden a ser
así", añade la experta.
Un ejemplo de los trabajos que le ha llegado a
Hussain es la proteína de un gen mutante que está causando varias
enfermedades en el riñón. "La idea era ver qué hacía esa proteína".
Se dieron cuenta de que en realidad esa proteína
no cambiaba mucho, pero sí tenía efectos dramáticos en términos de
trastornos médicos. "Un paciente puede tener un colapso cardiovascular,
mientras que otro no", cuenta.
Si bien todos los científicos pueden aplicar
para utilizar estas instalaciones en su investigación. Necesitan tener
una agencia que respalde el trabajo.
También se priorizan los estudios que se
aprueban. Todo depende de la relevancia de la enfermedad que se está
investigando y el objetivo de la misma.
La construcción de un sincrotrón como el Centro
Diamond puede costar más de US$750 millones. Una vez construido,
mantener una instalación como esta cuesta otros US$70 millones al año.
