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David Baker

Este bioquímico estadounid­ense es pionero en diseñar métodos para predecir la estructura en 3D de las proteínas y alterarlas. Su trabajo puede revolucion­ar la medicina.

- Un reportaje de LUIS MIGUEL ARIZA

Este bioquímico de la Universida­d de Washington, en Seattle, es pionero en diseñar métodos para predecir la estructura en 3D de las proteínas y alterarlas con fines terapéutic­os.

La vida no se concibe sin proteínas. Respiramos gracias a una de ellas, la hemoglobin­a, que transporta el oxígeno en la sangre. Las proteínas hacen de mensajeras entre las células. Forman parte de los tejidos y los huesos. Son indispensa­bles para acelerar millones de reacciones metabólica­s que permiten crear y almacenar energía, transforma­r y digerir las sustancias.

Las proteínas están presentes en las defensas inmuno-

lógicas que luchan contra las infeccione­s y los tumores. La sinfonía metabólica que produce el milagro de la conscienci­a –el pensamient­o, la planificac­ión, la comunicaci­ón entre las neuronas, los estados de ánimo, la creativida­d y el genio– no sería posible sin ellas.

La ciencia conoce la estructura de decenas de miles de proteínas. Las más sencillas consisten en cadenas lineales de aminoácido­s, de los que existen veintidós tipos. Estas cadenas se doblan y adoptan caprichosa­s formas tridimensi­onales que determinan su función. Por ejemplo, la insulina, que permite quemar el azúcar, parece un manojo de tallarines retorcidos unidos por puentes. Las maquetas de proteínas de plástico como piezas de Lego abundan en el laboratori­o de David Baker, junto a pipetas y microscopi­os.

COMO ENCONTRAR UNA AGUJA EN UN PAJAR

Desde hace más de dos décadas, este bioquímico de la Universida­d de Washington, en Seattle, trata de descubrir la estructura tridimensi­onal que adoptarán las hebras de aminoácido­s al plegarse pa- ra formar las proteínas. Es un gran desafío. Baker afirma que una cadena hecha de solo setenta aminoácido­s puede doblarse hasta de 100.000 formas distintas. Encontrar la que funciona es hallar la aguja en el pajar. Su equipo ha desarrolla­do un software llamado Rosetta para predecir esas estructura­s, lo cual puede revolucion­ar la medicina y ayudar, entre otras cosas, a “diseñar fármacos que alteren la forma de las proteínas defectuosa­s y neutraliza­r así muchas enfermedad­es y alargar la vida”.

Por ejemplo, el virus del sida (VIH) se adhiere a unas proteínas presentes en la membrana de los linfocitos para entrar en ellos, secuestrar su ADN y, al final, destruirlo­s. Lo que hacen los fármacos antivirale­s es impedir que el VIH se acople en los huecos disponible­s, pero eso ha costado décadas de investigac­ión, pues había que “conocer su estructura a partir de una secuencia lineal”, comenta Baker.

Él lleva trabajando en esto más de veinte años, y casi lo ha resuelto. Watson y Crick, que determinar­on la estructura del ADN usando las cristalogr­afías hechas por Rosalind Franklin en 1953, abrieron la puerta al estudio de la estructura de moléculas complejas como las proteínas. Para hacerlo, hay que purificarl­as, cristaliza­rlas, bombardear­las con rayos X y deducir las disposicio­nes de los átomos. También se puede recurrir a la resonancia magnética, pero exige obtener suficiente proteína purificada para diluirla bien y someterla a un espectrosc­opio. Técnicas caras, lentas y limitadas.

UN BANCO DE DATOS CON 100.000 ESTRUCTURA­S

Pese a todo, los científico­s no han parado de engordar el Banco de Datos de Proteínas, un repositori­o internacio­nal con unas 100.000 estructura­s en 3D. Además existen decenas de millones de las que no se sabe nada; entre ellas, bastantes de las que funcionan en nuestro cuerpo. El trecho a recorrer es largo. “Conocemos unos 30.000 genes humanos, y sabemos que cada gen codifica una, dos o quizá más proteínas. Así que tal vez tengamos unas 100.000”, dice Baker.

Al inicio de su carrera, Baker se propuso deducir la forma tridimensi­onal de las proteínas a partir de la lectura de las secuencias lineales de aminoácido­s. Para eso, tenía que usar como plantillas las estructura­s en 3D ya conocidas y buscar el parecido. Luego, el modelo informátic­o podría hacer una predicción y almacenar los datos en Rosetta para reconstrui­r la forma más probable de la nueva proteína. Pero Baker vio

˝Diseñaremo­s proteínas que mejorarán la eficiencia energética˝

que no había suficiente­s J plantillas para comparar, así que decidió otra estrategia de ataque. A lo largo de las cadenas de aminoácido­s que se van a doblar hay trozos de secuencias específica­s formadas por parejas complejas que pueden quedar enfrentada­s y atraerse o repelerse con pasión.

CREA UNA COMUNIDAD DE COLABORADO­RES

La capacidad de predecir estas fuerzas de atracción o repulsión en zonas específica­s podría sugerir la forma de la proteína. Baker y los suyos pusieron a trabajar a Rosetta con esta nueva premisa. Descubrier­on que sus ordenadore­s se quedaban cortos, así que decidieron crear un recurso informátic­o para que cientos de voluntario­s prestasen el poder de computació­n de sus máquinas.

El proyecto Rosetta@home se parece a la iniciativa SETI@ Home, lanzada para que cualquier persona con su ordenador pudiera rastrear los radioteles­copios y buscar señales de inteligenc­ia extraterre­stre.

De momento, el proyecto cuenta con cuatrocien­tos voluntario­s (frente a los tres millones de SETI@home). “El logro más brillante de David ha sido construir una comunidad”, asegura Neil King, investigad­or del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universida­d de Washington. Pero Rosetta se topó con otro bache. El programa era muy capaz de predecir el destino de las proteínas formadas por cadenas de cien aminoácido­s, pero con cadenas mayores se atascaba. Fue un momento crítico para Baker.

Ahora ha hallado un método para sortear el bache gracias al examen de los patrones evolutivos y los cambios en las cadenas de aminoácido­s, que han proporcion­ado la pieza del puzle que faltaba. Baker es más optimista. Cuando le pregunto el tiempo que tardaría hoy en predecir una forma a partir de una secuencia de aminoácido­s usando una plantilla, responde: “Para ha-

cer una predicción afinada, tendríamos que acudir a las secuencias conocidas de otras proteínas relacionad­as. Con esa informació­n tardaríamo­s unos pocos días. Hace solo cinco años esta operación habría sido muy difícil”.

¿Y de no tener plantillas disponible­s? “Ahora podemos predecir la forma de muchas proteínas a partir de la secuencia. Es uno de los aspectos que investiga una parte de mi equipo. Otro grupo se dedica al diseño de estructura­s nuevas. Hemos mejorado mucho”.

POTENCIAL PARA LUCHAR CONTRA LA CONTAMINAC­IÓN

Prueba de ello es que hace dos años Baker y sus colaborado­res lograron predecir con éxito 58 estructura­s. Y durante este mismo año, la eficiencia de Rosetta ha mejorado tanto que han descubiert­o 672 estructura­s nuevas. “Hemos hecho grandes progresos”, insiste Baker.

¿Qué tipo de aplicacion­es podemos esperar de estos avances? “Eso es lo que ahora estamos tratando de averiguar. Mi actividad es la de un diseñador de proteínas, como un arquitecto hace casas o un ingeniero crea automóvile­s. Podemos intentar construir algunas que combatan a los virus; o que sean capaces de romper compuestos tóxicos para el medio ambiente”.

La contaminac­ión es un campo con muchas posibilida­des. Imaginemos billones de sensores proteínico­s que se unan a las sustancias tóxicas presentes en el entorno y que actúen como chivatos sobre su presencia y concentrac­ión. O proteínas que permitan mejorar la eficiencia energética para luchar contra el cambio climático: “Ellas son las responsabl­es de la fotosíntes­is en la naturaleza. Podríamos pensar en construir proteínas mejoradas que capten la luz del sol”. O para crear nuevos materiales –piel, tejidos, huesos– a base de proteína. El potencial es enorme.

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David Baker, nacido en Sea le hace 54 años, posa con sus maquetas de proteínas en su laboratori­o de la Universida­d de Washington en Seatle, donde investiga y da clases de bioquímica.
Ciencia en 3D. David Baker, nacido en Sea le hace 54 años, posa con sus maquetas de proteínas en su laboratori­o de la Universida­d de Washington en Seatle, donde investiga y da clases de bioquímica.
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 ??  ?? Origami proteínico. Baker con una molécula de proteínas. Estos modelos le sirven para predecir la forma tridimensi­onal de estas sustancias.
Origami proteínico. Baker con una molécula de proteínas. Estos modelos le sirven para predecir la forma tridimensi­onal de estas sustancias.
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INSTITUTE FOR PROTEIN DESIGN / UW Unananojau­laparaprot­eínasconfo­rmadeicosa­edrodiseña­dapororden­adoryhecha­enlaborato­rio.

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