Francis en #rosavientos: Los premios Nobel de ciencias en 2015

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Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

El anuncio de los premios Nobel de 2015 es, fuera de toda duda, la gran noticia científica de la semana. Se han anunciado los premios Nobel de Fisiología o Medicina (lunes), Física (martes) y Química (miércoles). En el premio de Medicina se han premiado avances en el tratamiento de enfermedades parasitarias (incluyendo una china entre los premiados); en el de Física el descubrimiento de que los neutrinos tienen masa (gracias a los detectores Super-Kamiokande, Japón, y SNO, Canadá); y en el de Química los sistemas de reparación del ADN dañado de todas las células (que se estudian en todos los libros de texto de bioquímica y tienen aplicaciones en el tratamiento del cáncer).

Esta semana se han anunciado los Premios Nobel de ciencias, Medicina, Física y Química. Como todos los años haremos un repaso de dichos premios. Empecemos por el de Medicina. El Premio Nobel de Medicina de 2015 ha sido otorgado a tres expertos en enfermedades parasitarias que causan estragos en los países más pobres y cuyos logros han influido en la salud de más de 3400 millones de personas. La mitad del galardón lo ha recibido la farmacóloga china Youyou Tu por el descubrimiento de la artemisina, que junto a sus derivados constituye hoy en día el tratamiento médico estándar a nivel mundial contra la malaria. La otra mitad del galardón se ha repartido entre dos parasitólogos, el irlandés William C. Campbell y el japonés Satoshi Ōmura, que han desarrollado terapias contra varias infecciones causadas por parásitos basadas en fármacos antiparasitarios, en concreto las llamadas avermectinas y sus derivados. La historia de la Dra. Tu es realmente apasionante como ya nos ha contado Silvia Casasola en “Mujeres con Historia“. La Dra. Tu es una farmacóloga experta en buscar nuevos fármacos en la medicina tradicional china que usa remedios basados en más de 6.500 plantas medicinales distintas. Ella ha sido galardonada con el premio Nobel por descubrir la artemisina, un principio activo que se extrae de la planta Artemisia annua. Ella se inspiró en una receta de un libro titulado “Manual de prescripciones para emergencias” editado a mediados del siglo IV de nuestra era por Ge Hong. El libro describía 43 tratamientos para la malaria, entre ellos el uso del jugo de la planta Artemisia. La malaria es una enfermedad contagiosa es producida por un parásito unicelular llamado Plasmodium y es transmitida por las hembras de los mosquitos del género Anopheles. En la actualidad se dan cerca de 200 millones de casos anuales de malaria en el mundo. La Dra. Tu y su equipo aisló el principio activo, la artemisina, así como diferentes derivados, que combinados constituyen el tratamiento actual contra la malaria.

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Muchas empresas farmacéuticas buscan sustancias terapéuticas en la Naturaleza, por ejemplo, en las selvas amazónicas. Las plantas son la fuente más importante de principios activos y muchos farmacólogos bucean en los remedios tradicionales. ¿También está relacionado con las plantas el trabajo de los otros dos premiados con el premio Nobel de Medicina? Los farmacólogos no solo buscan nuevos principios activos para fármacos en las plantas. El japonés Satoshi Ōmura buscó sustancias bioactivas en muestras del suelo y logró aislar un nuevo microorganismo llamado Streptomyces avermitilis que muestra una fuerte actividad antiparasitaria, cuyo principio activo son las avermectinas. El otro galardonado, el irlandés William C. Campbell, estudió estas sustancias y descubrió diferentes mezclas de avermectinas, entre ellas la ivermectina, que son las que hoy en día se usan para el tratamiento de enfermedades parasitarias como la ‘ceguera de los ríos’ y la elefantiasis. La ‘ceguera de los ríos’ (oncocercosis) una enfermedad parasitaria crónica causada por el nemátodo Onchocerca volvulus y transmitida por varias especies de moscas que se considera la segunda causa más importante de ceguera en el mundo. La elefantiasis (filariasis linfática) es una enfermedad tropical producida por la transmisión de unos parásitos denominados filarias a través de mosquitos. Los trabajos en farmacología premiados con el Nobel de 2015 continúan la saga iniciada por Alexander Fleming con el descubrimiento de la penicilina en un hongo y por Ernst Chain y Howard Flory que aislaron su principio activo. Los descubrimientos de la avermectina y de la artemisina han revolucionado el tratamiento de las enfermedades parasitarias que afectan sobre todo a los países más pobres. Su impacto en la salud y sus beneficios para toda la humanidad son inconmesurables.

Más información en “El Nobel de Medicina premia nuevos hallazgos en malaria y otras infecciones parasitarias,” Agencia SINC, 05 Oct 2015; Antonio Martínez Ron, “Nobel de Medicina 2015 a la lucha contra las enfermedades parasitarias,” Next, Vozpópuli, 05 Oct 2015; Isabel F. Lantigua, “Los cuidadores de los pobres,” Salud, El Mundo, 05 Oct 2015; Nuño Domínguez, “El Nobel de Medicina premia terapias contra la malaria y otros parásitos,” Materia, El País, 05 Oct 2015; y muchos más.

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La física de partículas vuelve a recibir un Premio Nobel. Las partículas más esquivas, los neutrinos, son los protagonistas del Nobel de Física de 2015. ¿Exactamente qué han demostrado los galardonados? El japonés Takaaki Kajita y el canadiense Arthur B. McDonald han recibido el Premio Nobel de Física de 2015 por descubrir que los neutrinos son partículas que tienen masa. Lo han logrado gracias a una fenómeno llamado oscilación de los neutrinos. Ambos físicos han recibido el premio por ser los líderes de dos grandes detectores en cuyas colaboraciones trabajan más de cien físicos. Kajita lideró el detector japonés Super-Kamiokande (Super-Kamioka Nucleon Decay Experiment) y McDonald lideró el detector canadiense SNO (Sudbury Neutrino Observatory). Los neutrinos son partículas neutras, sin carga eléctrica, que interaccionan muy poco con la materia (unos 61 mil millones de neutrinos producidos en el Sol atraviesan cada centímetro cuadrado de nuestra piel y no notamos absolutamente nada). Los neutrinos solo sienten la interacción denominada débil, que es responsable de algunas desintegraciones radiactivas. Sabemos que hay tres tipos de neutrinos, el electrónico, asociado al electrón, el muónico, asociado al muón (una especie de electrón pesado) y el tau, asociado a la partícula tau (otra especie de electrón aún más pesado). Hace 20 años se pensaba que los neutrinos no tenían masa y se movían a la velocidad de la luz en el vacío, pero había un problema con los neutrinos generados por el Sol, que son neutrinos electrónicos. En la Tierra los detectores observaban un tercio de los neutrinos producidos por el Sol. La razón es que durante su trayecto algunos neutrinos cambian de tipo, pasan de tipo electrónico a muónico, o a tipo tau, y no los detectamos. Este fenómeno se llama oscilación de los neutrinos y el detector canadiense SNO, que era capaz de estudiar el número total de neutrinos de los tres y compararlo con el número de neutrinos electrónicos, confirmó en el año 2001 que los neutrinos cambian de tipo conforme recorren la distancia entre el Sol y la Tierra.

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Los detectores de neutrinos reciben menos neutrinos electrónicos producidos en el Sol de los esperados porque cambian de tipo.¿Qué relacion hay entre este fenómeno y la masa de los neutrinos? Los tres tipos de neutrinos son idénticos entre sí salvo por la manera en la que interaccionan con sus correspondientes leptones cargados, el electrón, el muón y el tau. En este sentido el tipo de un neutrino es una propiedad cuántica y, como en el caso del famoso gato de Schrödinger que puede estar vivo y muerto de forma simultánea, pero cuando lo miramos o está vivo, o está muerto, el tipo de un neutrino puede estar en un estado de superposición, electrónico, muónico y tau de forma simultánea, pero cuando lo producimos o cuando lo detectamos siempre lo detectamos de un tipo concreto, o electrónico, o muónico, o tau. Lo que cambia durante el trayecto de los neutrinos desde su fuente hasta el detector es la probabilidad de tener un tipo concreto y esta probabilidad oscila. Según la física cuántica, para que se de la oscilación es necesario que los estados de los neutrinos sin tipo bien definido, como el gato de Schrödinger, tengan una masa bien definida. Y al revés, los estados de los neutrinos con tipo bien definido no tienen masa bien definida. El detector Super-Kamiokande, liderado por Kajita, observó en 1998 la oscilación de los neutrinos producidos en las colisiones de rayos cósmicos con la atmósfera; el número de neutrinos muónicos incidente desde la vertical del detector y el número que llegaban al detector desde las antípodas, tras atravesar toda la tierra, era diferente, porque dichos neutrinos oscilaban en su trayecto y se observaban como electrónicos. En la última década muchos detectores han confirmado la oscilación de los neutrinos, como por ejemplo el famoso experimento OPERA, el del fiasco de los neutrinos superlumínicos, que ha observado la oscilación de neutrinos muónicos en neutrinos de tipo tau en el trayecto bajo tierra desde el CERN en Ginebra hasta el Laboratorio de Gran Sasso, cerca de Roma. La física de los neutrinos es realmente apasionante y sin lugar a dudas dará lugar a nuevos premios Nobel en los próximos años.

Recomiendo leer a Enrique Borja, “Un Nobel débil y oscilante,” Cuentos Cuánticos 06 Oct 2015, a Jorge Díaz, “Premio Nobel de Física 2015: oscilación de neutrinos,” Conexión Causal 06 Oct 2015, y a a Juan José Gómez Cadenas, “Los neutrinos y la primera batalla en la historia del Universo,” Opinión, El Mundo, 07 Oct 2015. También Nuño Domínguez, “Nobel para los cazadores de neutrinos,”Materia, El País, 06 Oct 2015; Antonio Martínez Ron, “Nobel de Física 2015 por descubrir la oscilación y masa de los neutrinos,” Next, Voz Pópuli, 06 Oct 2015; “Nobel de Física 2015 para los científicos que resolvieron el misterio de los neutrinos,” Agencia SINC, 06 Oct 2015; Teresa Guerrero, “Nobel de Física para dos pioneros en el estudio de los neutrinos, las partículas elementales más escurridizas,” Ciencia, El Mundo, 06 Oct 2015; y muchos más.

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Y nos queda el tercer premio Nobel de ciencias, el de Química, que se anunció el miércoles pasado. ¿Quiénes han recibido el más apreciado de todos los galardones de química? Este año el premio lo han recibido los descubridores de un mecanismo que estudian todos los alumnos de bioquímica: los mecanismos de reparación del ADN dañado durante la duplicación. El sueco Tomas Lindahl (Reino Unido, 1938), el estadounidense Paul Modrich (EEUU, 1946) y el turco Aziz Sancar (EEUU, 1946) han descubierto tres de los mecanismos moleculares que reparan el ADN dañado en una hebra de ADN usando como molde la otra hebra. Estos mecanismos de reparación de la doble hélice son fundamentales para salvaguardar la información genética y minimizar al máximo el número de mutaciones dotando de estabilidad al genoma de los seres vivos vida. Hay que recordar que una molécula de ADN humana tiene una longitud total son unos 300 metros y unas 3.200 millones de unidades de información (nucléotidos). En nuestras células el ADN está muy plegado y compactado dentro del núcleo, pero la mayoría de las células de nuestro cuerpo se reproducen muchas veces duplicando su ADN. Este proceso realizado por la enzima llamada ADN polimerasa no es perfecto y se estima que comete un error por cada cien millones nucleótidos. Los mecanismos de reparación del ADN logran corregir el 99% de estos errores, dando lugar a una tasa de error muy baja, de solo una mutación por cada tres duplicaciones. Gracias a esta tasa tan baja de mutaciones los seres vivos podemos transmitir nuestra herencia genética a nuestros descendientes. Pero al mismo tiempo, como el sistema de reparación no es perfecto, los hijos presentan cierta variabilidad genética, unas 138 mutaciones respecto al genoma combinado de sus padres. Sin estos errores la evolución de las especies sería mucho más lenta.

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Los premiados con el Nobel de Química han descubierto un mecanismo celular que detecta los daños en el ADN durante su duplicación y que los corrige como si se tratar de una especie de corrector ortográfico. ¿Exactamente cómo funciona este mecanismo en nuestras células? El mecanismo de reparación del ADN más sencillo se llama reparación por escisión de bases. Este mecanismo se inicia con el reconocimiento de la lesión, uno o varios nucleótidos dañados en una de las hebras. La molécula que realiza este reconocimiento se llama glucosilasa y fue descubierta en bacterias por uno de los premiados, el sueco Tomas Lindahl, en 1974. La glucosilasa reconoce el daño y elimina el nucleótido dañado en una de las hebras de ADN; otra enzima llamada endonucleasa corta la hebra y permite que la enzima polimerasa rellene el hueco con el nucleótido correcto usando como molde la otra cadena. El turco Aziz Sancar descubrió en 1976 otra enzima, la fotoliasa, que repara los daños producidos por la irradiación ultravioleta que pueden afectar a varios nucleótidos. Este otro mecanismo se llama reparación por escisión de nucleótidos y permite reparar lesiones más grandes (como las provocadas por muchos carcinógenos, como el tabaco). Finalmente, el estadounidense Paul Modrich ha sido premiado por descubrir en 1976 un tercer mecanismo de reparación de apareamientos incorrectos. En los apareamientos incorrectos no hay bases dañadas o modificadas, sólo una base incorrecta en una de las hebras. Una enzima llamada metilasa de mantenimiento reconoce la hebra recién sintetizada y pone en marcha el sistema de reparación de apareamientos erróneos. Los mecanismos de reparación de ADN descubiertos por Lindahl, Modrich y Sancar son ciencia básica que nos dice cómo funciona una célula viva, pero también tienen utilidad biomédica, por ejemplo, para el desarrollo de nuevos tratamientos del cáncer. Las células del tumor se dividen con rapidez y dependen mucho de los mecanismos de reparación del ADN, por lo que fármacos que interfieran pueden ser eficaces para atacar los tumores. Ya hay algunos fármacos aprobados para el tratamiento de algunos cánceres ginecológicos que utilizan esta idea.

Más información sobre el premio: Antonio Martínez Ron, “Nobel de Química 2015 al estudio de los mecanismos de reparación del ADN,” Next, Voz Pópuli, 07 Oct 2015; “Nobel de Química para los tres ‘reparadores’ del ADN,” Agencia SINC, 07 Oct 2015; Nuño Domínguez, “Nobel de Química a los mecánicos que reparan el ADN,” Materia, El País, 07 Oct 2015; y muchos más.


3 Comentarios

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David Castro

Hola Francis. Un comentario.
La longitud del ADN humano es de, aproximadamente, 1 metro (el genoma haploide). Cada par de base ocupa 0,34 nm, que al multiplicarlo por 3.200.000.000 nos da 1,088 m. Como nuestras células son diploides (con excepción de los óvulos y espermatozoides), en cada una habrá un poco más de 2 metros de ADN.
Saludos,
David.

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