Microbios como fábricas vivientes. El trabajo de una mujer ejemplar

Frances Arnold, ganadora del premio Nobel de química en el 2018, la quinta mujer en la historia, tiene una visión aguda y diferente para enfrentar la realidad: “Quítese de la cabeza la idea de que lo controla todo. No, usted no lo hace. Lo mejor que puede hacer es adaptarse, anticiparse, ser flexible, sentir el entorno y responder a él”. Tal vez por eso, ha construido una carrera brillante, cediéndole el comando de su laboratorio a una fuerza mucho más grande y poderosa que cualquier ejército o cabeza de estado, la evolución.

Desarrolló una técnica conocida como evolución dirigida*, una forma de generar una cohorte de enzimas novedosas y otras biomoléculas con usos diferentes como limpiar derrames de químicos tóxicos, quitar manchas de las ropas en frío y sin contaminar, o fabricar medicamentos sin usar la nociva catálisis de metales.

En lugar de buscar diseñar nuevas proteínas de la manera tradicional, pieza a pieza y de una forma racional y calculada y en la que muchos químicos han fallado, su método consiste en usar recetas de la evolución para que ella las fabrique y las mejore.

La receta es sin duda el sueño de todo ingeniero, lo simple.

Se comienza con una proteína que tiene algunas características que son de interés, como su estabilidad en temperaturas muy altas o su capacidad de separar las grasas. En el laboratorio se altera al azar el gen que la codifica. Luego se buscan cambios pequeños en la proteína resultante, una aceleración en su actividad o una capacidad para hacer una tarea antes difícil o trabajar en condiciones desconocidas.

Se muta esa versión mejorada, de nuevo, y se escoge la que trabaja aún mejor. Se repite cuantas veces sea necesario. Los experimentos se hacen con la ayuda del caballito de batalla que es la E. coli o con un microbio exótico de las calientísimas aguas termales de Islandia, a más de 80 grados centígrados.

Se da a las proteínas y a los microbios que las contienen, el mismo tratamiento que, sin proponérselo, las personas hacen cuando toman antibióticos: se desafía a los microbios que muchas veces responden adaptándose y sobreviviendo.

Con su evolución dirigida, el laboratorio de Arnold ha generado microbios que hacen lo que nunca habían hecho en la naturaleza. Algunos por ejemplo mantienen juntos al carbón, el elemento que define la vida y el sílice, el material de la arena, vidrio o chips de computador, inanimados.

«Demostramos por primera vez que los organismos vivos pueden usar su propia maquinaria para juntar carbón y silicio y ni siquiera tuvimos que forzar mucho a las proteínas para que lo lograran”, dice una colaboradora del laboratorio. Y así con otras fusiones impensables hasta que la evolución dirigida las facilitara.

Hemos descubierto en el laboratorio que la naturaleza puede hacer químicos que jamás habríamos soñado fueran posibles.

“Frances Arnold sencillamente inventó el campo de la química evolutiva. En lugar de analizar y tratar los materiales con los métodos conocidos de la síntesis química, ella encontró una manera de usar a la misma naturaleza para poblarla de todas las posibles variantes biológicas o moléculas químicas importantes”, dice Diana Kormos-Buchwald, quien dirige un proyecto, The Einstein Papers Project, en el instituto Caltech.

Arnold recalca. “A la naturaleza no le importan los cálculos que usted haga”. Como prueba, su equipo encontró las mutaciones que mejor funcionaban para darles a las proteínas más eficiencia, en los lugares más impredecibles.

“Podían estar lejos del sitio activo de la proteína o en la superficie. En el lugar donde todos decían que no importaba, pero sí importaba. Muy contenta les mostré los resultados a los bioquímicos, haciéndoles, buuuuhhh”, dice con humor Arnold.

A ella la mueve más que la curiosidad intelectual, claro. Con sus grados en ingeniería de automóviles, en mecánica e ingeniería aeroespacial y un doctorado en ingeniería química, está más que motivada por un deseo de hacer cosas útiles.

Y como la ferviente ambientalista que es, útil quiere decir bueno para el planeta.

Los métodos de la evolución dirigida pueden producir enzimas especializadas que ejecuten reacciones químicas de lejos más limpias y eficientes comparadas con las venidas de los procesos convencionales, y que serán parte de solventes, plásticos y metales preciosos.

“Todos mis proyectos son sobre sostenibilidad, sobre hacer las cosas de una forma más limpia. Tengo estudiantes que me dicen, quiero ayudar a la gente. Les digo, la gente ya tiene ayuda, ¿por qué usted no ayuda al planeta más bien?”, cuenta Arnold.

Y sus ideas han cristalizado en varias compañías.

La Industria farmacéutica es asombrosamente lejana a lo limpio. Ellos producen cien veces más basura que medicinas. La nueva tecnología sí que puede hacerlo mucho mejor.

Los colegas, miembros o no de su equipo, le tienen un profundo respeto y admiración. Carismática, rigurosa y cálida. Excepcional por donde se mire, con cinco idiomas encima, varios instrumentos para tocar y habilidades en la cocina, en la huerta y trabajando 60 horas a la semana. A sus 62 años sin embargo no todo han sido éxitos, premios y alegrías. Madre de tres muchachos perdió en 2016 al de en medio en un accidente, cuando tenía 20 años. Aún no puede hablar de eso.

En 2004 le fue diagnosticado un cáncer de mama extendido a los nódulos linfáticos, que ella manejó con valor durante 18 meses de una dolorosa cirugía, radiación y quimioterapia, sin descuidar a sus hijos y el trabajo.

Tenía una memoria fotográfica. La quimio se la llevó.

“Frances no tuvo una vida fácil, pero se llevó el Nobel”, dice Viviana Gradinaru, neurocientífica en Caltech y su amiga.

Arnold no es muy dada a los elogios.

Nadie tiene garantizada una vida fácil. Pensemos en Siria, y en otros lugares. Pero yo no me rindo, ¿por qué habría de hacerlo?. Tengo un grupo de personas jóvenes en mi laboratorio, y dos hijos a mi lado que me necesitan.

Qué bien se estaría en el mundo si hubiera miles, millones de Frances. Pero como no es así, nuestro trabajo y obligación es suplir las carencias con nuestros recursos, pocos o muchos, aunque eso sí, con persistencia y entusiasmo.

*El concepto está circunscrito a la forma cómo se manipulan las proteínas. No se puede asociar a procesos deterministas.

Nota de la autora

Este escrito está basado en la columna de opinión de Natalie Angier, del New York Times, aparecida el 28 de mayo de 2019: Frances Arnold Turns Microbes Into Living Factories. Instead of synthesizing new biochemicals from scratch, the Nobel Prize-winning chemist puts nature to the task — with astonishing results.

Sobre el artículo original

El artículo Microbios como fábricas vivientes. El trabajo de una mujer ejemplar apareció el 28 mayo de 2019 en el blog Ciencia Cierta.

Un especial agradecimiento a la autora por permitir su reproducción en Mujeres con ciencia.

Sobre la autora

Josefina Cano es PhD en Genética Molecular de la Universidad de Sao Paulo. Premio Nacional de Ciencias Alejandro Angel Escobar y otras distinciones en Colombia. Ahora vive en Nueva York dedicada a la divulgación de la ciencia.