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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ribosomas, antibióticos y el origen de la vida

Ribosoma - Quilo de Ciencia podcast - CienciaEs.com

Hoy vamos a retroceder dos décadas atrás en el tiempo para rememorar un acontecimiento que hizo historia y que ayudó a comprender mejor cómo funciona la vida y cómo llegó ésta a originarse en el amanecer del tiempo. En septiembre del año 2000 contaba lo siguiente:

Los avances que se producen en nuevas tecnologías con fines terapéuticos oscurecen, en muchas ocasiones, otros descubrimientos cuyas aplicaciones clínicas parecen menos inmediatas. La revista americana Science ha dedicado nada menos que tres artículos al descubrimiento de la estructura básica del ribosoma. El ribosoma es la fábrica celular de proteínas. En el ribosoma, los sueños almacenados en los genes del ADN se convierten en realidad funcional. El ribosoma está formado por ARN y proteínas que se organizan en dos subunidades, una algo más grande que la otra. Es la estructura de esta subunidad mayor, más implicada en la química de la síntesis proteica, la que ha sido descubierta.

Dos grupos de investigadores de la Universidad de Yale, en los Estados Unidos, han podido revelar la estructura de la subunidad mayor de dos Ribosomas bacterianos. Y el conocimiento de la estructura íntima de esta máquina molecular nos revela cosas sorprendentes.

La presencia de numerosas proteínas en el ribosoma parecía indicar que algunas de éstas serían los enzimas encargados de facilitar la unión de los aminoácidos para formar las proteínas celulares, mientras que el ARN y otras proteínas sólo servirían de elementos estructurales, encargados de mantener una forma ribosómica adecuada a su función. Esta suposición se ha revelado falsa. La estructura del ribosoma revelada por los investigadores de la Universidad de Yale indica que es el ARN, y no las proteínas ribosómicas, el facilitador, el catalizador, de la síntesis de proteínas. Y son las proteínas, y no el ARN, las que sirven de elementos estructurales. Este resultado es a la vez sorprendente y excitante. Veamos por qué.

Uno de los problemas para comprender el origen de la vida es averiguar cómo la vida ha sido posible en sus orígenes sin las proteínas que catalizan los procesos vitales actuales. Al descubrirse que ciertos enzimas no son proteínas, sino ARN, se postuló la existencia de un mundo primitivo formado por ARN, capaz de reproducirse a sí mismo. A partir de este mundo de ARN surgirían el ADN para almacenar la información genética y las proteínas que facilitarían nuevos procesos vitales. El descubrimiento de que es el ARN, y no las proteínas del ribosoma, el que constituye el principal enzima catalizador de la síntesis de proteínas refuerza la hipótesis de un mundo primitivo de ARN del que se derivó, por evolución, el mundo actual en el que el ADN y las proteínas parecen tener un papel más importante.

Pero el interés del conocimiento del ribosoma no acaba aquí. Los ribosomas bacterianos son diferentes de los ribosomas de las células eucarióticas, que forman nuestro cuerpo. Esto quiere decir que es posible encontrar sustancias que impidan el funcionamiento del ribosoma bacteriano, pero no afecten al funcionamiento de nuestros ribosomas. De hecho, algunos antibióticos, como la tetraciclina, funcionan precisamente de esta manera. El conocimiento de la estructura ribosómica fina permitirá el futuro diseño de nuevos fármacos y antibióticos que tendrán como blanco impedir el funcionamiento de los ribosomas de las bacterias patógenas. Nuevos antibióticos necesarios para luchar contra bacterias cada vez más resistentes a los antibióticos actuales.

Sin duda, investigaciones de este tipo ilustran el principio de que el conocimiento precede a las aplicaciones tecnológicas, entre las que se encuentran las aplicaciones terapéuticas. Esta investigación, realizada sin la intención de ser aplicada a un problema concreto, como curar una determinada enfermedad, puede abrir, sin embargo, la puerta a la cura de numerosas enfermedades infecciosas. Lo dicho, el conocimiento básico es un requisito para la buena salud de todos.

¿Qué podemos decir de la situación actual de la investigación sobre los ribosomas y los antibióticos?

Hoy nos podemos a preguntar si estas investigaciones han conducido al descubrimiento de nuevos antibióticos. Y bien, a lo largo de las dos últimas décadas se han establecido las estructuras tridimensionales de ribosomas adicionales de diferentes especies de bacterias y también de la subunidad mayor del ribosoma de la levadura de la cerveza, la que sirve para fermentar también el pan, qué es una célula eucariota que tiene ribosomas más complicados aun que los de las células procariotas, con lo cual, sí ha habido avances en la comprensión de la estructura de distintos tipos de ribosomas en distintos tipos de células.

Pero también nos podemos preguntar hoy si estas investigaciones han conducido a descubrimiento de nuevos antibióticos, creo que la respuesta es probablemente no. La razón es que la tecnología aún no está lista para poder deducir directamente la estructura y propiedades químicas de moléculas inhibidoras de una enzima o de un complejo enzimático simplemente estudiando la estructura de éste, es más fácil emplear otros métodos, como buscar entre cientos de miles de sustancias cuáles podrían ser las mejores candidatas para conseguir el efecto deseado, en este caso, inhibir la síntesis de proteínas en las bacterias sin por ello inhibir la síntesis de proteínas en nuestras células. La ventaja de este tipo de búsquedas es que se basan en el efecto final, es decir, en la inhibición del crecimiento bacteriano, lo que no restringe la búsqueda solo a una clase de moléculas que actúen sobre los ribosomas sino que incluye a cualquier molécula que puede afectar al entendimiento de las bacterias por cualquier mecanismo. El descubrimiento de nuevos antibióticos se ha convertido hoy en un asunto apremiante para mantener la salud pública ya que, como ya mencionaba hace 20 años, numerosas bacterias se han hecho resistentes a los antibióticos utilizados habitualmente. Es este un grave problema del que he hablado varias veces en Quilo de Ciencia que tiene difícil solución, porque desarrollar nuevos antibióticos presupuesto no hay mercado es un proceso largo y caro y en general las compañías farmacéuticas prefieren invertir sus esfuerzos en otros objetivos más rentables.

Con respecto a lo que mencionaba sobre el origen de la vida, la hipótesis del mundo primordial de ARN es hoy ampliamente aceptada, pero sigue siendo una hipótesis y, por muchos que lo acepten, eso no la convierte en realidad. La ciencia no se puede votar y la realidad desgraciadamente tampoco.

Es cierto que es más probable que primero surgieran moléculas de ARN con actividad enzimática que permitieran, nadie sabe aún cómo, una transición al mundo de ADN y de proteínas que domina hoy la mayor parte de los procesos vitales. Sin embargo, esto solo parte de la historia, y, quizá, ni siquiera la mayor parte. La vida, además de transmitir información de una a otra generación de seres vivos, información que está almacenada en el a ARN y en el ADN necesita energía para hacerlo, energía de todos los seres vivos se genera hoy mediante desequilibrios moleculares entre las membranas de las células, esas pequeñas murallas formadas a su vez por dos capas de moléculas de lípidos, que separan el mundo vivo del mundo no vivo. El desequilibrio de concentración de iones de hidrógeno, también conocidos como protones, entre ambos lados de una membrana de cualquier tipo de célula viva es la fuerza que permite la generación de energía útil para los seres vivos sin la cual la producción de la menor molécula de ARN de ADN o de proteína es hoy, y era probablemente también antes, imposible. El paso de un flujo de iones de hidrógeno a través de las membranas mueve, literalmente, molinos moleculares que generan energía útil para la vida. Cómo todos estos procesos se generaron se coordinaron para dar lugar a la primera célula sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia junto, tal vez, con la energía y la materia oscuras. Es cierto, bien podríamos llamar a esa etapa de la generación de la vida primitiva: la vida oscura. Esperemos que un día alguien, o algo, tal vez una máquina o conjunto de máquinas más inteligentes que nosotros hagan la luz y nos expliquen la vida.

Más información en

“Ébola Explicado “:https://jorlab.blogspot.com/2000/08/bola-explicado.html?q=%C3%A9BOLA

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