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Los tres domadores de la evolución ganan premio Nobel

La Real Academia Sueca de las Ciencias ha otorgado el premio Nobel de Química 2018 a Frances Arnold, George Smith y Sir Gregory Winter por desarrollar proteínas y anticuerpos con el método de “evolución dirigida”

Los tres domadores de la evolución ganan premio Nobel

El estudio de la “evolución dirigida” es un conjunto de tecnologías que permite mejorar una proteína o un ácido nucleico al reproducir artificialmente el proceso natural de la evolución, aunque busca orientarlo en una dirección elegida. Es «una revolución científica» porque «comprime el proceso de evolución natural de enzimas, de miles de millones de años, en otro dirigido que dura días o semanas», explica el biólogo molecular Miguel Alcalde.

Cuando se produce un cambio genético, que se transforma en la modificación de un rasgo o una función biológica, la selección natural decide si es beneficioso o no para ese individuo. Si resulta positivo, se perpetúa a través de la reproducción. Si no supone una ventaja, se elimina. Este principio es el que usaron en los años 80 y 90 los recién galardonados por la Academia Sueca para mejorar los procesos de la industria farmacéutica o de los combustibles limpios entre otros.

Los métodos creados por los científicos son utilizados hoy en día y a nivel mundial para promover una industria química mucho más limpia, crear nuevos materiales, producir biocombustibles sostenibles y salvar vidas.

De igual modo, han permitido que la humanidad realice el equivalente a la agricultura o la ganadería en el mundo de los microbios y las moléculas, porque permite domesticar microbios para que desarrollen proteínas que no existen en la naturaleza y que se aplican a la creación de nuevos fármacos contra muchas enfermedades, desde la diabetes al cáncer metastásico

Cada uno de los ganadores está dotado este año con 9 millones de coronas suecas -1,02 millones de dólares-. La mitad del premio corresponde a la estadounidense Frances Arnold por su trabajo en la evolución dirigida de enzimas. La otra mitad del reconocimiento es para George Smith y Gregory Winter, quienes desarrollaron proteínas y anticuerpos usando la evolución dirigida.

El año pasado el premio Nobel de Química premió a Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson por desarrollar técnicas para observar biomoléculas en solución mediante microscopía crioelectrónica.

Gregory Winter

Gregory Winter

Nació en Leicester, Reino Unido, en 1951. Es biólogo molecular egresado de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, y tiene un doctorado de la misma casa de estudios.

A mediados de la década de los noventa, usó el método phage display -desarrollado por George Smith- para crear genotecas con las instrucciones para crear miles de millones de anticuerpos diferentes y desarrolló métodos para buscar y seleccionar entre todos ellos los que tienen interés terapéutico.

La idea de Winter era utilizar la diana de cada anticuerpo como anzuelo para seleccionar los mejores en el proceso de producción, y para ello se valió del potencial de la evolución. Su método consiste en cambiar al azar gen de un anticuerpo humano, introducirlo en un bacteriófago, seleccionarlo con la diana de interés –por ejemplo, una proteína implicada en el cáncer– y repetir el proceso tres veces. Al final, se obtiene un anticuerpo altamente específico y eficiente sin tener que utilizar animales para producirlos, algo necesario en el pasado.

Consiguió producir un anticuerpo monoclonal 100% humano, humanizando anticuerpos de ratón.  De esta forma, creó adalimumab, que neutraliza la proteína TNF-alfa, causante de la inflamación de las enfermedades autoinmunes. Fue aprobado en 2002 para tratar la artritis reumatoide.

Esta técnica, que le valió el Premio Príncipe de Asturias en 2012, ha abierto una ventana completamente nueva para la fabricación de medicamentos basados en proteínas humanas y que ha cambiado la vida a miles de personas con enfermedades autoinmunes como la artritis reumatoide o la psoriasis. Igualmente, los anticuerpos pueden neutralizar toxinas, contraatacar enfermedades del sistema inmunológico y curar incluso el cáncer con metástasis.

Actualmente, esta forma de producir anticuerpos se aplica al desarrollo de tratamientos para enfermedades autoinmunes, para la inmunoterapia del cáncer y para otras patologías como el alzheimer.

Fue galardonado con el Nobel de Química 2018 junto a George Smith por desarrollar anticuerpos aplicables a fármacos y tratar así patologías como artritis reumatoide, psoriasis y enfermedades inflamatorias del colón.

George Smith

george smith

Nació en 1941, en Norwalk, EE.UU. Tiene un doctorado por la Universidad de Harvard y es profesor emérito de Ciencias Biológicas en la Universidad de Missouri, Columbia.

Es el padre del método llamado phage display, el cual desmenuza el funcionamiento de los bacteriófagos -virus que infectan a las bacterias- y el rol de las proteínas en la infección.

Para ello, en 1985, Smith insertó virus modificados genéticamente en el genoma de las bacterias, actuando así como anzuelos selectivos. Los patógenos secuestran su metabolismo y producen con este millones de proteínas diferentes. De este modo, los científicos pueden identificar qué gen es responsable de producir una proteína ya conocida, utilizándolo así como “una librería de genes”.

Gracias a la técnica de Smith, entre una mezcla de millones de bacteriófagos diferentes, se pueden extraer únicamente los que contienen un gen en concreto. Asimismo, se han producido anticuerpos que pueden neutralizar toxinas, contrarrestar las enfermedades autoinmunes y curar el cáncer en fase de metástasis. Por este motivo, recibió el premio Nobel de Química 2018, en conjunto con Gregory Winter.

Frances Arnold

frances arnold

Es oriunda de Pittsburgh, EEUU, y tiene 62 años. Posee en su haber un doctorado en Ingeniería Química en la Universidad estadounidense de Berkeley y es profesora del Instituto de tecnología de California (Caltech).

Arnold llevó a cabo la primera evolución dirigida de enzimas, que son las proteínas que catalizan las reacciones químicas en los seres vivos, que han servido para producir desde biocombustibles a medicinas. Al principio, trató de lograrlo empleando métodos más tradicionales, pero el hito se produjo cuando permitió que las fuerzas evolutivas como la selección natural y la suerte asumieran el desarrollo de las enzimas, a la vez que las guiaba de manera sutil.

Su método hace cambios al azar en el gen de una enzima de interés. Luego, lo introduce en bacterias para que fabriquen la enzima y selecciona las que producen la versión más eficiente. A continuación, vuelve a mutar al azar este nuevo gen y repite el proceso hasta dar con una enzima final con nuevas funciones o mucho más eficiente que la original.

A finales de la década de los setenta, esta ingeniera mecánica y aeroespacial dio un giro a su carrera para buscar nuevos métodos de producir este tipo de proteínas ubicuas en la naturaleza, encargadas de catalizar todas las reacciones bioquímicas de los organismos vivos. La capacidad de cada una de las miles de enzimas conocidas —como las que permiten a microbios vivir sin oxígeno o alimentarse de compuestos tóxicos— depende de su secuencia genética, que contiene la receta para fabricarla a partir de un reducido catálogo de 20 aminoácidos.

En 1993, desarrolló por primera vez un método para introducir mutaciones en la secuencia genética de enzimas e introducirlas en bacterias. Este ganado microscópico servía para producir miles de variantes diferentes de la enzima en cuestión que después eran seleccionadas y mejoradas generación tras generación hasta tener una nueva proteína con propiedades que no se dan en la naturaleza.

Desde entonces, se han desarrollado nuevos fármacos y combustibles sin requerir de los catalizadores convencionales, que suelen tener un coste elevado y a menudo son tóxicos y perjudiciales para el medio ambiente.

Este miércoles se convirtió en la quinta mujer en ser galardonada con el Nobel de Química, un día después de que Donna Strickland recibiese el Nobel de Física y se coronara como la tercera mujer en recibir este honor. De los 181 galardones de Química otorgados desde 1901, solo cinco han sido para mujeres, el 2,7% del total. Antes de Arnold, solamente otras cuatro mujeres habían sido galardonadas con el Nobel de Química: Marie Curie (1911), Irène Joliot-Curie (1935), Dorothy Crowfoot Hodgkin (1964), y Ada Yonath (2009). Este galardón no era entregado a una candidata femenina desde 2009, cuando la israelí Ada E. Yonath lo obtuvo por el estudio de la estructura y función de los ribosomas.