El humano es un primate y, como tal, su principal sentido es el de la vista. Tal vez por ello debamos ver para creer. Pero a diferencia de nuestros primos, los humanos hacemos ciencia. Y entonces el ver para creer se transforma en ver para saber.
En las entrañas del Institut Pasteur de Montevideo, inaugurado hace una década, se encuentra uno de los cuatro cristalógrafos de difracción de rayos X de toda América Latina. El aparato, que costó medio millón de dólares, permite a los investigadores visualizar cada uno de los átomos que conforman las proteínas, las moléculas estrella de la biotecnología, que están formadas por una combinación específica de 20 aminoácidos.
“Las proteínas son siempre un piolín de aminoácidos, unido uno detrás del otro, y que simplemente se pliegan de distinta manera. Cada proteína tiene una forma específica y gracias a esa forma es que pueden llevar adelante sus funciones”, dice el científico argentino Alejandro Buschiazzo, investigador principal del Departamento de Microbiología Estructural y Molecular del Pasteur Montevideo, que oficiará de guía para adentrarnos al maravilloso mundo de los primerísimos primeros planos de las proteínas.
Si bien estas imágenes han permitido avanzar en la aventura del conocimiento, también son una forma de arte, una representación de un mundo minúsculo que resulta en fractales, formas y colores capaces de producir regocijo, tanto estético como intelectual.
Qué vemos: Varias proteínas de Leptospira interrogans empaquetadas en un cristal, lo que produce un fractal colorido. “Tenemos que cristalizar las proteínas para poder verlas en el aparato de difracción de rayos X. No es que la proteína forme estas estructuras fractales en la realidad. Esta es la estructura que forma en el cristal y la proteína en sí es sólo esa unidad mínima del diseño que vemos”. Es que cada proteína mide unos 70 Å (un ångström equivale a la diez mil millonésima parte del metro, o sea, a 0,000.000.000.1 metros), mientras que los cristales que colocan en el aparato miden aproximadamente 1 mm. “En un cristal se encuentran aproximadamente unos 1.000 millones de proteínas. Y lo que vemos en esta imagen es apenas una parte mínima del cristal”.
Qué es: “La Leptospira interrogans es una bacteria muy bonita que es como un sacacorchos. Al hombre le genera una enfermedad severa, la leptospirosis, que si no se trata a tiempo con antibióticos, puede resultar letal”. De hecho, en Uruguay se producen muertes por leptospirosis todos los años y, según la Organización Mundial de la Salud, el contagio a humanos se produce por contacto directo con la orina de animales infectados o con un ambiente contaminado por orina. Tal es así que se considera un problema de salud pública humana y veterinaria.
Qué se investiga: “Si bien causa muerte en humanos no tratados, hay un interés económico muy grande en investigarla porque es uno de los agentes que provoca abortos en el ganado bovino. En el Instituto estamos investigando con mucho énfasis los mecanismos de virulencia, o sea, por qué la bacteria es más agresiva o no. Y la proteína que vemos es un factor de virulencia”.
Qué vemos: Esta es la proteína de Leptospira que constituye un factor de virulencia. “Esta proteína es esencial para la capacidad normal de la bacteria de moverse y así diseminarse por el organismo infectado y colonizar órganos como el riñón”. Esos rulos que dan vueltas es lo que Alejandro llama cariñosamente piolín de aminoácidos y que la academia prefiere denominar polipéptido. El color rojo y el azul se deben a que esta proteína está compuesta por dos piolines unidos entre sí, lo que conforma un dímero. “Los palitos que sobresalen, sin estar a escala, son las cadenas laterales de cada aminoácido”. ¿Y por qué esta proteína es importante para la virulencia de la Leptospira? “Algunos de esos aminoácidos de la cadena lateral están cargados positivamente, otros negativamente, unos son como agua, otros como aceite. Y eso es lo que les da las propiedades a la proteína. Porque si vos tenés una parte muy ácida de la proteína va a tender a asociarse con otras moléculas básicas, controlando mecanismos biológicos como el de la patogenicidad”.
Por qué es importante: “La Leptospira es una bacteria agresiva que se mueve muy rápido, y si vos le sacás esta proteína, la bacteria no se mueve o lo hace muy ineficazmente. Eso reduce la virulencia porque transita más torpemente por el organismo y no se puede alojar donde debería”. Al incidir en la motilidad de la bacteria, esta proteína es motivo de interés. “Esta proteína es un target, un blanco, porque si desarrollamos anticuerpos que la ataquen, podemos llegar a pensar en una vacuna”.
Qué se investiga: En colaboración con un grupo en Estados Unidos y otro de Francia, Alejandro y su equipo estudian esta proteína para conocer cómo actúa. Por otro lado, se realizan investigaciones pensando en el ganado. “Hoy hay una vacuna para la leptospirosis. Pero es como la vacuna de la gripe: cada tanto cambia porque hay distintas cepas. Entonces se recomienda determinar qué variantes circulan realmente en el ganado de cada región”. Para ello, el Institut Pasteur, en colaboración con el Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria, el Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca y la Universidad de la República, realizan el aislado y tipificación de las cepas de Leptospira que hay en el país. La investigación ha dado resultados y se identificaron siete variantes de Leptospira. “Pero sólo una de ellas está incluida en las vacunas comerciales que se venden en el mercado. Entonces a los laboratorios les interesa trabajar con nosotros en esa fase, porque estamos viendo si la incorporación de estas variantes ayuda a aumentar la eficacia de la vacuna”. Sin embargo, hay dos estrategias: “O mejorar las vacunas a vivo muerto incorporando las variantes presentes en nuestro campo, o desarrollar una vacuna por subunidad que afecte a la proteína que le da motilidad a la bacteria en todas sus variantes y que generaría una vacuna de aplicación universal”. El asunto es que el segundo camino no le interesa tanto a los laboratorios: si la vacuna no es tan buena, los ganaderos tienen que vacunar todos los años. La vacuna universal y de aplicación única le conviene al productor pero no al laboratorio. “Los conflictos de intereses que son naturales de esta actividad”.
Cuánto hay que esperar: “La vacuna podría estarse probando en un lapso aproximado de un año. El gran signo de interrogación es si va a funcionar. Eso es lo que nos proponemos probar experimentalmente ahora”.
Qué vemos: En un crema traslúcido vemos una proteína, la trans sialidasa, de Trypanosoma cruzi, parásito que provoca la enfermedad de Chagas. Arriba, en cyan y lila, vemos un anticuerpo humano que bloquea el bolsillo de la proteína que capta moléculas de azúcar (cada una de las esferas naranjas y amarillas son los átomos de esa molécula).
Qué es: “Esta proteína es una enzima que le roba ácido siálico al huésped y eso es fundamental para el parásito, porque él no lo puede producir. La proteína tiene un bolsillo, una depresión en la superficie, en la que entra perfecto la molécula de azúcar. Mediante unos aminoácidos de las cadenas laterales de la proteína, rompe un enlace y capta el ácido siálico del azúcar y se lo pone al propio parásito. El parásito se recubre de ácido siálico y eso hace que sea inmune a la respuesta del huésped”. No hay nada más inspirador que la naturaleza. Por eso, al ver con estas imágenes qué es lo que hace el anticuerpo humano, los científicos pueden desarrollar estrategias para combatir el mal de Chagas. “Viendo cómo funciona el anticuerpo, notamos que bloquea la entrada del azúcar, entonces el anticuerpo nos inspira para desarrollar inhibidores de la enzima”.
Qué se investiga: La ciencia es colaborativa. Ahora un equipo en Argentina está desarrollando pequeñas moléculas que mimeticen el efecto que produce el anticuerpo natural. “En lugar de hacer un gran anticuerpo, buscan un pequeño fármaco de síntesis, que es más barato, que produzca el mismo efecto, alojándose en el mismo lugar y bloqueando ese bolsillo en el que entra el azúcar”. Al bloquearlo, la enzima se inhibe: “Entonces es el propio cuerpo el que se encarga de destruir al Trypanosoma cruzi, porque no va a poder ponerse ácido siálico encima. Y al no tener ácido siálico en la superficie, queda como al desnudo y vulnerable a la acción de los mecanismos inmunes que el cuerpo tiene”.
Qué vemos: En cyan y lila vemos al anticuerpo humano. Si bien se trata de una única proteína, los dos colores responden a que tiene dos cadenas de aminoácidos. Al lado, en azul y rojo, está el azúcar sintético mimético que serviría para bloquear la encima y evitar que el Trypanosoma cruzi se provea del ácido siálico que lo protege de la respuesta inmune. “Sintetizar esta molécula es más barato y sencillo que sintetizar el anticuerpo entero”.
Qué es: El inhibidor sintético que vemos aún no ha dado los resultados esperados, pero ha abierto caminos para el desarrollo de moléculas inhibidoras eficaces.
Qué se investiga: La ciencia es cooperativa. El modelado de la molécula a partir de los cristales se realizó en el Pasteur de Montevideo. Si en Argentina desarrollan con éxito una molécula sintética inhibidora, el Pasteur y Alejandro habrán contribuido con su granito de arena, o para ser más precisos, con su cristal de proteína trans sialidasa.
Qué vemos: Esta es la proteína de cápside del virus de la leucosis bovina (BLV). La cápside es la cubierta de los virus dentro de la cual está el material genético ARN. La determinación de este hexámero motivó un paper, que Alejandro, junto a otros investigadores, publicaron en la prestigiosa revista Science en 2015. “Este es el virus de la leucemia de las vacas. Por suerte, hoy por hoy este virus no se pasa al humano. Digo por suerte porque cerca de la mitad del ganado uruguayo está infectado por BLV. Si llegara a pasar al hombre, estaríamos en problemas, porque no es como el HIV que afecta a los linfocitos T, sino que ataca a los linfocitos B, que son los que producen anticuerpos”.
Por qué es importante: En ese paper determinaron la estructura de la cápside, que está conformada por hexámeros y con pentámeros en las puntas para poder doblarse. “Es un poco como una pelota de fútbol que tiene los hexámeros y los pentámeros, porque no hay otra forma de armar una esfera. Es una proteína muy importante en todos los retrovirus, como el HIV o el HTLV, que generan enfermedades importantes, porque todos tienen cápside. Y la cápside es fundamental para que el virus descargue su material genético. Y nadie sabe bien, todavía, cómo es el desensamblado de la cápside para liberarlo. Esta misma proteína se ensambla y se desensambla, ¿pero cómo?, ¿por qué? Entonces eso la convierte en blancos terapéuticos para buscar alguna molécula que impida que se desensamble”.
Qué se investiga: El objetivo de Alejandro es entender cómo funciona la cápside para buscar una forma de evitar que se abra y libere el ARN. “Porque ese ARN es el que se mete en el núcleo de la célula y la transforma, la reprograma y se mete en el genoma. No te lo sacás más de encima”. Otra estrategia es evitar que la cápside se cierre. “Porque para propagarse el virus precisa entrar a las nuevas células, abrirse y transformarlas. Pero una vez que las transforma, en el ciclo de vida, se generan nuevas partículas virales, y dentro de la célula la cápside tiene que volver a armarse para poder salir de la célula como partícula infectiva. Si vos evitaras el armado, también sería una forma de evitar la propagación”. Cuando se publicó el artículo en Science era la primera vez que se veía a esa resolución una cápside retroviral, lo que permitió empezar a pensar cómo se empaqueta al tiempo que permitió encontrar blancos para diseñar fármacos que impidan que se abra. “Nosotros no nos metimos en eso porque no nos da la competitividad, fue una decisión estratégica. En el mundo hay laboratorios gigantescos que nos van a pasar por arriba si nos metemos a sintetizar compuestos. Nosotros preferimos contribuir con la información y seguir adelante”. Una vez más, la ciencia es colaborativa: hay laboratorios en Estados Unidos e Inglaterra que están investigando cómo evitar que la cápisde del HIV se abra.
Qué vemos: Esto es un acercamiento del hexámero de la cápside del virus de la leucosis bovina (BLV), un primerísimo primer plano de los átomos del polipéptido de p24. Cada esfera es un átomo. En rojo vemos los de oxígeno, en amarillo los de carbono y en azul los de nitrógeno.
Por qué es importante: Es increíble estar viendo los átomos de una proteína. “La cristalografía en química fue fundamental, porque permitió ver cosas que antes eran sólo pronósticos o propuestas. En muchas cosas le pegaron y en muchas otras tuvieron que cambiar. Y todo eso contribuyó, en la química, a entender la teoría de los orbitales electrónicos, las valencias, etcétera. “El estudio de las proteínas vino mucho después, y cuando se vieron las primeras, también fue una revolución”. Gracias a un cristalógrafo de rayos X como el que sacó estas imágenes, James Watson y Francis Crick vieron por primera vez la famosa estructura de doble hélice del ADN. “Linus Pauling, que fue premio Nobel de Química, pensaba que las cadenas secundarias del piolín de ADN miraban para afuera, como en las proteínas. Y Watson y Crick, mediante la difracción de rayos X, vieron que las cadenas laterales iban para adentro, formando esa escalera que hoy todos conocemos y que explica el mecanismo de copiado. Y hasta que no vieron la doble hélice no se dieron cuenta de que había un copiado de una con la otra. Cada A va con una T. Cada C con una G. No hay vuelta. Y eso cuando lo ves en los átomos es muy claro por qué”.
Textos: Leo Lagos | Fotos: Difractor de Rayos X del Institut Pasteur de Montevideo.