La pequeña gigante

Heinz-Günter Wittmann, a quien la comunidad académica se refería como "señor ribosoma", sacó del cajón de su escritorio una hoja de papel y se la entregó.

—¿Conoce a esta gente?

Era un frío día de noviembre de 1979 y la "soñadora", recién llegada a Berlín, reconoció en esa lista de nombres a lo más granado de la comunidad bioquímica, incluyendo a Watson y Crick.

Antes de que pudiera responder, oyó la lapidaria respuesta a la pregunta retórica:

—Son todas las personas que fracasaron intentando hacer lo que usted propone.

Ada Yonath pensó en el largo camino de tropiezos que llevaba recorrido y en la intuición de osos y bacterias que la habían encandilado.

—Es ciertamente una buena lista —respondió, decidida—. En el peor de los casos, será un honor para mí formar parte de ella.

Wittmann no vaciló en apoyar su proyecto.

Si observamos nuestro entorno con resolución atómica, explorando detalles de una diezmillonésima de milímetro, nada con aspecto vivo será aparente. Los átomos de hidrógeno de nuestro ADN no se verán distintos a los de una molécula de agua de una nube. Pero a medida que nos alejamos el paisaje se torna cada vez más complejo. En la escala nanométrica, apenas 10 veces más grande, comienzan a surgir estructuras que, sin estar vivas, son monopolio de la biología. Se trata de la maquinaria que hace posible todo lo viviente.

La inspiración le llegó, como tantas veces en la historia de la ciencia, mientras leía un artículo que no guardaba relación con sus investigaciones. Irónicamente, esta lectura tuvo lugar a raíz de un accidente de bicicleta que la obligó a pasar varios meses alejada del laboratorio.

Las proteínas pueden medir desde unos pocos hasta cientos de nanómetros. Son largas cadenas moleculares formadas por eslabones llamados aminoácidos, de los que existen 20 tipos. Con este kit se arman las cerca de 25 mil proteínas distintas que habitan en nuestro cuerpo. Éstas son la masa obrera de todo organismo vivo. Cumplen funciones tan disímiles como transportar el oxígeno desde los pulmones hacia los distintos órganos (hemoglobina), brindar estructura a nuestros tejidos (colágeno), regular el azúcar en nuestra sangre (insulina), o contraer las células de nuestros músculos (actina).

Todas estas funciones dependen críticamente de la forma que adquieren al plegarse en formidables estructuras tridimensionales que confieren propiedades específicas a sus frunces y arrugas, para sumarse a la precisa maquinaria de las cien mil millones de células de nuestro organismo. Es así como cada característica que nos hace ser lo que somos, como seres vivos y sujetos, está mediada por nuestras proteínas, que representan alrededor del 20% de nuestra masa corporal, porcentaje sólo superado por la sencilla molécula de agua, que da cuenta de dos terceras partes de nuestro peso.

El núcleo de cada célula contiene una copia de nuestro material genético, la joya más preciada de nuestra biología. Allí reside la información que heredamos de nuestros padres, el conjunto de instrucciones que determinan nuestro desarrollo y funcionamiento. Esta información está inscrita en largas cadenas de cuatro tipos de moléculas llamadas nucleótidos. El genoma humano contiene más de tres mil millones de estos eslabones, un texto diez veces más extenso que la

Enciclopedia Británica

. Parte clave de este largo manual corresponde a instrucciones para armar proteínas. Un gen es el conjunto de instrucciones necesarias para ensamblar una de ellas. Dado que los nucleótidos existen sólo en 4 formas, son necesarios tres de ellos para etiquetar cada aminoácido.

Pero si el genoma es sólo un libro de instrucciones para fabricar proteínas, ¿quién es su lector? Aquí entra en escena una de las máquinas más increíbles de la célula: el ribosoma. Se trata de intrincadas estructuras que miden algunas decenas de nanómetros y que son capaces de leer el material genético y tejer cada proteína que requiere la vida. Hay más de un millón en cada una de nuestras células, creando nuevas proteínas a una velocidad de 6 a 9 aminoácidos por segundo, de modo de reemplazar a las que naturalmente se van degradando. Los errores de esta cadena industrial no superan el uno por millón. Si queremos fabricar aminoácidos en el laboratorio, nos lleva algunas horas uno solo de ellos. Las bacterias tienen de 50 a 80 mil ribosomas que trabajan tres veces más rápido.

Los ribosomas están hechos de proteínas y de otra molécula ubicua en nuestras células: el ARN, un pariente cercano del ADN. Desenmarañar su estructura exacta fue una tarea titánica que se gestó, fundamentalmente, a partir de una crucial intuición de la química israelí Ada Yonath.

Como si no fuera suficiente el goce contemplativo de la extrema sofisticación descubierta en la maquinaria celular, la comprensión detallada de sus mecanismos ha sido de utilidad en el combate de las infecciones bacterianas.

La luz que ven nuestros ojos y los lentes de nuestros microscopios tiene una longitud de onda de entre 300 y 700 nanómetros. Esto significa que cualquier cosa más pequeña, como el ribosoma, no puede ser detectada usando luz visible. Por esta razón, para observarlos por primera vez, en 1955, George Palade utilizó un microscopio electrónico. Para develar el funcionamiento de estas pequeñas máquinas, sin embargo, era necesario explorar su estructura con una resolución muchísimo mayor.

Una de las técnicas más exitosas para escrutar la estructura de la materia a escala atómica es la cristalografía de rayos X. Estas son ondas electromagnéticas de una longitud de onda típica de una fracción de nanómetro. Así, son capaces de escudriñar las entrañas de la materia a esas mismas escalas. El obstáculo aquí estriba en que para utilizar este método es necesario cristalizar la estructura a ser observada. Disponer de una enorme cantidad de ribosomas en un arreglo ordenado que se repita en todas las direcciones. Cuando se trata de moléculas grandes y complejas como las involucradas en tejidos biológicos, producir cristales es una tarea titánica. Los rayos X, además, contribuyen rápidamente a dañar la muestra. El ribosoma es flexible, se deteriora y su complejidad química, sumada a su gran tamaño, convertían a la empresa en un imposible. Así constaba en los libros de texto.

Era necesaria una persona obstinada y soñadora como Ada Yonath, determinada a conseguir esos cristales. La inspiración le llegó, como tantas veces en la historia de la ciencia, mientras leía un artículo que no guardaba relación con sus investigaciones. Irónicamente, esta lectura tuvo lugar a raíz de un accidente de bicicleta que la obligó a pasar varios meses alejada del laboratorio. El artículo hablaba sobre el período de hibernación de los osos polares y comentaba que los ribosomas se empaquetaban ordenadamente en la pared interna de la membrana celular. Esta conformación permitía evitar la degradación, de modo que los ribosomas pudieran pasar esos meses intactos, listos para funcionar cuando el oso saliera de su período de inactividad.

Si los osos podían hacerlo, ¿por qué no habría de poder ella? Su perseverancia y audacia la llevaron a lograr lo que todos creían imposible. En 1980 obtuvo los primeros cristales a través de una técnica creada por ella, que demandaba un rápido enfriamiento de las muestras a casi 200 grados bajo cero. Llevó 20 años más conseguir los primeros modelos del ribosoma con precisión atómica y conocer su estructura. Ada Yonath, Thomas Steitz y Venkatraman Ramakrishan recibieron el Premio Nobel de Química en 2009 por este gran paso hacia la comprensión de este increíble complejo industrial que albergan las células.

El ribosoma fabrica las proteínas, a grandes rasgos, del modo siguiente. La información de un gen es copiada desde un segmento de ADN a una molécula de ARN mensajero. El ribosoma está compuesto por dos unidades que encastran perfectamente, dejando un canal en el que otras moléculas de ARN que transportan aminoácidos pueden encajarse. El ARN mensajero atraviesa la unidad más pequeña aportando el código de ensamblaje, la secuencia de aminoácidos que necesita la proteína. En un proceso perfectamente industrial, cada instrucción lleva al ribosoma a enhebrar en la futura proteína el aminoácido correspondiente, excretando el resultado a través de una abertura de la unidad grande. El proceso continúa hasta que la proteína está completa, incluyendo su pliegue espacial característico.

Como si no fuera suficiente el goce contemplativo de la extrema sofisticación descubierta en la maquinaria celular, la comprensión detallada de sus mecanismos ha sido de utilidad en el combate de las infecciones bacterianas. La mayor parte de los antibióticos modernos utilizan complejos moleculares muy pequeños que obstruyen mecánicamente, como si se tratara de un obrero en huelga, alguno de los pasos de esta máquina biológica. Desde la obstrucción del tracto del ribosoma hasta el taponamiento del canal de entrada del ARN mensajero, pasando por el bloqueo del ensamblaje de las dos unidades o la supresión del pegado de aminoácidos. La clave es que los ribosomas de las células procariotas (como las bacterias patógenas) son distintos a los de las eucariotas (las nuestras).

Así, las moléculas del antibiótico son letales para las bacterias —al no ser capaces de reemplazar las proteínas que se degradan—, pero no para nuestras células.

Heinz-Günter Wittmann falleció en 1990, sin poder ser testigo de la consagración definitiva de la "soñadora". La mujer que desentrañó el secreto industrial más preciado: el de la fábrica universal de proteínas.