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Nobel de Química 2018 por la “Evolución Dirigida”

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  • jueves, 11 octubre, 2018 a las 09:10
  • por Víctor Pérez Asuaje

Como muchas de las grandes invenciones de la humanidad, todo comenzó con una idea sencilla pero potencialmente revolucionaria. Se trataba de aplicar las leyes de la evolución natural para el diseño de moléculas actuales, pero mejorando sus propiedades a través de la evolución dirigida.

Los galardonados con el Nobel de química de este año por sus descubrimientos sobre la evolución dirigida, Frances H. Arnold, George P. Smith y Gregory P. Winter. [Fundación Nobel]

Los galardonados con el Nobel de química de este año por sus descubrimientos sobre la evolución dirigida, Frances H. Arnold, George P. Smith y Gregory P. Winter. [Fundación Nobel]

Así empezó una versátil metodología que recrea en el laboratorio los procesos fundamentales de la evolución en la naturaleza. En concreto, la introducción aleatoria de mutaciones en los genes, la recombinación de los mismos –como sucede durante los procesos de reproducción sexual– y la selección de las mejores variantes.

El Premio Nobel de Química 2018 ha reconocido los trabajos y la labor pionera en este campo de la ingeniera química Frances H. Arnold del California Institute of Technology (Caltaceh, EE UU), la quinta mujer que gana el Premio Nobel de Química, que comparte el galardón con los investigadores George P. Smith y Gregory P. Winter.

La evolución en la naturaleza es lenta y espontánea, transcurre a través de la supervivencia de los organismos más adaptados al entorno en el que viven, que transmiten sus ventajas adaptativas generación tras generación.

Por el contrario, la evolución dirigida, pese a utilizar las mismas “reglas”, comprime la escala temporal de la evolución natural, desde miles de millones de años, hasta tan sólo unas semanas de trabajo en el laboratorio.

Al tratarse de un proceso dirigido (la presión selectiva es meticulosamente controlada por el científico), se consigue concentrar el inmenso potencial de la evolución para el diseño de enzimas a la carta, más resistentes y activas. En muchos casos, además, con funciones no mostradas en ecosistemas naturales, dado que la vida nunca se ha planteado tales metas.

¿Cómo funciona la evolución dirigida?

Frances H. Arnold sentó las bases de este sistema, una aproximación experimental que permite mejorar las características de las enzimas (catalizadores que rigen las reacciones químicas en los seres vivos) ya existentes o crear enzimas con nuevas funciones. En 1993, realizó una serie de experimentos para provocar mutaciones en los genes que producían una enzima concreta, con el fin de introducir estos genes modificados en bacterias para sintetizar en masa la enzima modificada.

Conseguía así generar mutaciones artificiales sobre las enzimas, una especie de “evolución dirigida” para mejorar la actividad de la enzima en las condiciones deseadas o bien alterar su función para llevar a cabo otro tipo de reacciones.

Por otro lado, George P. Smith y Sir Gregory P. Winter se centraron en la evolución dirigida de las proteínas de unión utilizando una técnica conocida como “phage display” o presentación de fagos. Esta técnica fue desarrollada por George P. Smith, y se utiliza para el estudiar de las interacciones entre proteínas, proteína-péptido y proteína-ADN que utiliza bacteriófagos (virus que infectan las bacterias) para enlazar las proteínas con la información genética que las codifica.

El método consiste en introducir un gen en el material hereditario (ADN o ARN) de los bacteriófagos, para alterar el gen que codifica la proteína de la cubierta de los virus. Una vez infectan las bacterias e introducen su información genética para reproducirse y completar su ciclo, los componentes celulares empiezan a sintetizar la proteína de la cubierta que el investigador a alterado. De esta forma se puede recuperar el bacteriofago, conocer el gen que provoca esa alteración y, por tanto, establecer esa relación ADN-proteína.

Sir Gregory P. Winter utilizó la técnica del anterior investigador para aplicar la idea de Frances de evolución dirigida y producir nuevos fármacos. De este trabajo nació el “Adalimumab”, un anticuerpo que se utiliza para tratar la artritis reumatoide, la psoriasis y las enfermedades inflamatorias del intestino.

Así pues, la evolución dirigida de proteínas de unión se ha convertido en una de las aproximaciones más eficientes para obtener anticuerpos con fines terapéuticos.

Un método potencialmente revolucionario

Este método se ha seguido desarrollando, aplicándose no sólo a la creación de nuevos fármacos para el tratamiento de cáncer o diabetes, sino también numerosos agentes para descontaminación ambiental, producción de biocombustibles, biopolímeros degradables, sustitutos de pesticidas y muchos otros productos.

Dada la universalidad de esta herramienta, se ha despertado el interés de múltiples empresas multinacionales para la búsqueda de soluciones a través de esta estrategia. En el mercado existen decenas de ejemplos que confirman la revolución biotecnológica que estamos presenciando de la mano de la evolución dirigida.

Con la perspectiva que da el paso del tiempo, es del todo necesario reconocer a estos tres investigadores como unos de los mayores innovadores del siglo XXI.

 


Referencias bibliográficas:

  1. The Nobel Prize in Chemistry 2018. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2018. Publicado el 10 de Octubre 2018.
  2. Chen, K.; Arnold, F. H. (1993-06-15). “Tuning the activity of an enzyme for unusual environments: sequential random mutagenesis of subtilisin E for catalysis in dimethylformamide”. Proceedings of the National Academy of Sciences90 (12): 5618–5622. doi:10.1073/pnas.90.12.5618ISSN 0027-8424.
  3. Smith GP (June 1985). “Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface”. Science228 (4705): 1315–7. Bibcode:1985Sci…228.1315Sdoi:10.1126/science.4001944PMID 4001944.
  4. Lawrence, Stacy (2007). “Billion dollar babies—biotech drugs as blockbusters”. Nature Biotechnology25 (4): 380–2. doi:10.1038/nbt0407-380PMID 17420735

 

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Fuente: Agencia Sinc - Agencia Sinc - Fuente


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Autor Víctor Pérez Asuaje

Estudiante de Grado en Biología. CEO de Hidden Nature. Socio del Centro de Investigación y Desarrollo de Recursos Científicos - Bioscripts.


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