Las moléculas del Premio Nobel 2024

La biología fue la protagonista de las categorías de ciencias naturales del Premio Nobel 2024. Concretamente, el dogma central de la biología molecular. El lunes 7 de octubre recibimos el anuncio de que la categoría de medicina o fisiología reconocía a la investigación del proceso transcripcional, para dos días después enterarnos de que en química se galardonaba a los trabajos relacionados con el proceso traduccional genético, esto es, la generación de proteínas.

El dogma central de la biología molecular describe el proceso por el que fluye la información genética, con origen en la doble hélice del ADN y hasta la generación de proteínas. La propuesta fue hecha en 1957 por Francis Crick, una de las varias personas partícipes en la descripción de la estructura del ADN, y responsable de causar sorpresa entre la comunidad científica por la elección de la palabra dogma para nombrar a un principio celular innegable.

El proceso simplificado propuesto por Crick dio paso a una serie de trabajos que abonaron al robustecimiento de los distintos elementos explicativos de un fenómeno más complejo de lo que se pensaba a mediados del siglo pasado. El paso del ADN a proteínas no sólo sucede de manera natural en cada célula viviente, sino que además se da de manera coordinada y precisa, casi sin margen de error.

Han pasado casi siete décadas desde la descripción realizada por el investigador de origen británico galardonado con el Nobel de Medicina o Fisiología en 1962, mismo que compartió con James Watson y Maurice Wilkins. Ahora, en 2024, en esta exacta categoría, junto con la de química, reconoce de nuevo a las investigaciones relacionadas con la descripción del proceso molecular asociado con el dogma central de la biología molecular.

Este año, el Premio Nobel de Medicina o Fisiología ha sido otorgado a Victor Ambros y a Gary Ruvkun por el descubrimiento de microARN y su papel en la regulación postranscripcional genética. Esto significa que las dos personas galardonadas lograron describir, con gran precisión, la participación de un grupo de moléculas en la modulación de la actividad de los genes presentes en el ADN. Dichas moléculas reciben el nombre de microARN que, como el nombre lo indica, son versiones más pequeñas de las cadenas de ARN (ácido ribonucleico); mientras que las cadenas de RNA pueden contener varios cientos de nucleótidos, los microARN apenas están conformados por decenas de nucleótidos.

El proceso por el que la información contenida en el ADN pasa a moléculas llamadas ARN mensajero se conoce como transcripción pues, de forma análoga, es el proceso por el que la información genética se transcribe de una molécula a otra. Una vez que la información pasa del ADN al ARN mensajero, la que está contenida en el ARN es transformada en proteínas. Los ARN mensajeros son un tipo de cadenas de ARN, tal como lo son los microARN.

Los microARN fueron descritos en la década de los noventa del siglo pasado. De hecho, uno de los artículos científicos reconocidos con este galardón fue publicado en 1993 con Rosalind Lee, actualmente investigadora de la Universidad de Massachusetts y esposa de Ambros, como primera autora. Que ella sea la primera autora del artículo reconocido por el Comité del Premio Nobel ha causado polémica, pues la opinión pública ha comentado que ella también tendría que haber sido reconocida para este galardón. Además, la controversia se ha encendido porque Lee comparte nombre con Rosalind Franklin, quien debió ser merecedora del Nobel de Medicina o Fisiología de 1962, que no pudo recibir, entre otras cosas, por su fallecimiento cuatro años antes. Para cerrar esta pausa, vale la pena mencionar que para cuando Rosalind Lee publicó el artículo científico mencionado, Ambros y Ruvkun ya habían avanzado sobre la línea de investigación actualmente galardonada, mismo que comenzaron a forjar desde la década de los ochenta.

Los trabajos de Ambros y Ruvkun se complementan por varias razones; entre ellas, porque ambos estudiaron el genoma del gusano Caenorhabditis elegans. Victor Ambroshalló que el gen lin-4 producía una molécula corta de ARN a la que le faltaba una secuencia de nucleótidos que da paso a la producción de proteínas y que, además, era responsable de inhibir la actividad de otro gen en específico, el lin-14. De forma paralela, Gary Ruvkun analizó la regulación del gen lin-14 para describir que dicha molécula corta de ARN no era la responsable de la inhibición del gen lin-4, sino que la regulación ocurría de forma posterior, al bloquear la producción de la proteína. Ambos compararon sus trabajos y concluyeron que la secuencia de lin-4 coincidía de forma complementaria con un segmento del RNA mensajero producto de lin-14. Con esto, ambos demostraron que la secuencia corta de ARN era la responsable de regular al gen lin-14.

Al inicio de la publicación de los hallazgos, la comunidad científica consideró que esta era una característica particular del gusano estudiado. Sin embargo, los trabajos posteriores en plantas y humanos, entre otros organismos, mostraron que el proceso evolutivo ha conservado dicho elemento regulatorio. En la actualidad se sabe que este fenómeno ocurre en los organismos multicelulares y, en humanos, se han descrito miles de genes que codifican para una diversidad de microRNAs. Además, se ha visto que un solo microRNA puede regular la actividad de una diversidad de genes, o que un gen puede modular la dinámica de varios microRNA, lo que ha demostrado que la actuación de las moléculas de la transcripción está finamente modulada.

Por supuesto que una desregulación de la actividad molecular puede desembocar en problemas a mayor escala. En el caso de que las células o los tejidos carezcan de microRNA, se ha visto un desarrollo anormal y, en humanos, se ha visto que las mutaciones en genes que codifican para éstas moléculas pueden desembocar en problemas congénitos, como problemáticas para ver o escuchar, e incluso el desarrollo de cáncer.

El reconocimiento otorgado a Ambros y Ruvkun será entregado en una ceremonia a finales de año, pero no será el primero que reciben de manera conjunta. En 2015 aceptaron el Premio Breakthrough en el área de las ciencias de la vida, mismo que compartieron el mismo año con varias personas, entre ellas Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier, dos científicas merecedoras del Premio Nobel de Química 2020.

El Premio Breakthrough ha comenzado a reconocerse como la antesala del Premio Nobel de distintas categorías en las ciencias naturales. De hecho, esta condecoración también reconoció en 2021 a David Baker y en 2023 a Demis Hassabis y a John Jumper, los tres merecedores este año del Premio Nobel de Química. En esta categoría, la mitad del galardón se le ha otorgado a David Baker por el diseño computacional de proteínas, mientras que Hassabis y Jumper compartirán la otra mitad por la predicción de la estructura de proteínas.

Como lo mencionamos al principio, la generación de proteínas forma parte del proceso traduccional de la información genética, pues se pasa del contenido en el ARN mensajero a un código distinto, representado por aminoácidos. La conjugación específica de aminoácidos es lo que conforma a las proteínas, además de ser lo que dicta su estructura tridimensional y su actividad biológica.

Otra bella coincidencia del Premio Nobel de este año es que, en 1962, se otorgó el galardón por la descripción de la estructura del ADN y, en otra categoría, a la técnica que permite presentar modelos tridimensionales de proteínas: la cristalografía de rayos X. Dicha época fue ilustre para la línea de investigación de las proteínas, pues cuatro años antes, Frederick Sanger obtuvo el Nobel de Química por la descripción de la secuencia de aminoácidos de la insulina, mientras que, en 1964, Dorothy Hodgkin lo recibió, en la misma categoría, por mejorar el método de la cristalografía de rayos X y, con ello, lograr una mejor comprensión de la estructura tridimensional de la misma proteína. En 1972, Christian Anfinsen recibió el Premio Nobel de Química por demostrar que la forma de las proteínas está determinada por la secuencia de los aminoácidos, lo que llevó a Cyrus Levinthal a desarrollar la paradoja que lleva su nombre: incluso si una proteína está constituida por 100 aminoácidos, existen 1047 formas diferentes que ésta puede asumir; además, si la cadena de aminoácidos se plegara de forma azarosa, tomaría más que la edad del universo para poder conocer la estructura correcta. Ahí radica la complejidad de predecir la forma de las proteínas, que son las moléculas estructurales de la vida.

Hablar de proteínas implicaría toda una serie de textos; para muestra, una primera y segunda entrega de Simbiosis, en donde exploramos el caso de AlphaFold, reconocido en este Premio Nobel de Química 2024. De las personas merecedoras del Premio de este año, mencionaremos que David Baker pasará a la historia por su trabajo en el desarrollo de la tecnología que ha permitido el diseño de proteínas que incluso aún no existen, y que tienen el potencial de intervenir en terapias médicas; por su parte, Demis Hassabis y John Jumper han forjado sus nombres en letras de oro por desarrollar métodos de inteligencia artificial que predicen, de forma rápida y precisa, la estructura tridimensional de las proteínas, a partir del conocimiento de la secuencia de aminoácidos.

Para finalizar, vale mencionar que este año el Premio Nobel de Física está vinculado con la biología, específicamente con la neurología. Los trabajos de John Hopfield y el de Geoffrey Hinton han sido reconocidos.Hopfield, además de investigar en el ámbito de los polaritones y de las redes neuronales, también ha realizado propuestas en el ámbito de la replicación del ADN, lo que hace que, a pesar de su formación como físico, se le reconozca como un gran biólogo molecular.

Si el siglo XX fue dominado por la física, el XXI es el de la biología.

Sofía Flores Fuentes
Editora de Simbiosis