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Tecnología

Las dimensiones de las proteínas

Investigador desarrolla un kit con piezas de plástico para mostrar las estructuras proteicas en forma tridimensional

Una de las consecuencias del mapeamiento del genoma humano y de otros proyectos afines consiste en que la necesidad de estudiar las proteínas – compuestos orgánicos constituidos por largas cadenas de aminoácidos y codificados por los genes encontrados en todos los seres vivos – ha ido en aumento. Las proteínas se encargan de realizar varias funciones químicas en el cuerpo humano, desde la digestión hasta el transporte de oxígeno y la reproducción. Uno de los mayores problemas para científicos y estudiantes es precisamente visualizar de qué manera estas proteínas se relacionan y se unen unas con otras. Esta dificultad tiene una razón sencilla: las cadenas de aminoácidos se estructuran en tres dimensiones. Observar una figura en dos dimensiones en un libro e imaginarla en el espacio no es una tarea trivial.

Requiere mucho entrenamiento. Pensando en disminuir el tiempo de aprendizaje y facilitar la vida de quienes investigan estas sustancias, un profesor inglés radicado en Brasil, el bioquímico Richard Garratt, del Instituto de Física de São Carlos (IFSC) de la Universidad de São Paulo (USP), resolvió crear un modelo concreto capaz de representar a las proteínas en el espacio. El resultado es un kit de proteínas formado por piezas de plástico coloridas que simbolizan las estructuras proteicas más halladas en la naturaleza, tales como la hemoglobina, encargada de transportar el oxígeno en el sistema sanguíneo, y la insulina, que controla los niveles de glucosa en la sangre.

De acuerdo con Garratt, no existe nada similar en el mundo. Por eso el investigador presentó un pedido de patente en Brasil, en el Instituto Nacional de Propiedad Intelectual (INPI), en febrero de este año. Actualmente intenta hacer lo mismo con la patente internacional. “Ni bien completemos el proceso de la patente internacional vamos estudiar la forma de producción y venta del kit en Brasil y en el exterior”, dice Garratt. Tres formas de comercialización se encuentran en estudio: la venta directa, la creación de una empresa para producir y vender o la concesión de licencias. “En Brasil la cosa está aún indefinida, pero en el exterior creo que el mejor camino es el de las licencias”, comenta el profesor.

Por ahora el kit no ha sido mostrado aninguna empresa. “Estamos realizando algunas modificaciones en los moldes y todavía no podemos producir las piezas en gran escala”. Así y todo, en algunos meses más el producto saldrá a la venta. El precio no ha sido aún definido, pero no será caro. Para Garratt, sea cual sea la forma de comercialización, la idea es diseminar el uso del kit en universidades y escuelas de enseñanza media en Brasil. “No queremos que el precio se convierta en un obstáculo para la adquisición del material”, dice.

La inspiración para crear el material surgió durante el congreso de la Sociedad Brasileña de Bioquímica y Biología Molecular (SBBq) de 2001, realizado en la ciudad de Caxambú (São Paulo). “Yo estaba en el borde de la piscina del Hotel Glória y la profesora Glória Franco, de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), me preguntó si no sería posible reproducir un tipo de modelo de estructura atómica, que ya existe hace años en el mercado, por un precio mucho más barato”, recuerda Garratt. “Yo le respondí que sí, que era posible; pero comencé a pensar que sería mucho más interesante hacer algo diferente. Una cosa que nadie hubiera hecho antes y que no estuviera disponible en el mercado. Y así tuve esa idea.”

La charla lo hizo acordarse de las dificultades que ya afrontó para explicarles a sus alumnos de posgrado cómo es una proteína en tres dimensiones. Y su preocupación no es de ahora. Garratt ya había intentado con otros artificios. Cuando comenzó a dictar clases en el IFSC, hace 11 años, pasados tres años desde su arribo a Brasil, el investigador improvisó algunos modelos. “Compraba algunos metros de alambre de cobre en ferreterías y los doblaba. Esto es, hacía pliegues con la mano a lo largo de los alambres, de manera tal que el resultado representase el trayecto de la cadena de aminoácidos en tres dimensiones.

La idea es mostrar que la estructura compacta de la molécula está íntimamente relacionada con su actividad biológica”. En realidad, el pliegue de los alambres fue también un perfeccionamiento de una idea más antigua, que Garratt vio en Inglaterra. “El pliegue de alambres con las manos fue inspirado en mi directora de tesina de maestría, Janet Thornton, actualmente directora del European Bioinformatics Institute, de la ciudad de Cambridge, Inglaterra. Ella solía doblar tiras de metal para ilustrar el pliegue de las proteínas, pero el metal era difícil de doblar, al margen de que frecuentemente provocaba cortes en los dedos”, recuerda Garratt.

Diseño y producción

Luego de la reunión de la SBBq, Garratt sedimentó la idea y resolvió sofisticar su modelo. Le presentó su proyecto a la profesora Leila Beltramini, coordinadora de difusión del Centro de Biotecnología Molecular Estructural (CBME), uno de los diez Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepids) financiados por la FAPESP. A Beltramini le interesó el proyecto y en dúo, junto con el equipo del CBME, empezaron a trabajar en el diseño de las piezas. En ocho meses los primeros prototipos de los moldes empezaron a salir de la máquina inyectora de plástico del Centro de Divulgación Científica y Cultural (CDCC) de la USP de São Carlos, que está trabajando en sociedad con el Cepid en el proyecto del kit.

Con las primeras piezas, Garratt decidió probar la eficacia del producto en la práctica. Junto con otros miembros del CBME ha desarrollado talleres en eventos de la SBBq y de la Sociedad Brasileña de Genética (SBG), planteándoles un desafío a los alumnos presentes (entre 30 y 40 en promedio): construir una proteína con las piezas del kit. Los resultados son animadores. Pasados los 20 minutos de presentación, la mayoría de los alumnos logra completar la tarea en una hora. La prueba ya ha sido realizada con más de 200 alumnos que completaron también un cuestionario al final del desafío. En éste, el 87% dijo que el kit es de fácil manipuleo, un 99% que es capaz de desarrollar el razonamiento reflexivo y el 97% que facilita la asimilación de conceptos. El próximo paso probar el kit en la enseñanza media, una idea que forma parte del proyecto original de Garratt.

Pero los kits pueden tener usos no previstos por el profesor. Un ejemplo: los docentes pretenden utilizar el kit como una ayuda en sus trabajos de investigación. “El profesor Arthur Horwich, de la Universidad Yale, Estados Unidos, vio el kit y dijo que pretende usarlo como auxiliar para la visualización de la estructura de la proteína fibrosa amiloide asociada a varias enfermedades, como es el caso del mal de Alzheimer,” dice Garratt.En la misma época que creó el kit de proteínas, Garratt tuvo otra idea inspirada en la observación de un juego de su entenado.

“Al verlo jugando con un mazo de cartas con ilustraciones de diferentes automóviles, tuve la idea de hacer lo mismo con los aminoácidos”, comenta. En dicho juego, cada jugador escoge una característica del vehículo que desea apostar (velocidad máxima, por ejemplo) y pone esa carta sobre la mesa. Aquél que posee el coche mejor en ese rubro, gana la vuelta. Existen también barajas equivalentes para aviones y motocicletas, y ahora también una con aminoácidos, que recibió el sugestivo nombre de Aminotriunfo. Para aquéllos que estudian la estructura de las proteínas es muy importante conocer las características físicoquimicas de los aminoácidos, pero también es aburrido memorizarlas. El aminotriunfo sirve para hacer de esa tarea algo más atractivo. “Ideas parecidas formuladas por otros miembros del equipo derivarán en nuevos productos en un futuro próximo.”

Trípode reforzado

No obstante, los trabajos realizados por Garratt no serían posibles sin el apoyo y el financiamiento del Cepid. “Eso fue muy importante, pues nos obligó a pensar que podríamos contribuir para la difusión del conocimiento”. Y añade: “El gran mérito del Cepid en este caso es contemplar el trípode formado por la investigación (estructura proteica), la difusión (el kit usado para crear una nueva forma de enseñar) y la innovación (la transferencia de tecnología para la producción).

En simultáneo al trabajo de Garratt, Leila elaboró un kit de ADN. La idea surgió independientemente del kit de proteínas en la misma época, y tiene el mismo objetivo: facilitarles la vida a alumnos y docentes en el aula. Leila hizo también un análisis de aprovechamiento del uso del kit con profesores y alumnos de universidades y de la enseñanza media, y los resultados fueron similares a los obtenidos por Garratt. Así y todo, el desarrollo del kit de proteínas no ha acabado aún. Falta todavía crear un CD para explicar su uso y mejorar el manual para facilitar su utilización por parte de los alumnos de la enseñanza media.

El Proyecto
Kits de proteínas
Modalidad
Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepids)
Coordinador
Richard Garratt – Centro de Biotecnología Molecular Estructural (CBME)
Inversiones
R$ 80.000,00

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