Shaker Chuck Farah, un bioqu\u00edmico canadiense que desde hace15 a\u00f1os vive en S\u00e3o Paulo, apunta en la pantalla de la computadora hacia un conjunto de c\u00edrculos conc\u00e9ntricos definidos por una sutil variaci\u00f3n de tonos grises. Puntos negros salpican el centro del monitor y forman una imagen que se asemeja a un blanco perforado de balas. Es la firma de luz de una prote\u00edna producida por la Xanthomonas axonopodis pv citri, la bacteria causante del chancro c\u00edtrico, una de las peores plagas de la citricultura brasile\u00f1a. Al atravesar un cristal de la prote\u00edna, un haz de rayos X sufre desv\u00edos y registra en el detector puntos que permiten identificar la estructura tridimensional de esta mol\u00e9cula. Por medio de esta t\u00e9cnica llamada difracci\u00f3n de rayos X, el equipo del bioqu\u00edmico de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP) defini\u00f3, \u00e1tomo por \u00e1tomo, la estructura en relieve de la YaeQ: sus 182 bloques esenciales (amino\u00e1cidos) se agrupan y se modelan un barril sin tapas, con una hendidura en lo alto.<\/p>\n
La YaeQ es s\u00f3lo una de las 52 mol\u00e9culas cuya estructura espacial fue descrita durante los dos \u00faltimos a\u00f1os por los investigadores de la Red de Biolog\u00eda Molecular Estructural, el Smolbnet, sigla en ingl\u00e9s de Structural Molecular Biology Network. Creada en diciembre de 2000 bajo la coordinaci\u00f3n del bioqu\u00edmico Rogerio Meneghini, con apoyo de la FAPESP y del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotr\u00f3n (LNLS), esa red empieza ahora a cosechar los principales resultados de an\u00e1lisis de prote\u00ednas, al cabo de cuatro a\u00f1os y medio de trabajo. Sucede que primero fue necesario formar a bi\u00f3logos, bioqu\u00edmicos, qu\u00edmicos y m\u00e9dicos de 20 laboratorios paulistas en las t\u00e9cnicas adoptadas para descubrir la forma tridimensional de esas mol\u00e9culas, esenciales para la composici\u00f3n y el funcionamiento de los organismos vivos.<\/p>\n
Dos caracter\u00edsticas de esta red hicieron que la tarea se volver\u00eda m\u00e1s dif\u00edcil. La primera es que los equipos desempe\u00f1an actividades distintas unas de las otras. El grupo del m\u00e9dico Ismael Silva, por ejemplo, estudia prote\u00ednas ligadas al surgimiento de c\u00e1nceres ginecol\u00f3gicos, mientras que el equipo del que\u00a0 el bi\u00f3logo Luis Eduardo Soares Netto es jefe investiga un conjunto de prote\u00ednas que protegen a las c\u00e9lulas de los radicales libres. En tanto, la bi\u00f3loga Carla Columbano de Oliveira analiza la estructura de las prote\u00ednas componentes de un aglomerado \u2013 el exosoma \u2013 existente en el n\u00facleo de las c\u00e9lulas, responsable por el control de calidad de las mol\u00e9culas de \u00e1cido ribonucleico (ARN) que, entre otras tareas, copian la informaci\u00f3n de los genes y orientan la producci\u00f3n de otras prote\u00ednas. La segunda cosa que complica es que casi todos los grupos ten\u00edan poco o ning\u00fan conocimiento sobre las t\u00e9cnicas de determinaci\u00f3n de la estructura de las prote\u00ednas. “Nuestro objetivo era ense\u00f1arles el proceso de investigaci\u00f3n de la forma tridimensional de las prote\u00ednas a los equipos de investigadores que frecuentemente se deparan con la necesidad de conocer la estructura de estas mol\u00e9culas”, afirma Meneghini, quien dirigi\u00f3 entre 1997 y 2004 el Centro de Biolog\u00eda Molecular Estructural (Cebime) del LNLS.<\/p>\n
M\u00faltiplas t\u00e9cnicas Estos resultados, que salieron publicados en\u00a0 50 art\u00edculos publicados en revistas internacionales,\u00a0 fueron considerados bastante buenos de acuerdo con\u00a0 la evaluaci\u00f3n realizada en octubre de 2004 por una comisi\u00f3n independiente, integrada por expertos del Instituto Pasteur de Francia, la Universidad de Oxford, Inglaterra, y el Laboratorio Nacional Brookhaven, Estados Unidos. “El \u00edndice de \u00e9xito desde la obtenci\u00f3n de los clones hasta la determinaci\u00f3n de las estructuras es comparable con el de proyectos internacionales”, afirmaron los examinadores extranjeros. \u00c9stos tambi\u00e9n reforzaron la necesidad de instalar en el LNLS otra l\u00ednea de rayos X, que provee radiaci\u00f3n m\u00e1s intensa en longitudes de onda espec\u00edficas. Esencial para identificar la estructura de prote\u00ednas desconocidas, esta l\u00ednea, denominada MAD (Multiwavelength Anomalous Dispersion),\u00a0 entrar en operaci\u00f3n antes del final de este a\u00f1o.<\/p>\n Era efectivamente necesario crear una red como \u00e9sta. Hasta el final de la d\u00e9cada de 1990 eran contados\u00a0 los laboratorios brasile\u00f1os dedicados a la cristalograf\u00eda de prote\u00ednas, con relevancia para el grupo del cristal\u00f3grafo Glaucius Oliva, del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos, ligado a la USP, y el propio Cebime. Al reducir ese hist\u00f3rico desfase, los equipos de otros 20 laboratorios son capaces de recorrer solos al menos cinco de las seis etapas de este proceso. “A juzgar por los resultados obtenidos, este programa constituy\u00f3 un importante est\u00edmulo para el desarrollo del \u00e1rea en el pa\u00eds”, comenta Meneghini, quien actualmente es investigador del Centro Latinoamericano y del Caribe de Informaci\u00f3n en Ciencias de la Salud (Bireme).<\/p>\n Opacada por la notoriedad conquistada por el secuenciamiento del genoma de 180 organismos, la cristalograf\u00eda reasume ahora en todo el mundo el papel primordial que siempre desempe\u00f1\u00f3 en el estudio de la funci\u00f3n de las prote\u00ednas. Esto se explica: la conformaci\u00f3n espacial de estas mol\u00e9culas determina el papel que ejercer\u00e1n. Una prote\u00edna es producida en el interior de las c\u00e9lulas por el a\u00f1adido de un amino\u00e1cido despu\u00e9s otro, en una larga cinta compuesta esencialmente por \u00e1tomos de hidrogeno, carbono, nitr\u00f3geno y ox\u00edgeno. Tan pronto como se forma, esta cinta empieza a sufrir torsiones y a doblarse sobre s\u00ed misma, asumiendo as\u00ed una forma espacial a causa de la atracci\u00f3n y la repulsi\u00f3n ejercida por las cargas el\u00e9ctricas de determinados tramos de la mol\u00e9cula.<\/p>\n El resultado de este ballet solitario son mol\u00e9culas con forma de cordel, de globo o hasta de ampolla. Como una llave que abre \u00fanicamente\u00a0 una cerradura, las prote\u00ednas tienen una estructura espacial tan espec\u00edfica que en general s\u00f3lo interact\u00faan con otras mol\u00e9culas en forma complementaria. “Fue la forma tridimensional del ADN lo que le indic\u00f3 a James Watson y Francis Crick c\u00f3mo esta mol\u00e9cula se comportaba”, comenta Farah. \u00bfY qu\u00e9 le dice la forma de barril con hendidura aal bioqu\u00edmico de la USP al respeto de la funci\u00f3n de esta prote\u00edna? Farah todav\u00eda no lo sabe. La comparaci\u00f3n con otras prote\u00ednas sugiere que la YaeQ es completamente diferente a lo que se conoc\u00eda hasta ahora. “Este es el nuestro pr\u00f3ximo desaf\u00edo”, afirma el bioqu\u00edmico de la USP. “Estamos siguiendo el camino inverso al recorrido tradicionalmente”, dice Farah. En general se usa la cristalograf\u00eda para develar la estructura de las prote\u00ednas con funciones conocidas, pero, con la conclusi\u00f3n de varios genomas, ha crecido el n\u00famero de prote\u00ednas cuyas funciones a\u00fan no han sido identificadas.<\/p>\n \u00c9xitos y frustraciones Cuando todo va bien, los investigadores insertan el gen escogido en el material gen\u00e9tico de una bacteria o una levadura, que habr\u00e1 de producir la prote\u00edna en cantidad suficiente para las etapas siguientes. Con el trabajo a cargo de estos microorganismos, no resta m\u00e1s que aguardar. La pr\u00f3xima fase consiste en separar la prote\u00edna que se estudiar\u00e1 de las dem\u00e1s fabricadas por la bacteria o por la levadura \u2013 el filtrado puede durar semanas. Los pocos miligramos de la prote\u00edna purificada se diluyen en diferentes concentraciones de sales y alcoholes, depositados en decenas de recipientes sellados y distribuidos sobre placas rectangulares de acr\u00edlico, un poco mayores que un atado de cigarrillo. Y una vez m\u00e1s es preciso esperar.<\/p>\n En un proceso todav\u00eda poco comprendido por los investigadores, los millones de copias de la prote\u00edna empiezan perder agua y a acercarse unas a otras, formando un bloque en estado s\u00f3lido. Con algo de suerte, las mol\u00e9culas de la prote\u00edna se acomodan todas a la misma distancia una de las otras y con la misma orientaci\u00f3n, tal cual un pelot\u00f3n de soldados desplegado que aguarda instrucciones del comandante. Es el cristal de la prote\u00edna. Pero si la distancia entre una mol\u00e9cula y otra fuera irregular o la orientaci\u00f3n de las copias de la prote\u00edna no fuera homog\u00e9nea, surge un s\u00f3lido disforme en el fondo del recipiente. Y no hay una receta fija. “Cada prote\u00edna requiere condiciones espec\u00edficas \u2013 un poco m\u00e1s de determinada sal o un tanto menos de un cierto alcohol \u2013 para formar un cristal”, comenta la bi\u00f3loga Andrea Balan, del Instituto de Ciencias Biom\u00e9dicas de la USP, quien en alianza con Luis Carlos Ferreira, investiga la forma espacial de un conjunto de 18 prote\u00ednas de la Xanthomonas citri implicadas en el transporte de nutrientes hacia el interior de la bacteria.<\/p>\n Rompecabezas Lo que es complicado en los d\u00edas de actuales ya fue mucho m\u00e1s dif\u00edcil otrora. En 1937, cuando el bioqu\u00edmico austr\u00edaco Max Ferdinand Perutz empez\u00f3 a usar difracci\u00f3n de rayos X para investigar la estructura de la hemoglobina, la prote\u00edna que transporta el ox\u00edgeno en la sangre, no hab\u00eda computadoras. El trabajo era todo manual: las im\u00e1genes se hac\u00edan con aparatos de rayos X mucho menos potentes, impresas en placas de vidrio y dispuestas en molduras\u00a0 en hilera en el laboratorio antes de calcularse en el papel la posici\u00f3n de los \u00e1tomos. Perutz estaba determinado a revelar la forma tridimensional de la hemoglobina durante su doctorado en el prestigioso Laboratorio Cavendish, de la Universidad de Cambridge, pero no lo logr\u00f3. S\u00f3lo esclareci\u00f3 la estructura espacial de la hemoglobina en 1959, casi dos d\u00e9cadas despu\u00e9s de concluir su doctorado, hecho que le vali\u00f3 el Nobel de Qu\u00edmica de 1962, compartido con el brit\u00e1nico John Kendrew.<\/p>\n Siguiendo esta receta \u2013 pero con el apoyo de computadoras \u2013, el equipo de Farah estudi\u00f3 35 de los 1.700 genes de la Xanthomonas citri responsables de la fabricaci\u00f3n de prote\u00ednas a\u00fan desconocidas y determin\u00f3 la forma de dos prote\u00ednas por medio de la difracci\u00f3n de rayos X. Sin embargo, en el medio del camino, el bioqu\u00edmico de la USP tuvo la suerte de encontrarse con Ana Paula Valente y F\u00e1bio Almeida, ambos de la Universidad Federal del R\u00edo de Janeiro (UFRJ), quienes hab\u00edan desarrollado una forma de analizar prote\u00ednas por resonancia magn\u00e9tica nuclear sin pasar por la etapa de purificaci\u00f3n. Farah adapt\u00f3 el uso de la resonancia para analizar la estabilidad de las prote\u00ednas \u2013 cuanto m\u00e1s estables, es decir\u00a0 m\u00e1s plegadas sobre s\u00ed mismas, m\u00e1s f\u00e1cilmente ellas forman cristales \u2013 y se ahorr\u00f3 meses de un trabajo que posiblemente llegar\u00eda a buen puerto.<\/p>\n Anticoagulante Por resonancia magn\u00e9tica nuclear, Schenkman identific\u00f3 la estructura espacial de una tercera mol\u00e9cula, correspondiente a la porci\u00f3n terminal de la trialisina, una prote\u00edna de la saliva de la vinchuca que abre los poros en las c\u00e9lulas, mat\u00e1ndolas. Es posible que el insecto inyecte esta prote\u00edna en la piel al momento de la picadura, abri\u00e9ndose as\u00ed camino para chupar la sangre. Los an\u00e1lisis del equipo de la Unifesp y del LNLS permitieron mapear regiones del tramo terminal de la trialisina importantes para la actividad de esta mol\u00e9cula. Con base en estas informaciones, los investigadores creen que es posible dise\u00f1ar p\u00e9ptidos con acci\u00f3n antimicrobiana. A diferencia delos genomas, la cristalograf\u00eda de prote\u00ednas avanza paso a paso.<\/p>\n El Proyecto
\n<\/strong>El esfuerzo vali\u00f3. En los \u00faltimos dos a\u00f1os los diferentes equipos determinaron la estructura de 24 prote\u00ednas por la difracci\u00f3n de rayos X \u2013 la principal t\u00e9cnica usada en el estudio de los cristales de esas mol\u00e9culas, la cristalograf\u00eda de prote\u00ednas. Entre ellas, hay dos importantes prote\u00ednas que inhiben en etapas diferentes la coagulaci\u00f3n de la sangre y, en el futuro, podr\u00e1n aplicarse\u00a0 en los tratamientos de infarto y trombosis. Los investigadores tambi\u00e9n llegaron a la forma tridimensional de otras 14 prote\u00ednas con una segunda t\u00e9cnica que usa rayos X, pero es menos precisa que la anterior: la dispersi\u00f3n a bajo \u00e1ngulo, el Small Angle X-Ray Scattering (Saxs). Por medio de una tercera t\u00e9cnica, la resonancia magn\u00e9tica nuclear, develaron la conformaci\u00f3n de otras 14 mol\u00e9culas.<\/p>\n
\n<\/strong>La determinaci\u00f3n de la forma tridimensional de las prote\u00ednas, m\u00e1s artesanal que el secuenciamiento de los genomas, es una tarea tortuosa, casi siempre compuesta de seis etapas y con un bajo \u00edndice de de \u00e9xito, en promedio del 5%. Sucede que cada fase presenta obst\u00e1culos, con una dificultad extra: no hay manera de prever cu\u00e1l etapa saldr\u00e1 bien o no ni por qu\u00e9 raz\u00f3n no funcion\u00f3, en lo que parece ser un regreso a las pruebas emp\u00edricas de ensayo y error. El primer paso consiste en escoger el gen encargado de la producci\u00f3n de una prote\u00edna y descubrir la secuencia de pares de bases nitrogenadas (adenina, timina, citosina y guanina) que lo componen. Luego se intenta copiar el gen de la prote\u00edna del que se desea obtener un cristal.<\/p>\n
\n<\/strong>Reci\u00e9n entonces es que tienen inicio las pruebas de difracci\u00f3n en el LNLS, en Campinas. En un imponente edificio de concreto, potentes imanes aceleran electrones a velocidades cercanas a la de la luz en el interior de un anillo circular. Cada vez que se los desv\u00eda para mantener el trayecto circular, los electrones liberan una luz muy intensa, la luz sincrotr\u00f3n, compuesta de radiaciones que van del infrarrojo a los rayos gama. En un laboratorio conectado a este anillo de luz sincrotr\u00f3n, los investigadores controlan mediante una computadora la orientaci\u00f3n del cristal expuesto a los rayos X y hacen centenas de im\u00e1genes similares a las exhibidas por Farah, cada una de un \u00e1ngulo diferente. Un programa de computadora analiza las im\u00e1genes y genera un boceto de la prote\u00edna. Conociendo la secuencia de amino\u00e1cidos de las prote\u00ednas, los investigadores inician un verdadero juego de rompecabezas que puede insumir meses de trabajo: prueban con uno por uno con todos los amino\u00e1cidos, hasta descubrir su posici\u00f3n espec\u00edfica en la prote\u00edna en forma de ovillo.<\/p>\n
\n<\/strong>Otros equipos optaron por un camino diverso. En vez de partir de conjuntos de prote\u00ednas de un microorganismo para identificar la estructura de algunas pocas, dejando de lado aquello que no sali\u00f3 bien, escogieron investigar la forma espacial de prote\u00ednas con las cuales ya trabajaban. Fue la decisi\u00f3n del bi\u00f3logo Sergio Schenkman, de la Universidad Federal de S\u00e3o Paulo (Unifesp), quien desde hace 20 a\u00f1os estudia prote\u00ednas del ciclo de vida del protozoario Trypanosoma cruzi, causante de la enfermedad de Chagas, y de su transmisor en Am\u00e9rica del Sur, el insecto Triatoma infestans, la vinchuca. El equipo de Schenkman detall\u00f3 la estructura de dos prote\u00ednas del sistema digestivo de la vinchuca que act\u00faan en fases distintas de la secuencia de reacciones de la coagulaci\u00f3n de la sangre: una inhibe la acci\u00f3n de la trombina y la otra impide el funcionamiento del factor XIIa. Ambas tienen aplicaci\u00f3n potencial en el tratamiento de problemas provocados por la coagulaci\u00f3n de la sangre, como las trombosis. “Estas prote\u00ednas pueden impedir la coagulaci\u00f3n de la sangre en el tracto digestivo del insecto, que se alimenta una vez cada 15 \u00f3 20 d\u00edas”, explica el investigador.<\/p>\n
\n<\/strong>Structural Molecular Biology Network (Smolbnet)
\nCoordinador
\n<\/em><\/strong>Rogerio Meneghini \u2013 Bireme
\nInversi\u00f3n
\n<\/em><\/strong>13.036.329,12 reales (FAPESP)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Una red paulista se sobrepone a los obst\u00e1culos y muestra c\u00f3mo es la estructura de 52 prote\u00ednas","protected":false},"author":16,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[105],"class_list":["post-80324","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80324","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=80324"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80324\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=80324"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=80324"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=80324"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=80324"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}