Léo Ramos Chaves
La física de la ciudad paulista de São Carlos identificó la estructura de la hormona oxitocina y de sustancias con potencial terapéutico extraídas de plantasLéo Ramos ChavesYvonne Primerano Mascarenhas puso sus pies por vez primera en la ciudad de São Carlos en febrero de 1956, con su primer hijo en brazos y su segunda hija en el vientre. Para alguien que llegaba proveniente de Río de Janeiro con su familia, era una aventura llegar a esta pequeña ciudad del interior paulista. Había que pasarse 24 horas a bordo de dos trenes distintos, pues la carretera asfaltada terminaba en la ciudad de Rio Claro, a 65 kilómetros de São Carlos. Yvonne, una paulista de la localidad de Pederneiras, se había recibido en dos carreras, química y física, pocos años antes en la Universidad de Brasil, la actual Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ). Tanto ella como quien por entonces era su marido, el físico carioca Sérgio Mascarenhas de Oliveira, habían sido contratados como docentes del naciente campus de la Universidad de São Paulo (USP) en la referida ciudad, que en esa época contaba únicamente con una escuela de ingeniería.
En el transcurso de las décadas siguientes, Yvonne y su marido desempeñarían un rol crucial en la creación del Instituto de Física de São Carlos (IFSC-USP) y en la transformación del campus de la ciudad en uno de los más importantes polos de investigación de Latinoamérica. Al combinar sus intereses en química y física, Primerano Mascarenhas se convirtió en la matriarca de la cristalografía en Brasil y les enseñó a generaciones de alumnos a investigar la estructura de los más variados tipos de moléculas. La cristalografía es el uso de la difracción de rayos X para determinar tanto la estructura molecular de una sustancia como su estructura cristalina, que implica el empaquetamiento de las moléculas en el cristal. Mediante esta técnica, un haz de rayos X incide sobre el cristal y genera otros haces. Los valores de los desvíos de dichos haces indican las posiciones de los átomos de la molécula.
A los 86 años y con cuatro hijos, diez nietos y siete bisnietos, Primerano Mascarenhas sigue publicando artículos científicos. En uno de los más recientes se refiere a una sustancia extraída de las hojas del jaborandi (Pilocarpus jaborandi) que actúa contra el helminto causante de la esquistosomiasis. En otro, aborda la caracterización de una proteína aislada de la bacteria Bacillus thurigiensis que podría utilizarse como insecticida.
En el mes de julio, Primerano Mascarenhas fue una de las 12 científicas que se hicieron acreedoras al premio de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (Iupac) para mujeres con realizaciones de impacto en la investigación en química o en ingeniería química. Y recibió a Pesquisa FAPESP en su laboratorio de la USP en São Carlos pocos días antes de viajar a São Paulo para recibir el premio, durante la apertura del 46º Congreso Mundial de Química de la Iupac.
Con buenos cristales y programas de computadora, es cada vez más fácil estudiar moléculas pequeñas, de hasta 200 átomos
¿Cuál es el significado de este que es su primer premio internacional?
Fue interesante, pues si bien yo trabajo en un instituto de física, mi actividad es interdisciplinaria. Me las veo mucho con los químicos, y Química fue mi primera carrera. Mi relación con la química empezó cuando tenía 14 ó 15 años y cursaba el clásico [en esa época era una de las variantes de la actual enseñanza media en Brasil] en una escuela privada muy buena: el colegio Mello e Souza, en Río de Janeiro. En esa época mi gran amor eran las letras. Yo pensaba estudiar letras clásicas y planeaba aprender griego tan pronto como entrase a la facultad. Los alumnos del clásico tenían entre sus asignaturas latín, literatura portuguesa y brasileña, francés, etc. Y también aprendían lo esencial de física, química y matemática. Fue entonces cuando tuve química como materia con un profesor joven, un médico: Albert Ebert [1916-2016]. Él fue quien despertó mi interés sobre todo en la química orgánica.
¿Qué fue lo que le llamó la atención?
Fue la posibilidad de estudiar los compuestos que forman todas las sustancias, incluso los seres vivos, y la manera sumamente lógica del profesor Ebert para plantear todo esto. Con él tuve frente a mí un universo de aplicaciones, una ciencia sumamente importante. Ni bien me recibí, Ebert me ayudó a conseguir trabajo en el Liceo Francobrasileño, en Río. Años después él se convirtió en director de la Facultad de Educación de la UFRJ.
Cuando usted estaba la facultad, en 1953, se develó y se publicó la estructura de la molécula de ADN con base en el trabajo de cristalografía de una química británica, Rosalind Franklin. ¿Cómo les llegó esto a ustedes? ¿Fue acaso una inspiración para convertirse en cristalógrafa?
Mi introducción a la cristalografía transcurrió de un modo más sencillo. En la carrera de química, la asignatura de cristalografía estaba a cargo de docentes de la carrera de historia natural, mineralogistas que empleaban únicamente técnicas ópticas, con luz visible, para analizar y clasificar los minerales. Por suerte Elisiário Távora había empezado a dar clases un año antes en la UFRJ, tras finalizar su doctorado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) con un gran cristalógrafo: Martin Buerger. Távora llegó con las ideas fresquitas de la cristalografía moderna y allí sí realmente vi la potencialidad del área, con el uso de ciertas técnicas como la difracción de rayos X. Al principio yo sabía muy poco de biología y bioquímica: la fisicoquímica era lo que me impresionaba, tan es así que cursé la carrera de física porque creí que eso era necesario para interiorizarme mejor con respecto a esa área. En aquella época era muy difícil obtener la estructura de las moléculas mediante difracción de rayos X, pero esa posibilidad quedó en mi cabeza como algo que valía la pena intentar. Cuando Sérgio y yo nos vinimos a São Carlos, en 1956, encontramos un buen laboratorio de enseñanza de física, con equipos de origen alemán y un aparato de rayos X médico en el sótano. Sérgio logró cambiarlo por otro que se adecuaba mejor a nuestros objetivos, y empezamos a hacer experimentos para obtener la orientación de monocristales. Posteriormente, en 1959, fui con Sérgio, que ya era profesor catedrático, a la Universidad de Pittsburgh, en Estados Unidos, e hice una pasantía de investigación en cristalografía. Allá empecé a usar técnicas de análisis usando monocristales y aprendí a interpretar los difractogramas [diagramas de difracción de rayos X en cristales] y a usar computadoras, que aún eran muy sencillas y enormes. Usábamos tarjetas perforadas para insertar los datos experimentales y realizar una parte del cálculo con los programas disponibles en esa época, después otra parte con otras tarjetas, y así sucesivamente. Cada tarjeta tenía una perforación en la última columna para indicar que precisábamos sumar el resultado al de la próxima tarjeta.
¿Por qué son importantes los monocristales?
Para conocer la estructura de una molécula, debemos obtener un monocristal con base en una solución. Un buen monocristal posee una forma geométrica acorde con su simetría y es transparente, pero debe ser pequeño. Es posible usar cristales cada vez menores, de hasta centésimas de milímetro, a medida que van mejorando las fuentes y los detectores de rayos X.
Archivo personal
Primerano Mascarenhas (a la der.) con el físico Herbert Hauptman y su esposa, Edith Citrynell, en una visita a una finca en Descalvado, luego de un curso en São Carlos, en 1976Archivo personalLa interpretación de las imágenes de la cristalografía parece tener algo de intuitiva o incluso algo artístico. ¿Es ésta una apreciación correcta?
No es artística ni tampoco intuitiva. Disponemos de una cantidad de información basada en la difracción de los rayos X a cargo de los electrones del material. Al principio, la determinación de estructuras se llevaba a cabo mediante el método de ensayo y error: se proponía un modelo para la estructura y se calculaban las intensidades de los haces difractados; si coincidían con los datos experimentales, se establecía la veracidad del modelo. Posteriormente se crearon varios métodos para el tratamiento de los datos experimentales. El primero era el método del átomo pesado. Un átomo relativamente más pesado de una molécula dominará la difracción y suministrará un pico en el mapa de densidad electrónica, calculado con base en las intensidades de los haces difractados, y esto constituye una pista sobre la estructura molecular. A partir de allí se logran calcular los mapas de densidad electrónica y atribuir los picos que se van obteniendo a átomos leves, tales como oxígeno y carbono. Resulta obvio que ese proceso solamente empezó a funcionar con eficiencia con la ayuda de las computadoras: antes de eso todos los cálculos se hacían a mano, con la máquina de calcular. Hoy en día el mayor problema consiste en obtener un buen cristal. Vale la regla GI = GO, es decir, garbage in, garbage out [“si entra basura, sale basura”]. Con buenos cristales y buenos programas para obtener la estructura con base en datos experimentales de difracción de rayos X, es cada vez más fácil estudiar moléculas pequeñas, de hasta 200 átomos, sin contar los hidrógenos. Para macromoléculas como las proteínas, persiste el problema de cómo purificar, obtener monocristales e insertar átomos pesados; en ocasiones se tardan años intentando todo ese proceso, cosa que es indispensable para determinar la estructura molecular. Por suerte actualmente existen aparatos automáticos que ayudan mucho a preparar soluciones variando simultáneamente diversos parámetros, tales como la acidez, la viscosidad y el solvente.
¿Un buen cristal también es estéticamente atractivo?
¡Sin duda que lo es! Yo los observo en el microscopio y considero que son buenos los que no tienen defectos. A veces el cristal tiene una forma exterior linda, pero posee defectos que complican el análisis, o está geminado, lo que también complica. Una estructura deseable es la que aparece cuando la distribución de las celdas unitarias [las unidades cristalográficas con formas y simetrías definidas que componen el cristal] es lo más perfecta posible. Defectos siempre existirán, pero la prueba final de que el cristal es bueno surge cuando usamos el haz de rayos X y obtenemos datos que permiten determinar, sin sombra de dudas, una celda unitaria con simetría definida. Hay cristales de cuarzo y de otros materiales con muchas geminaciones en formatos maravillosos, pero que no sirven para el análisis de la estructura molecular ni para aplicaciones tecnológicas.
¿Cuáles son sus trabajos más importantes?
Las estructuras que estudié fueron importantes para los químicos o los físicos, con quienes siempre he colaborado. Me acuerdo de una colaboración con Otto Gottlieb [químico checo radicado en Brasil, 1920-2011], quien trabajaba con compuestos extraídos de plantas en el Instituto de Química de la USP y en la UFRJ (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 43). Él estudiaba las sustancias de la planta Aniba gardineri y no lograba dilucidar el mecanismo de dimerización [la formación de una estructura doble mediante la unión de dos unidades similares] de una de sus moléculas, la 5,6-dehidrocavaína. Me encantó hacer ese trabajo, porque Otto quedó feliz cuando vio el resultado. Él tenía sumo interés en las plantas de la familia Lauraceae, que exhiben una gran diversidad de usos medicinales e industriales. El primer trabajo que hice en Estados Unidos fue la determinación de la estructura molecular de un barbiturato, el ácido violúrico. La determinación de su estructura tuvo un resultado inédito en el área de uniones de hidrógeno, debido al hecho de que una molécula de agua de cristalización exhibe una unión bifurcada, es decir, uno de su hidrógenos establece una unión con dos átomos distintos de la molécula de ácido violúrico. Por esa razón el artículo publicado tuvo una cantidad razonable de citas. ¡Ese es, a mi juicio, un ejemplo más de un hallazgo científico logrado merced a la buena suerte! Otro trabajo que considero importante fue la determinación de la estructura de la oxitocina, una hormona de gran importancia biológica, durante una visita al Departamento de Cristalografía del Birbeck College, en Londres, en colaboración con Sir Tom Blundell. Empecé a interesarme en la caracterización de materiales semicristalinos al tomar parte en el INCT [el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología] en polímeros conductores, coordinado por Roberto Mendonça Faria, de acá del IFSC. Durante el doctorado de mi alumno Edgar Sanches logramos aclarar varios detalles de la polianilina, tanto en su forma conductora como en su forma aislante. Mi interés en productos naturales resurgió cuando coordiné para la Capes [la Coordinación de Perfeccionamiento de Personal de Nivel Superior] el proyecto denominado Avances, Beneficios y Riesgos de la Nanotecnología Aplicada a la Salud en el marco de la red NanoBiotec, que versó en parte sobre sustancias de origen natural con acción farmacológica. Una de las plantas estudiadas fue el jaborandi. Uno de los componentes extraídos de sus hojas ya tiene un uso medicinal, para el tratamiento de problemas oftálmicos. Sin embargo, el residuo de la extracción, constituido por otros componentes de la planta diluidos en solventes orgánicos, no debería sencillamente arrojarse al ambiente. De allí surgió la idea de analizar todos los compuestos del extracto en busca de otras sustancias con propiedades interesantes. Ése era el tema de un grupo de investigación del campus de Delta do Parnaíba de la Universidad Federal de Piauí, donde realizamos uno de nuestros workshops. Incidentalmente noté que los investigadores de ese grupo le estaban entregando muestras de uno de esos componentes del residuo a Ana Maria da Costa Ferreira, docente del Instituto de Química de la USP, y les pregunté: “¿Ustedes conocen la estructura de esa molécula?”. Y ellos me contestaron: “Nos encantaría conocerla, pero no tenemos monocristales acá adentro”. Al observar el polvo dentro del vidrio, vi partículas que brillaban, lo que significaba que allí había cristales, efectivamente. Ellos me permitieron que me trajera a São Carlos una muestra de esa sustancia, que actúa sobre el helminto Schistosoma mansoni, causante de la esquistosomiasis. Usando los monocristales que efectivamente existían en el polvo, determinamos su estructura. Como la forma natural de la misma no es la ideal para su administración como fármaco, ya que es insoluble en agua, Da Costa Ferreira sintetizó varios derivados de esa sustancia, complejizándola con zinc y cobre, lo que la vuelve más soluble en agua. Las estructuras moleculares de esos complejos también se determinaron en nuestro grupo. En buena medida, en el grupo de cristalografía de nuestro instituto se formaron muchos magísteres y doctores, quienes a su vez dirigieron a sus propios alumnos. Actualmente hay alrededor de 100 investigadores con una sólida formación en cristalografía estructural en varias universidades y centros de investigación en Brasil.
Su premio en el congreso de la Iupac se destina a mujeres científicas. ¿Cómo ve las dificultades de participación de las mujeres en el mundo de la investigación científica?
Las universidades más tradicionales del mundo negaban el ingreso de las mujeres hasta mediados del siglo XX. En la Facultad Nacional de Filosofía de la antigua Universidad de Brasil, actual UFRJ, ese tipo de barrera no existía, aunque había una cantidad reducida de mujeres en las carreras de ciencias exactas; eran más en la carrera de química que en la de física. Hasta los días actuales, por razones a mi juicio históricas y culturales, los varones ocupan los cargos de liderazgo y de decisiones, y la sociedad está estructurada de manera tal de conservar el poder en manos de los grupos dominantes. Una amiga mía se indignó sobremanera cuando los integrantes de un tribunal de un concurso al que se presentó, lejos de acá, le preguntaron cómo resolvería el hecho de que su marido ya era profesor en São Carlos. Es el tipo de cosa que nadie le preguntaría a un concursante varón. Suelo decir que la lucha por los derechos de las mujeres teóricamente ya se ha ganado. El tema es aprender a ejercer esos derechos. En la política y en el gobierno, la mayoría de nuestros representantes son varones. ¿A quiénes votan las mujeres? En general a varones, tal como los resultados de las elecciones lo revelan claramente.
