Premios Nobel 2019

Hoy, en Dciencia, queremos explicaros un poco en qué consisten las investigaciones o hallazgos por los que se han concedido este año los premios Nobel de Medicina, Química y Física.

PREMIO NOBEL DE MEDICINA 2019

Concedido a William Kaelin Jr., Sir Peter Ratcliffe y Gregg L. Semenza por su trabajo de investigación para descubrir cómo las células detectan y se adaptan a la disponibilidad del oxígeno.

William Kaelin Jr., Sir Peter Ratcliffe y Gregg L. Semenza

Concretamente estos autores identificaron los mecanismos moleculares que regulan la actividad genética en respuesta a los niveles de oxígeno.

Una de las respuestas clave ante una situación de hipoxia (baja concentración de oxígeno) consiste en el aumento de los niveles de eitropoyetina (EPO), hormona que estimula la producción de glóbulos rojos o eritropoyesis. Esto era conocido desde hace mucho tiempo, pero se desconocía cómo el proceso era controlado por el propio O2.

Semenza estudió el gen de EPO y cómo se regula por los niveles de oxígeno. Así, empleando cultivos celulares, descubrió el HIF (Hypoxia Inducible Factor), que es un complejo proteico que se une de una manera dependiente de oxígeno a un fragmento de ADN localizado junto al gen de la EPO. Este fragmento había sido previamente descubierto también por su grupo de investigación.

Cuando los niveles de oxígeno son muy altos, hay muy poco HIF en las células. En cambio, cuando son bajos, aumenta la cantidad de HIF que entonces se une al gen de EPO (y a otros genes también), provocando que éste se transcriba y así aumente el nivel de eritropoyetina. Es decir, la célula reacciona al bajo nivel de oxígeno fabricando una proteína que hará que se produzcan más glóbulos rojos, que captarán todo el oxígeno que puedan.

nobel19

Cuando los niveles de oxígeno son altos, una pequeña molécula denominada ubiquitina se une a HIF, que entonces es degradado por el proteosoma, disminuyendo así su cantidad intracelular (ya no es necesario).

nobel19

La forma en que la ubiquitina se unía a HIF no se conocía, hasta que llegaron los trabajos de Kaelin. Kaelin trabajaba en algo que en principio no tenía nada que ver con este campo. Estudiaba la enfermedad de von Hippel-Lindau, que es un síndrome familiar de predisposición al cáncer, asociado a una variedad de tumores benignos y malignos en zonas del cuerpo con un alto número de vasos sanguíneos. Kaelin logró establecer que el gen VHL, que es el que está alterado en esta enfermedad, codifica para una proteína cuya presencia evita la aparición de este tipo de tumores. Además, se dio cuenta de que las células tumorales que no tenían el gen VHL funcional, expresaban niveles anormalmente altos de genes que estaban controlados por hipoxia. Si reintroducían el gen VHL correcto, estos genes volvían a sus niveles de expresión normales. Obviamente esto parecía indicar que VHL participaba de alguna manera en el proceso de respuesta celular a la hipoxia. Otros grupos de investigación, por su parte, demostraron que VHL forma parte de un complejo que marca a las proteínas con la molécula de ubiquitina, para su posterior destrucción por el proteosoma.

Ratcliffe demostró entonces que VHL interacciona con HIF y que es necesario para que HIF se degrade cuando hay niveles normales de oxígeno. Ya teníamos una pieza más del rompecabezas, como vemos en la figura.

nobel19

Pero aún no sabíamos cómo los niveles altos de O2 provocaban la unión de VHL y HIF para que éste se degradara. En 2001, Ratcliffe y Kaelin, simultáneamente, publicaron sendos artículos en los que describían el mecanismo exacto. Se producía una hidroxilación (una modificación química que consiste en la adición de un grupo OH) en unos aminoácidos específicos de HIF, que era lo que permitía que VHL reconociera a HIF y se unieran.

medicina19

© The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

Y pensaréis… ¿y esto para qué vale? Aunque no todo tiene que valer para algo concreto, en este caso, sí vale. En primer lugar, ya entendemos como nuestros músculos se adaptan cuando hacemos ejercicio. O como los fetos generan nuevos vasos sanguíneos y como se desarrolla la placenta. Pero estos trabajos de los tres galardonados también son útiles para investigar nuevas estrategias en la lucha contra enfermedades como la anemia o el cáncer. Los tumores, por ejemplo, utilizan esta maquinaria de regulación dependiente de oxígeno para generar nuevos vasos sanguíneos y así poder crecer. Estos trabajos han marcado pautas para que otros grupos de investigación y empresas farmacéuticas trabajen en el desarrollo de fármacos que actúen sobre este mecanismo de regulación dependiente del oxígeno. También han sido esenciales para los pacientes con fallo renal crónico, que frecuentemente desarrollan una anemia severa por la baja producción de EPO.

PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 2019

Concedido a John B. Goodenough, Stanley Whittingham y Akira Yoshino, inventores de la batería de ion-litio que alimenta los teléfonos móviles. Esta tecnología ha supuesto una revolución que ha permitido el avance de la electrónica portátil y el de las energías renovables como la eólica o la solar, que hasta que apareció esta batería, no tenían dónde almacenar esa energía limpia.

quimica19

A raíz de las crisis del petróleo de los años 70, Stanley Whittingham comenzó a investigar métodos que pudieran llevar a tecnología no dependientes de la energía de combustibles fósiles. Así, empezó a trabajar con superconductores y creó una batería en la que el cátodo estaba hecho de disulfuro de titanio, que es una sustancia que tiene, a nivel molecular, espacios donde se pueden intercalar iones de litio. El ánodo estaba formado en parte por litio metálico, que tienen una alta capacidad para liberar electrones. Pese a que así se lograba una batería con un gran potencial, había un problema importante y es que el litio metálico es altamente reactivo, por lo que la batería tenía un riesgo demasiado alto de explotar.

Batería de Whittingham

Batería de Whittingham

Goodenough introdujo como principal novedad la posibilidad de que el cátodo estuviera hecho con un óxido metálico en vez de con un sulfuro metálico, porque así la batería tendría un potencial aún mayor. En 1980 logró una batería con un potencial de 4 voltios fabricando el cátodo con óxido de cobalto e iones litio intercalados. Este cambio llevó a baterías más grandes y más duraderas.

Batería de Goodenough

Batería de Goodenough

Por su parte, Akira Yoshino creó en 1985 la primera batería de iones de litio viable comercialmente (aunque la primera batería de ión litio no se comercializó por parte de Sony hasta 1991, que utilizó óxido de cobalto con litio). Su principal innovación vino en este caso en el ánodo, en vez de en el cátodo. Lo que hizo fue sustituir el litio reactivo por coque de petróleo (un compuesto de carbono) intercalado también con iones de litio.  Así consiguió una batería ligera y bastante resistente que podía cargarse cientos de veces antes de que su rendimiento disminuyera. Además, disminuyó bastante el problema de la inflamabilidad de las primeras baterías de litio.

Batería de Yoshino

Batería de Yoshino

La ventaja de las baterías de iones de litio es que no se basan en reacciones químicas que descomponen los electrodos, sino en iones de litio que fluyen de un lado a otro entre el ánodo y el cátodo.

PREMIO NOBEL DE FÍSICA 2019

Concedido a James Peebles, Michel Mayor y Didier Queloz por su contribución a la comprensión de la evolución del universo y el lugar de la Tierra en el cosmos después de haber descubierto planetas más allá de nuestro sistema solar.

nobel fisica 19

James Peebles interpretó por medio de cálculos teóricos los rastros de radiación de microondas y descubrió los procesos físicos que gobiernan el universo desde del Bing Bang. Sus trabajos permitieron desarrollar, ya en la década de los 60, un marco teórico para entender la estructura del universo. De hecho, se considera que fueron sus trabajos en este campo lo que sentaron lo que han sido las bases de la cosmología de los últimos 50 años.

Gracias a Peebles y sus cálculos teóricos, sabemos que conocemos solo el 5% del universo observable y que el ¡¡95%!! Restante está formado por materia oscura y energía oscura. Gracias a él podemos interpretar las trazas que quedan de la infancia del universo.

Por su parte los astrofísicos Michel Mayor y Didier Queloz han sido galardonados su descubrimiento del primer exoplaneta orbitando una estrella de tipo solar. Este descubrimiento fue realizado en 1955, trabajando desde el Observatorio de Alta Provenza, en el sur de Francia. El exoplaneta encontrado fue denominado 51 Pegasi b. Se trata de una enorme masa gaseosa que se encuentra a unos 50 años luz de la Tierra. Una característica curiosa es que se está tan cercano a la estrella sobre la que orbita que un año en este planeta dura tan solo cuatro días. Se estima que, al estar tan cerca de su estrella, la temperatura en su superficie es realmente elevada, de más de 1.000 °C.

Cuando el astrónomo suizo Didier Queloz descubrió el primer exoplaneta en la historia -el 51 Pegasi b-, estaba solo y no tuvo con quien celebrarlo. Según sus propias declaraciones, “en ese momento era la única persona en el mundo que sabía que había descubierto un planeta. Pero a la vez creía que podía haber un error. Que me podía haber equivocado. Estaba realmente muy asustado”.

Los astrónomos llevaban tiempo buscando planetas fuera del sistema solar. Encontrarlos era complicadísimo, peo durante los años 80, varios astrónomos establecieron ciertos patrones del reflejo de la luz de los planetas y, sobre todo, del movimiento de esa luz, que permite determinar que un planeta gira alrededor de una estrella. Ese movimiento o tambaleo de luz fue lo que detectó Queloz en 1995. Pero no fue una observación directa en el telescopio, porquye esa noche estaba nublado. Queloz, por entonces un recién graduado en Astronomía, se puso a procesar toda la información recopilada en los últimos días. Y se dio cuenta de que la luz de una estrella brillante, llamada 51 Pegasi b, se “tambaleaba” muy ligeramente. Ese movimiento era lo que podía indicar que se trataba de un planeta. Pero no estaba seguro y su director de tesis, Michel Mayor, tampoco lo tenía muy claro. Esto era en enero de 1995 y tras varios meses de trabajo, crearon un instrumento que era capaz de dar una lectura exacta de ese tambaleo de luz. El seis de octubre anunciaron su descubrimiento al mundo.

nuevo planeta

El hallazgo de este planeta promovió una verdadera revolución en la búsqueda de planetas extrasolares, hasta el punto de que hoy se conocen unos 4.000. La mayoría se han encontrado gracias al instrumento creado por Mayor y Queloz. Se han hallado planetas de diferentes formas, tamaños y órbitas, y se están cambiando las ideas preestablecidas sobre los sistemas planetarios, obligando incluso a los científicos a revisar sus teorías sobre los procesos físicos que están detrás de la formación de los planetas.

About the Author:

Alberto Morán
Licenciado en farmacia por la Universidad Complutense de Madrid. Realicé mi tesis doctoral en el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de Farmacia. Posteriormente hice un Máster en Dirección de Empresas Biotecnológicas. Trabajé casi un año en una consultoría de biotecnología. Posteriormente fui investigador y docente en la Universidad Complutense de Madrid durante siete años. Mi carrera investigadora se desarrolló en el estudio de los mecanismos moleculares del cáncer (colon y pulmón esencialmente). En noviembre de 2012 abandoné definitivamente el laboratorio. En la actualidad soy titular de una oficina de farmacia.

One Comment

  1. […] el punto de vista económico. La importancia de este uso ha valido, este año, la concesión del premio Nobel a los precursores de esta tecnología, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino. […]

Leave A Comment

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.