Como todos los años por estas fechas, 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 2020

El Premio Nobel en Medicina o Fisiología de este año 2020 ha sido otorgado a tres investigadores, los norteamericanos Harvey J. Alter y Charles M. Rice, y el británico Michael Houghton, por el descubrimiento del virus de la hepatitis C. Este virus causa mayoritariamente una enfermedad inflamatoria crónica en el hígado que, si no se trata, puede degenerar en cirrosis e incluso cáncer hepático. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), la hepatitis C afecta de manera crónica alrededor de 71 millones de personas en todo el mundo y se estima que alrededor de medio millón de personas mueren a causa de las consecuencias que provoca esta enfermedad.

El Premio Nobel ha sido compartido entre estos tres virólogos ya que las investigaciones lideradas por cada uno de ellos fueron claves para finalmente llegar a la identificación del virus.

A principio de los años 70, en los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., Harvey J. Alter estaba estudiando la aparición de hepatitis en pacientes que habían recibido transfusiones de sangre. En esta fecha ya se conocían los virus de la hepatitis A y B. Hay que aclarar que el virus de la hepatitis A se transmite por el agua o alimentos contaminados y provoca una enfermedad aguda que no genera problemas a largo plazo. Y que el virus de la hepatitis B se transmite a través de la sangre o fluidos corporales y, al igual que la hepatitis C, causa mayoritariamente una enfermedad crónica en el hígado que, si no se trata, puede degenerar en cirrosis y carcinoma hepatocelular. Alter y su equipo se dieron cuenta que había un gran número de pacientes que tras una transfusión desarrollaban una hepatitis pero que ésta no era provocada por la presencia del entonces conocido virus de la hepatitis B. Pensaron, por tanto, que debía haber otro agente infeccioso, desconocido por el momento, que causara esa hepatitis. Alter y sus colegas descubrieron entonces que la sangre de estos pacientes podía transmitir la enfermedad a los chimpancés, y que el agente infeccioso era de naturaleza vírica. En aquel momento denominaron a la enfermedad “hepatitis no-A, no-B”. El siguiente paso clave no llegó hasta los años 80, cuando el británico Michael Houghton, desde los laboratorios de la empresa farmacéutica Chiron Corporation, consiguió aislar la secuencia de un nuevo virus, y anticuerpos contra él, a partir de la sangre de un chimpancé infectado. Lo llamaron virus de la hepatitis C. Aunque la presencia de los anticuerpos en la sangre de estos animales sugería fuertemente que este nuevo virus identificado era el causante de la hepatitis, ¡había que demostrarlo! Había que demostrar que realmente ese virus, por sí solo, era capaz de causar la hepatitis. A este respecto, el virólogo Charles M. Rice, en la universidad de Washington, a través de ingeniería genética, modificó el genoma del virus generando variantes de ARN que al ser inyectadas en el hígado de primates resultaban en la aparición de virus en la sangre y en el desarrollo de una hepatitis crónica similar a la observada en los pacientes. Esta fue la prueba final que demostraba que el virus identificado causaba los casos de hepatitis que Alter no conseguía explicar tras las transfusiones.

Imagen tomada de la web de los Premios Nobel. © The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Illustrator: Mattias Karlén

La identificación del virus de la hepatitis C ha permitido un cambio radical en la batalla contra esta enfermedad, tanto desde un punto de vista de prevención, como diagnóstico y tratamiento. Gracias a su descubrimiento, se desarrollaron tests diagnósticos que han permitido eliminar la mayoría de los contagios asociados a las transfusiones. Además, se han desarrollado fármacos antivirales dirigidos contra el virus que permiten la curación de la hepatitis C. Sin duda, el objetivo final, que cada día esta más cerca, es la erradicación del virus a nivel mundial.

PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 2020

El Premio Nobel de Química de este año ha recaído en Emmanuelle Charpentier (Max Planck Unit for the Science of Pathogens, Berlín, Alemania) y en Jennifer A. Doudna (Universidad de California, Berkeley, Estados Unidos), por “el desarrollo de un método de edición genética”. Si nos seguís habitualmente en Dciencia, ya sabréis que esto se refiere a la tecnología CRISPR, una tecnología de la que hemos escrito numerosos artículos. De todas maneras, vamos a resumir brevemente en qué consiste.

CRISPR/Cas9 es una tecnología de edición génica que ha supuesto una auténtica revolución en la comunidad científica ¿Esto qué significa? Pues simplemente que es una herramienta de laboratorio que permite cambiar a nuestra voluntad posiciones concretas del ADN, de los genes. Clásicamente se le ha comparado con unas “tijeras moleculares”. Estas tijeras son muy precisas y específicas, de tal manera que podemos cortar el ADN exactamente donde queramos, eliminando incluso una sola letra. Luego podemos reescribir lo que queramos en ese hueco que hemos dejado al cortar. El corte en el ADN lo realiza una proteína, en este caso Cas9, aunque puede haber otras, guiada por un fragmento corto de ARN que es lo que le da la especificidad. Es decir, este fragmento lleva a la proteína a la zona exacta del ADN donde queremos que corte. Después, con un molde de ADN, se rellena la zona que hemos cortado con la secuencia que queramos.

Este mecanismo no se lo inventaron las autoras de la nada, sino que es un mecanismo que existe en la naturaleza. Años antes, varios grupos de investigación, entre ellos el de Francisco Mojica, de la Universidad de Alicante, habían hallado unas secuencias curiosas en el genoma de unas bacterias. Eran secuencias que se repetían en tándem, no seguidas, sino espaciadas por otras secuencias que parecían de origen vírico. Se desconocía su función hasta que el grupo de Mojica planteó que eran un sistema inmune bacteriano de defensa frente a virus. Pero no fue hasta 2012 cuando las dos galardonadas fueron lo suficientemente visionarias como para percibir que este sistema bacteriano de defensa natural podía ser modificado de tal manera que supusiera una herramienta tecnológica incomparable para la edición de genes. Reprogramaron las “tijeras moleculares” que de manera natural cortaban solo secuencias de virus para que pudieran cortar cualquier molécula de ADN en un punto predeterminado por los investigadores.

Las posibilidades que abría esta técnica, desarrollada en 2012, son obviamente casi inimaginables. Desde solucionar enfermedades como la fibrosis quística o la anemia falciforme hasta crear cultivos con mejores propiedades o resistentes a plagas. Sin olvidar que, hoy en día, es una herramienta de uso común en numerosos laboratorios de genética y biología molecular del mundo. Incluso se emplea para el desarrollo de técnicas de diagnóstico para el coronavirus.

PREMIO NOBEL DE FÍSICA 2020

Concedido a los astrónomos Roger Penrose (Universidad de Oxford), Reinhard Genzel (Instituto Max Planck) y Andrea Ghez (Universidad de California Los Ángeles). A Roger Penrose le conceden la mitad del galardón por haber demostrado que la formación de los agujeros negros es una consecuencia directa de la teoría de la relatividad de Einstein. La otra mitad del premio se les concede a Reinhard Genzel y Andrea Ghez por el descubrimiento de un objeto supermasivo en el centro de la Vía Láctea, a unos 26.000 años luz de nuestro planeta.

Lo primero que tenemos que saber es que un agujero negro es una región del espacio donde la gravedad es tan fuerte que ninguna partícula de materia, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Por otro lado, las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Einstein determinan que en el centro de estos agujeros negros debe haber una “singularidad gravitacional”. ¿Y eso qué es? Pues es una zona donde las leyes de la física no funcionan porque la curvatura del espacio-tiempo es infinita. Recordemos que la teoría Einstein afirmaba que el tiempo y el espacio no eran entes separados, sino que son en realidad una entidad única: el espacio-tiempo. En este espacio-tiempo es donde se tienen lugar todos los eventos físicos del universo. Además podemos imaginarlo como un tejido deformable, que se curva en presencia de materia. En 1965 Penrose, por medio de análisis matemático y topología diferencial, demostró la existencia de singularidades gravitacionales.

Si recordáis, el año pasado se obtuvo la primera imagen de un agujero negro, lo que probaba la existencia de estos “eventos supermasivos”, cuya existencia había sido deducida por la teoría de la relatividad de Einstein, pero nunca había sido probada. De hecho, el propio Einstein consideraba la existencia de estos eventos supermasivos como una idea demasiado absurda como para ser real.

Primera fotografía de un agujero negro

El año pasado un grupo de científicos liderados por Ghez y Genzel comprobaron la existencia de Sagitario A*, un agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea, con una masa similar a la de unos cuatro millones de soles.

Posición de Sagitario A* con respecto a la Vía Láctea. Ilustración: ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Se descubrió, asimismo, una estrella, S2, que orbita a su alrededor con una trayectoria elíptica muy pronunciada, que hace que la estrella a veces esté muy muy cerca del agujero negro y otras veces más alejada. Según la teoría de la relatividad general, cuando se encuentra más cerca, los fotones deberían perder energía, por la fuerza gravitatoria del agujero negro, pero esto no se pudo comprobar hasta el año pasado, cuando este grupo de científicos analizó las mediciones tomadas por el telescopio Keck de Hawaii durante los meses de máximo acercamiento entre la estrella y el agujero negro. Combinaron estos datos con las mediciones realizadas de los últimos 24 años y así lograron trazar la trayectoria completa de la órbita de la estrella y comprobar la validez de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. El trabajo se publicó en la revista Science.