Apuntes científicos desde el MIT

Cuando empecé la aventura en el MIT nuestro director de Fellowship , Boyce Rensberger, nos dio el consejo que más he implementado este año. Durante la beca, en este blog, y en experiencias cotidianas.
“Scratch where it doesn’t itch!” (rascad donde no os pique!), nos dijo Boyce. “Todos llegáis aquí con ciertos objetivos predefinidos. Unos queréis profundizar en neurociencia, otros en temas medioambientales, de salud, o tecnología… Tenéis 9 meses. Es tiempo suficiente para embarcaros también en asuntos que a priori no os atraen, o que ahora no los consideráis útiles. Destinad parte de vuestro tiempo a explorarlos, a abrir vuestra mente. Rascaros en sitios donde no os pique. Seguro que descubrís gratas sorpresas.”
Si no fuera por este consejo, me hubiera saltado el evento que al final más me impactó del World Science Festival en Nueva York.
El sábado por la mañana decidí atender a un taller para niños porque disponía de un hueco antes de ir a la prometedora conferencia “genes e identidad” de Francis Collins (pronto exdirector del Human Genome Institute). Entré en la sala dispuesto únicamente a pasar el rato, y quizás ver algún experimento curioso. Allí había un personaje ligeramente encorvado, moviéndose de manera muy graciosa, con cierto aire alocado, jugando con los niños y explicándoles cosas sobre el frío. Me sonaba mucho… era… ¡el premio Nobel que escuché discutir sobre cuántica la noche anterior!

La teoría “Calla y calcula”
El evento “Realidad invisible: la maravillosa rareza del mundo cuántico ” empezó con una brillante presentación de Brian Greene , autor del libro y documental “El universo elegante”, aclamado divulgador científico, y codirector del festival. Utilizó videos, bromas, y ejemplos buenísimos para relatar las propiedades más aberrantes y poco intuitivas que siguen las partículas subatómicas cuando se comportan según las leyes de la cuántica.
Me encantó su narración del clásico experimento de “la doble rendija y los fotones ”. Dejadme que, para vencer el complejo de no contar nada, abra un paréntesis para comentarlo.
Imaginaos que en una pared abrís dos rendijas como las de la pantalla, y empezáis a disparar bolas de pintura. Alguna pasarán y otras no. Las que pasen dejarán marcadas dos líneas paralelas en la pared del fondo. Obvio.

Pero… ¿pasaría lo mismo si dispararais electrones entre dos rendijas nanoscópicas?
Pues no. Entonces aparecerían 5 bandas paralelas en lugar de 2. ¿Por qué? Por las propiedades ondulatorias de los electrones y las interferencias que provocan.
Si visualizamos el electrón como una pelotita, no hay manera de entender que aparezcan 5 barras. Pero si lo imaginamos disperso y moviéndose como una ola en un lago, que pasaría por las dos rendijas a la vez, entonces podemos asimilar que al pasar por los agujeros se creen ciertas interferencias entre las ondas resultantes. Estas interferencias harán que las oscilaciones se anulen en algunos sitios y se amplifiquen en otros, dando lugar a las 5 bandas. Los electrones sólo pueden llegar a unos sitios determinados de la pared del fondo.
El experimento tiene más jugo, pero como me gustaría que todo el mundo continúe leyendo el post, si queréis lo matizamos y ampliamos en los comentarios.

Esta fue sólo una de las rarezas que se empezaron a discutir en la mesa redonda posterior. La cuántica nos ofrece un mundo tan desconcertante, que es tentador empezar a divagar con átomos que están en varios sitios a la vez, que viajan de un lugar a otro sin pasar por un espacio intermedio, partículas que permanecen conectadas aunque las separes miles de kilómetros, gatos medio vivos y medio muertos… Pero sobretodo, resulta irresistible extrapolar este mundo atómico al macroscópico en que nos movemos, empezar a buscar interpretaciones como la existencia de universos paralelos, y entrar en discusiones filosóficas sobre la estructura de la realidad.
Es fantástico. Pero desvariar sobre estas hipótesis resulta tan cautivador, que a veces se olvida que la cuántica es la teoría más exacta que existe, nos ha regalado infinidad de aplicaciones tecnológicas, y tiene una vertiente práctica importantísima. Quizás por eso, cuando la conversación estaba en su punto más abstracto, el premio Nobel William Phillips (centro de la foto) mostró la cara más ortodoxa de la ciencia y dijo: “Yo tengo una teoría… la llamo… la teoría ‘calla y calcula’ ”. Momento apoteósico. Todo el auditorio empezó a reír y aplaudir. William Phillips continuó su intervención con un aplomo, clarividencia y rigurosidad deslumbrantes. No renunció al debate filosófico, pero aportó una consistencia y realismo a la sesión que nos ganó a todos. A mí, desde luego.

El lugar más frío del Universo
Por eso, cuando le vi al día siguiente en un registro completamente diferente, inflando globos y metiéndolos en un recipiente lleno de nitrógeno líquido, rompiendo flores congeladas, y explicando a los niños que el lugar más frío del Universo se encuentra en un laboratorio aquí en la Tierra, su versatilidad me dejó todavía más asombrado. Williams Phillips fue un descubrimiento, el comunicador completo. Sus experimentos entusiasmaban a los jóvenes, pero además los combinaba a la perfección explicando apasionadamente qué hacen los físicos con átomos moviéndose poco a poco (frío). Y de tanto en tanto, introducía un nuevo globo en el recipiente...
Si hubiera algún programa de televisión que se dedicara a buscar grandes científicos por el mundo, se atreviera a hablar sin prisas con ellos, y tuviera experiencia en utilizar animaciones y aprovechar la cara más visual de la ciencia, este sería un personaje a entrevistar. Vaya! quizás sí existe … incluso se puede ver por internet ...
Acotación aparte, William Phillips me enamoró científicamente. La frase de Einstein “entiendes realmente algo cuando eres capaz de explicarlo a tu abuela” le encajaba a la perfección. Al final de la sesión empezó a sacar globos con forma de tortilla de la caja de nitrógeno líquido y a tirarlos a los asistentes. Con el cambio de temperatura el aire se expandía, y los globos se inflaban poco a poco en las manos de unos fascinadísimos niños.

Entonces terminó mirándoles a los ojos, bajando el tono de voz, y diciéndoles: “¿sabéis que? Con esto tan divertido los científicos estamos haciendo cosas maravillosas. Por ejemplo, estamos preparando un ordenador completamente diferente, lo llamamos cuántico, y será capaz de cosas que ninguno de los actuales podrá hacer jamás. Lo que pasa es que nos llevará mucho tiempo, tardaremos bastantes años. Quizás si alguno de vosotros se hace científico, nos podrá ayudar a conseguirlo”. Inspirador, tierno, bello, fabuloso.
Llegué tarde a la mesa redonda sobre genes e identidad, claro. No me importó, estaban hablando de lo de siempre… un poco cansino.

Tenéis billones de microorganismos habitando en vuestro cuerpo.

Quizás esta cifra os deja indiferentes, y os suena simplemente a “muchos”. Probemos con este otro dato:

En tu cuerpo hay más bacterias que células tuyas propias.
Esto, a mi sí que me ha impresionado…

Incoherente? No, las bacterias son muy pequeñas. Aunque haya tantas en número, “sólo” representan entre el uno y el dos por ciento de tu peso seco.

¿Y qué hacen todas estas criaturas dentro de tu cuerpo? Esa es la gran pregunta! En realidad todavía sabemos muy poco sobre el papel copleto que cumplen bacterias y hongos en nuestro organismo.
Para intentar averiguarlo, los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos anunciaron oficialmente este miércoles el lanzamiento del “Human Microbiome Project”, que invertirá 115 millones de dólares durante los próximos 5 años en secuenciar hasta 1000 genomas microbianos presentes en diferentes partes del cuerpo humano.

Da la casualidad que me llegó la noticia mientras visitaba la Oficina de Comunicación en Español del NIH en Bethesda (al lado de Washington DC), donde trabajé por 3 meses antes de ir a Boston y todavía sigo involucrado. Aproveché la situación y solicité hablar con algún científico relacionado con el proyecto, diciendo que escribiría un post en nuestro blog. Me concedieron 30 minutos con el Dr. Alan Krensky, director de la oficina que coordina parte del “Human Microbiome Project ”

La idea es clara: Los microorganismos que habitan en nuestro interior son también parte del cuerpo humano. “Ellos” realizan funciones que nosotros no hemos necesitado desarrollar. Son imprescindibles para la supervivencia, y cada vez encontramos más indicios del papel fundamental que ejercen en nuestra salud y enfermedad. Debemos entender mucho mejor las relaciones que establecemos con nuestras poblaciones microbianas. Pero para ello necesitamos una nueva metodología.

Tradicionalmente en microbiología se aísla una bacteria, se hace crecer en un medio de cultivo, y se investigan sus características. Esto representa una limitación, ya que muchas veces no es posible reproducir los microambientes exactos del interior del hospedador, ni permite estudiar las interacciones entre el conjunto de bacterias de una forma global.
En cambio, la metagenómica contempla a todos los genomas que conviven en un ambiente determinado como un único metagenoma, y lo estudia directamente en su entorno natural.

Con análisis metagenómicos a finales del año pasado se pudo observar que la abundancia relativa de dos grupos de bacterias intestinales estaba relacionada con la obesidad (1) (2) . Todo apunta a que nuestros genes bacterianos realizan muchas más funciones de las que nunca habíamos imaginado, y según el propio Francis Collins , durante los próximos años el “Human Microbiome Project ” brindará sorpresas que nos harán replantear la forma en que percibimos la biología humana.

Durante la primera fase se comparará genéticamente la población microbiana de boca, nariz, piel, tracto urogenital femenino, y aparato digestivo de voluntarios sanos y pacientes enfermos. El objetivo es determinar cómo cambia la microbiota de un individuo a otro, como evoluciona durante el día, a lo largo de nuestra vida, qué correlación existe con alteraciones en nuestra salud, y muchas otras preguntas que llegarán al contemplar nuestro organismo como un conglomerado de genes microbianos y de homo sapiens.

Somos comunidades andantes de bacterias, y muchos consideran que el mapa del genoma humano no estará completo hasta que incluyamos a todos nuestros huéspedes sin los que no podríamos sobrevivir.

Craig Venter parecía cohibido cuando entró en la librería de Cambridge donde iba a presentar su nuevo libro A Life Decoded. Me resultó extraño. Venter es uno de los científicos más conocidos desde que presentó la secuencia del genoma humano junto a Francis Collins y Bill Clinton en Junio del 2000. Además, por el tipo de proyectos que aborda con capital exclusivamente privado (descifrar su propio genoma, sintetizar vida en el laboratorio…), está a menudo rodeado de una controversia que no parece molestarle. Por eso me sorprendió su actitud comedida, discurso neutro, y la forma en que examinaba al público durante toda la presentación. Luego lo comprendí. Estaba buscando algún enemigo oculto entre los asistentes. Craig Venter sabe que sus críticas al sistema público de investigación y sobretodo la polémica con Eric Lander (uno de los científicos más queridos del MIT y protagonista también de la secuenciación del genoma humano) le han generado algunos detractores en el área de Boston. Quizás por eso la presentación fue corta y se limitó a explicar datos autobiográficos que aparecen en su libro. Habló de que su camino hacia la ciencia fue atípico, que no le gustaba la escuela, que como joven californiano quería ser surfer… y que decidió dedicarse a la investigación durante sus tareas de médico en la guerra de Vietnam, cuando se percató de la importancia del conocimiento para salvar vidas. Repasó su estancia en los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y la manera en que los abandonó para investigar con la compañía Celera sin entrar en detalles. Su emoción se incrementó un poco cuando habló de la fascinación que siente por las preguntas sencillas y directas en la ciencia, y de cómo su pasión por navegar le ha conducido a explorar océanos en busca de nuevas especies de microorganismos. Ni siquiera mencionó la polémica sobre la secuenciación de su propio genoma, ni sus últimas investigaciones alrededor de la idea de crear vida artificial. Lo hizo después durante el turno de preguntas, mucho más suelto, cuando ya había comprobado que la audiencia era “amiga”.

Crear vida en el laboratorio

En su libro Venter escribe: “planeo demostrar que entendemos el software de la vida, creando vida de forma artificial”.
Su idea es conceptualmente sencilla: primero identificar el número mínimo de genes que un microorganismo necesita para sobrevivir. Luego sintetizar base a base este genoma e introducirlo en una célula hospedadora. Entonces el material genético empezará a generar proteínas, y poco a poco transformará esa célula en una nueva criatura.
Por si sólo esto ya sería –será- uno de los hitos científicos más trascendentes de la historia de la biología. Pero no se detendrá aquí. El siguiente paso implica personalizar la nueva especie, es decir, añadirle genes específicos para que el nuevo microorganismo tenga las características y funciones que nosotros queramos.
Y esto enlaza con la búsqueda de especies desconocidas que Venter y su equipo de Synthetic Genomics están realizando por los océanos, el aire, el subsuelo, y los lugares más remotos del planeta.
Lo que de verdad pretenden encontrar no son organismos en sí. Su principal objetivo no es ampliar la lista de especies conocidas y presumir de ello. Lo que realmente buscan es descubrir nuevas propiedades inesperadas, nuevas rutas metabólicas, averiguar qué son capaces hacer los microorganismos viviendo en entornos extremos, y sobretodo identificar los genes responsables de estas capacidades para transferirlos a la nueva vida artificial y así tener un ejército de células-robot diseñadas de novo con funciones específicas.

Venter aseguró que ya han identificado 6 millones de genes nuevos además de los 4 millones que se conocían hasta el momento. El campo que él considera más prometedor es la obtención de nuevas formas de energía y la lucha contra el cambio climático. Su equipo se ha asociado con BP para investigar con bacterias que transforman dióxido de carbono en metano, otras que viven en minas de carbón produciendo hidrógeno, otras que consumen ciertos contaminantes... La estrategia no es nueva, los microbiólogos llevan muchísimo tiempo utilizando industrialmente las propiedades de los microorganismos. Lo que hace diferente a Craig Venter es la idea de crear organismos a medida, y la cantidad de información que su empresa es capaz de acumular.

Al ADN le pierden el respeto

Alguien del público utilizó la palabra “ética” durante una pregunta sobre las consecuencias de esta investigación en vida artificial. Cuando la oyó, Venter encogió los hombros, tardó unos pocos segundos en contestar, y dijo: “you know… DNA is just DNA” (el ADN es sólo ADN). “Llevamos muchos años de evolución en la tierra, lo compartimos con todos los seres vivos, y la verdad no veo ningún razonamiento ético en contra de lo que estoy haciendo”. Alguien puntualizó que en malas manos esta tecnología podría resultar muy peligrosa. No recuerdo sus palabras exactas, pero vino a decir que “como todo”.
En ese momento me di cuenta del apasionante y vertiginoso momento que estamos viviendo en la biología molecular. El ritmo quizás desbocado en que se está acelerando la transición entre conocimiento y aplicaciones biotecnológicas es impresionante. La genética ya es una herramienta más, el “ADN es sólo ADN”, el debate sobre si podemos o no jugar a ser dioses parece definitivamente inclinado al si. Alguien con dinero privado y sin una legislación que lo regule, va a ser capaz de crear vida en el laboratorio. Será una de las noticias más trascendentes del siglo XXI, probablemente de la próxima década. Y no vendrá sola. Algunos dicen que este siglo es el de la biología, otros el de la neurología… sin duda es el siglo de la ciencia. Y no nos lo queremos perder, verdad?