Apuntes científicos desde el MIT

El lunes estuve en Boston entrevistando para una revista al químico vivo con más citas científicas que existe, George Whitesides de la Universidad de Harvard.

Más adelante os cuento qué le mantiene tan motivado a sus 70 años, porqué la química es el futuro de la ciencia, la diferencia entre nanotecnología comercial y revolucionaria, algunas reflexiones sobre si hay investigaciones que no deberíamos estar haciendo, y sus críticas al conservador sistema de peer review en las publicaciones científicas que criban tanto las ideas malas como las más originales. Pero las damas primero. Cuando terminé de conversar con el carismático profesor Whitesides, me dijo “Deberías conocer a una postdoc española que investiga en mi laboratorio ”. Recorrimos los pasillos de su departamento hasta encontrar a Anna Laromaine, una química gironina que inmediatamente se ofreció a contarnos algunos de los proyectos en que están trabajando.

Diagnóstico para todos

Lo primero que me mostró Anna fueron unos papelitos de colores de apariencia muy sencilla, y que en realidad eran tests para analizar de manera fácil y barata muestras de sangre y orina.

La idea “lab on a chip” no es nueva, pero George Whitesides está obsesionado en bajar el precio de la tecnología para que pueda ser utilizada a gran escala en países del tercer mundo. Utilizando técnicas de microfluidica ha diseñado un chip de papel cromatográfico (imagínate algo parecido al test de embarazo, pero más complejo), que puede detectar niveles de glucosa, proteínas, y suministrar de manera asequible y rápida información relevante relativa a la salud.

George Whitesides ha creado la fundación sin ánimo de lucro “Diagnostics for all” para intentar transferir tecnología desde los países que –en sus propias palabras- tienen más “wants” (deseos), hacia los que tienen más “needs” (necesidades).

Extinguir llamas con electricidad

Luego entramos en un laboratorio donde vimos una llama encendida dentro de una caja negra.

Como todas, además de CO₂ y agua, durante la combustión también se genera una gran cantidad de partículas cargadas positiva y negativamente. Cuando Kyle empezó a aplicar un campo eléctrico alrededor de la llama, dichas partículas cargadas se desplazaron generando un efecto parecido al viento. La llama se movía a un lado como si alguien estuviera soplando. Kyle subió de golpe la intensidad, y la llama se apagó inmediatamente.

El grupo de Whitesides está obsesionado con la innovación, y en abrir nuevos caminos. Por el momento la intensidad eléctrica requerida es demasiado alta, pero quien sabe si en un futuro podremos apagar o prevenir cierto tipo de incendios de maneras que ahora ni nos podemos imaginar. Incluso lo están probando con ondas acústicas.

Infoquímica, levitación y chips de c. elegans

Infoquímica fue uno de los conceptos que más me costó asimilar. Normal, es algo tremendamente novedoso y del que Whitesides es un pionero.

Como explican en un artículo reciente se trata de utilizar reacciones químicas para codificar información en lugar de bits eléctricos de 0 y 1. Los investigadores que visitamos nos mostraron sus chips realizados con técnicas de microfluidos en los que el movimiento de una burbujita de aire podía contener información.

¿Aplicaciones? Ya llegarán.

Me produjo una sensación inicial de estupor ver cómo unas bolitas de diferente densidad levitaban a diferente altura dentro de un medio paramagnético cuando se les aplicaba un campo magnético. “Bonito, ¿y qué?” es lo que me pasaba por la cabeza. La levitación que habréis visto anteriormente requiere fluidos a temperatura supercrítica (muy baja). Simplicidad es una palabra clave para el grupo de Whitesides, que está investigando maneras más sencillas de utilizar la levitación. El proceso ya está patentado y ahora buscan aplicaciones, como sensores, ver si un aceite está adulterado, o cualquier aspecto asociado a diferencias de densidad.

Cuando Lizzy me mostró su trabajo le consulté cuál era la pregunta que quería responder. Ella me repitió uno de los lemas del grupo: “nosotros no hacemos ciencia con herramientas, sino herramientas para hacer ciencia” (tools for science instead of science for tools).

Era obvio con el chip para c.elegans que había preparado con la técnica de soft lithography desarrollada por Whitesides. En el fondo no es más que un dispositivo que permite tener un gran numero de gusanos c-elegans en un espacio reducido, y poder hacer de manera más fácil un tipo de experimentos que antes no se podían realizar. No es poco.

La investigación principal de Anna es otro ejemplo excelente de búsqueda de mejores herramientas para hacer ciencia.

Cultivos celulares en 3D

Todas las células de tu cuerpo tienen algún vaso sanguíneo cerca que les suministra oxígeno y nutrientes. Cuando un tumor crece, sin embargo, va acumulando capas y capas de células de manera que las centrales pueden llegar a quedar aisladas y recibir menos oxígeno. Los científicos quieren entender qué ocurre allí. Una de las herramientas que utilizan son los cultivos celulares; placas en las que introducen un tipo de células en unas condiciones determinadas que les permiten hacer experimentos y ver qué ocurre en esas células. Una limitación de estos cultivos es que son “planos”, sólo hay una única capa de células y resulta difícil reproducir una estructura tridimensional.

Hay maneras de conseguir cultivos celulares 3D utilizando geles y ciertos polímeros, pero Anna Laromaine con otros miembros del laboratorio está combinando geles con papel para diseñar una estructura muy simple que le permita alojar células en una disposición tridimensional. Esto permitirá a los científicos analizar qué ocurre a las células del centro, analizarlas de forma sencilla y poder reproducir ‘in vitro’ por ejemplo la estructura de un tumor.

Continuará…

Pero no puedo despedir este post sin citar la conversación con Anna mientras almorzábamos. Anna representa a la perfección la científica española con ganas de volver a su país para investigar, patentar, y ayudar a generar tanto conocimiento como riqueza. Tras los recortes presupuestarios de hace un par de semanas lo ve cada vez más difícil.

En 1953 el químico Stanley Miller realizó uno de los experimentos más famosos de la historia de la ciencia. Diseñó un aparato de vidrio donde intentó recrear las condiciones de la Tierra primigenia para ver si aparecía algo cercano a la vida. Mezcló agua con metano, amoniaco e hidrógeno (los gases que supuestamente contenía la atmósfera), y aplicó descargas eléctricas para simular la gran cantidad de rayos que caían sobre su superficie en esos momentos.
A las pocas horas el matraz ya contenía varios aminoácidos diferentes, las moléculas que constituyen las proteínas. El hallazgo fue sorprendente, porque reflejaba la tremenda facilidad con que se podían formar moléculas orgánicas complejas a partir de otras mucho más sencillas, y daba una gran esperanza a la comprensión científica del origen de la vida en la Tierra. El experimento reforzaba la hipótesis de que todo empezó en una sopa prebiótica, una especie de balsas en las laderas de los volcanes donde poco a poco se iban formando moléculas, recombinándose, y aumentando de complejidad hasta generar algo que pudo metabolizar energía del exterior, mantener una estructura estable, y hacer copias de si mismo.
55 años después los geólogos saben que la composición atmosférica en los albores de la Tierra era muy diferente a la que utilizó Miller en su experimento, y esa idea de caldo primigenio en pequeños lagos superficiales también está siendo descartada por escenarios más propensos a mantener una actividad química que pudiera dar lugar a las primeras estructuras celulares, como el interior de la Tierra, los fondos oceánicos… El experimento de Miller mantiene un indiscutible gran valor conceptual, siempre será un referente para todos los investigadores en el campo de la química prebiótica, pero como pista válida para perseguir las primeras etapas del verdadero origen de la vida perdió toda su vigencia.
Hasta el curioso hallazgo publicado la semana pasada en Science.

Lo viales extraviados de Miller
Stanley Miller falleció en Mayo del 2007, y sus pertenencias científicas quedaron en manos de Jeffrey Bada, uno de sus últimos colaboradores. Revisando su viejo laboratorio Bada encontró una caja llena de botecitos y etiquetada como “Experimentos de 1953-54”. Contrastando con las libretas originales de Miller, Bada comprobó que esos viales contenían muestras del famoso experimento, pero también de dos versiones más que había realizado alterando ligeramente las condiciones iniciales. En una de esas versiones Miller había inyectado vapor de agua directamente en el lugar donde mezclaba los gases con las descargas eléctricas, algo que en ese momento no tenía gran importancia, pero que ahora recobraba interés, porque las erupciones volcánicas de la Tierra primigenia sí podían emitir gases como los que Miller había utilizado y formar nubes a su alrededor cuya composición sí estaría acorde con las condiciones de su experimento.
Miller había analizado dichas muestras, pero no con los espectrómetros tan sensibles que existen actualmente. El verano pasado Jeffrey Bada y otro científico llamado Adam Jonson volvieron a analizar las muestras y descubrieron hasta 22 aminoácidos en esa versión ignorada por Miller, el doble de los que había anunciado anteriormente. Además, 20 de ellos coinciden con los que constituyen las proteínas de los seres vivos.
Es decir, el experimento publicado por Miller había perdido validez porque las condiciones que utilizó no era fieles a la atmósfera primitiva, pero sin él saberlo había realizado otro que sí reproducía bien cómo podían ser las nubes cercanas a los volcanes, y además contenía muchos más aminoácidos de los que él había podido detectar.

Los autores del artículo de Science con concluyen que este descubrimiento refuerza la hipótesis ya existente de que los entornos de volcanes son buenos candidatos para haber cocinado las primeras formas de vida.

Representa eso el origen de la vida???
Para nada. La verdad, esta nueva investigación parece más una anécdota curiosa a añadir al famosos experimento de Miller que una pista muy trascendente sobre cómo pudo empezar la vida. Sobre todo porque si algo refuerza es la idea de que los aminoácidos y otras moléculas orgánicas se pueden formar con tanta facilidad, que si no lo hicieron en unas condiciones lo hicieron en otras. O en varias a la vez. No parece que esta generación de los primeros aminoácidos, lípidos o ácidos nucleicos sea un factor relevante, seguro que la Tierra estaba llena de ellos. El gran reto a solucionar en la comprensión científica del origen de la vida es saber cómo estas moléculas llegaron a constituir proteínas que tuvieran capacidad catalítica, o ácidos nucleicos que codificaran información, en qué orden, y cómo pudieron llegar a ensamblarse en algo tan complejo como es una célula. Aquí es donde se encuentran las investigaciones más apasionantes.
¿Qué fue antes, el gen o la proteína? ¿o lo primero es la estructura, una membrana lipídica que facilite un espacio cerrado donde se combinen tales moléculas?
¿Es más importante el metabolismo (un ciclo químico que permita el intercambio de energía) o la información (genes)? Mucho antes de la llegada del ADN, ¿hubo un mundo previo de ARN, molécula que también puede codificar información y al mismo tiempo capacidad catalítica?
Estas son las verdaderas preguntas a resolver si queremos comprender el misterio del origen de la vida. El experimento que se llevaría el gran premio sería aquel que, en lugar de meter metano, hidrógeno, amoníaco en un matraz y comprobar que se forman aminoácidos o nucleótidos, pusiera nucleótidos, lípidos, aminoácidos… y le saliera un pedazo de proteína catalizando reacciones orgánicas dentro de una protocélula. Esto sí que sería espectacular. Pero no tan descabellado! porque por sorprendente que parezca, la vida en la Tierra se originó muy pronto tras la formación del planeta. Incluso según algunos la generación de vida no es un proceso tan complicado. Todavía recuerdo un seminario en nuestro Fellowship del MIT de Charles Marshall , biólogo evolutivo cuando nos dijo algo parecido a “la formación de las primeras bacterias no es el paso más insólito de la evolución. A los pocos millones de años ya había seres unicelulares sobre la Tierra, probablemente la vida apareció y desapareció varias veces hasta que un cierto tipo prosperó. Y seguro que hay formas de vida simples en otros planetas. En cambio, costó 2.000 millones de años que esos microorganismos se agruparan formando seres pluricelulares. Éste es el paso verdaderamente significativo, inesperado, y quizás único.”

Estoy en Barcelona atendiendo al ESOF (European Science Open Forum): Varios centenares de investigadores europeos, académicos, políticos, periodistas… reunidos discutiendo asuntos técnicos y sociales alrededor del mundo de la ciencia.

Lo más noticiable, el número de registrados, anuncios varios… ya aparecerá en otros medios. Y los debates o reflexiones abiertas que nos puedan interesar, los trataremos más adelante. Son atemporales; no hay prisa. Para lo que a continuación os consultaré, un poquito de celeridad si que me iría bien…

Pero antes, os muestro un vídeo descubierto en el stand de la comisión europea que me ha encantado: La “Chemical Party”!, donde los elementos se relacionan siguiendo las leyes del mundo atómico:

Lo suyo es que cada uno juegue a interpretar lo que ve en el video. Yo luego os doy mi versión, pero vuelvo a interrumpir la lectura coherente del texto con la consulta que os mencionaba antes:

Mañana participaré en una sesión donde tengo que dar mi perspectiva sobre los blogs como herramienta de comunicación científica.
Me gustaría preguntaros a dos niveles. A los que leéis blogs: “¿qué os gusta del formato blog, qué os desagrada, qué ventajas veis respecto otros formatos, qué limitaciones,…?
Por otra parte, sé que entre vosotros hay bloggers excelentes. Querría también escuchar vuestras opiniones críticas al respecto, anécdotas, ejemplos, o algo curioso que os haya sucedido e ilustre el enorme potencial que tienen los blogs. Me encantaría poder citar algunos comentarios de este post en la mesa redonda de mañana.

Mi guión particular del video:
“El neón es muy noble, pero peca de arrogante y autosuficiente. No se relaciona con nadie. Está tan satisfecho con sus orbitales rellenos de electrones, que es prácticamente imposible que le puedas quitar uno. Y mucho menos que acepte uno que a ti te sobre! Como veis en el video, no hay buena química entre el neón y el hidrógeno.
En cambio, el carbono sólo piensa en compartir de manera covalente sus 4 electrones despareados. Si le ofreces dos brazos formará un enlace doble bien estrecho. Pero si eres un átomo de hidrógeno y te conviene compartir único electrón con él para así rellenar tu orbital s no te preocupes, te cogerá igual. Eso si, que no te importe su promiscuidad… no parará hasta tener 6 electrones en sus orbitales p.
El Zinc baila sólo el pobre… no es que vaya de sobrado como el neón. Él sí que está dispuesto a relacionarse, pero le cuesta un poco reaccionar… no resulta tan atractivo como otros elementos.
El ión de sodio tiene exactamente lo que el de cloro necesita. Hacen una pareja excelente, que además intensifica el sabor de tus platos: Juntos forman la sal común (El cloruro de sodio). Su enlace iónico es tremendamente estable, pero si las cosas se diluyen, y la electricidad pretende interferir, una simple electrolisis es capaz de distanciarlos bruscamente.
Los átomos de oxígeno se apañan perfectamente entre ellos. Como tienen 2 electrones de valencia más que el carbono, formando un doble enlace con un compañero ya están en la gloria. El hidrógeno tiene que emplearse muy duro para separarlos. No es algo espontáneo, que les salga de forma natural, tiene que poner mucho esfuerzo y energía extra… eso sí, cuando se carga la amistad entre los dos oxígenos y logra separarlos, sólo las plantas y algunas bacterias pueden volver a unirlos.
Al potasio no le importa disolverse en agua cuando está cargado positivamente, pero si se encuentra en estado metálico la odia de manera extrema. No la puede ni ver. Saltan chispas entre ellos. Asegúrate de no juntarlos, porque si entran en contacto explotan y pueden incluso incendiarte el laboratorio..."
¡Pero vaya fiestón de lo más nerd que me estoy imaginando! A cada invitado le toca ser un elemento químico específico y actuar en consecuencia. Buenooooo… esto con los freaks de Cambridge arrasa!