Nobel. Premio de Química a Frances Arnold, George Smith y Gregory Winter, creadores de “proteínas que resuelven muchos problemas de la humanidad”

Las investigaciones de los tres premiados han permitido que la humanidad realice el equivalente a la agricultura o la ganadería en el mundo de los microbios y las moléculas. La evolución dirigida permite domesticar microbios para que desarrollen proteínas que no existen en la naturaleza y que se aplican a la creación de nuevos combustibles y fármacos contra muchas enfermedades, desde la diabetes al cáncer metastásico.

Arnold, catedrática de ingeniería química, bioingeniería y bioquímica en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), recibe la mitad del premio por inventar “la evolución dirigida de enzimas”. A finales de la década de los setenta, esta ingeniera mecánica y aeroespacial dio un giro a su carrera para buscar nuevos métodos de producir este tipo de proteínas ubicuas en la naturaleza, encargadas de catalizar todas las reacciones bioquímicas de los organismos vivos. La capacidad de cada una de las miles de enzimas conocidas —como las que permiten a microbios vivir sin oxígeno o alimentarse de compuestos tóxicos— depende de su secuencia genética, que contiene la receta para fabricarla a partir de un reducido catálogo de 20 aminoácidos. En 1993, Arnold desarrolló por primera vez un método para introducir mutaciones en la secuencia genética de enzimas e introducirlas en bacterias. Este ganado microscópico servía para producir miles de variantes diferentes de la enzima en cuestión que después eran seleccionadas y mejoradas generación tras generación hasta tener una nueva proteína con propiedades que no se dan en la naturaleza.

La evolución dirigida es “una revolución científica”, porque “comprime el proceso de evolución natural de enzimas, de miles de millones de años, en otro dirigido que dura días o semanas”, explica el biólogo molecular Miguel Alcalde, que trabajó con Arnold como estudiante de doctorado en Caltech entre 2001 y 2003. En 2016, Arnold fue la primera mujer en ganar el Premio de Tecnología del Milenio, considerado el nobel de la tecnología.

Smith y Winter reciben la otra mitad del premio por la “presentación de péptidos y anticuerpos en la superficie de bacteriófagos”. En 1985, Smith, profesor emérito de la Universidad de Misuri, inventó una nueva forma de domesticar bacterias infectándolas con virus modificados genéticamente. Los patógenos se insertan en el genoma de las bacterias y secuestran su metabolismo para producir millones de proteínas diferentes. El método permite identificar qué gen es responsable de producir una proteína ya conocida.

A mediados de la década de los noventa, Gregory Winter, biólogo molecular de la Universidad de Cambridge, usó este método para crear bibliotecas —o mejor genotecas— con las instrucciones para crear miles de millones de anticuerpos diferentes y desarrolló métodos para buscar y seleccionar entre todos ellos los que tienen interés terapéutico. De esta forma, se creó adalimumab, que neutraliza la proteína TNF-alfa, causante de la inflamación de las enfermedades autoinmunes, que fue aprobado en 2002 para tratar la artritis reumatoide. Otros anticuerpos humanos fabricados en bacterias son capaces de neutralizar la toxina del ántrax y de frenar el cáncer gracias a su capacidad de unirse selectivamente a las células tumorales.

“Esta técnica supone un paso mayúsculo”, es el “paradigma de cómo a partir de nada se puede desarrollar un anticuerpo humano que no genera ningún rechazo inmunológico y que tiene un impacto terapéutico tremendo”, explica Luis Álvarez-Vallina, profesor asociado de la Universidad de Aarhus (Dinamarca) que trabajó en el laboratorio de Winter entre 1996 y 1998, justo cuando la técnica estaba en plena explosión de productividad. Winter ha fundado varias empresas basadas en sus descubrimientos y se ha hecho “rico gracias a sus patentes”, señala Álvarez-Vallina. En 2012 recibió el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica.

El año pasado el premio recayó en Jacques Dubochet (Aigle, Suiza, 1942), Joachim Frank (Siegen, Alemania, 1940) y Richard Henderson (Edimburgo, Reino Unido, 1945) por su aportación al desarrollo de tecnologías para generar imágenes tridimensionales de las moléculas de la vida. Su trabajo se aplica en tecnologías para entender mejor procesos biológicos como las infecciones o los ciclos de sueño. En palabras de la academia, su mérito consiste en “el desarrollo de la criomicroscopía electrónica para la determinación a alta resolución de la estructura de biomoléculas en una solución”.