Premios Nobel 2016
Nobel de Medicina al descubrimiento
de los mecanismos de autofagia
El Premio Nobel de Medicina reconoció este año al japonés Yoshinori Ohsumi, descubridor de los mecanismos de la autofagia, proceso básico de degradación y reciclaje de componentes celulares y de gran importancia en muchos fenómenos fisiológicos.
•Yoshinori Ohsumi, Premio Nobel de Medicina 2016.
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La autofagia es esencial, por ejemplo, en la adaptación a la inanición o en las respuestas a las infecciones, y su interrupción ha sido vinculada a males como el Parkinson, la diabetes tipo 2 y otros desórdenes relacionados con la vejez, así como a enfermedades genéticas o al cáncer.
Ohsumi (Fukuoka, Japón, 1945) reveló a inicios de la década de 1990 los dispositivos subyacentes a ese proceso partiendo del análisis de la levadura, que le sirvió para identificar genes esenciales para la autofagia y sentar las bases de un nuevo modelo en la comprensión de cómo las células reciclan su contenido.
A mediados del siglo pasado los científicos observaron unos nuevos compartimentos celulares especializados que digerían proteínas, carbohidratos y lípidos y que actuaban como "estación de trabajo" para la degradación de constituyentes celulares, explicó en su fallo la Asamblea Nobel del Instituto Karolinska de Estocolmo.
El descubrimiento de la estructura y funciones de esos compartimentos, llamados lisosomas, le proporcionó el Nobel de Medicina en 1974 al belga Christian de Duve, que fue además quien acuñó el término autofagia para referirse a un nuevo tipo de transporte celular vesicular.
Los investigadores se centraron en las décadas siguientes en analizar otro sistema usado para degradar proteínas, el proteasoma, y dentro de ese campo de estudio fueron premiados también con el Nobel en 2004 los israelíes Aaron Ciechanover y Avram Hershko y el estadounidense Irwin Rose.
El proteasoma degrada de forma eficiente las proteínas una a una, pero no servía para explicar cómo las células se deshacían de complejos proteínicos mayores y de organelas (las distintas estructuras contenidas en el citoplasma) desgastadas.
Al fundar su propio laboratorio en 1988, Ohsumi centró sus esfuerzos en la degradación proteínica en la vacuola, una organela que se corresponde con el lisosoma en las células humanas, y utilizó células de levadura, fáciles de estudiar y empleadas a menudo como modelo para las de los seres humanos.
El reto para el científico japonés -el sexto nacido en ese país que gana el Nobel de Medicina- era cómo superar dos problemas: el menor tamaño de esas células y la dificultad para distinguir en el microscopio sus estructuras internas.
Ohsumi pensó que si podía interrumpir la degradación mientras la autofagia estaba activa, los autofagosomas (vesículas de doble membrana que se forman durante este último proceso) deberían acumularse en la vacuola y ser visibles bajo el microscopio.
Así cultivó levadura mutada que carecía de enzimas de degradación vacuolar y estimuló a la vez la autofagia haciendo "pasar hambre" a las células: en pocas horas las vacuolas estaban llenas de pequeñas vesículas no degradadas, los autofagosomas.
Su experimento, que fue publicado en 1992, probaba que la autofagia existe en células de levadura y validaba un método para identificar y caracterizar genes clave implicados en ese proceso.
En menos de un año identificó esos primeros genes exponiendo las células a una sustancia química que provocaba mutaciones e inducía la autofagia y caracterizó las proteínas codificadas por ellos, demostrando que el proceso es controlado por una cascada de proteínas y complejos proteínicos.
Vinculado al Instituto de Tecnología de Tokio, Yoshinori Ohsumi sucede en el palmarés del galardón a su compatriota Satoshi Omura, el irlandés William Campbell y el chino Youyou Tu, premiados en 2015 por sus estudios sobre infecciones causadas por parásitos y sus nuevas terapias contra la malaria.
Nobel de Química para la nanotecnología y las máquinas moleculares
El francés Jean-Pierre Savage, el británico J.Fraser Stoddart y el holandés Bernard L. Feringa fueron galardonados con el premio Nobel de Química 2016 por el diseño y síntesis de máquinas moleculares de tamaño extremadamente pequeño, lo que llevó a la nanotecnología a una nueva dimensión.
La Real Academia de Ciencias Sueca reconoció con este galardón el afán científico por desarrollar "las máquinas más pequeñas" ya que su objetivo era "construir máquinas con las dimensiones de la escala nanométrica" -siendo el nanómetro la millonésima parte del milímetro-, emulando a elementos de la naturaleza como el flagelo de una bacteria o las macromoléculas con forma de sacacorchos que avanzan al girar.
En el acta del jurado se destaca la aportación de los galardonados al "diseño y producción de máquinas moleculares". Los tres científicos han desarrollado moléculas con movimientos que se pueden controlar y que pueden ejecutar tareas específicas cuando se les aporta energía.
Al igual que en la historia de la computación ha sido esencial la miniaturización de sus componentes, los tres nuevos premios Nobel también han logrado miniaturizar sus máquinas moleculares, llevando a la química a una nueva dimensión.
• El holandés Bernard L. Feringa, el escocés Sir J. Fraser Stoddart y el francés Jean-Pierre Sauvage han obtenido el Premio Nobel de Química de este año.
El primer paso hacia una máquina molecular lo dio en 1983 Jean-Pierre Sauvage (París, 1944), cuando vinculó dos moléculas en forma de anillo para formar una cadena llamada catenano.
Las moléculas se unen normalmente por enlaces covalentes fuertes en los que los átomos comparten electrones, pero en este caso se unieron por enlaces más libres. Para que una máquina pueda realizar una tarea debe constar de partes que se pueden mover unas respecto a las otras. Los dos anillos entrelazados cumplen con este requisito.
Un ascensor molecular y un nanocoche
El motor molecular está ahora en el mismo escenario en que estaba el eléctrico en 1830, cuando nadie sabía que existirían las lavadoras. En 1991 se avanzó un nuevo paso cuando Fraser Stoddart (Edimburgo, 1942) desarrolló un rotaxano. El químico enroscó un anillo molecular sobre un diminuto eje, también molecular, y demostró que el anillo era capaz de moverse por él. Entre sus desarrollos basados en rotaxanos figura un ascensor molecular, un músculo molecular y un chip de ordenador basado en esta molécula.
Por su parte, el holandés Bernard Feringa (Barger-Compascuum, 1951) se convirtió en la primera persona que desarrolló un motor molecular. Fue en 1999, cuando consiguió una pala de rotor molecular que gira constantemente en la misma dirección. Con este tipo de motores moleculares logró girar un cilindro de vidrio con un tamaño 10.000 veces más grande que el propio motor, además de diseñar un nanocoche.
Los ganadores del Premio Nobel de Química 2016 han sacado los sistemas moleculares fuera del estado de equilibrio y los han llevado a estados energéticos en los que pueden controlar sus movimientos.
En términos de desarrollo, el motor molecular está ahora en el mismo escenario que se encontraba el motor eléctrico en la década de 1830, cuando sus creadores presentaron manivelas giratorias y ruedas sin saber que iban a conducir a los trenes eléctricos, las lavadoras, los ventiladores y tantos otros dispositivos actuales.
Según los expertos, las máquinas moleculares probablemente se utilizarán en el desarrollo de nuevos materiales, sensores y nuevos sistemas de almacenamiento de energía.
Sauvage aportó en este campo la técnica de reunir moléculas en torno a un ión de cobr e, formando los menores elementos de construcción de máquinas posibles.
Fraser Stoddart se centró en la formación de moléculas de formas muy concretas que pudiesen encajar unas con otras y, por tanto, transmitir movimiento.
Y Feringa lideró la investigación que diseñó y sintetizó una molécula que giraba en una dirección concreta, lo que supuso el primer motor molecular, explicó la academia.
Así consiguieron los elementos clave para conformar las máquinas moleculares (elementos mínimos, relacionados unos con otros y capaces de moverse y transmitir el movimiento), lanzando la carrera de la nanotecnología.
La academia sueca se mostró convencida de que, gracias al trabajo de los tres galardonados, el futuro traerá más "acontecimientos emocionantes" en el campo de la nanotecnología que se basan en los descubrimientos de estos químicos.
Savage nació en París en 1944 y en la actualidad es profesor emérito en Estrasburgo (Francia), mientras que su colega británico nació en Edimburgo en 1942 y es profesor en la Universidad de Northwestern (Illinois, EEUU) y Feringa (Barger-Compascuum, 1951), es profesor de Química Orgánica en Groningen (Holanda).
Fraser Stoddart se mostró impresionado por la distinción y aseguró que la Academia de Estocolmo premiaba así "una parte de la química que es extremadamente fundamental", dijo en una comparecencia retransmitida en directo en Internet desde su universidad.
Desde la Northwestern University, en la localidad de Evanston, en el estado norteamericano de Illinois, Stoddart pidió que se siga respaldando la investigación básica. "Nadie puede prever descubrimientos. Estos llegan tras años de trabajo", señaló el científico nacido en Escocia, Reino Unido.
Nobel de Física para los estados exóticos de la materia
El pasado 4 de octubre, los británicos David J. Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz, miembros de universidades estadounidenses, fueron galardonados con el Premio Nobel de Física por la descripción de los estados exóticos de la materia, que pueden tener aplicaciones en campos como la electrónica.
• Michael Kosterlitzal (izquierda), Duncan Haldane (centro) y David Thouless (derecha), los ganadores del premio Nobel de Física 2016.
"Abrieron la puerta a un mundo desconocido en el que la materia puede asumir estados extraños", explicó en un comunicado la Real Academia de las Ciencias de Suecia . "Utilizaron métodos matemáticos avanzados para estudiar fases o estados inusuales de la materia, como los superconductores, los superfluidos o las capas magnéticas finas", agregó.
Los estados más conocidos de la materia son el sólido, el líquido y el gaseoso. Pero en condiciones extremas, la materia también puede adoptar otros estados y desarrollar propiedades inusuales. Es el caso, por ejemplo, de los superconductores, por los que la electricidad fluye con mucha facilidad. Las teorías desarrolladas por los nuevos Nobel de Física ayudaron a explicar dichos fenómenos.
"Gracias a su trabajo pionero se abrió la caza de nuevas y exóticas fases de la materia. Muchas personas esperan futuras aplicaciones tanto en la ciencia de materiales como en la electrónica", explicó la Real Academia.
"En la última década este campo ha impulsado investigación de vanguardia en física de materia condesada, entre otras cosas por la esperanza de que los materiales topológicos puedan usarse en nuevas generaciones de superconductores y (componentes) electrónicos o en computadoras cuánticas", añadió la Real Academia.
El premio está dotado con ocho millones de coronas suecas (unos 930.000 dólares), de los que Thouless recibirá una mitad y Haldane y Kosterlitz la otra.
La topología es una rama de las matemáticas que describe propiedades que sólo cambian escalonadamente, es decir, que se mantienen intactas cuando un objeto se estira, retuerce y deforma pero no cuando se divide. Su uso en la física fue clave para los descubrimientos premiados.
Kosterlitz y Thouless estudiaron los fenómenos que se producen en un mundo plano, en superficies o dentro de capas muy finas que pueden ser consideradas bidimensionales, mientras que Haldane estudió materia que forma hilos tan finos que puede ser considerada unidimensional.
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