“¿Qué podrían tener en común la Gioconda de Leonardo Da Vinci, la memoria de un celular y el SARS-CoV-2? La respuesta está en un potente rayo de luz o la llamada luz de sincrotrón, un acelerador de partículas que permite ver estructuras moleculares brindando herramientas útiles en varias áreas, como el análisis de obras de arte, el desarrollo de nuevos materiales para permitir mayor almacenaje de información y el estudio de los virus. Esta última área de investigación cobra especial importancia en un momento donde lo que se necesita para salir de la oscuridad de la pandemia es precisamente luz, en el sentido más amplio de la expresión.
El doctor Gerardo Herrera, físico de partículas mexicano que colabora en ALICE (A Large Ion Collider Experiment), uno de los cuatro experimentos más importantes del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), en Ginebra, Suiza, explica que un sincrotrón es una máquina que sirve para acelerar partículas subatómicas como los electrones. Para el también divulgador, es fácil entender su función, pues no son partículas particularmente “exóticas”, son las que pasan cotidianamente por los focos que alumbran nuestra vivienda para darnos luz o las que hacen girar las aspas de las licuadoras con las que preparamos el batido matutino. Las partículas responsables de la electricidad, los electrones, pueden ser aceleradas mediante campos eléctricos y magnéticos para que vayan adquiriendo cada vez más velocidad. Para que esos impulsos funcionen, tienen que estar sincronizados con el electrón, de allí el nombre de sincrotrón.
“Estas máquinas se construyen actualmente de manera circular, es decir, son anillos que tienen un diámetro de entre 80 y 100 metros. Los electrones están circulando en ese circuito y van aumentando su velocidad de manera sincronizada. Cada vez que llegan a una curva en la trayectoria circular, emiten la luz que son esencialmente rayos X, los mismos que usamos para las radiografías, pero cuando los transmiten los electrones en estas máquinas circulares se les llama luz de sincrotron”, señala Herrera.
Estos rayos de gran intensidad y brillantez los hace especiales para observar estructuras moleculares, como las proteínas, por ejemplo. “Se pueden ver encimas, aminoácidos, moléculas que entran en las reacciones químicas de la célula. Mediante la luz de sincrotrón se puede determinar la posición de los átomos y obtener un mapa tridimensional de la estructura que forman”. De esta forma, esta luz es muy útil para estudiar con detalle los procesos mediante los cuales los virus interaccionan con las células y la forma en que éstas reaccionan.
Todo el poder de la luz
Precisamente con la ayuda de un sincrotrón, se desarrolló un fármaco fundamental en la lucha contra la pandemia de H1N1: el oseltamivir, un profármaco (sustancia biológicamente inactiva que es metabolizada en el organismo a una sustancia activa) antiviral selectivo contra el virus de la gripe. Actualmente lo produce Hoffmann-La Roche bajo el nombre Tamiflu y Procaps.
Herrera señala que fue en el mismo acelerador de partículas, el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), donde hace 50 años se detectó la existencia de los quarks (las partículas pequeñísimas que forman todo lo que nos rodea), y treinta años después se desarrolló el profármaco fundamental que se utilizó para combatir la pandemia desencadenada en 2009. La física como puente de descubrimientos fundamentales en diferentes áreas del conocimiento.
La historia continúa. Veinte años después, los físicos de un laboratorio en China utilizaron precisamente la luz de sincrotrón para determinar la estructura molecular del virus SARS-CoV-2. Utilizando las instalaciones del Sincrotrón de Shanghai (SSRF), Zihe Rao de la Universidad ShanghaiTech, junto con su colega Haitao Yang, lograron descifrar la estructura de la proteasa principal del SARS-CoV-2 con un inhibidor covalente. Además, pusieron la información a disposición pública y gratuita en el Banco de Datos de Proteínas, una base de datos mundial sobre la estructura tridimensional de las proteínas y ácidos nucleicos.
Los esfuerzos por desenmascarar totalmente al enemigo y encontrar un fármaco efectivo siguen con la ayuda de los aceleradores de partículas. El Diamond Light Source, un sincrotrón ubicado en el Campus de Ciencia e Innovación en Harwell, Oxfordshire, en Gran Bretaña, recibió desde el inicio de la pandemia más de 3 mil 500 modelos de diseño molecular para probar un compuesto antiviral para hacerle frente a la Covid-19. El reto no es sólo encontrar uno efectivo, sino que también sea seguro y fácil de fabricar. Los experimentos realizados desde el inicio de la pandemia han contribuido al esfuerzo global para entender mejor y combatir el origen de la pandemia.
Conocimiento integrado
De esta forma, PostEra Inc., una empresa de biotecnología especializada en el aprendizaje automático para el desarrollo de fármacos, lidera a un equipo internacional de científicos de la academia y la industria que se han unido para formar una nueva e innovadora iniciativa sin fines de lucro: Covid Moonshot. El objetivo es desarrollar lo más rápido posible un antiviral clínicamente efectivo.
Los datos generados por el Diamond sobre nuevos inhibidores de químicos provenientes de todo el mundo están siendo analizados en tiempo record. Investigadores de todo el mundo siguen enviando sus diseños para que finalmente los compuestos prometedores sean sintetizados y probados para determinar su actividad antiviral y toxicidad. A finales de abril, ya se habían confirmado experimentalmente 60 posibilidades para probar con eficacia alguna proteína clave asociada al nuevo coronavirus.
Existen muchos científicos mexicanos trabajando con experimentos en aceleradores de partículas en todo el mundo, como el caso de Herrera quien desde hace más de 25 años trabaja en el Gran Colisionador de Hadrones, en Suiza, donde se descubrió al Bosón de Higgs y donde se estudia el origen temprano del universo. Se trata de un gran acelerador de partículas, pero que no acelera electrones, sino protones.
Desde los años noventa diversos grupos de físicos han buscado impulsar la idea de construir un sincrotrón en México, pero el entrevistado señala que desgraciadamente el plan no ha prosperado a lo largo de los años. La última propuesta parecía tener eco en el gobierno de Hidalgo, pero según dice Herrera, aún no hay planes concretos. “El tener una fuente de luz con estas características, nos permite no sólo estudiar moléculas biológicas, también, por ejemplo, permite estudiar el petróleo, la estructura que tiene cuando se encuentra en pozos a muy alta presión y muy altas temperaturas”. Es así que además de sus usos en el desarrollo de fármacos, los estudios con radiación de sincrotrón pueden servir para estudiar y extraer de forma más eficiente, no sólo petróleo, también agua. “La luz de sincrotrón puede ser utilizada para muchos tipos de investigaciones, por eso son tan cotizadas. Además de EU, los países más desarrollados de Europa y Asia, cuentan con este tipo de aceleradores”.
Para Herrera, es muy importante subrayar la relación de los físicos con el Covid-19 porque el conocimiento se ha integrado y es fundamental el impacto de esta área en todo lo que tiene que ver con desarrollo tecnológico.
Sobre esta relación de los físicos con los fármacos, y en particular del desarrollo del Tamiflu, Gerardo Herrera tendrá una charla el lunes 25 de mayo a las 7:20 pm en el marco del El Aleph. Festival de Arte y Ciencia, organizado por CulturaUNAM, que en esta edición lleva por nombre: Las posibilidades de la vida: Covid-19 y sus efectos. El festival que se realizará del 21 al 31 de mayo será transmitido en la página electrónica del festival, TV UNAM y Radio UNAM. Valdrá la pena seguirlo, pues contará con la participación 170 especialistas de 20 países, entre éstos la Premio Nobel israelí Ada Yonath y los filósofos Jean-Luc Nancy (Francia) y Markus Gabriel (Alemania).
