MONOGRÁFICO 2014/2015
BIOTECNOLOGÍA El potencial de los procesos biológicos para mejorar nuestro bienestar y el del planeta
REPORTAJES EXTRAÍDOS DE LA REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA UMHSAPIENS
MONOGRÁFICO DE BIOTECNOLOGÍA
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|| Entrevista a ﾃ］gela Sastre || Estrategias antivirales || Genﾃｩtica para Legos
Ángela Sastre "Somos arquitectos moleculares" La investigadora del Instituto de Bioingeniería subraya la aplicación de la química orgánica a múltiples ámbitos
· Belén Pardos
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ustituir la enorme y cara placa solar del tejado de una vivienda por una capa de pintura capaz de absorber luz y transformarla en energía. La arquitectura es sólo uno de los múltiples ámbitos en los que la química orgánica promete alternativas eficientes. La investigadora del Instituto de Bioingeniería de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Ángela Sastre Santos dirige el grupo Diseño y Síntesis Molecular (DYSMOL) dedicado, entre otros aspectos, a la síntesis de nuevas moléculas orgánicas aplicables en nanotecnología o en biotecnología. Durante los últimos años, la industria de las energías renovables ha apostado por el silicio para construir las placas que transforman la luz solar en energía eléctrica. Pero el precio de este material es elevado y su producción compleja. Por ello, los investigadores del grupo DYSMOL trabajan para obtener compuestos orgánicos estables, capaces de absorber o emitir energía a menor coste económico y ambiental.
Entre las propiedades de los compuestos con los que trabaja este equipo de químicos orgánicos destacan dos: son colorantes (absorben luz, sobre todo, en la franja del espectro visible) y conductores (permiten el movimiento de electrones). Estas dos características facilitan su aplicación, por ejemplo, en la preparación de dispositivos fotovoltaicos como los paneles solares. Pero, además, su capacidad de emitir luz conlleva que puedan emplearse en diodos, conocidos como LEDs ( light emitting diodes). Muchos semáforos, algunos vehículos, televisores y teléfonos móviles ya los han incorporado a su tecnología. Eficiencia energética Las células solares orgánicas cuentan con una gran ventaja respecto a las clásicas de silicio: son flexibles. Desde la industria textil hasta la arquitectura pueden emplear estos dispositivos. Prendas de vestir, ventanas, paredes o pinturas capaces de captar luz para generar electricidad, impulsan el crecimiento tecnológico liderado por la química orgánica.
Ángela Sastre explica que otra de las particularidades positivas es que el número de compuestos orgánicos es infinito, característica que permite a los químicos desarrollar múltiples combinaciones de elementos. La investigadora señala que para que las moléculas tengan aplicación, deben ordenarse de forma concreta: “Como si fueran un ladrillo y el material en el que se convierten, la casa”. De esta forma, los investigadores diseñan moléculas que cumplan los requisitos para dar lugar a las propiedades deseadas. “Somos arquitectos moleculares”, subraya la profesora. Una célula solar persigue obtener una alta eficiencia energética. En las de silicio, el rendimiento se encuentra en torno a un 15%. En el caso de las orgánicas, el resultado varía en función del tipo de moléculas empleadas. Las de polímeros, por ejemplo, oscilan en torno al 10%, las híbridas alrededor de un 12% y las de mineral perovskita consiguen hasta un 16% de eficiencia. Además de su rentabilidad económica, los compuestos
Laboratory Glassware | Freeimages CC
orgánicos son biodegradables y permiten evitar conductores inorgánicos, como los de cadmio o selenio, muy contaminantes. Una protagonista discreta El gran desarrollo de la optoelectrónica orgánica surge en los años 90. En el 2000, los investigadores Heeger, MacDiarmid y Shirakawa reciben el premio Nobel de Química por el descubrimiento y desarrollo de los polímeros conductores orgánicos. “La investigación avanza rápido pero necesita su tiempo”, explica Sastre. Los compuestos orgánicos se han utilizado históricamente en la industria farmacéutica. Pero, la gran revolución actual en cuanto a su aplicación en nanotecnología conlleva que los investigadores necesiten actualizar constantemente sus conocimientos y dedicar largas jornadas a experimentar en el laboratorio. Entre las moléculas con las que trabaja el grupo DYSMOL se encuentra el fullereno C60. Se trata de una estructura de carbono tridimensional, con forma de esfe-
ra, parecida a un balón de fútbol. El C60 no es capaz de absorber gran cantidad de luz por sí solo. Por eso, los investigadores utilizan además derivados de las porfirinas -compuestos análogos a los presentes en las plantas- para transformarlos en otros más estables, robustos y capaces de absorber o emitir más luz. “Introducimos grupos funcionales cromóforos -que absorben luzpara dar a las moléculas la función deseada”, apunta Sastre. Cuanta más luz absorban dentro del espectro solar, más podrán transformar en energía. Este trabajo se lleva a cabo en el marco del Programa Prometeo para grupos de investigación de excelencia de la Conselleria d’Educació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana. La convocatoria respalda y potencia el desarrollo de acciones científicas y tecnológicas. Además de su uso energético, los compuestos químicos orgánicos con los que trabaja el grupo de la profesora Sastre pueden aplicarse en el área de la salud. Otra de las líneas de investigación del equipo se centra
Villalaín: Las células solares orgánicas cuentan con una ventaja: son flexibles en la síntesis de sistemas fotoactivos para su aplicación en terapia contra el cáncer. Se trata de fármacos que se dirigen a las células cancerígenas y, al irradiarlos con luz, estas moléculas orgánicas pasan a un estado químico excitado, muy activo, capaz de destruir el tejido maligno. Aunque, como señala Sastre, en ocasiones se etiqueta a los compuestos químicos como perjudiciales, en realidad la química orgánica es una protagonista discreta de múltiples avances, desde la industria farmacéutica hasta la energética. Por ello, a juicio de la experta, la educación y el conocimiento a través de la divulgación resultan fundamentales para que esta ciencia obtenga el reconocimiento que merece.
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El grupo de investigaci贸n
Estrategias Antivirales desarrolla mol茅culas bioactivas para combatir virus y bacterias
Scanning electromicrograph of an HIV-infected T cell / NIAID Flickr
1. Virus VIH /Flickr 2. Viriones de VIH-1 (en verde) ensamblándose en la superficie de un linfocito /Wikipedia · Belén Pardos
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3. HIV-infected cell /AJC1 Flickr
os virus y las bacterias suponen una de las mayores preocupaciones para la biomedicina molecular mundial. Según la OMS, los brotes de enfermedad por el virus del Ébola (EVE) tienen una tasa de letalidad que puede llegar al 90%. Para el profesor José Villalaín, director del grupo “Estrategias Antivirales” del Instituto de Bilogía Molecular y Celular (IBMC), los virus y las bacterias emergentes son uno de los mayores desafíos para la sociedad humana. Conocer su funcionamiento y desarrollar moléculas bioactivas que los combatan son los retos de este grupo de investigadores de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche. La capacidad de mutación de los virus o la resistencia bacteriana a los antibióticos son características que los convierten en elementos muy complejos de combatir. El informe Antimicrobial resistance: global report on surveillance (Resistencia a los antimicrobianos: informe mundial sobre la vigilancia) publicado, también, por la OMS, alerta sobre su resistencia a algunos antibióticos en todas las regiones del mundo. Los investigadores deben conocer de forma minuciosa cómo se produce el daño, para encontrar el mayor número de antibacterianos y antivirales. A partir de ahí, los expertos pueden desarrollar mecanismos de control y eliminación de las infecciones. El trabajo se lleva a cabo con proteínas -utilizar el propio virus requiere condiciones especiales- presentes en virus como el Sida (VIH), la Hepatitis C (VHC) y el Dengue (DENV), entre otros. Para extrapolar los resultados obtenidos en laboratorio a humanos, se necesita emplear modelos de estudio. La profesora Amparo Estepa, miembro de Estrategias Antivirales, explica que el pez cebra es un modelo validado para la investigación de muchas enfermedades en mamíferos, incluido el hombre: “Lo utilizamos, entre otras cuestiones, para complicación al proceso. El profesor José Villalaín explica que separan y entender la respuesta del sistema inmune”. El equipo de Estepa emplea dividen paso a paso los procesos para ver el tipo de moléculas implicaal pez cebra -se conoce la secuencia de su genoma- como modelo para das: “Necesitamos entender lo que ocurre en cada punto”. desarrollar vacunas DNA contra enfermedades infecciosas. En lugar de introducir el antígeno -sustancia que desencadena la formación de anti- El conocimiento social de los problemas asociados a virus y bacterias cuerpos- en el organismo que se quiere inmunizar, se introduce el gen es cada vez mayor. Esta situación conlleva que los ciudadanos sigan el principio de precaución, por ejemplo, vacunánque codifica para el antígeno. “Con ello se consigue dose antes de viajar a otros países. El movimiento una respuesta inmune optimizada, más fuerte, para Villalaín: poblacional, los viajes ocasionales o la entrada de combatir la enfermedad en el momento que llega "Siempre habrá vectores que transportan a los patógenos son facel patógeno”, aclara la investigadora. infecciones, pero tores que determinan que un virus circunscrito a una zona concreta pueda producir una infección en Además de los profesores Villalaín y Estepa, en el debemos trabajar otra muy alejada. Para el profesor Villalaín, lo funequipo trabaja el profesor Luís Pérez. Los cientípara que su efecto damental es prepararse ante la posible aparición de ficos del IBMC persiguen desarrollar nuevos ansea mínimo" un virus para actuar lo antes posible. Asimismo, el tivirales y moléculas con actividad antimicrobiana investigador señala que contar con las herramiena partir de moléculas del sistema inmune innato. Se trata de péptidos de defensa endógenos -producidos por el propio tas y el protocolo adecuado puede impedir que el brote se extienda. El organismo- que, hasta el momento, no generan resistencias en virus y experto apunta hacia la investigación como la herramienta para desentrañar los mecanismos de actuación de virus y bacterias y poder desabacterias. rrollar estrategias contra ellos. Los mecanismos moleculares de infección, replicación o transcripción de los sistemas víricos son muy parecidos. La clave que define la es- El fin de los investigadores es el desarrollo de fármacos pero, también, pecie a la que pueden afectar es el receptor específico al que se une el generar conocimiento para entender cómo funciona el sistema inmune patógeno. Pero conocer el funcionamiento de estos microorganismos y su reacción a los tratamientos. José Villalaín subraya: “Siempre habrá no es sencillo: variabilidad, mutaciones, resistencias y cambios añaden infecciones, pero debemos trabajar para que su efecto sea mínimo”. 7
Genética para legos:
qué son y para qué sirven los genes Ciclo de conferencias de divulgación científica
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os catedráticos de Genética de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche José Luis Micol Molina y María Rosa Ponce Molet organizan el ciclo de conferencias titulado ‘Genética para legos: qué son y para qué sirven los genes’. Se trata de una actividad de divulgación de temas de actualidad relacionados con la genética y sus aplicaciones. El objetivo de la iniciativa es acercar estas cuestiones a la sociedad y a los estudiantes de titulaciones como Biotecnología, de la mano de prestigiosos profesionales. La primera charla, titulada ‘Genes y enfermedades’, corrió a cargo del profesor de Investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas del Centro de Investigaciones Biológicas de Madrid Santiago Rodríguez de Córdoba. El experto abordó las aplicaciones del diagnóstico molecular, basado en la búsqueda de mutaciones en los genes asociados a una patología. Este ámbito se ha convertido en un refuerzo imprescindible del diagnóstico clínico que suele proporcionar criterios que permiten una atención personalizada a los pacientes y es una fuente de información muy valiosa para sus familiares. ‘El gusto por la genética en un fruto de tomate’ fue el título de la ponencia del catedrático de Genética de la Universidad de Almería, Rafael Lozano Ruiz. El profesor Lozano destacó en su conferencia que fue una planta, el guisante, la que propició el nacimiento de la Genética. Además, aludió a la cantidad de descubrimientos de valor universal derivados de estudios que se han realizado en especies del reino vegetal, entre ellas Arabidopsis thaliana y el tomate (Solanum lycopersicum). En su opinión, el tomate es un organismo modelo muy
útil para el análisis genético de muchos aspectos del desarrollo reproductivo de las plantas, como los patrones de crecimiento, la arquitectura corporal, la partenocarpia y la maduración del fruto, todos ellos de gran interés agronómico. Por su parte, el profesor de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) José Miguel Mulet Salort abordó la charla titulada ‘Mitos y realidades sobre los Organismos Modificados Genéticamente’. “Sine agricultura nihil”, “sin agricultura no hay nada”. El eslogan de los ingenieros agrónomos sirvió al experto para subrayar el importante papel de la agricultura en la sociedad. José Miguel Mulet señaló que para que una civilización desaparezca,
sólo es necesario que el arte de cultivar la tierra no funcione. De esta forma, el profesor hizo hincapié en la necesidad de desmentir varios mitos y señalar otras tantas realidades en torno a los transgénicos. La presentación ‘Genética forense: CSI made in Spain’ puso el cierre a las jornada. El catedrático de Medicina Legal de la Universidad de Santiago de Compostela, Ángel Carracedo Álvarez, fue el encargado de presentar los avances en medicina forense e investigación criminal. El equipo de Carracedo ha participado en la investigación de casos como el de Alcàsser, el caso Baneheia en Noruega, la operación Minstead en el Reino Unido, el 11-M, el 11-S o la identificación de las víctimas del tsunami asiático de 2004.
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