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viernes, 20 de octubre de 2023
sábado, 14 de octubre de 2023
Nobel de Medicina para Katalin Karikó y Drew Weissman por sus contribuciones a las vacunas ARNm contra la covid-19
La
Asamblea Nobel del Instituto Karolinska ha concedido
el Premio Nobel de Medicina a la bioquímica de origen húngaro y al inmunólogo
estadounidense, por sus descubrimientos sobre las modificaciones de las bases
de nucleósidos, que hicieron posible el desarrollo rápido de las vacunas ARNm
contra el coronavirus.
El jurado de los Nobel de este año ha considerado que los descubrimientos
de los dos premiados con el Nobel de Fisiología o Medicina 2023
“han sido fundamentales para desarrollar vacunas eficaces de ARNm contra la
covid-19 durante la pandemia que comenzó a principios de 2020”.
“Los revolucionarios descubrimientos de la bioquímica Katalin Karikó (Szolnok, Hungría 1955) y el inmunólogo Drew Weissman (Lexington,
EE UU, 1959) han cambiado radicalmente nuestra comprensión del modo en que
el ARNm interactúa con nuestro sistema inmunitario”, señala el comunicado de
los Premios Nobel.
Los galardonados, ambos investigadores de la Universidad de Pensilvania (EE UU),“contribuyeron
al ritmo sin precedentes de desarrollo de vacunas durante una de las mayores
amenazas para la salud humana de los tiempos modernos”, añaden estas fuentes.
Karikó y Weissman ya fueron ganadores del Premio Princesa de Asturias de
Investigación (2021) y del Premio Fundación BBVA Fronteras
del Conocimiento en Biología y Biomedicina (2022), donde
también se reconoció su aportación al desarrollo de vacunas contra el
coronavirus
Vacunas antes de la pandemia
La vacunación estimula la formación de una respuesta
inmunitaria frente a un agente patógeno concreto. Esto da al
cuerpo una ventaja en la lucha contra la enfermedad en caso de una exposición
posterior. Desde hace tiempo existen vacunas basadas en virus muertos o
debilitados, como las de la poliomielitis, el sarampión y la fiebre amarilla.
En 1951, Max Theiler recibió el Premio Nobel de Fisiología
o Medicina por desarrollar la vacuna contra la fiebre amarilla.
Gracias a los avances de la biología molecular en las últimas décadas, se
han desarrollado vacunas basadas en componentes virales individuales, en lugar
de virus enteros. Partes del código genético viral,
que suelen codificar proteínas que se encuentran en la superficie del virus, se
utilizan para fabricar proteínas que estimulan la formación de anticuerpos
bloqueadores del virus.
Ejemplos
de ello son las vacunas contra el virus de la hepatitis B y el virus del
papiloma humano. Otra posibilidad es trasladar partes del código genético viral
a un virus portador inofensivo, un ‘vector’. Este método se utiliza en las
vacunas contra el virus del Ébola. Cuando se inyectan vacunas vectoriales, la
proteína vírica seleccionada se produce en nuestras células, estimulando una
respuesta inmunitaria contra el virus objetivo.
ARNm: una idea prometedora
En nuestras células, la información genética codificada en el ADN se
transfiere al ARN mensajero (ARNm), que se
utiliza como molde para la producción de proteínas. En la década de 1980 se
introdujeron métodos eficaces de producción de ARNm sin cultivo celular,
denominados transcripción in vitro.
Este paso
decisivo aceleró el desarrollo de las aplicaciones de la biología molecular en
varios campos. También despegaron las ideas de utilizar las tecnologías de ARNm
para vacunas y fines terapéuticos, pero aún quedaban obstáculos por superar.
El ARNm transcrito in vitro se
consideraba inestable y difícil de administrar, lo que exigía el desarrollo de
sofisticados sistemas lipídicos portadores para encapsular el ARNm. Además,
provocaba reacciones inflamatorias. Por tanto, el entusiasmo por desarrollar la
tecnología del ARNm con fines clínicos fue inicialmente limitado.
El gran avance
Karikó y Weissman observaron que las células dendríticas reconocen el ARNm transcrito in vitro como una
sustancia extraña, lo que provoca su activación y la liberación de moléculas de
señalización inflamatoria.
Se
preguntaron por qué este ARNm era reconocido como extraño mientras que el
procedente de células de mamífero no daba lugar a la misma reacción. Ambos
investigadores se dieron cuenta de que algunas propiedades críticas debían
distinguir los distintos tipos de ARN mensajero.
El ARN contiene cuatro bases, abreviadas A, U, G y C, que corresponden a A,
T, G y C en el ADN, las letras del código genético. Karikó y Weissman sabían
que las bases del ARN de células de mamíferos suelen estar químicamente
modificadas, mientras que el ARNm transcrito in vitro no lo
está.
Entonces, se cuestionaron si la ausencia de bases alteradas en el ARN
transcrito in vitro podría explicar la
reacción inflamatoria no deseada. Para investigarlo, produjeron diferentes
variantes de ARNm, cada una con alteraciones químicas únicas en sus bases, que
administraron a células dendríticas.
Los
resultados fueron sorprendentes: la respuesta inflamatoria casi desaparecía
cuando se incluían modificaciones en las bases del ARNm. Esto supuso un cambio
de paradigma en nuestra comprensión de cómo las células reconocen y responden a
diferentes formas de ARNm.
Karikó y Weissman comprendieron de inmediato que su descubrimiento tenía un
profundo significado para el uso del ARNm como terapia.
Estos resultados fundamentales se publicaron en 2005, quince años antes de la
pandemia del coronavirus.
En estudios posteriores publicados en 2008 y 2010, los dos investigadores
demostraron que la administración de ARNm generado con modificaciones de bases
aumentaba notablemente la producción de proteínas en comparación con el ARNm no
modificado. El efecto se debía a la menor activación de una enzima que regula
la producción de proteínas. Gracias a sus descubrimientos de que las
modificaciones de las bases reducían las respuestas
inflamatorias y aumentaban la producción de proteínas, Karikó y
Weissman habían eliminado obstáculos críticos en el camino hacia las
aplicaciones clínicas del ARNm.
El ARNm contiene cuatro bases diferentes abreviadas: A, U, G y C. Los galardonados descubrieron que el ARNm con bases modificadas puede utilizarse para bloquear la activación de reacciones inflamatorias (secreción de moléculas señalizadoras) y aumentar la producción de proteínas cuando el ARNm se administra a las células. / © Comité Nobel de Fisiología o Medicina. / Mattias Karlén
El ARNm contiene cuatro bases diferentes abreviadas: A, U, G y C. Los
galardonados descubrieron que el ARNm con bases modificadas puede utilizarse
para bloquear la activación de reacciones inflamatorias (secreción de moléculas
señalizadoras) y aumentar la producción de proteínas cuando el ARNm se
administra a las células. / © Comité Nobel de Fisiología o Medicina. / Mattias
Karlén
El verdadero potencial de las vacunas ARNm
El interés
por la tecnología del ARNm empezó a repuntar y, en 2010, varias empresas
trabajaban en el desarrollo del método. Se buscaban vacunas contra el virus del
Zika y el MERS-CoV; este último está estrechamente relacionado con el
SARS-CoV-2.
Tras el
brote de la pandemia de covid-19, se desarrollaron a una velocidad récord dos
vacunas de ARNm modificado con bases que codificaban la proteína de superficie
del SARS-CoV-2. Se notificaron efectos protectores de alrededor del 95 %, y
ambas vacunas fueron aprobadas ya en diciembre de 2020.
La
impresionante flexibilidad y rapidez con que pueden desarrollarse las vacunas
de ARNm allanan el camino para utilizar la nueva plataforma también para
vacunas contra otras enfermedades infecciosas. En el futuro, la tecnología
también podrá utilizarse para administrar proteínas terapéuticas y tratar
algunos tipos de cáncer.
viernes, 13 de octubre de 2023
Los descubridores de los puntos cuánticos ganan el Nobel de Química 2023
Los
científicos Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus y Alexei I. Ekimov, que
actualmente trabajan en EE UU, han recibido el galardón por desarrollar
pequeñísimos componentes de nanotecnología: coloridos cristales formados por
unos pocos miles de átomos. Entre sus muchas aplicaciones, difunden su luz en
televisores y lámparas LED, además de guiar a los cirujanos para extirpar los
tumores.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha conceddido el Premio Nobel de
Química 2023 a Moungi G. Bawendi del
Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), Louis E. Brus de
la Universidad de Columbia y Alexei I. Ekimov de
la compañía Nanocrystals Technology "por el descubrimiento y la síntesis
de puntos cuánticos". Los tres investigadores, que
desarrollan su trabajo en centros de EE UU, plantaron una importante
semilla para la nanotecnología.
Un punto
cuántico es un cristal nanométrico que suele estar formado por unos pocos miles
de átomos. En términos de dimensiones, tiene la misma relación con un balón de
fútbol que este con el tamaño de la Tierra. Son nanopartículas tan
diminutas que su tamaño determina sus propiedades.
El tamaño de un punto cuántico es a un balón de fútbol, lo que a este a la Tierra. / ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Los tres
premios Nobel de Química 2023 han logrado producir partículas tan pequeñas que
sus propiedades están determinadas por estos fenómenos cuánticos.
"Los puntos cuánticos tienen muchas propiedades fascinantes e
inusuales. Y lo que es más importante, tienen diferentes colores en función de
su tamaño", afirma Johan Åqvist,
presidente del Comité Nobel de Química.
Los
físicos sabían hacía tiempo que, en teoría, podían surgir efectos cuánticos
dependientes del tamaño en las nanopartículas, pero en aquel momento era casi
imposible esculpir en nanodimensiones. Por eso, pocos creían que estos
conocimientos fueran a tener un uso práctico.
Avance hacia las aplicaciones
Sin embargo, a principios de la década de 1980, Alexei Ekimov (antigua URSS, 1945), consiguió crear efectos cuánticos dependientes
del tamaño en cristal coloreado. El color
procedía de nanopartículas de cloruro de cobre y Ekimov demostró que el tamaño
de las partículas afectaba al colorido del cristal a través de efectos cuánticos.
Estos
efectos surgen cuando las partículas se ‘encogen’: su tamaño determina el espacio
disponible para los electrones, afectando a sus propiedades ópticas. Los puntos
cuánticos absorben la luz y luego la emiten a otra longitud de onda, y se
observa así que su color depende del tamaño de la partícula.
Unos años más tarde, Louis Brus (Cleveland,
EE UU, 1943), fue el primer científico del mundo en demostrar
efectos cuánticos dependientes del tamaño en partículas que flotan libremente
en un fluido.
Después, en 1993, Moungi Bawendi (París,
Francia, 1961), revolucionó la producción
química de puntos cuánticos, obteniendo partículas casi perfectas. Esta alta
calidad era necesaria para poder utilizarlas en aplicaciones.
Esquema del método de Moungi Bawendi para producir puntos cuánticos: inyección de sustancias para generar cristales de seleniuro de cadmio (1), que dejaban de formarse cuando el disolvente se enfriaba (2). Al volverlo a calentar, crecían de nuevo los cristales, más grandes si se dejaban más tiempo (3). / ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
En la actualidad, los puntos cuánticos son de gran importancia en nanotecnología. Estos pequeñísimos
componentes iluminan monitores de ordenador y pantallas de televisión
basados en la tecnología QLED (Quantum Dot Light Emitting Diode).
También añaden matices a la luz de algunas lámparas LED, y los bioquímicos
y médicos los utilizan para cartografiar tejidos biológicos.
Además, ayudan a los cirujanos en
sus intervenciones, como la extirpación de tejidos tumorales.
Los puntos cuánticos están aportando grandes beneficios a la humanidad,
destacan los responsables del Nobel. La comunidad científica también cree que
en el futuro podrían contribuir a la electrónica flexible,
los sensores diminutos, las células solares más finas y la comunicación cuántica encriptada. La exploración del potencial de estas diminutas
partículas no ha hecho más que empezar.
miércoles, 12 de octubre de 2022
Nobel de Medicina para Svante Pääbo por sus hallazgos en evolución humana
La Asamblea Nobel del Instituto Karolinska ha concedido el Premio Nobel de Medicina o Fisiología 2022 al investigador sueco Svante Pääbo (Estocolmo, 1955), vinculado actualmente al Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig (Alemania) y al Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (Japón).
Según el jurado, el galardón se le concede "por sus descubrimientos sobre los genomas de los homininos extintos y la evolución humana". Sus hallazgos también le valieron en 2018 el Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica.
Sus estudios están vinculados a preguntas que han intrigado a la humanidad desde sus orígenes: ¿de dónde venimos y qué relación tenemos con los que nos precedieron?, ¿qué nos diferencia a nosotros, los Homo sapiens, de los demás homininos (homínidos próximos al ser humano)?
Gracias a su investigación pionera, Svante Pääbo logró algo aparentemente imposible: secuenciar el genoma del neandertal, un pariente extinto de los humanos actuales. También hizo el sensacional descubrimiento de un hominino hasta entonces desconocido: el hombre de Denisova o denisovano.
Y lo que es más importante, descubrió que se había producido una transferencia de genes de estos homininos ya extinguidos al Homo sapiens tras la migración fuera de África hace unos 70.000 años. Este antiguo flujo de genes hacia los humanos actuales tiene relevancia fisiológica hoy en día, por ejemplo, afectando a la forma en que nuestro sistema inmunológico reacciona a las infecciones.
El trabajo de Pääbo incluye estudios genéticos de neandertales y denisovanos, proporcionando una base para explicar lo que nos hace singularmente humanos. / Nobel Prize
¿De dónde venimos?
La cuestión de nuestro origen y de lo que nos hace únicos ha ocupado a la humanidad desde la antigüedad. La paleontología y la arqueología son importantes para el estudio de la evolución humana. Sus investigaciones aportan pruebas de que el humano anatómicamente moderno, Homo sapiens, apareció por primera vez en África hace aproximadamente 300.000 años, mientras que nuestros parientes más cercanos conocidos, los neandertales, se desarrollaron fuera de África y poblaron Europa y Asia occidental desde hace unos 400.000 años hasta hace 30.000, momento en el que se extinguieron.
Hace unos 70.000 años, grupos de Homo sapiens emigraron de África a Oriente Medio y, desde allí, se extendieron al resto del mundo. Así, humanos modernos como nosotros y neandertales coexistieron en amplias zonas de Eurasia durante decenas de miles de años. Pero, ¿qué sabemos de nuestra relación con ellos? Las pistas se derivan de la información genómica.
A finales de la década de 1990, se había secuenciado casi todo el genoma humano. Este fue un logro considerable, que permitió realizar estudios posteriores sobre la relación genética entre diferentes poblaciones humanas. Sin embargo, los estudios sobre la relación entre los humanos actuales y los neandertales extintos requerirían la secuenciación del ADN genómico recuperado de especímenes antiguos.
Una tarea aparentemente imposible
Al principio de su carrera, Svante Pääbo quedó fascinado por la posibilidad de utilizar métodos genéticos modernos para estudiar el ADN de los neandertales. Sin embargo, pronto se dio cuenta de los enormes desafíos técnicos, ya que con el tiempo el ADN se modifica químicamente y se degrada en fragmentos cortos.
Después de miles de años, solo quedan trazas de ADN, y lo que queda está masivamente contaminado con ADN de bacterias y humanos contemporáneos. Como estudiante de postdoctorado con Allan Wilson, un pionero en el campo de la biología evolutiva, Pääbo comenzó a desarrollar métodos para estudiar el ADN de los neandertales, un esfuerzo que duró varias décadas.
El ADN se localiza en dos compartimentos diferentes de la célula. El ADN nuclear alberga la mayor parte de la información genética, mientras que el genoma mitocondrial, mucho más pequeño, está presente en miles de copias. Después de la muerte, el ADN se degrada con el tiempo y al final solo quedan pequeñas cantidades. También se contamina con el ADN de, por ejemplo, bacterias y seres humanos contemporáneos. / Nobel Prize
En 1990, Pääbo fue contratado por la Universidad de Múnich (Alemania), donde, como profesor recién nombrado, continuó su trabajo sobre el ADN antiguo. Decidió analizar el de las mitocondrias neandertales, orgánulos de las células que contienen su propio ADN. El genoma mitocondrial es pequeño y contiene solo una fracción de la información genética de la célula, pero está presente en miles de copias, lo que aumenta las posibilidades de éxito.
MÁS INFORMACIÓN
Con sus refinados métodos, Pääbo consiguió secuenciar una región de ADN mitocondrial de un trozo de hueso de hace 40.000 años. Así, por primera vez, tuvimos acceso a una secuencia de un pariente extinto. Las comparaciones con humanos y chimpancés contemporáneos demostraron que los neandertales eran genéticamente distintos.
Como los análisis del pequeño genoma mitocondrial solo aportaron información limitada, Pääbo asumió entonces el enorme reto de secuenciar el genoma nuclear neandertal. En ese momento, se le ofreció la posibilidad de crear el Instituto Max Planck en Leipzig al que sigue vinculado. En el nuevo centro, Pääbo y su grupo mejoraron constantemente los métodos para aislar y analizar el ADN de los restos óseos antiguos.
Secuenciación del genoma neandertal
El equipo aprovechó los nuevos avances técnicos, que hicieron que la secuenciación del ADN fuera muy eficiente. Pääbo también contrató a varios colaboradores con experiencia en genética de poblaciones y análisis de secuencias avanzados. Y sus esfuerzos tuvieron éxito, logrando publicar la primera secuencia del genoma neandertal en 2010. Los análisis comparativos demostraron que el ancestro común más reciente de los neandertales y el Homo sapiens vivió hace unos 800.000 años.
El investigador sueco y sus colaboradores pudieron ahora investigar la relación entre los neandertales y los humanos actuales de diferentes partes del mundo. Los análisis comparativos mostraron que las secuencias de ADN de los neandertales eran más similares a las de los humanos contemporáneos procedentes de Europa o Asia que a las de los humanos contemporáneos procedentes de África.
Esto significa que los neandertales y los Homo sapiens se cruzaron durante sus milenios de coexistencia. En los humanos actuales con ascendencia europea o asiática, aproximadamente el 1-4 % del genoma procede de los neandertales.
El equipo de Pääbo extrajo ADN de especímenes óseos de homínidos extintos. Primero obtuvo un fragmento de hueso de nNandertal en Alemania, el yacimiento que dio nombre a los neandertales. Más tarde, utilizó un hueso de dedo de la cueva de Denisova, en el sur de Siberia, el yacimiento que dio nombre a los denisovanos (izquierda). A la derecha, árbol filogenético que muestra la evolución y la relación entre el Homo sapiens y los homíninos extintos, así como los flujos genéticos descubiertos por Pääbo. / Nobel Prize
Un descubrimiento sensacional: los denisovanos
En 2008, se descubrió un fragmento de hueso de dedo de 40.000 años de antigüedad en la cueva de Denisova, en el sur de Siberia. El hueso contenía un ADN excepcionalmente bien conservado, que el equipo de Pääbo secuenció. Los resultados causaron sensación: la secuencia de ADN era única en comparación con todas las conocidas de neandertales y humanos modernos.
El investigador sueco había descubierto un hominino desconocido hasta entonces: el denisovano. Las comparaciones con secuencias de humanos contemporáneos de diferentes partes del mundo mostraron que también se había producido un flujo de genes entre el hombre de Denisova y el Homo sapiens. Esta relación se observó por primera vez en poblaciones de Melanesia y otras partes del sudeste asiático, donde los individuos llevan hasta un 6 % de ADN de denisovano.
Los descubrimientos de Pääbo han permitido una nueva visión de nuestra historia evolutiva. En la época en que el Homo sapiens emigró de África, al menos dos poblaciones de homininos extinguidas habitaban en Eurasia. Los neandertales vivían en el oeste, mientras que los denisovanos poblaban el este del continente. Durante la expansión de los sapiens fuera de África y su migración hacia el este, no solo se encontraron y cruzaron con neandertales, sino también con denisovanos.
Padre de la paleogenómica
La investigación de Pääbo también ha dado lugar a una disciplina científica totalmente nueva: la paleogenómica. Tras los descubrimientos iniciales, su grupo ha completado el análisis de varias secuencias genómicas adicionales de homininos extintos.
Sus descubrimientos ofrecen un recurso único, que es utilizado ampliamente por la comunidad científica para comprender mejor la evolución y la migración humanas. Los nuevos y potentes métodos de análisis de secuencias indican que los homininos arcaicos también pueden haberse mezclado con los humanos modernos en África. Sin embargo, todavía no se ha secuenciado ningún genoma de los primeros en ese continente debido a la degradación acelerada del ADN antiguo en los climas tropicales.
Gracias a los hallazgos del nuevo premio nobel de Medicina, sabemos, además, que las secuencias genéticas antiguas de nuestros parientes extintos influyen en la fisiología de los humanos actuales. Un ejemplo es la versión denisovana del gen EPAS1, que confiere una ventaja para la supervivencia a gran altura y es común entre los tibetanos actuales. Otros ejemplos son los genes neandertales que afectan a nuestra respuesta inmunitaria a distintos tipos de infecciones.
Los descubrimientos de Pääbo han aportado información importante sobre cómo estaba poblado el mundo en la época en que el ‘Homo sapiens’ emigró de África y se extendió por el resto del mundo. Los neandertales vivían en el oeste y los denisovanos en el este del continente euroasiático. El mestizaje se produjo cuando el Homo sapiens se extendió por el continente, dejando rastros que permanecen en nuestro ADN. / Nobel Prize
¿Qué nos hace humanos únicos?
Al revelar las diferencias genéticas que distinguen a todos los seres humanos vivos de los homininos desaparecidos, sus descubrimientos sientan las bases para explorar lo que nos hace realmente singulares a los humanos actuales.
El Homo sapiens se caracteriza por su capacidad de crear culturas complejas, innovaciones avanzadas y arte figurativo, así como por cruzar aguas abiertas y extenderse por todo el planeta. Los neandertales también vivían en grupo y tenían un gran cerebro y utilizaban herramientas, pero estas se desarrollaron muy poco durante cientos de miles de años.
Las diferencias genéticas entre nosotros los sapiens y nuestros parientes extintos más cercanos eran desconocidas hasta que se identificaron gracias a los trabajos de Pääbo. Las investigaciones actuales se centran ahora en analizar las implicaciones funcionales que tienen esas características diferentes para aclarar qué es lo que tenemos realmente de humanos únicos.
La opinión de Pääbo sobre si los sapiens, neandertales y denisovanos somos o no la misma especie
Los estudios genómicos de Pääbo y diversos restos paleoantropológicos confirman que los sapiens, los neandertales y los denisovanos se reprodujeron sexualmente, una evidencia que suele conducir a una pregunta recurrente: ¿son entonces la misma especie, entendida como organismos que se pueden entrecruzar y tener descendencia fértil?
“Bajo esa definición, los tres grupos serían la misma especie”, explicaba Pääbo a Sinc en 2018, cuando se descubrieron los restos de una hija de neandertal y denisovano, “pero nosotros nos mantenemos alejados del debate de si se trata de especies diferentes o no, porque no existe una definición universal de especie”.
El experto pone un ejemplo: “Los osos polares y los grizzlies tienen descendencia fértil en la naturaleza. Sin embargo, se ven diferentes y se comportan de manera distinta, por lo que la mayoría de las personas los considerarían especies diferentes”.
“Por lo tanto, es una discusión académica estéril hablar de si los neandertales y los humanos modernos o los denisovanos son especies separadas o no”, concluye Pääbo, quien en un artículo publicado en Nature reconocía que tampoco le gusta mucho el término ‘híbrido’ para referirse a casos como el de Denny –como cariñosamente se llamó a la joven neandertal-denisovana–, porque eso implicaría que procede de dos especies distintas, cuando la realidad es que los límites taxonómicos entre estos grupos humanos (que podrían ser subespecies de Homo sapiens) todavía son bastante difusos y objeto de debate.
Fuente Nobel de Medicina para Svante Pääbo por sus hallazgos en evolución humana (agenciasinc.es)
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