Wednesday, September 01, 2010

Parece ser que la naturaleza es el "químico más creativo"


Los investigadores de la Universidad de Aberdeen encontraron una molécula indescifrable en la Fosa de las Marianas en el Océano Pacífico, y sólo con el microscopio atómico de IBM pudieron completar el rompecabezas.

Los químicos, a veces, observan las plantas, la vida marina y otras fuentes naturales, tratando de encontrar los ingredientes básicos necesarios para desarrollar el siguiente posible avance en medicina . Por desgracia, la naturaleza no siempre está dispuesta a ofrecer fácilmente sus secretos, lo que obligó a los científicos a basarse en una sofisticada tecnología de imágenes, la resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectrometría de masas, por ejemplo, para descifrar la fórmula molecular de los recién descubiertos compuestos orgánicos y poderlos replicar en el laboratorio.

A veces, estos nuevos compuestos desafían incluso al equipo de laboratorio más potente. Los investigadores del Marine Biodiscovery Center (MBC) de la Universidad de Aberdeen, en Escocia, descubrieron este caso el año pasado, cuando estudiaban una especie bacteriana —la Dermacoccus abyssi sp. nov. —que encontraron en una muestra de lodo, extraído por submarinos robóticos, de la fosa de las Marianas en el Océano Pacífico, el lugar más profundo de la Tierra, a cerca de 11.000 metros bajo el mar. Cuando vieron en la muestra un compuesto químico que no fueron capaces de identificar, lo trataron con la espectrometría de masas en alta resolución, para determinar los componentes del compuesto químico, pero ni aun así pudieron averiguar su estructura molecular exacta.

Los científicos de Aberdeen están estudiando el potencial de los organismos marinos, como fuente de nuevos compuestos químicos, que puedan utilizarse para desarrollar nuevos tratamientos para el cáncer, la inflamación, la infección y las enfermedades parasitarias. La búsqueda de nuevos compuestos naturales se hace necesaria, porque la naturaleza nos da una mayor diversidad química de la que los investigadores pueden obtener, señala Rainer Ebel, profesor de Aberdeen en el Marine Biodiscovery Center. "La naturaleza es el químico más creativo", y añade, "seguimos encontrando nuevas plantillas naturales que los productos químicos sintéticos tratan de mejorar."

Cuando se descubren candidatos prometedores, los científicos deben identificar la estructura de estos compuestos con el fin de determinar si son viables para su utilización en el desarrollo de fármacos. Este enfoque ha tenido éxito, en particular, cuando los investigadores extrajeron un compuesto, a finales de la década de 1960 y principios de 1970, entonces desconocido, de la corteza de un tronco de árbol del Pacífico, que resultó ser un ingrediente clave del fármaco anticancerígeno Taxol.

Cada átomo de carbono e hidrógeno de una molécula tiene una frecuencia definida en el espectro de la RMN que utilizan los científicos para determinar cómo el hidrógeno y los átomos de carbono están unidos entre sí. La escasez de átomos de hidrógeno de las muestras de D. abyssi sp. nov., significó que la RMN no pudo proporcionar a los investigadores de Aberdeen la información suficiente para resolver el misterio. En cambio, los esfuerzos de los científicos les dejó con cuatro estructuras potenciales, ninguna de los cuales se pudo descartar sólo por los datos de la RMN. La única posibilidad que restaba para encontrar la estructura correcta, hubiera sido tomar una síntesis química de las estructuras propuestas, una tarea muy compleja que puede tardar varios meses.

"Básicamente, sabíamos lo que había en la esquina inferior izquierda y en superior derecha de la molécula, pero no podíamos conectar las dos partes", manifestó Ebel. Era como resolver un rompecabezas sin el beneficio de una foto con el producto acabado.

Los investigadores tuvieron suerte el año pasado, cuando la esposa de Marcel Jaspars, director del MBC (Marine Biodiscovery Center), recordó un artículo de agosto de 2009, que ella había leído en el Daily Mail de Londres, acerca del equipo de IBM Research, donde científicos de Zurich habían utilizado una modificación del microscopio de fuerza atómica (AFM) para crear una imagen que revelaba todos los enlaces de una molécula individual. Una de las imágenes que acompañan al artículo del Daily Mail mostraba las formas hexagonales de cinco anillos de carbono, así como las posiciones de los átomos de hidrógeno en torno a estos anillos. Jaspars puso manos a la obra y al día siguiente contactó con el investigador principal de IBM, Leo Gross. Jaspars envió a Gross una muestra del misterioso compuesto de Aberdeen, el cual IBM empezó a examinar en el mes de enero.

El AFM utiliza una punta afilada para medir las pequeñas fuerzas que existen entre la punta y la muestra, como la de una molécula, para crear una imagen. Para que el AFM tome una imagen de la estructura química de una molécula, la punta ha de estar extremadamente cerca de la molécula, a menos de un nanómetro. Para ello, los científicos de IBM aumentaron la sensibilidad de la punta añadiéndole moléculas de monóxido de carbono (CO) a la misma. Cuando se acercaron lo suficiente a la muestra, la punta de CO, cubierta de sensitivas y diminutas fuerzas repulsivas, ayudaron a revelar la estructura química de la molécula a escala atómica. "Sería comparable con el aumento de resolución en una pantalla de ordenador, haciendo los píxeles más pequeños", comentaba Jaspars.

"Normalmente no uso el AFM porque la resolución no es lo suficientemente buena", apunta Jaspars. Antes de su afinado por IBM del AFM, se utilizaba para analizar las proteínas, mucho más grandes que las muestras que Jaspars y Ebel necesitaban estudiar.

A finales de febrero, los investigadores de IBM, ya habían descubierto la identidad de la susodicha sustancia misteriosa, se trataba de la conocida cephalandole A, un compuesto que había sido originalmente aislada de las orquídeas taiwanesas. Este proceso de identificación lo describen los investigadores el 1 de agosto en la revista Nature Chemistry, fue la primera vez que se utilizó esta tecnología modificada por IBM, para determinar la estructura de una molécula desconocida. La molécula sobre la que se escribía en el artículo del Daily Mail era el pentaceno, una sustancia utilizada comúnmente en las células solares.

La cephalandole A ha demostrado estar inactiva en la mayoría de los tests que los investigadores de Aberdeen han llevado a cabo hasta ahora, aunque todavía hay más pruebas que están en marcha, señala Jaspars. Al final, la prueba tecnológica de IBM parece ser el aspecto más significativo de la investigación.

Se necesitarán años antes de que la técnica de IBM se convierta en rutinaria, sobre todo porque ya está a tiempo intensivo, requiriendo investigadores que preparen la aguja y las muestras para el AFM. Colocar una muestra en la superficie de la AFM no es asunto trivial, ni está pensado para medidas normales. Sin embargo, el trabajo realizado por IBM, así como el de Culver City, California, Nanogea, Inc. (creando una capa de nanopartículas para mejorar la precisión de las sondas de AFM y sustratos), es crucial la ampliación de la capacidad para estudiar las estructuras moleculares.

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