En esa línea trabaja el doctor Lisandro Otero, investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) en el Instituto de Biotecnología Ambiental y Salud y profesor de la Universidad Nacional de Río Cuarto (UNRC). Junto con científicos de otras instituciones argentinas y del exterior, su equipo estudia la estructura de las proteínas y las posibilidades que ofrece ese conocimiento para comprender cómo funcionan y cómo podrían modificarse con fines biomédicos.
La investigación se conecta con la optogenética, un campo que utiliza la luz para activar o desactivar determinadas funciones en sistemas biológicos. Pero el trabajo del grupo de la UNRC no se limita a esa tecnología: también comprende el análisis de proteínas vinculadas con enfermedades humanas y agentes que afectan a los cultivos.
En todos los casos, hay un objetivo común: conocer la forma de una proteína para comprender mejor qué hace y encontrar maneras de intervenir sobre su actividad.
Para explicarle a Salud & Ciencia respecto a la importancia de estas investigaciones, Otero propone comenzar por una característica fundamental de las proteínas: su forma. Estas moléculas están constituidas por átomos que se organizan en el espacio de una manera determinada. Esa disposición, conocida como estructura, está directamente relacionada con la función que cumplen.
“Si nosotros logramos conocer la estructura de una proteína, podemos estudiar con más precisión su función”, explica el investigador.
La idea puede entenderse a partir de una relación sencilla: para saber cómo actúa una proteína, primero es necesario conocer cómo está organizada. Determinar la ubicación de sus átomos permite reconstruir su estructura tridimensional y obtener información sobre los mecanismos mediante los cuales participa en distintos procesos biológicos.
Ese conocimiento también puede servir como punto de partida para diseñar sustancias capaces de interactuar con una proteína, bloquearla o modificar su actividad. En lugar de trabajar únicamente a partir de los efectos que produce una molécula, los científicos pueden estudiar con mayor precisión el mecanismo que los origina.
Para avanzar en esa tarea, el equipo utiliza distintas herramientas de biología estructural, entre ellas la microscopía electrónica de transmisión en condiciones criogénicas, conocida como Cryo-EM. Esta técnica permite observar muestras a escalas extremadamente pequeñas y obtener información detallada sobre la organización de las proteínas.
Sin embargo, realizar estudios de alta resolución requiere equipamiento especializado que no está disponible en el país y, por ese motivo, los investigadores deben recurrir a instalaciones del exterior para desarrollar proyectos en colaboración con otros centros científicos.
La luz como herramienta
Una de las líneas de trabajo del grupo está vinculada con la optogenética, un área que adquirió relevancia internacional por sus posibilidades para intervenir en procesos biológicos mediante estímulos luminosos.
El principio se basa en el uso de proteínas fotosensoras, es decir, moléculas capaces de detectar la luz y modificar su estructura cuando reciben determinados estímulos. Los investigadores aprovechan esa propiedad para incorporarlas a sistemas biológicos que, por sí mismos, no responden de la misma manera a la iluminación.
“Básicamente, la optogenética es un campo de la ciencia enfocado en controlar procesos biológicos mediante luz”, señala Otero.
Uno de los desarrollos más conocidos de esta disciplina consiste en utilizar proteínas sensibles a la luz para activar o desactivar neuronas. Esa posibilidad abrió nuevas perspectivas para estudiar los circuitos neuronales y comprender cómo se producen determinadas funciones del sistema nervioso.
La investigación del equipo de la UNRC avanza sobre un tipo particular de proteínas fotosensoras: los bacteriofitocromos. Como su nombre lo indica, son proteínas que provienen de bacterias y que tienen la capacidad de responder a la luz roja y a la luz roja lejana, modificando su estructura de acuerdo con el estímulo recibido.
¿Por qué resulta importante esa característica? Según explica el científico, la luz roja puede penetrar más profundamente en los tejidos que otras longitudes de onda y presenta ventajas para determinadas aplicaciones biomédicas, entre ellas una menor fototoxicidad. Esto significa que puede reducir algunos de los efectos perjudiciales que la exposición a la luz podría generar sobre las células.
El objetivo del equipo es aprovechar esas propiedades mediante técnicas de optogenética e ingeniería de proteínas. La estrategia consiste en vincular los bacteriofitocromos con otras proteínas que no son sensibles a la luz para intentar controlar su actividad mediante estímulos luminosos.
En términos prácticos, se busca contar con una herramienta que permita activar o desactivar funciones específicas en determinadas condiciones. Se trata todavía de una línea de investigación en desarrollo, pero que podría contribuir, a largo plazo, al diseño de nuevas estrategias terapéuticas.
De la investigación básica a posibles tratamientos
Las aplicaciones médicas de la optogenética continúan en estudio. Según explica el doctor Otero, existen avances en distintas áreas tales como la recuperación de la visión, el trabajo con células madre y el análisis de células tumorales, además de investigaciones orientadas a controlar diferentes funciones celulares.
El propio equipo trabaja en el estudio de un posible biofármaco para tratar la esclerosis múltiple. La investigación se encuentra en una etapa exploratoria, por lo que todavía no se trata de un tratamiento disponible para los pacientes. Sin embargo, forma parte de los esfuerzos científicos por encontrar nuevas maneras de intervenir sobre procesos biológicos relacionados con enfermedades.
El investigador considera que el desarrollo de productos derivados de estas tecnologías requiere tiempo. Aunque los avances son importantes, transformar los resultados obtenidos en el laboratorio en soluciones médicas concretas implica atravesar distintas etapas de investigación y evaluación.
“Hoy por hoy está todo en estudio. Se han hecho grandes avances”, señala. Y estima que podrían pasar entre diez y quince años antes de que algunas de estas líneas se traduzcan en productos de aplicación, aunque los plazos dependen de cómo evolucionen las investigaciones.
Así, la optogenética no reemplaza de manera inmediata a los tratamientos existentes ni garantiza por sí sola una solución para cada enfermedad. Su interés radica en que ofrece una forma diferente de estudiar y controlar procesos celulares, con la posibilidad de desarrollar intervenciones más específicas.
Contra el síndrome urémico hemolítico
La biología estructural también puede contribuir a comprender mejor, medicamentos que ya se encuentran en desarrollo. Una de las experiencias en las que participó el equipo de la UNRC fue una colaboración con la empresa biotecnológica argentina Inmunova, vinculada con la investigación sobre un producto terapéutico contra el síndrome urémico hemolítico (SUH).
Esta enfermedad, asociada a una toxina producida por determinadas bacterias, afecta especialmente a niños pequeños y puede provocar complicaciones graves. En el desarrollo del medicamento, Inmunova diseñó un inmunógeno —una sustancia capaz de desencadenar una respuesta inmunitaria—que se administra a caballos para estimular la producción de anticuerpos específicos contra la toxina. Luego, esos anticuerpos se purifican y se utilizan como base del fármaco.
El aporte de los investigadores consistió en estudiar con un alto nivel de detalle la estructura del inmunógeno y la manera en que interactúa con los anticuerpos que forman parte del medicamento.
“Lo que hicimos fue estudiar a nivel atómico el inmunógeno que se administra a los caballos y la manera en que interactúa con los anticuerpos generados”, explica Otero. Mediante técnicas de análisis estructural a nivel atómico como la cryo-EM, el equipo logró caracterizar esa interacción y aportar evidencia sobre el mecanismo por el cual el medicamento puede bloquear la acción de la toxina.
Contra el Mal de Río Cuarto
Otro de los proyectos en los que el grupo del doctor Otero aplicó técnicas de biología estructural estuvo orientado a estudiar una proteína clave del virus que causa el Mal de Río Cuarto, considerado la enfermedad viral de mayor importancia para el cultivo de maíz en la Argentina y responsable de importantes pérdidas económicas en el sector agrícola.
A través del estudio de su estructura a nivel molecular, los investigadores pudieron conocer con mayor detalle cómo está organizada esta proteína, un paso fundamental para comprender su funcionamiento e identificar posibles puntos de intervención.
“Conocer la estructura de esta proteína permite ahora diseñar distintas estrategias para bloquearla y, de esa manera, contribuir al manejo de la enfermedad desde la biotecnología”, indicó Otero. Desde la Universidad Nacional de Río Cuarto, el estudio de proteínas permite avanzar en preguntas que van desde el funcionamiento de una molécula hasta el posible desarrollo de nuevas herramientas para la salud y la producción agropecuaria. Son investigaciones que todavía requieren tiempo para traducirse en aplicaciones, pero que muestran el valor de la ciencia básica: comprender cómo funciona la vida para encontrar, con mayor precisión, nuevas formas de intervenir sobre ella.
