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Biología Molecular

El secreto de la

Vida uego de que Pasteur y Koch sentaran las bases de la microbiología y durante largo tiempo después de que la nueva ciencia viviera su época de oro, mantuvo su calidad primordial de ciencia descriptiva y aplicada, especialmente en relación a la medicina, mientras se desarrollaba en forma paralela a la química. No obstante, hubo una corriente que, estudiando ciertos microorganismos del suelo que tenían extraordinarias capacidades metabólicas, hizo ver la enorme variedad fisiológica de los microbios. Se establecieron así nexos fundamentales entre la microbiología y otras disciplinas biológicas, cuyos puntos centrales fueron marcados cuando se reveló la unidad química del mundo orgánico y se descubrieron los principios moleculares de la genética.

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Antibióticos Un nuevo término no de los antibióticos más conocidos fue la estreptomicina, descubierta por Selman A. Waksman, ganador del Premio Nobel en 1952. Ruso de nacimiento, emigró a Estados Unidos en 1910, luego de que le negaran el ingreso a la universidad por su condición de judío. Estudió en la Universidad de Rutgers con otro emigrante ruso, el doctor Jacob Lipman, y se nacionalizó norteamericano después de recibir su maestría en Ciencias en 1916. Posteriormente recibió un doctorado en la Universidad de Berkeley, tras lo cual volvió a Rutgers para proseguir sus investigaciones en microbiología del suelo. Centró sus estudios en un tipo de microorganismos, las actinomicetáceas, a partir de las cuales sintetizó varios antibióticos. El más importante de ellos fue la estreptomicina, aislada en 1942, que revolucionó el tratamiento de la tuberculosis. El propio Waksman acuñó el término "antibiótico".

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Selman Waksman obtuvo el Premio Nobel en 1952.

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Entre otros aportes, consiguió aislar la actinomicina y la neomicina. También obtuvo notables resultados en el estudio de materias como la producción de enzimas y ácidos orgánicos, la descomposición de la materia orgánica y en el papel de los microorganismos en la corrosión de los metales. Esas investigaciones fueron la materia prima para desarrollar más de 500 papers y escribir una treintena de libros. Sus trabajos le proporcionaron una considerable fortuna por concepto de patentes, dineros que fueron destinados a un sinnúmero de causas filantrópicas, incluyendo becas de investigación científica y de escolaridad para hijos de inmigrantes en Estados Unidos.

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Genética y

moléculas

urante la década del 30, Warren Weaver, matemático y director del Departamento de Ciencias Naturales de la Fundación Rockefeller, acuñó el concepto de biología molecular. La idea de Weaver fue utilizar la nueva mecánica cuántica para trasladar a la biología el pensamiento reduccionista y determinista de la física. En esa forma, se podría analizar la herencia y la vida como procesos químicos, dando un giro en el manejo de las leyes de la genética.

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El estudio de la biología molecular tenía dos vertientes fundamentales: la "estructuralista", que investigaba la estructura atómica de ciertas macromoléculas; y la "informacionista", que se proponía descubrir cómo se transfiere la información

biológica de generación en generación. Un paso gravitante para dichas investigaciones fue el trabajo del físico nuclear alemán Max Delbrück, que comenzó a formar su equipo científico en el California Institute of Technology (Caltech) a fines de la Segunda Guerra Mundial. Fue allí donde comenzó a estudiar los bacteriófagos. Dichos microorganismos habían sido descubiertos durante el segundo decenio del siglo XX por el bacteriólogo inglés Frederik William Twort y el científico canadiense Félix d'Herelle simultáneamente. Ellos demostraron que los bacteriófagos infectaban, mataban y disolvían las células bacterianas en poco más de media hora, y que, a la inversa, las bacterias eran capaces de desarrollar de forma natural una resistencia al fago. En aquella época, el descubrimiento sólo sirvió para confeccionar algunos preparados con cierto éxito comercial, pues la comunidad científica se veía deslumbrada ante el espectacular ingreso de la penicilina. Delbrück retomó su estudio, pues se trataba de microorganismos muy simples.

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Según se había verificado tras el desarrollo de la microscopía de campo oscuro, los bacteriófagos estaban compuestos de un ácido nucleico –conocido como ADN– y una capa de proteína. Sin adivinar la importancia del ácido, Delbrück reconoció que los fagos podían utilizarse para estudiar la transmisión de la información genética. "Pensaba que el hecho de realizar experimentos simples en biología con algo parecido a un átomo estaba más allá de mis sueños más imposibles", señalaría Delbrück. Con todo, el científico fue capaz de inventar técnicas experimentales y estadísticas de gran precisión para el estudio de dichas formas elementales de vida. En la Universidad de Vanderbilt, formó lo que se daría a conocer posteriormente como el “grupo del bacteriófago”, junto con el microbiólogo italiano Salvador Edward Luria –conocido por el medio de cultivo para E. coli, el LB que significa, precisamente, Luria broth– y el biólogo norteamericano Alfred Day Hershey.

República de la

mente

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n 1941, en la Universidad de Stanford se encontraron indesmentibles evidencias de una correlación entre los genes y las enzimas, a través del estudio de rutas metabólicas implicadas en la síntesis de aminoácidos. Por primera vez se postuló la correlación: "un gen, una enzima".

ción”: "Era uno de los raros refugios del siglo XX, una república de la mente, una visión fugaz de la riqueza común de los intelectos, que se mantenían juntos por las más sutiles ligazones, por el entusiasmo de comprender, por la auténtica libertad de estilo".

Por su parte, el "grupo del fago" demostró que las mutaciones en E. coli ocurren azarosamente, sin necesidad de exposición a agentes mutagénicos, y que se transmiten siguiendo las leyes de la herencia. En 1944, el grupo preparó el Tratado del Fago, que introducía orden a una investigación que ya se realizaba en diferentes centros. A partir de ese documento, se estableció sólo la utilización de ciertos tipos específicos de bacteriófagos.

Las conclusiones de Delbrück y Luria tuvieron un acápite al terminar la Segunda Guerra Mundial, a partir de los estudios de Oswald Avery en el Instituto Rockefeller, que apuntaban al ADN como lugar de almacenamiento de la información genética. Los fagos –que no son más que una masa de ADN envuelta en proteína– brindaban excelentes condiciones para verificar su hipótesis. "Se hacen notar por las bacterias que destruyen, del mismo modo que un niño anuncia su presencia cuando desaparece un trozo de pastel", explicaba Delbrück.

A mediados de la década de los 50, Delbrück ya era una celebridad en el medio científico. Su curso en el laboratorio de Cold Spring Harbor (Long Island) atraía a un numeroso contingente de físicos, bioquímicos y biólogos. Posteriormente, el científico retornó a Caltech y su laboratorio llegó a ser apodado "el Vaticano del grupo fago". Como escribió el historiador de las ciencias Horace Frelland Judson, en su libro “El octavo día de la crea-

Max Delbrück y Salvador Luria

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Listanegra alvador Luria fue un personaje tan polémico como venerado por sus discípulos. En clases le gustaba plantear discusiones filosóficas y debatía largamente con sus alumnos interrogantes como "¿qué es la vida?", "¿qué es un virus?", "¿qué constituye prueba?" Esa clase de conversaciones disgustaban a algunos asistentes que sólo pedían hechos, pero Luria argumentaba: "El papel más importante de un profesor no es transmitir información, sino evidenciar los prejuicios. El tiempo que gastamos en sacarle punta a las palabras no es nunca tiempo perdido".

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Cuando hablaba de "evidenciar los prejuicios", se refería a que las creencias personales y las suposiciones no demostradas debían quedar totalmente fuera del ámbito de las ciencias. En su calidad de refugiado judío de la Italia fascista, tales conceptos cobraban mayor sentido. Además, su interés por las humanidades iba a la par con su vocación científica. Incluso llegó a enseñar literatura a estudiantes universitarios de ciencias médicas y tecnológicas, y ganó el National Book Award en ciencias por su libro "La vida: un experimento inconcluso". Sus intereses sociales y políticos iban más allá de sus actividades en el laboratorio. Dos días después de recibir el Nobel, en 1969, supo que su nombre figuraba en una lista negra del National Institute of Health (NIH), junto a otros 47 hombres de ciencia. Aunque nunca se explicó la razón de aquella lista –que les prohibía a los investigadores trabajar en sus paneles de revisión–, probablemente Luria desató la ira de la

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administración Nixon por su entusiasta promoción de la causa antibélica. Junto con otros colegas, organizó protestas y campañas en contra de la guerra de Vietnam, hasta el punto de publicar una página completa en el New York Times poco después de los bombardeos más cruentos sobre Hanoi. La página no contenía nombres ni largos discursos, sólo decía "Detengan las bombas", pero causó un gran impacto en la opinión pública y fue copiada y distribuida masivamente por todo el país. Luria fue un ejemplo paradigmático del científico políticamente comprometido. Su entusiasmo por el progreso se veía contrarrestado por su preocupación sobre las consecuencias prácticas. El empleo de la tecnología en la guerra y la mala utilización de los recursos científicos, en contra de las necesidadas humanas, eran dos aspectos que desanimaban a Luria. A la vez que visualizó las promisorias posibilidades de la biotecnología, también contribuyó activamente en el debate acerca de sus implicancias y sus riesgos.

En busca de los

enlaces químicos ay un cuarto personaje que –junto a Weaver, Delbrück y Luria– revolucionó el estudio de la química y contribuyó a fundar la biología molecular: Linus Carl Pauling, el único ganador de dos Nobel individuales de la historia. Nacido en el Estado de Oregon a comienzos del siglo XX, su padre, Herman, era un farmacéutico autodidacto y algo excéntrico, que en una ocasión puso anuncios en el periódico para publicitar sus "Píldoras Rosas Pauling para personas pálidas". La influencia paterna dejó una profunda marca en el niño, que tenía sólo nueve años cuando Herman murió. Poco antes de su deceso, escribió una carta al periódico local en la que preguntaba cómo encauzar los excepcionales talentos intelectuales de su hijo.

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El pequeño se volcó a los libros y a los catorce años comenzó su vocación como químico, cuando visitó a un amigo más adinerado que poseía un juego para fabricar lociones y pócimas. Fascinado por las llamas, los mecheros, los aromas de laboratorio y los misteriosos cambios que sufrían los polvos y las emulsiones, montó su propio rincón de química en el subterráneo de su espacioso hogar. Para surtirse de materiales, sacaba productos a escondidas de una fábrica para refinación de metales abandonada.

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A los 16 años ingresó a la Escuela Agrícola de Oregon –actualmente, la Universidad Estatal de Oregon–, en busca de un título como ingeniero químico. Demostró tener tantos conocimientos que en muchas ocasiones superaba a sus profesores y muy pronto obtuvo un puesto como maestro. Cuando se graduó, tenía claros sus intereses. Quería hallar respuesta a una de las preguntas fundamentales de la química: cómo se unen los átomos para formar las moléculas. Para averiguarlo, pasó de la ingeniería a la química teórica, incorporándose

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como investigador al Caltech. Allí trabajó en cristalografía por rayos X, utilizada como técnica experimental para averiguar el tamaño y la configuración de ciertos átomos. Más tarde se trasladó a Europa, en un momento altamente propicio, cuando varios físicos de vanguardia –Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Max Born y Erwin Schroedinger– estaban empeñados en desarrollar nuevas teorías sobre la estructura atómica, que sentaría las bases de la mecánica cuántica. Pauling tomó contacto con todos y a su regreso a Estados Unidos llevaba consigo los fundamentos de la nueva teoría. En 1939 escribió “La naturaleza de los enlaces químicos”, texto que se convirtió en un documento de consulta frecuente para sus colegas.

Moléculas de

vida o muerte

auling había iniciado sus estudios estructurales analizando moléculas inorgánicas, pero en los años 30 trasladó sus investigaciones a las biomoléculas y, en especial, a las proteínas. A fines de los 40, su equipo descubrió la base molecular de la anemia de la célula falciforme y poco después logró determinar la estructura de varios aminoácidos.

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Aunque también se interesó en la estructura del ADN, no logró desentrañarla. En 1954 obtuvo el Nobel de Química por sus investigaciones sobre el enlace químico, en sus aplicaciones para dilucidar la estructura de sustancias complejas.

Pauling y Max Delbrück

Pero, junto con la dimensión estructural de las moléculas, Pauling quería saber cómo interactuaban, de qué manera lograban reproducirse en otras moléculas con sus mismas características y cómo se generaban los anticuerpos que reconocían un antígeno extraño en forma específica. Viendo que todos estos objetivos apuntaban hacia la biología, se interiorizó en los trabajos de inmunólogos como el célebre vienés Karl Landsteiner, el primero en clasificar los grupos sanguíneos. Después de una década de experimentación, Pauling había logrado confeccionar un cuadro bastante claro acerca de la inte-

Karl Landsteiner

racción de los anticuerpos y los antígenos a nivel molecular. Sus conclusiones resultaban sorprendentes: aparentemente esa interacción no se debía tanto a procesos químicos, sino, más que nada, a forma de las moléculas. Pauling reveló que, en definitiva, los anticuerpos encajan con los antígenos como un guante con una mano. Su modelo de estructuras complementarias resultó esencial para el desarrollo de la biología molecular, al marcar las pautas de la interacción entre biomoléculas. Años después, volvió a revelar un sorprendente descubrimiento. No influía solamente la forma de las moléculas, sino también su carga eléctrica: una infinitesimal modificación de ese factor podía significar la diferencia entre la vida y la muerte. Como ningún otro antes, Linus Pauling contribuyó a rastrear la naturaleza química de las enfermedades, abriendo el camino para que la genética y la medicina estuvieron ligadas para siempre.

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Nueva Generación

de

Cristales, Vacunas y Drogas a a fines de la década de los 40, los laboratorios de la Glaxo habían consolidado su prestigio en el ámbito científico. Uno de sus primeros éxitos fue la creación de la primera vacuna combinada contra la difteria y la tos convulsiva, y de Crystapen, una penicilina en cristales que poseía mayor estabilidad que las presentaciones previas.

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A comienzos de los 50, la empresa produjo penicilina en tabletas, un sinnúmero de complementos nutricionales y la vacuna triple contra la difteria, el tétanos y la tos convulsiva, además de inaugurar un departamento de medicina veterinaria que suministraba versiones para animales de eficientes fármacos humanos. Sin embargo, su aporte más relevante fue su entrada al mercado de la cortisona, con la comercialización desde 1955 en adelante de un vasto rango de corticoesteroides para padecimientos tales como artritis reumatoidea, o para alergias respiratorias y dermatológicas. Adicionalmente, una nueva serie de antibióticos conocidos como cefalosporinas revolucionaría las terapias desde mediados de los 60 en adelante. Por su parte, la Smith Kline & French lanzó la Torazina (clorpromazina), que constituyó una innovación sin precedentes en las terapias psiquiátricas. Se convirtió en el producto de referencia obligado de la primera generación de fármacos para el sistema nervioso. Aunque al comienzo los facultativos se mostraron refractarios a los medios químicos, dicho recelo fue no superado al poco tiempo, tras rigurosas

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pruebas clínicas cuyos resultados fueron publicados en revistas especializadas. Finalmente, la Torazina adquirió estatus de "droga fundamental" y puso la vara para todos los tranquilizantes posteriores. Aproximadamente en la misma época, investigadores de la Smith Kline & French comenzaron a evaluar las ventajas terapéuticas de manufacturar fármacos de liberación prolongada. El primero fue la Dexedrina, cuya dosis inicial se liberaba rápidamente, continuando gradualmente para que el nivel terapéutico se mantuviese por un lapso de hasta doce horas. Una vez más, la compañía debió adaptar su equipamiento para fabricar medicamentos de liberación prolongada, lo que requirió de importantes inversiones, siete años de pruebas y más de 35 mil horas de trabajo. Pero el esfuerzo valió la pena. El sistema probó ser tremendamente exitoso y comenzó a fabricarse un amplio rango de fármacos bajo dicha modalidad. Uno de los más conocidos fue el antigripal Contac, lanzado en 1960 y que lideró el mercado por décadas. En la década de los 50, George Hitchings y Gertrude Elion crearon el Purinetol, uno de los primeros tratamientos eficaces contra el cáncer. En una dupla que se extendió por más de treinta años, la pareja de investigadores inició un sinnúmero de curas y tratamientos basados en el estudio de los ácidos nucleicos. Sus conclusiones llevaron también al desarrollo de Daraprim, medicamento que determinó un nuevo estándar de protección contra la malaria.

Augmentin se anticipa a su

época rente a las dificultades que los científicos de BRL habían enfrentado para trabajar con el ácido clavulánico, se implementó un programa de monitoreo intensivo. Sus resultados indicaron que si bien la sal de potasio de clavunalato aún se mostraba sensible a la humedad, era menos higroscópica que la sal de sodio. Se llevaron a cabo estudios integrales para determinar si podían realizarse procesos rigurosos de secado y almacenamiento, con el fin de asociar dosis de amoxicilina con clavulanato de potasio.

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La sensibilidad del clavulanato a la humedad determinó también que la presentación debía ser en tabletas más que en cápsulas, una consideración de importancia en la época porque casi todos los antibióticos manufacturados por la Beecham venían en presentación de cápsulas, incluyendo las dosis orales de amoxicilina. Por lo tanto, se llevaron a cabo significativas inversiones para montar las instalaciones y adquirir la tecnología correspondiente.

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Las presentaciones parenterales de Augmentin constituían un desafío aparte, que condujo a modalidades intravenosas más que intramusculares, un objetivo que requirió de un programa de más largo aliento. Como las propiedades de solubilidad del clavulanato no permitían utilizar los sistemas de extracción empleados por Beecham para las penicilinas, se hizo imprescindible diseñar nuevos procesos de concentración y técnicas de extracción que demostrasen la rentabilidad de la producción. Los especialistas en fermentación y extracción debieron lidiar, además, con aspectos relativos a la toxicidad del producto, pues ciertas partidas de clavulanato comenzaron a causar severos trastornos gastrointestinales en animales durante los estudios de seguridad. Debido al contratiempo, el futuro del compuesto pendió de un hilo por meses. Finalmente, el programa Augmentin demostró ser tremendamente visionario, pues cuando se desarrolló, en los años 70, aún no se calibraba el impacto que tendría la resistencia a las beta-lactamasas en el futuro. En esa forma, Augmentin se posicionó como un antibiótico que se anticipaba a su época. El ácido clavulánico también extendió el espectro de patógenos contra los cuales actuaba la amoxicilina, incluyendo a partir de entonces los productores de betalactamasas, tales como las bacterias anaeróbicas y la Klebsiella pneumoniae.

Infectología, 150 años de Hallazgos y Personajes © Europa Press Ltda. Derechos reservados en todo el mundo

Editor: Edmundo Tapia

Redacción: Verónica Waissbluth

Diseño Editorial: Carlos Vidal Rodrigo Barrera infecología2_v0kv

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