Para entender el funcionamiento de las proteínas es necesario visualizar su estructura molecular que puede traducirse en un modelo en tercera dimensión, y la técnica más eficaz para obtener dicha estructura en cristales de moléculas pequeñas y macromoléculas como las proteínas, sigue siendo la difracción de rayos X, también conocida como cristalografía de rayos X. Así, para conmemorar el centenario de la esta técnica, como herramienta para el estudio de la materia cristalina, la Asamblea General de las Naciones Unidas proclamó al 2014 como Año Internacional de la Cristalografía.
En este sentido, el doctor Manuel Soriano García del Departamento de Química de Biomacromoléculas del Instituto de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), introdujo la cristalografía de rayos X en México, así como la formación de recursos humanos en esta técnica. Y determinó la primera estructura tridimensional de una proteína en Latinoamérica: la heveína del látex del árbol del hule Hevea brasiliensis.
El investigador, integrante de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), no sólo trabaja en dilucidar la estructura tridimensional de moléculas pequeñas y de proteínas, sino también en sus posibles aplicaciones médicas, porque “para el diseño de fármacos es necesario poder visualizar la estructura y cómo una molécula interactúa con otras, entre ellas las proteínas”.
Del cristal al modelo en 3D
Para obtener el cristal de una proteina se utilizan láminas de vidrio, a las cuales se les agrega silicón para que al colocar la gota (conformada por la mitad de proteína y la otra mitad de agente precipitante) no se derrame y conserve su forma. Al darle la vuelta a la lámina la gota queda colgando y se le coloca en un recipiente que tiene un agente precipitante en una concentración del 100%, y lo que éste hace es atraer moléculas de agua, y antes de que la muestra se precipite totalmente se obtienen cristales. Después, con una película delgada se capturan los cristales, se toma uno y se lleva al difractómetro de rayos X.
La cristalografía de rayos X consiste en dirigir rayos X a un cristal, estos rayos interactúan con los electrones que rodean a los átomos de la muestra, el haz que emerge después de esta interacción contiene información acerca de la posición y tipo de átomos que encontró en su recorrido. Los cristales dispersan los haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican originando un patrón específico de difracción.
Dicho patrón se puede ver en una placa fotográfica, en la cual se aprecian líneas y puntos distribuidos en forma radial, que permiten entender el acomodo de las moléculas de un cristal. Gracias a que muchas macromoléculas como las proteínas, ácidos nucleicos y algunos carbohidratos pueden cristalizarse, fue posible estudiarlas con esta técnica.
Dicho de manera sintética, una vez que se tiene el patrón de difracción se utilizan diferentes métodos matemáticos para obtener el modelo 3D, posteriormente y a partir del modelo se intenta volver al patrón de difracción para recrear las líneas y los puntos que lo conforman, y si todo concuerda se ha resuelto la estructura tridimensional de la proteína.
Más allá de la estructura en 3D
“La cristalografía de rayos X es una técnica muy poderosa, aunque tiene sus desventajas como la dificultad de obtener los cristales, sin embargo con rayos X podemos estudiar desde una molécula sencilla hasta una más compleja con miles y miles de átomos. Por lo anterior, la cristalografía sigue siendo una técnica cotidiana para los investigadores, pero estamos en un momento en el que ya no basta con tener la estructura de una proteína, esa la obtenemos con relativa facilidad, la novedad consiste en enfocar este conocimiento en un problema específico y que tenga una aplicación, por ejemplo en la elaboración de fármacos”, mencionó el especialista.
Tal es el caso del trabajo de investigación que realizó acerca de la química del selenio, y la formación de organoselenidos como agentes terapéuticos para la artritis reumatoide. “Elaboramos organoselenidos, conformados por selenio y aspirina, de esta manera vimos cómo se transportaban a través del torrente sanguíneo y se utilizó la molécula de la albúmina del suero humano, principal proteína de transporte de la sangre, con el fin de tener mayor eficiencia para que los organoselenidos lleguen al lugar de la inflamación”.
Para lo anterior se cristalizó la proteína de la albúmina del suero humano que transporta ácidos grasos, ácido úrico, bilirrubina, tiroxina y algunos fármacos tales como la aspirina, y ya con el modelo 3D de dicha proteína se observó la manera en la que los organoselenidos se depositan y se transportan para llegar al sitio de la inflamación.
Otro de los temas de estudio del doctor Manuel Soriano, está relacionado con el amaranto, ya que tiene un alto contenido de proteínas, calcio y antioxidantes, lo que lo hace un alimento completo, “empezamos a trabajar con las proteínas de amaranto porque queríamos verificar todas las propiedades que se reportaban y al final pudimos resolver la primera estructura de una de las proteínas del amaranto. Después trabajamos con otra de sus proteínas que se encarga de transportar ácidos grasos, lo que nos lleva a procesos que tienen lugar en el hígado”, finalizó el académico.
Sus estudios en las semillas de amaranto han generado cinco patentes y este año el doctor Soriano ha recibido dos reconocimientos por parte del Instituto Nacional del Emprendedor (INADEM) de la Secretaría de Economía: el Premio Nacional del Emprendedor y el Premio Nacional en la Productividad dentro de la categoría de microempresa.