Lo que inspira a los Premios Nobel

Gerd Binnig: Lo mejor de los dos mundos

En su oficina se amontonan las cajas de cartón: Definiens, la empresa de Gerd Binnig, se muda dentro de Múnich. Algo normal para un investigador que permanece en movimiento: por el revolucionario invento del microscopio de efecto túnel, Binnig recibió en 1986 el Nobel de Física. Hoy, Definiens utiliza el más moderno software para analizar imágenes.

“Ya hoy aplicamos exitosamente nuestro método de evaluación de imágenes asistido por computadora en la investigación biológica y médica. Nuestra técnica no se orienta por algoritmos abstractos, sino por la forma en que nosotros, los seres humanos, vemos y captamos imágenes. Que una computadora pudiera analizar, por ejemplo, una sección de tejido estaba considerado imposible hace un par de años. Con nuestro método se puede y ello demuestra el enorme potencial del análisis de imágenes. En el futuro deberemos unir aún más lo mejor de ambos mundos: la velocidad y precisión de la máquina con la capacidad del ser humano para reconocer interconexiones y entender imágenes. El software del futuro estará muy marcado por los conocimientos de diversas disciplinas científicas. En algunos casos, un médico que trabaje en la investigación puede programar mejor que un informático: porque está próximo al desafío real. El software continuará alejándose de las exigencias técnicas y en cierta forma se humanizará.”

El microscopio de efecto túnel, desarrollado por Binnig y el suizo Heinrich Rohrer permite ver el universo de las nanoestructuras. Las posibilidades de aplicación en el futuro son enormes: “Con la nanotecnología se abre la puerta hacia un nuevo mundo. Creo que nos hallamos en medio de una segunda génesis. En la primera génesis, los átomos conformaron estructuras moleculares y finalmente múltiples seres vivientes. Hoy tenemos la posibilidad de desarrollar a partir de los más pequeños nanoelementos estructuras enormemente complejas. El camino es largo. Pero justamente la nanomedicina puede desempeñar un importante papel en el futuro. Por ejemplo en el caso del cáncer: para poder entender la enfermedad debemos penetrar aún más en las nanoestructuras… y a ese nivel podrían surtir efecto también otro tipo de terapias.”

Dominar la complejidad y hacerla útil: Gerd Binnig combina ese desafío con la visión de una potente nanocomputadora: “Para poder construirla debemos comprender aún mucho mejor las estructuras del nanouniverso. Potentes nanocomputadoras podrían ayudar a analizar complejos desafíos, tales como crisis económicas mundiales o el tratamiento de tumores. Ese tipo de ordenadores podrían distribuir innumerables tareas especiales entre diversos elementos de cálculo que actuaran cooperativamente en un espacio muy pequeño. Ideal sería si se lograra –como en el cerebro– en forma tridimensional con un grado de interconexión en red extraordinariamente alto. En ese caso se podría desarrollar una computadora que superaría por mucho a todo lo visto hasta ahora.”

Hartmut Michel: El potencial del sol

Nos reunimos en una ciudad del futuro: Science City Riedberg, un nuevo barrio en Fráncfort del Meno, en el que se construye un edificio tras otro. Hartmut Michel, que en 1988 recibió el Nobel de Química por su participación en la determinación de la estructura del centro de reacción fotosintética, investiga aquí una particular proteína: la proteína de membrana.

“La determinación de la estructura de la proteína de membrana tiene un gran potencial para el desarrollo de medicamentos. De una 350 de las aproximadamente 800 proteínas de membrana que en el cuerpo humano transmiten, en forma de receptor acoplado a proteínas G, señales al interior de la célula, no conocemos todavía la molécula de señal. Si lográramos determinar las funciones de esos receptores podríamos desarrollar nuevos medicamentos y terapias. Qué es posible demuestran ya los bloqueadores de receptores, que detienen el crecimiento de determinados tipos de cáncer de mama. Además se cree que una disminución de la comunicación entre el núcleo celular y las mitocondrias es una de las causas del envejecimiento. Por ello tenemos la esperanza de que en el futuro, mejorando la coordinación entre el núcleo celular y las mitocondrias, podamos combatir enfermedades degenerativas e incluso ralentizar el envejecimiento.”

La incursión en los más detallados procesos celulares exige gran refinamiento metódico y alta tecnología. Hartmut Michel esboza las perspectivas: “Deposito muchas esperanzas en la secuenciación de los genomas de tumores. Comparándolos con tejido sano podemos descubrir las mutaciones claves y bloquear específicamente proteínas activadas en el tumor. En la determinación de la estructura de la proteína de membrana nos enfrentamos con dos desafíos. Hasta ahora solo hemos podido obtener suficientes cantidades de muy pocas membranas de proteínas. Además, esas proteínas deben ser lo suficientemente estables como para poder cristalizarlas. Ello dejaría quizás de ser necesario con el empleo de aparatos láser de electrones libres que producen rayos X muy intensos. En Stanford, Estados Unidos, hay ya un láser de ese tipo y en Hamburgo entrará otro en funciones próximamente. La irradiación de moléculas aisladas con esos intensos rayos X hace posible el registro de patrones de difracción, lo que podría permitir a su vez determinar las estructuras sin una cristalización previa y además mucho más rápidamente.”

Lo que ya se ha descifrado es el vital proceso de la fotosíntesis. También gracias a Hartmut Michel, quien puede imaginarse, sin embargo, también innovaciones en esa área: “La eficiencia de la fotosíntesis es muy reducida: menos del uno por ciento de la energía de la luz del sol es almacenada en forma de biomasa. La capacidad fotosintética se satura ya con un 20 por ciento de la energía total de la luz solar. El 80 por ciento restante se desaprovecha. Si se lograra reducir con una manipulación el tamaño de los aparatos de recolección de luz de la fotosíntesis se podrían aumentar considerablemente los rendimientos en la agricultura. También en la generación de energía renovable es decisiva la cuestión del almacenamiento. En esa área veo grandes posibilidades de desarrollar nuevos tipos de baterías, por ejemplo sobre la base de zinc, litio y azufre, que podrían superar en mucho la capacidad de almacenamiento de las baterías de litio usadas hasta ahora.”

Theodor W. Hänsch: El concepto del mundo se tambalea

Se ve que disfruta con los descubrimientos. Sonríe cuando piensa en una tambaleante imagen física del mundo. También cuando se imagina el potencial de la espectroscopía de precisión. Por el desarrollo esencial de esa técnica de medición, sobre todo por el descubrimiento del peine de frecuencias, Theodor Hänsch fue galardonado en 2005 con el Nobel de Física.

“Desarrollamos instrumentos de medición cada vez más precisos. Sobre la base de la técnica de peinado de frecuencias utilizamos en relojes ópticos las frecuencias de la luz como generador de impulsos de alta precisión. Y esos instrumentos de medición son cada vez más manejables. Hace diez años, para medir la frecuencia de la luz se necesitaba todo un edificio. Hoy basta un aparato sobre un escritorio. Quizás podamos utilizar en el futuro relojes de luz del tamaño de una caja de cerillas. Que los aparatos de medición sean cada vez más pequeños y robustos abre nuevas posibilidades de aplicación. Por ejemplo en el espacio estelar, donde la técnica de peine de frecuencias probablemente se utilice pronto para sistemas de navegación satelital. Básicamente esperamos que el constante desarrollo de relojes muy precisos aumente su utilidad allí donde ya son importantes. No solo la navegación satelital puede ser más precisa, sino que también es pensable, con relojes más precisos, sincronizar mejor las redes de telefonía móvil, aumentando así su eficiencia. El peine de frecuencias es utilizado también en la investigación astronómica, ya que con esa técnica pueden medirse las líneas espectrales, es decir, la luz de planetas lejanos. El Observatorio Europeo Austral, en La Silla, Chile, empleará a partir de 2013 un peine de frecuencias, para intentar descubrir con él planetas similares a la Tierra.”

Para Theodor Hänsch, no sólo el espacio estelar nos puede sorprender, sino que toda la imagen física del mundo podría cambiar: “Puede ser que hoy nos hallemos en una fase similar a la de los físicos a fines del siglo XIX. También entonces muchos pensaban que todo lo esencial ya estaba descubierto y confiaban en el nivel de conocimientos de entonces sobre la mecánica y la electrodinámica. Pero ya entonces se registraban primeras señales de cambios revolucionarios. Luego vino la Teoría de la Relatividad de Einstein, que transformó de raíz nuestra concepción del espacio y el tiempo. Y la física cuántica trajo reglas de juego completamente nuevas. También hay señales de que nuestra concepción del mundo puede transformarse otra vez profundamente. Los teóricos reflexionan hoy acerca de cómo podemos conciliar la gravitación con la física cuántica. Yo, por el contrario, intento como experimentador detectar con métodos de medición cada vez más exactos divergencias en el modelo existente. Esos métodos de medición podrían probar que las constantes naturales hoy conocidas en realidad no son tan constantes.”

Erwin Neher: La clave para acceder a conocimientos

Un par de líneas con una tiza le bastan a Erwin Neher para explicar los secretos de la célula del cuerpo humano. Sencilla, pero genial: así se describe una y otra vez la técnica de fijación de membrana desarrollada por Neher y Bert Sakmann, que permite el estudio de canales iónicos en células y le valió a ambos investigadores el Nobel de Fisiología o Medicina en 1991.

“Mi departamento en el Instituto Max Planck de Química Biofísica, en Gotinga, estudia actualmente los neurotransmisores, sustancias que transmiten información de una neurona a otra salvando la sinapsis, el espacio que separa dos neuronas. Nos concentramos en una sinapsis del sistema auditivo, donde se procesan las señales acústicas. Aún no comprendemos lo suficiente el proceso de oír. Quizás nuestros estudios contribuyan a aclarar fenómenos como el de la capacidad humana de localizar de dónde viene un sonido. Como trabajamos en una sinapsis típica del sistema nervioso, también esperamos obtener conocimientos de procesos tan importantes como el aprendizaje y la memoria. Además, la mayoría de las enfermedades incurables, como por ejemplo el Alzheimer, son enfermedades degenerativas del sistema nervioso. Son incurables porque no entendemos cómo funciona ese sistema. Por ello, nuestro trabajo puede realizar un importante aporte también en ese campo.”

Con la técnica de fijación de membrana, Neher y Sakmann lograron por primera vez aislar un diminuto canal iónico y descifrar así la comunicación celular. Neher ve diferentes posibilidades de seguir profundizando en el área: “Un particular potencial poseen por ejemplo los trabajos de mi colega Stefan Hell, de Gotinga, que con su desarrollo del microscopio óptico ha penetrado hasta en las dimensiones nanométricas. Con la técnica de fijación de membrana creamos hace ya 30 años las bases para medir las más pequeñas señales de las células. Pero también allí se puede seguir avanzando. La empresa Nanion, de Múnich, por ejemplo, desarrolló un procedimiento de fijación de membrana automático, basado en un chip, con el que pueden ser probadas innumerables sustancias activas en muy corto tiempo. Ello acelerará enormemente el desarrollo de nuevos medicamentos”.

Otras posibilidades de futuro abren para Erwin Neher los estudios de canales iónicos mutados artificialmente: “Muchas enfermedades hereditarias se originan en canales iónicos mutados. Podemos “reconstruir” esas mutaciones en modelos animales, estudiar su función modificada y extraer así conclusiones sobre el surgimiento de las enfermedades hereditarias, lo que permitiría desarrollar nuevas terapias. De esa forma se pudo ya desarrollar una terapia contra la diabetes infantil… y quizás podamos curar de manera similar también otras enfermedades.

Actas: Johannes Göbel