“¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!”
“¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” Edgar Reyna Rosas ¿Cómo solemos hablar de la ciencia? Durante el proceso de contestar preguntas para tratar de entender a los organismos y su forma de desarrollarse, los humanos tuvimos que hacer uso de ciertos conocimientos, herramientas y métodos que nos permitieran resolverlas. Y en este punto es donde tratamos de entender qué parte del proceso da origen al otro. Por ejemplo, ¿una pregunta motiva el desarrollo de una tecnología que permite contestarla, o la tecnología motiva al planteamiento de una pregunta? Y bajo esta premisa, ¿qué es más importante? ¿hablar de un concepto --resultado de un planteamiento o pregunta-- o hablar del procedimiento resultado de la tecnología, las herramientas y la manera o método aplicado para contestar dichos planteamientos? Desde mi punto de vista no es posible proponer de manera general, a uno como consecuencia del otro, puesto que cada "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 1 planteamiento o duda es consecuencia de un antecedente histórico. Por ejemplo, supongamos que mencionamos cinco distintos descubrimientos de manera secuencial (A B C D E) en donde para llegar de AB se utilizó un método 1 y para llegar de BC se utilizó el método 2 y así sucesivamente. Por tanto, el descubrimiento A da origen al descubrimiento B, a través de la metodología 1 y así sucesivamente. Con esta secuencia mostramos que cada hallazgo surgió a causa de uno anterior y que da paso al siguiente. Por lo tanto B no puede resultar sin A, ni puede utilizarse el método 3 para resolver la duda A. Con esto planteo que los descubrimientos o avances científicos están concatenados, no se debe pensar un hecho de manera aislada ni adjudicarle mayor valor al resultado sobre el proceso. Y que los métodos usados en la ciencia son una construcción social e histórica y, por lo tanto, resultado de las aportaciones de muchas generaciones y así, aunque parezcan algunos resultados como geniales y aislados, en general son producto del trabajo y las ideas de muchas personas. En este texto primero tocaré ejemplos donde los conceptos y los resultados de un experimento parecen ser lo más importante para después, al mencionar la parte metodológica, mostrar cómo se modifica la percepción de los mismos sucesos. Algunos de los hallazgos más importantes realizados con virus hasta mediados del siglo XX Los primeros descubrimientos científicos en el área biológica estuvieron asociados a temas de salud ya que se trataba de hallar la cura a cierta enfermedad. A finales del siglo XVIII los hallazgos más importantes radicaron en la formulación de vacunas. Distintos personajes sobresalen en "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 2 estos descubrimientos, por ejemplo Edward Jenner, quien produjo la vacuna contra la viruela, considerada la primera contra una enfermedad que se expandió por toda Europa y la cual había perdurado varios miles de años provocando una mortalidad del 30% de las personas infectadas, las que sobrevivían quedaban con malformaciones. Otro personaje fue Louis Pasteur quien produjo la vacuna contra la pandemia de rabia en Europa, que al igual que la viruelaera muy agresiva y había permanecido durante muchos siglos.Curiosamente se combatían los patógenos mucho antes de que se les identificara con precisión pues no sería sino hasta un siglo después que se gestó el concepto de virus y se empezaron a estudiar sus procesos de infección. Fig. 1 Representación del proceso de extracción de anticuerpos provenientes de una vaca infectada con el virus vaccinia para vacunar a un paciente. Aun ahora, la vacuna contra la viruela se basa en la misma técnica. Imagen tomada del sitio www.creces.cl Posteriormente, el enfoque científico se expandió y aparecieron metodologías más complejas y sofisticadas para estudiar los procesos celulares a través de los virus. Uno de los hallazgos más impresionantes "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 3 ocurrió en 1946, cuando Wendell M. Stanley logró cristalizar por primera vez al virus de mosaico del tabaco, lo cual le valió el premio Nobel. La relevancia de esto radicó en que presentó una de las primeras evidencias visuales de cómo se acoplan las proteínas en los virus, y por tanto en las estructuras celulares, cosa que sólo se había realizado con componentes no orgánicos. Esta metodología es muy complicada y haberla utilizado en componentes proteicos fue una hazaña que implicó establecer una de las formas más convincentes de demostrar la existencia de algo que no se puede ver a simple vista. Después se diseñaron nuevos métodos que sirvieron para entender los procesos celulares, uno muy importante fue la prueba de crecimiento en un paso la cual podría parecer sencilla y sin relevancia pero es tan eficiente que hasta el día de hoy se usa en algunas áreas del quehacer científico. Esta prueba se basa en la observación del ciclo replicativo de un virus en el tiempo a partir del daño que hace en un cultivo celular. Debido a que este daño es medible y cuantificable, se puede asociar a los procesos celulares de la replicación, transporte celular y procesos de muerte, entre otros. Este experimento, realizado en 1939, fue reconocido con el premio Nobel para Max Ludwig HenningDelbrück. Otro de los grandes descubrimientos con virus, también ganador del premio Nobel, fue el realizado por Alfred Hershey y Martha Chase en 1940. Con dicho descubrimiento describieron uno de los conceptos más relevantes en la biología: propusieron que el ADN era el componente que contenía la información genética para producir progenie con las mismas características, para ello utilizaron virus marcados radioactivamente. Este concepto abrió un nuevo panorama en la investigación científica que resultó ser un enfoque distinto al desarrolladoen las vacunas y que sirvió -al igual que los experimentos antes mencionados-- para modificar la "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 4 forma de hacer ciencia y la velocidad para desarrollar metodologías nuevas, justo como se mencionaba con el ejemplo de la secuencia de descubrimientos A, B, C, D y E. Cuando la carrera tomó su ritmo (1950-2000) Más tarde llegaron en avalancha nuevos descubrimientos gracias a los virus con importantes implicaciones conceptuales y metodológicas. Mencionaré que cambió 180 grados el estudio de la biología molecular el descubrimiento de la transcriptasa inversa, una proteína presente en retrovirus como el VIH. La función de esta proteína se contraponía al dogma central de la biología molecular que prevaleció hasta los años 60 (ver fig. 2) y que, dicho de manera muy general, describía la producción de proteínas a partir del ADN, y delimitaba etapas secuenciales que no podían ser modificables en la naturaleza. Sin embargo, la actividad de la retrotranscriptasa invertía estas etapas ya que como se muestra en la imagen, era capaz de pasar del ARN al ADN, algo que hasta ese momento era imposible de concebir y de lo que hablaremos adelante un poco más. Esto tuvo repercusiones inigualables a nivel metodológico, como la creación del termociclador (ver “Nuevas formas de buscar lo invisible” en Cienciorama) y conceptualmente provocó la reformulación deldogmacentral de la biología molecular que tal vez sustentaba toda la biología molecular hasta antes de su descubrimiento. ¡Vaya aporte! "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 5 Fig. 2. Dogma de la biología molecular antes y después del descubrimiento de la retrotranscriptasa. Uno más en esta lista de descubrimientos gracias a los virus resultó a partir de la introducción dedos genes de dos distintos virus en una bacteria. Estos genes virales eran capaces de integrarse al ADN bacteriano gracias a las características particulares que presentan para poder “pegarse” al ADN de la bacteria, proceso al que se llamó recombinación. Este hallazgo revolucionó el campo de la ingeniería genética y la manera de estudiar el ADN y sus formas de regulación. Finalmente, es preciso mencionar la secuenciación del genoma de distintos virus como parte de la implementación de aparatos capaces de determinar de forma completa un genoma.Resultaba más fácil empezar a secuenciar genomas pequeños como losvirales y posteriormente genomas más complejos como el humano.Para dar una dimensión de la velocidad con que estos resultados "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 6 surgieron y de su importancia se puede argumentar que los últimos ejemplos mencionados sucedieron durante la década de los 70 y cada uno mereció un premio Nobel. Después de éstos y otros experimentos realizados durante los años que siguieron, se pasó de la observación y la descripción de la actividad de los virus a su intensa manipulación y aprovechamiento, haciendo corte y confección con ellos tal como lo haría el doctor Frankenstein. Con cada uno de estos hallazgos se obtuvo una forma mejor de abordar las ciencias biológicas. Sin embargo los métodos usados en tales descubrimientos han quedado en segundo término, dando la impresión de que los últimos hallazgos surgen de la nada gracias a un chiripazo científico. Todo depende del cristal con que se mire ¿Entonces las respuestas a todas nuestras preguntas pueden responderse al estudiar a los virus?¿Por qué pueden aportar tantas respuestas a nuestra forma de vida si somos tan distintos a ellos? ¿Habrá un momento en que terminemos de entenderlos en su totalidad? ¿Son simples o complejos? A pesar de que se han desarrollado diversas tecnologías para la investigación de los virus, llama la atención que éstos siguen siendo igual de complejos y misteriosos, además de que el concepto de complejidad está sujeto a una concepción antropocéntrica. Aun tomando en cuenta que los virus han tenido una misma estrategia de desarrollo desde su origen, hace al menos tres mil millones de años, la culminación del estudio de los virus no está para nada cerca. Es difícil de asimilar pero es necesario aceptar que la evolución de los virus es muy distinta de la nuestra, y que "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 7 ni la misma ciencia se puede aplicar siempre de la misma forma y mucho menos el análisis conceptual sobre ellos. ¿Son simples o complejos? son simples en su estructura, composición y funcionamiento comparados con lo aceptado como vida – desde bacterias y arqueas hasta pluricelulares–pero su simplicidad está dotada de eficiencia.Con variantes de una misma estrategia pueden infectar distintos hospederos y replicarse previendo escenarios y batallas, pérdidas y sobre todo ganancias. Esto convierte todas estas cualidades en algo complejo ya que pocos organismos pueden lograr lo que ellos logran. Ahora, si pensamos en que siempre ha sido una misma estrategia, es casi inevitable pensar que siempre han estado ahí las respuestas a muchas preguntas que se plantea la ciencia sólo que cada persona (o científico) ha visto a los virus con distintos ojos, les dieron vuelta, los giraron, los pusieron al revés, los desarmaron, los volvieron a armar, así una y otra vez, y en cada caso siempre han sidolos mismos. Fig. 3.“Psyche Opening the Golden Box” John William Waterhouse, 1903 "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 8 Por eso en cada uno de los asombrosos descubrimientos con ellos, si los virus hablaran del mismo suceso, veríamos que en cada situación sólo se trató de ver lo que ya estaba enfrente de nuestros ojos, casi como hacer al hombre invisible visible, ya sea poniéndole un saco, echándole pintura encima o creando un aparato para poder verlo directamente con los ojos. Fig. 4. Portada del libro El hombre invisible de H. G. Wells, Acme Agency, 1947. De eso se trató todo. Las vacunas que se diseñaron durante todo este tiempo, en la mayoría de los casos han seguido una misma estrategia que implica crear anticuerpos en otros animales y después suministrarlos a los humanos. En muchas ocasiones esta estrategia se complica y por eso no "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 9 en todos los casos de infecciones virales las vacunas pueden hacerse de manera tan rápida, sin embargo esta metodología sigue siendo una de las principales para su diseño. Por otro lado, la simplicidad que mencionábamos anteriormente tiene muchas ventajas para la biología experimental, ya que en la mayoría de los casos se espera que un evento o suceso se pueda observar desde su inicio hasta su fin, y dado que la biología estudia a los seres vivos, analizar los procesos de organismos muy complejos o de la totalidad de su existencia, es muy complicado cuando los procesos llevan muchos años. Por lo tanto, los virus son un excelente modelo porque tienen procesos sencillos, y su ciclo de existencia es tan corto como unas cuantas horas o hasta algunos días. Esto ayuda a que los resultados sean reproducibles y corroborables, y a que la explicación de los hechos sea más fácil: no es lo mismo hacer malabares con dos manzanas que con 100, y los organismos celulares presentan centenares de componente, que hacen que la comprensión de sus procesos sea muy complicado. Por ejemplo, en el experimento de Hershey y Chase en donde se trataba de determinar quién era el responsable de transmitir la información hereditaria, al utilizar a los virus que sólo cuentan con dos tipos de componentes (ADN o proteínas), resultaba más sencillo discriminar quién era responsable. Mientras que en el experimento de Stanley resultó más fácil cristalizar las primeras proteínas al utilizar las proteínas virales ya que presentan propiedades químicas que permiten su manejo y estudio. Y la ingeniería genética no hubiera podido avanzar tan rápidamente si no se hubiera contado con genes cortos y sencillos en un principio, con su capacidad de transformarse y de realizar procesos inimaginables, como sucede en los genes virales. Y tal vez, a mi parecer, uno de los hallazgos "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 10 más impresionantes fue encontrar la retrotranscriptasa inversa y lo que implicó conceptualmente. Porque al realizar el experimento, el propósito no era cuestionar un conocimiento erigido en dogma sino probar una suposición o intuición. Lo que se encontró y vemos en la figura3, aunque tal vez no parezca complicada la modificación que se muestra, es que pasar del ARN al ADN es como decirle a un anciano que regrese a ser un bebé, y que a su vez ese mismo anciano de sexo masculino y en ausencia de una mujer, sea capaz de crear a otro anciano igual a él. Así de descabellada era la modificación del paradigma. Pero el fenómeno de la transcripción estaba ahí. Y esto tiene que quedar claro porque las cosas no es que estén enfrente a nosotros, pero sí tenemos que tener la capacidad metodológica y conceptual para poder verlos nuevos hallazgos, porque los avances en el conocimiento científico se dan a la par de los tecnológicos. Y tal vez eso sea lo más impresionante, que a veces las ideas que se convierten en dogmas en cierta manera limitan el proceso del avance científico, ya que condicionan la forma de pensar. Cuando Howard Temin y David Baltimore observaron el fenómeno de la retrotranscripción era casi imposible pensar que eso fuera cierto. Me los imagino preguntándose: ¿son los virus algo fuera de lo real o al menos de nuestro planeta y sus leyes naturales? Y es que este impactante hecho implicó drásticas modificaciones en la biología: la teoría sintética de la evolución adoptó esta nueva forma de heredar caracteres, así como nuevas propuestas del origen de la vida que trajeron una nueva etapa llamada “el mundo del ARN”. Fue meter a los virus como un posible actor en el surgimiento de la célula y por tanto de la vida, por mencionar sólo algunas de lascosasque cambiaron. "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 11 “Nadie puede creer en cosas imposibles” dijo Alicia “Me atrevo a decir que no has tenido mucha práctica” dijo la Reina “Porque, a veces he creído hasta seis cosas imposibles antes del desayuno” Traducción de Alicia en el país de las maravillas de Lewis Carroll ¿Habrá un momento en que terminemos de entenderlos en su totalidad? Tal vez nunca acabemos de entenderlos sabiendo que evolucionan de una manera muy distinta a la nuestra ¿Por qué pueden aportar tantas respuestas a nuestra forma de vida si somos tan distintos a ellos? es precisamente esta diferencia la que ha permitido utilizarlos como una herramienta para entender la vida al extrapolar su simplicidad a nuestra complejidad, y que indudablemente servirá para desarrollar nuevas "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 12 metodologías y por ende nuevos conceptos; por eso me pregunto ¿qué sería de las ciencias biológicas sin los impredecibles virus? Bibliografía Flint, S. J., Enquist, L. W., Racanielo,V. R., y Skalka, A. M., Principles of Virology, tercera edición, volumen I: Molecular Biology, ASM Press, 2009. Alberts, B., et al., Molecular Biology of the Cell, 5ta. edición. Garland Pub., Nueva York y Londres, 2007. Premios Nobel http://www.nobelprize.org/ "¡Científico! ¡Hay un virus en mi ciencia!” / CIENCIORAMA 13
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