Por Natalie Angier
PASADENA, California — Frances Arnold, profesora de Ingeniería Química en el Instituto Tecnológico de California, se rige por máximas. El mantra de los ingenieros, “manténlo simple, estúpido”, es una de esas máximas.
Otra es más personal: “Deja de pensar que tienes el control. No lo tienes. Lo máximo que se puede hacer es adaptarse, anticiparse, ser flexible, percibir el entorno y responder”.
Resulta que Arnold, que el año pasado se convirtió en apenas la quinta mujer en la historia en ganar el Premio Nobel de Química, ha basado una exitosa carrera en su disposición a ceder el control en el laboratorio a una fuerza poderosa: la evolución.
Arnold, de 62 años, ganó la fama y el Premio Nobel por desarrollar una técnica llamada evolución dirigida, una forma de generar una gran cantidad de enzimas novedosas y otras biomoléculas a las que se puede dar cualquier número de usos: neutralizar un derrame químico, por ejemplo, o interrumpir la danza de apareamiento de una plaga agrícola, o eliminar las manchas de ropa al lavarla en agua fría ecológica.
En lugar de buscar diseñar racionalmente nuevas proteínas, pieza por pieza cuidadosamente calculada, el enfoque de Arnold permite que los algoritmos evolutivos básicos realicen la tarea.
Un químico puede comenzar con una proteína que ya tiene algunas características en las que está interesado, como estabilidad a altas temperaturas o una habilidad para separar las grasas. Usando un truco estándar de laboratorio como la reacción en cadena de polimerasa, puede mutar aleatoriamente el gen que codifica la proteína.
Luego puede buscar ligeras mejoras en la proteína resultante.
Un químico puede volver a mutar la versión mejorada y analizar el resultado para obtener un desempeño aún mejor. Y repetir según sea necesario.
Los investigadores tratan a las proteínas y sus microbios portadores exactamente como la gente trata a los microbios de enfermedades cuando los bombardean con antibióticos: motivan a los microbios a enfrentar el reto, adaptarse y sobrevivir.
Mediante la evolución dirigida, el laboratorio de Arnold ha generado microbios que hacen lo que nunca se ha sabido que hagan los organismos en la naturaleza. Por ejemplo, algunos de ellos unen carbono, el elemento que define la vida, y el silicio, el material de la arena y los chips de computadora, pero hasta ahora no material de la vida.
Todo lo que se necesitó fueron algunos ajustes mutacionales a una proteína bacteriana llamada citocromo c.
“Demostramos por primera vez que los organismos vivos pueden usar su propia maquinaria para unir carbono y silicio para formar un enlace”, dijo Jennifer Kan, estudiante de posdoctorado en el laboratorio de Arnold. “Ni siquiera tuvimos que insistirle demasiado a la proteína para que lo hiciera”.
Para Arnold, los hallazgos fueron asombrosos.
“Estamos descubriendo en el laboratorio que la naturaleza puede realizar procesos químicos que nunca soñamos fueran posibles”, señaló. “Estamos agregando franjas enteras de la tabla periódica a la química del mundo biológico”.
Arnold tiene otro mantra: “A la naturaleza no le importan tus cálculos”.
Al analizar las mutaciones evolucionadas que resultaron más efectivas para modificar el desempeño de una proteína, su equipo encontró los cambios en todo tipo de lugares impredecibles. “Estaba lejos del sitio activo de la proteína, o estaba en la superficie”, explicó Arnold. “Estaba donde todos dijeron que no importaría, pero sí importaba. Con regocijo llevé los resultados a los bioquímicos y dije: ‘Ña, ña, ña, ña, no pueden predecir eso, pero lo encontré, y lo haré una y otra vez’. Eso realmente les molestó”.
Arnold también es una ferviente ambientalista, y tiene como objetivo hacer lo correcto para el planeta.
Los métodos de evolución dirigida pueden producir enzimas especializadas que llevarán a cabo reacciones deseadas de forma mucho más limpia y eficiente en comparación con los procesos químicos estándar, que dependen de solventes, plásticos y metales preciosos.
Ha fundado una serie de empresas, entre ellas un negocio llamado Provivi, que diseña técnicas para sintetizar feromonas de apareamiento de insectos de forma limpia, económica y a escala industrial, con el objetivo de frustrar las plagas agrícolas vía la confusión en lugar del exterminio.
“Todos mis proyectos tienen que ver con sustentabilidad, biorremediación y hacer las cosas de una manera más limpia”, afirmó Arnold. “Hay estudiantes que vienen y dicen: quiero ayudar a la gente. Yo les digo, la gente recibe mucha ayuda. ¿Por qué no ayudan al planeta?”.