Premios Nobel 2013

Los Premios Nobel se conceden cada año, desde 1901, a las personas que hayan realizado investigaciones y descubrimientos sobresalientes en el año inmediatamente anterior (esto fue posteriormente modificado). Cada premiado recibe una medalla de oro, un diploma y una suma de dinero (actualmente 8 millones de coronas suecas, que son casi un millón de euros), y un mismo premio no puede ser compartido por más de tres personas.

Los premios se instituyeron como última voluntad de Alfred Nobel, inventor de la dinamita e industrial sueco. Nobel firmó su testamento en el Club Sueco-Noruego de París el 27 de noviembre de 1895. Se sentía culpable por su responsabilidad como empresario enriquecido a través de una industria productora de dinamita cuyo principal mercado era la minería, pero también la guerra. Esta puede haber sido la motivación principal de su afamado testamento, quizás unida a la costumbre de la época de realizar acciones para hacer trascender su nombre al morir.

Los premios se dan en seis categorías: Física, Química, Literatura, Paz y Fisiología o Medicina. Se incluye además un premio de Economía. Repasamos ahora en HdC los premiados en las categorías de ciencias.

En esta ocasión se cumplieron los pronósticos y el Premio Nobel de Física 2013 recayó en el físico escocés Peter Higgs y el físico belga François Englert “por el descubrimiento teórico del mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas”, en palabras de la Academia Sueca de las Ciencias. Dicho de otro modo, Higgs y Englert han sido premiados por predecir, hace casi medio siglo, la existencia del hoy llamado bosón de Higgs.

François Englert mira atentamente a Peter Higgs en el CERN el pasado 4 de julio de 2012 (Maximilien Brice/CERN)

Recordemos brevemente que el bosón de Higgs es la pieza que le faltaba al modelo estándar para explicar algo tan básico como la masa de las partículas elementales y las enormes diferencias de unas respecto a las otras. Según la teoría, todo el Universo estaría impregnado de un misterioso campo que no podemos ver y que hoy conocemos como campo de Higgs. Este campo tendría asociado una partícula, el famoso bosón de Higgs, que interaccionaría con las partículas elementales, dándoles su masa. Algunas interaccionarían poco con el campo de Higgs y lo atravesarían sin dificultad; estas partículas tendrían poca masa, como el electrón. Otras, en cambio, les costaría mucho más moverse en el campo de Higgs; eso es lo que le ocurriría, por ejemplo, al quark cima, la partícula elemental más pesada. Las partículas sin masa, como el fotón, no sentirían absolutamente nada. En definitiva, la masa de una partícula elemental dependería de su mucha o poca resistencia a moverse en el campo de Higgs.

Resumen de las interacciones entre las partículas del modelo estándar.

Sin duda, los científicos galardonados le deben buena parte de este reconocimiento al CERN y sus experimentos ATLAS y CMS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Después de décadas de incansable búsqueda, en la que han intervenido miles de investigadores de multitud de países, este esfuerzo colectivo único culminó el pasado 4 de julio de 2012. Fue entonces cuando los portavoces de ambos experimentos, Fabiola Gianotti y Joe Incandela, anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula con una masa de entre 125 y 126 GeV, compatible con el ansiado bosón de Higgs. Un día inolvidable que ha pasado ya a la historia de la ciencia.

Desde entonces, todos los datos publicados por el CERN apuntan a que dicha nueva partícula se comporta tal como y predice el modelo estándar, la teoría que describe el comportamiento de las partículas elementales –los componentes más pequeños y fundamentales del Universo- y sus interacciones. Hoy podemos asegurar, casi con total seguridad, de que se trata del bosón de Higgs.

Si bien el nombre de Peter Higgs aparecía en todas las quinielas, no estaba tan claro el de su acompañante o acompañantes, en caso de que hubiese alguno. El caso es que, en 1964, al mismo tiempo que Higgs predecía la existencia del bosón que lleva su nombre, dos físicos belgas llegaban a la misma conclusión que el escocés de forma independiente. Eran François Englert y Robert Brout. Así que el bosón de Higgs, en realidad debería llamarse el bosón de Brout-Englert-Higgs. Por eso la Academia Sueca se ha acordado finalmente de Englert (por desgracia, Brout falleció en el año 2011 y el Premio Nobel no se otorga a título póstumo). Aunque si de verdad queremos hilar muy fino, el auténtico nombre también podría ser el bosón de Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble…¿Te imaginas?

Desde Hablando de Ciencia queremos felicitar a los galardonados por un premio más que merecido.

El pasado miércoles 9 de octubre pudimos conocer a los galardonados con el premio Nobel de Química 2013. Los investigadores Martin Karplus (Université de Strasbourg, Harvard University), Michael Levitt (Stanford University School of Medicine) y Arieh Warshel (University of Southerm California) han escrito sus nombres en la historia de la Química de acuerdo con la Academia Sueca, por sus investigaciones en el desarrollo de modelos multiescala para el estudio de sistemas químicos complejos, en especial, sistemas químicos biológicos como las proteínas (biomoléculas esenciales en el organismo con una estructura sofisticada o específica de la cual se derivan sus propiedades y su función en el organismo).

Los ganadores del Premio Nobel de Química 2013. Fuente: NobelPrize.org

Sin duda, este premio Nobel es todo un reconocimiento a un campo de la Química en muchos casos olvidado pero sin el cual no podría entenderse la Química moderna. Estamos hablando de la Química teórica y computacional. Como hemos podido leer estas semanas en los medios de comunicación, los químicos han dejado de usar bolas y varillas para representar las moléculas, sustituyéndolo por la realmente increíble modelización molecular. El premio Nobel de Química 2013 refleja que la Química es una ciencia sólida, con principios definidos y características propias, en la que aún queda mucho por hacer y que se enriquece  y construye a partir de lo experimental, lo teórico y lo computacional. ¡Sí! ¡La Química teórica existe!  Aunque a diferencia de la Física (donde sí es más popular distinguir entre “el teórico” y “el experimental”), en la Química siempre se piensa en el Químico con su bata y sus matraces de disoluciones… Este galardón ha servido para poner de manifiesto el papel trascendental que lo teórico y lo computacional tienen en la Química actual.

Los átomos que forman la materia se unen entre sí mediante distintos tipos de interacciones (cabe destacar los enlaces químicos, aunque existen otro tipo de interacciones de no enlace) para formar moléculas y otras agrupaciones atómicas, aunque a escala biológica, las especies moleculares serán las de mayor interés. La forma en que esos átomos se unen, la naturaleza de sus interacciones y su disposición espacial determinarán las propiedades de las moléculas y su reactividad. En ambas áreas, la estructura (y por tanto, la función) y la dinámica molecular (los procesos químicos interpretados a escala molecular), los métodos computacionales aportan luz para conocerlas con más detalle. Concretamente el método QM/MM (Quantum Mechanics/ Molecular Mechanics) ha sido el que ha valido el premio Nobel a Karplus, Levitt y Warshel. Estos métodos emplean una combinación de métodos clásicos y cuánticos para el estudio de la estructura y la dinámica molecular. En el caso de los sistemas biológicos complejos, como las enzimas, han resultado ser de gran utilidad. Aunque una enzima, habitualmente una proteína, son sistemas de miles de átomos, se pueden distinguir dos zonas claramente diferenciadas: el centro activo (donde en muchas ocasiones existe una especie metálica y unos pocos átomas más), de interés para los procesos químicos en el organismo (la catálisis biológica, por ejemplo) y un entorno constituido por el resto de átomos que integran la proteína. Para estudiar el centro activo, los métodos cuánticos son fundamentales, en cambio para el resto del sistema, los métodos clásicos son satisfactorios.

Estructura de una enzima. Los métodos cuánticos nos permiten trabajar en el centro activo mientras que los métodos clásicos son aplicables al resto de la estructura proteica y  a su interacción con aquél. Fuente: NobelPrize.org.

Así, la estructura y la dinámica molecular es simulada por nuestros ordenadores, pudiendo conocer cada vez de forma más precisa y con más detalle  el kernel mismo de la Química: El mundo molecular. ¡Bien merecen un premio Nobel! ¡Ah, no! Que desde hace unos días, ya lo tienen. Enhorabuena a los premiados y a todos nuestros químicos teóricos y computacionales que hacen mucha Química y de la buena delante de un ordenador, los también llamados laboratorios de Química  del Siglo XXI.

El Premio Nobel de Medicina o Fisiología 2013 ha recaído en James Rothman (Universidad de Yale), Randy Schekman (Universidad de Berkeley) y Thomas Südhof (Universidad de Stanford), tres expertos en biología celular cuyos estudios han sido claves para conocer cómo las células organizan su sistema de transporte. El jurado los ha destacado «por sus descubrimientos de la maquinaria que regula el tráfico de vesículas, un importante sistema de transporte de las células». Son estudios de suma importancia ya que han ayudado a comprender la base de algunas enfermedades y anomalías celulares así como el correcto funcionamiento de las células que forman nuestro cuerpo, pero también las de otros organismos eucariotas ya que por ejemplo levaduras y hongos tienen un sistema de transporte similar a mamíferos y pueden ser usadas como modelos de estudio de estas rutas de transporte.

Rothman, Schekman y Südhof

Las células eucariotas se caracterizan por un complejo entramado de membranas en su interior que dan lugar a diferentes orgánulos con diferentes funciones. Para que todo este complejo funcione correctamente es necesario que haya cierta regulación y comunicación entre los diferentes puntos de la célula y ahí es donde intervienen las vesículas y su transporte. Este transporte celular tiene unas reglas que han de cumplirse para que todo funcione correctamente, no haya accidentes y los cargos transportados en el interior de las vesículas lleguen a su destino correcto. Para hacer una analogía con una ciudad, que en este caso sería una célula, las vesículas serían los vehículos encargados del transporte que llevarían en su interior la carga a diferentes destinos o estaciones que serían los orgánulos utilizando para ellos carreteras o vías que sería el citoesqueleto. Además de este transporte dentro de la célula, también hay material que se envía al exterior o se importa desde fuera.

Esquema simplificado de algunas de las rutas de comunicación en la célula eucariota.

Schekman utilizó la levadura Saccharomyces (la que se usa para hacer pan, vino o cerveza) para encontrar mutantes que tuvieran defectos en esas rutas de transporte y así poder encontrar los genes que estuvieran implicados en este proceso. Estos mutantes sufrían graves daños celulares ya que las vesículas no eran entregadas en su lugar de destino y se provocaban accidentes que podían causar alteraciones o incluso la muerte de la célula. Estos genes son similares en otros organismos ya que la ruta es similar en los eucariotas.

Rothman utilizó células de mamíferos para ver cómo era ese proceso de entrega de los paquetes transportados, es decir, cómo las vesículas se fusionaban con el orgánulo receptor y las proteínas implicadas en el proceso de reconocimiento, las SNAREs. Esta entrega debe ser específica para evitar que se entreguen los paquetes moleculares en el sitio inadecuado o acaben extraviados en cualquier parte de la célula, o incluso liberados al exterior.

Thomas Südhof, por su parte, estudia en neuronas el transporte y liberación de neurotransmisores (las moléculas que utilizan las neuronas para comunicarse entre ellas y con otras células) y el papel del calcio en este proceso. Como anécdota, Südhof se encontraba en España en el momento de la concesión del Nobel ya que iba a dar una conferencia en Baeza por lo que ha podido celebrar en España este Premio y dar aquí su primera charla como premiado.

Como veis, la investigación básica de procesos celulares esenciales también es importante y necesaria y da lugar a aplicaciones posteriores. Por ello es necesario también apostar por ella y no sólo por aquello que produce beneficios desde el primer momento. Nunca se sabe por qué pueden dar el Nobel y este año el premio ha sido bastante inesperado pero no por ello menos importante.

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