Premio Nobel 2019 | Ciencias

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Hoy en CONADEIP nos gustaría explicar un poco en qué consisten las investigaciones o resultados, por los que este año se entregaron los Premios Nobel de Medicina, Química y Física.

PREMIO NOBLE DE MEDICINA 2019

Otorgado a William Kaelin Jr., Sir Peter Ratcliffe y Gregg L. Semenza por su investigación sobre cómo las células reconocen el oxígeno y se adaptan a la disponibilidad de oxígeno.

En particular, estos autores identificaron los mecanismos moleculares que regulan la actividad genética en respuesta a los niveles de oxígeno.

Una de las respuestas más importantes a la hipoxia (niveles bajos de oxígeno) es un aumento en los niveles de eritropoyetina (EPO), una hormona que estimula la producción de glóbulos rojos o eritropoyesis. Esto se sabe desde hace mucho tiempo, pero no se sabía cómo el proceso era controlado por el propio O2.

Semenza estudió el gen EPO y cómo está regulado por los niveles de oxígeno. Usando cultivos celulares, descubrió el HIF (factor inducible por hipoxia), un complejo de proteínas que, dependiendo del oxígeno, se une a un fragmento de ADN junto al gen EPO. Este fragmento también había sido descubierto previamente por su grupo de investigación.

Cuando los niveles de oxígeno son muy altos, hay muy poco HIF en las células. Por otro lado, cuando son bajos, aumenta la cantidad de HIF que luego se une al gen EPO (y también a otros genes), transcribiéndolo y aumentando así los niveles de eritropoyetina. Dicho esto, la célula responde a los bajos niveles de oxígeno produciendo una proteína que hace que se produzcan más glóbulos rojos que absorben todo el oxígeno que pueden.

Cuando los niveles de oxígeno son altos, una pequeña molécula llamada ubiquitina se adhiere al HIF, que luego es degradado por el proteasoma, reduciendo su cantidad intracelular (ya no es necesaria).

No se supo cómo la ubiquitina estaba unida al HIF hasta que surgió el trabajo de Kaelin. Kaelin estaba trabajando en algo que originalmente no tenía nada que ver con esta área. Estudié la enfermedad de desde Hippel-LindauEste es un síndrome familiar de predisposición al cáncer que se asocia con una amplia variedad de tumores benignos y malignos en áreas del cuerpo con un gran número de vasos sanguíneos. Kaelin descubrió que el gen VHL, que está alterado en esta enfermedad, codifica una proteína, cuya presencia evita que se produzcan este tipo de tumores. También encontró que las células tumorales que carecen del gen VHL funcional expresan niveles anormalmente altos de genes controlados por hipoxia. Cuando reintrodujeron el gen VHL correcto, estos genes volvieron a sus niveles normales de expresión. Obviamente, esto parecía indicar que VHL estaba involucrado de alguna manera en el proceso de respuesta celular a la hipoxia. Mientras tanto, otros grupos de investigación han demostrado que VHL es parte de un complejo que marca las proteínas con la molécula de ubiquitina y luego es destruido por el proteasoma.

Ratcliffe luego mostró que VHL interactúa con HIF y que HIF debe descomponerse a niveles normales de oxígeno. Ya teníamos otra pieza del rompecabezas, como podemos ver en la imagen.

Sin embargo, todavía no sabíamos cómo los altos niveles de O2 causaron que VHL y HIF se unieran y se descompusieran. En 2001, Ratcliffe y Kaelin publicaron simultáneamente artículos que describían el mecanismo exacto. Hubo hidroxilación (una modificación química que consiste en la adición de un grupo OH) en aminoácidos específicos de HIF, lo que permitió que VHL reconociera y se uniera a HIF.

© Comité Nobel de Fisiología o Medicina. Ilustrador: Mattias Karlén

Y pensarás … ¿y para qué sirve esto? Aunque no todo tiene que ser válido para algo en concreto, lo es en este caso. En primer lugar, ya entendemos cómo se adaptan nuestros músculos durante el ejercicio. O cómo los fetos crean nuevos vasos sanguíneos y cómo se desarrolla la placenta. Este trabajo de los tres ganadores también es útil para investigar nuevas estrategias en la lucha contra enfermedades como la anemia y el cáncer. Los tumores, por ejemplo, utilizan esta maquinaria reguladora dependiente del oxígeno para crear nuevos vasos sanguíneos para que puedan crecer. Este trabajo ha marcado pautas para que otros grupos de investigación y empresas farmacéuticas trabajen en el desarrollo de fármacos que actúen sobre este mecanismo regulador dependiente del oxígeno. También fueron importantes para los pacientes con insuficiencia renal crónica, que a menudo desarrollan anemia grave debido a la baja producción de EPO.

PREMIO NOBEL QUÍMICO 2019

Otorgado a John B. Goodenough, Stanley Whittingham y Akira Yoshino, inventores de la batería de iones de litio que alimenta los teléfonos móviles. Esta tecnología supuso una revolución que permitió el avance de la electrónica portátil y las energías renovables como el viento o el sol, que hasta la aparición de esta batería no tenían lugar para almacenar esta energía limpia.

Después de las crisis del petróleo de la década de 1970, Stanley Whittingham comenzó a investigar métodos que podrían conducir a tecnologías que no dependen de la energía de los combustibles fósiles. Entonces comenzó a trabajar con superconductores y creó una batería en la que el cátodo estaba hecho de disulfuro de titanio, una sustancia que tiene espacios a nivel molecular en los que se pueden insertar iones de litio. El ánodo estaba formado en parte por litio metálico, que tiene una gran capacidad para liberar electrones. A pesar de que se logró una batería con gran potencial, existía un problema importante de que el litio metálico es altamente reactivo, por lo que la batería tenía un riesgo demasiado alto de explosión.

Batería de Whittingham

Como gran novedad, Goodenough introdujo la posibilidad de que el cátodo se hiciera con un óxido metálico en lugar de un sulfuro metálico, ya que de esa forma la batería tendría un potencial aún mayor. En 1980 logró una batería con un potencial de 4 voltios al hacer el cátodo con óxido de cobalto e iones de litio intercalados. Este cambio resultó en baterías más grandes y de mayor duración.

Batería Goodenough

Por su parte, Akira Yoshino creó la primera batería de iones de litio comercialmente viable en 1985 (aunque Sony no comercializó la primera batería de iones de litio hasta 1991, utilizando óxido de cobalto y litio). Su principal innovación en este caso vino en el ánodo en lugar del cátodo. Reemplazó el litio reactivo con coque de petróleo (un compuesto de carbono), que también estaba intercalado con iones de litio. Esto resultó en una batería bastante resistente y liviana que podría cargarse cientos de veces antes de que comenzara a desgastarse. Además, el problema de inflamabilidad de las primeras baterías de litio se ha reducido considerablemente.

La batería de Yoshino

La ventaja de las baterías de iones de litio es que no se basan en reacciones químicas que destruyen los electrodos, sino en iones de litio que fluyen de un lado a otro entre el ánodo y el cátodo.

PREMIO NOBEL DE FÍSICA 2019

Otorgado James Peebles, Michel Mayor y Didier Queloz por su contribución a la comprensión de la evolución del universo y la ubicación de la tierra en el cosmos después de descubrir planetas más allá de nuestro sistema solar.

James Peebles interpretó los rastros de radiación de microondas a través de cálculos teóricos y descubrió los procesos físicos que han determinado el universo desde el Bing Bang. Su trabajo hizo posible, ya en la década de 1960, desarrollar un marco teórico para comprender la estructura del universo. De hecho, se cree que fue su trabajo en el campo el que sentó las bases para la cosmología durante los últimos 50 años.

Gracias a Peebles y sus cálculos teóricos, sabemos que solo conocemos el 5% del universo observable y ese 95% !! El resto consiste en materia oscura y energía oscura. Gracias a él podemos interpretar las huellas de la infancia en el universo.

Por su parte, los astrofísicos Michel Mayor y Didier Queloz recibieron el descubrimiento del primer exoplaneta orbitando una estrella de tipo solar. Este descubrimiento se realizó en 1955 en el Observatorio de Haute-Provence en el sur de Francia. El exoplaneta encontrado se llamó 51 Pegasi b. Es una enorme masa gaseosa a unos 50 años luz de la Tierra. Una característica curiosa es que está tan cerca de la estrella que un año en este planeta son solo cuatro días. Se estima que la temperatura en su superficie es muy alta debido a su proximidad a la estrella, superando los 1.000 ° C.

Cuando el astrónomo suizo Didier Queloz descubrió el primer exoplaneta de la historia, 51 Pegasi b, estaba solo y no tenía con quién celebrar. Según sus propias declaraciones, “en ese momento era la única persona en el mundo que sabía que había descubierto un planeta. Al mismo tiempo, creía que podría haber un error. Que podría haberme equivocado. Estaba muy asustado. «

Los astrónomos han buscado durante mucho tiempo planetas fuera del sistema solar. Fue muy complicado de encontrar, pero en la década de 1980 varios astrónomos identificaron ciertos patrones de reflexión de la luz de los planetas y, lo más importante, el movimiento de esa luz, que se puede utilizar para determinar que un planeta gira alrededor de una estrella. Queloz descubrió este movimiento o la oscilación de la luz en 1995. Sin embargo, no fue una observación directa en el telescopio porque estaba nublado esa noche. Queloz, entonces licenciado en astronomía, comenzó a procesar toda la información recopilada en los últimos días. Y notó que la luz de una estrella brillante llamada 51 Pegasi b «se bamboleaba» muy levemente. Este movimiento podría indicar que se trataba de un planeta. Pero no estaba seguro, y su director de tesis, Michel Mayor, tampoco estaba del todo seguro. Eso fue en enero de 1995, y después de varios meses de trabajo, crearon un instrumento que podía leer con precisión este bamboleo de luz. El 6 de octubre, anunciaron su descubrimiento al mundo.

El descubrimiento de este planeta provocó una auténtica revolución en la búsqueda de planetas extrasolares, hasta el punto de que se conocen unos 4.000 en la actualidad. La mayoría fueron encontrados gracias al instrumento creado por Mayor y Queloz. Se han encontrado planetas de diferentes formas, tamaños y órbitas, y las ideas preestablecidas sobre los sistemas planetarios están cambiando, por lo que incluso los científicos tienen que revisar sus teorías sobre los procesos físicos detrás de la formación de planetas.

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