• Nobel de Medicina: David Julius y Ardem Patapoutian

Se otorgaron los premios Nobel 2021


Nobel de Medicina para los descubridores de los receptores de temperatura y tacto


Los científicos David Julius y Ardem Patapoutian comparten el premio Nobel de Medicina 2021.


El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2021 se otorgó el lunes 4 de octubre a los científicos estadounidenses David Julius y Ardem Patapoutian por “su descubrimiento de los receptores de la temperatura y el tacto”. Los hallazgos de los dos premiados “han permitido entender cómo el calor, el frío y la fuerza mecánica pueden generar impulsos nerviosos que nos permiten percibir el mundo a nuestro alrededor y adaptarnos a él”, señala el comunicado de la Academia de Ciencias de Suecia. Sus investigaciones tienen importantes aplicaciones en el tratamiento del dolor crónico y de muchas enfermedades.


David Julius, fisiólogo de la Universidad de California de 66 años, identificó años atrás el sensor de las terminaciones nerviosas en la piel que responden al calor utilizando capsaicina, un compuesto de los pimientos picantes. Por su parte, Ardem Patapoutian, un biólogo y neurocientífico armenio de 45 años, que se crio en Líbano y actualmente tiene nacionalidad estadounidense, descubrió los sensores celulares de la piel y también de los órganos internos que responden a la presión.


“Conocí a David Julius durante un curso en 1998 que vino a dar a Buenos Aires invitado por científicos y científicas del Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular (INGEBI, CONICET)”, recuerda Cristian Acosta, investigador del CONICET en el Instituto de Histología y Embriología de Mendoza (IHEM), cuyos estudios buscan mejorar el tratamiento del dolor crónico o patológico. “Su grupo descubrió la molécula que detecta los estímulos que vienen desde afuera o desde adentro, que tienen que ver con el dolor. Fue un descubrimiento científico clave para comprender el funcionamiento de las neuronas sensoriales. Y Patapoutian, por su parte, que escribió hace varios años una pieza para la Asociación Argentina de Estudios del Dolor, descubrió los canales que responden a la deformación mecánica de la membrana celular, fundamentales para otorgar sensibilidad mecánica, como el tacto. Los estudios de ambos científicos fueron clave para lograr avances en el estudio del dolor”, asegura.


“Los receptores que Julius y Patapoutian descubrieron en las neuronas detectan estímulos inocuos y nocivos. Por ejemplo, el TRPV1 se activa frente al calor nocivo -temperaturas mayores a 43 grados centígrados-, o los compuestos activos de pimientos picantes. Los receptores PIEZO detectan estímulos táctiles y mecánicos, y el TRPM8 detecta temperatura fría y sustancias refrescantes como el mentol. Es decir, son los receptores que nos permiten tejer, agarrar una lapicera, caminar, pero también median el dolor en situaciones patológicas, como en los pacientes con diabetes: en pacientes con neuropatía diabética incluso el contacto con la ropa o con las sábanas puede generar dolor. Y estos receptores se encuentran involucrados. La investigación en esta temática podría permitir llevar alivio a estos pacientes, si se logran desarrollar estrategias para reducir la actividad de estos canales en condiciones patológicas”, explica Florencia Coronel. investigadora del CONICET y directora del Laboratorio del Dolor en Cáncer del Instituto de Investigaciones en Medicina Traslacional (IIMT, CONICET- Universidad Austral).


Por su parte, el investigador del CONICET Jorge Gurlekian, responsable del Laboratorio de Investigaciones Sensoriales (LIS), opina que “definitivamente Julius y Patapoutian confirmaron dos sentidos que se agregan á los cinco más populares, con las características de detectar información del medio interno y externo y con los atributos semejantes a los sentidos más conocidos: detección y discriminación. Hoy podemos decir que hay siete sentidos, y seguramente muchos más como el sentido del equilibrio, que afecta cada vez más a los adultos mayores. El sentido de la temperatura afecta al del gusto. Y el de la presión al de la audición”.


Los científicos estudiaron cómo nuestros cuerpos convierten las sensaciones físicas en mensajes eléctricos en el sistema nervioso. Sus hallazgos podrían conducir a nuevas formas para tratar el dolor. El calor, el frío y el tacto son cruciales para percibir el mundo que nos rodea y para nuestra propia supervivencia. Pero cómo los detectan nuestros cuerpos había sido uno de los grandes misterios de la biología.


Nobel de Física para la física del clima y de otros fenómenos complejos


  • Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi

Una mitad del Premio fue para el japonés Syukuro Manabe y el alemán Klaus Hasselmann, y la otra mitad para el italiano Giorgio Parisi.


La Academia Real de Ciencias de Suecia anunció el pasado 5 de octubre los ganadores del Nobel de Física 2021: la mitad del Premio fue para Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann, por la modelización física del clima de la Tierra, la cuantificación de la variabilidad y la predicción fiable del calentamiento global; mientras que la otra mitad fue para Giorgio Parisi, por el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos desde la escala atómica hasta la planetaria.


De acuerdo con el comunicado emitido por la Academia de Ciencias de Suecia, un aspecto común de los tres galardonados es que aportaron al estudio de fenómenos caóticos y aparentemente aleatorios. Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann sentaron las bases del conocimiento del clima de la Tierra y de cómo la humanidad influye en él. Por su parte, Giorgio Parisi realizó contribuciones revolucionarias a la teoría de materiales desordenados y procesos aleatorios.


“Los tres premios destacan, en algún punto, el aporte de lo que se llama la física de los sistemas fuera del equilibrio y de los sistemas complejos, que es un tema que en los últimos 50 o 60 años abrió la física hacia nuevas áreas con las que la gente no la asocia en general, como el cambio climático, la física de sistemas biológicos o el entrenamiento de redes neuronales”, explica el físico Pablo Mininni, investigador del CONICET en el Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA, CONICET-UBA).


El clima de la Tierra: un sistema complejo


Uno de los grandes aportes de Manabe consistió en demostrar cómo el aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera llevaba a un aumento de las temperaturas en la superficie de la Tierra. Así, en la década de 1960, coordinó el desarrollo de modelos físicos del clima de la Tierra y fue, además, la primera persona en explorar la interacción entre el balance de la radiación y el transporte vertical de masas de aire. De esta forma, su trabajo sentó las bases para el desarrollo de modelos climáticos actuales.


Una década más tarde, Hasselmann desarrolló un modelo que relaciona el tiempo y el clima, lo que explica que los modelos climáticos pueden ser fiables a pesar de que el tiempo es cambiante y caótico. También desarrolló métodos para identificar señales específicas que los fenómenos naturales y las actividades antrópicas imprimen en el clima. Sus métodos se han usado para probar que el aumento de temperatura en la atmósfera responde a las emisiones humanas de dióxido de carbono.


“Los trabajos de Manabe y Hasselmann son fundamentales para la ciencia del cambio climático, porque permitieron desarrollar las bases de los modelos climáticos modernos. Por un lado, por la utilización de un parámetro, llamado forzamiento radiativo, que es una medida que permite conocer cómo se altera el balance de energía de la tierra como resultado de acciones humanas o causas naturales. Por lo tanto, a partir de ese parámetro, se pueden cuantificar y entender las causas del cambio climático. Además, estos modelos climáticos globales no solo constituyeron una herramienta fundamental para comprender los procesos sino para cuantificar las consecuencias en la atmósfera de la concentración del dióxido de carbono y otros gases. Son las herramientas que usamos para estimar los cambios en la temperatura, precipitaciones, y de otras variables como consecuencia del aumento en la concentración en la atmósfera de gases provenientes de las acciones humanas. Por lo tanto, las investigaciones que desarrollaron estos dos científicos fueron fundamentales para desarrollar estos modelos climáticos, para simular estos procesos que ocurren dentro del proceso climático y cuantificar las consecuencias de las acciones humanas sobre el clima”, explica Inés Camilloni, especialista en cambio climático investigadora del CONICET en el Centro de Investigaciones del Mar y la Atmósfera (CIMA, CONICET-UBA).


“Manabe y Hasselmann son los padres de los modelos de circulación atmosférica y circulación oceánica en escala global. Estos modelos están en la base del estudio del cambio climático porque sin ellos no podríamos entender las múltiples interrelaciones implicadas en este fenómeno. Estos modelos luego se acoplaron con otros para generar los modelos que explican la evolución del sistema climático. La atmósfera asociada con la biosfera y los océanos es un sistema complejo y dinámico que, como tal, varía alrededor de estados de equilibrio; y cuando se introducen perturbaciones muy severas, pueden ocurrir puntos de quiebre o saltos bruscos en la evolución del sistema. Esto es importante para el estudio del cambio climático. Por ejemplo, cuando se habla de que la Amazonia va a pasar de ser generadora de oxígeno a convertirse en un emisor neto de dióxido de carbono por llegar a un punto de quiebre”, explica Pablo Canziani, especialista en ciencias atmosféricas e investigador del CONICET en la Universidad Tecnológica Nacional (UTN).


Mirar el desorden


En los años ‘80, Parisi descubrió patrones ocultos en materiales complejos desordenados. Sus descubrimientos se encuentran entre las contribuciones más importantes a la teoría de sistemas complejos. Permiten comprender y describir muchos materiales y fenómenos diferentes y aparentemente completamente aleatorios.


“Girogio Parisi fue un pionero en el estudio de los que llamamos sistemas fuera del equilibrio y sistemas complejos. En este sentido, sus grandes contribuciones están vinculadas al entendimiento de sistemas que no están en el equilibrio y que sufren grandes fluctuaciones. Los sistemas que estudió Parisi van desde escalas microscópicas, como la física de partículas subatómicas, hasta escalas planetarias”, explica Mininni.


De acuerdo al especialista, los aportes de Parisi también son fundamentales para entender las transiciones del orden al desorden: “Hay un montón de fenómenos en la naturaleza en los que sistemas pasan estar más ordenados a mas desordenados o espontáneamente se ordenan”, señala Mininni.


Para comprender la problemática del desorden, fue muy importante el trabajo que hizo Parisi con vidrios de espín, que son sistemas magnéticos con interacciones desordenadas.


“Él mismo ha afirmado que su contribución científica más importante está vinculada al trabajo con vidrios de espín. En particular, a lo que se llama técnicamente ´la ruptura de simetría de las réplicas’, porque esa idea, relacionada con cómo tratar analíticamente sistemas que tienen mucho desorden en sus interacciones, se ramificó hacia otras aplicaciones como al entrenamiento de redes neuronales o a resolver problemas de ciencias de la computación”, afirma Tomás Grigera, investigador del CONICET en el Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLYSIB, CONICET-UNLP), quien trabajó con Parisi.


Nobel de Química por una ingeniosa herramienta para construir moléculas


  • Nobel de Química: Benjamin List y David W.C. MacMillan

Benjamin List y David W.C. MacMillan se alzaron con el galardón en Química por el desarrollo de la organocatálisis asimétrica


La Real Academia Sueca de Ciencias otorgó el miércoles 6 de octubre el Premio Nobel de Química a los científicos Benjamin List, del Instituto Max Planck de Alemania, y David MacMillan, de la Universidad de Princeton de Estados Unidos, “por el descubrimiento y desarrollo de la organocatálisis asimétrica”. Dicho descubrimiento permite construir moléculas de manera más ecológica y motorizó avances importantes en el área de la investigación farmacéutica.


“Esta técnica se ha desarrollado a una velocidad asombrosa. Usando estas reacciones, los investigadores ahora pueden construir de manera más eficiente cualquier cosa, desde nuevos productos farmacéuticos hasta moléculas que pueden capturar la luz en las células solares”, explicó el jurado de la Academia.


“Muchas áreas de investigación e industrias dependen de la capacidad de los químicos para construir moléculas que puedan formar materiales elásticos y duraderos, almacenar energía en baterías o inhibir la progresión de enfermedades”, explicaron, indicando que ello requiere de catalizadores (sustancias que controlan y aceleran las reacciones químicas, sin llegar a formar parte del producto final). Por ejemplo, los catalizadores de los automóviles transforman las sustancias tóxicas de los gases de escape en moléculas inofensivas. Y nuestros cuerpos también contienen miles de catalizadores en forma de enzimas, que cincelan las moléculas necesarias para la vida.


En este sentido, en el año 2000, List y MacMillan desarrollaron un tercer tipo de catalizador, alternativo a los ya conocidos –metales y enzimas-, llamado organocatálisis asimétrica: un tipo de catalizador basado en moléculas orgánicas “simple e ingenioso”, según definieron los jurados del Premio Nobel. “El trabajo de ambos químicos llevó la construcción molecular a un nivel completamente nuevo”, aseguraron.


La organocatálisis asimétrica permite la construcción de moléculas asimétricas -sustancias químicas que existen en dos versiones, donde una es una imagen tipo espejo de la otra- a una velocidad mayor a la habitual, lo que abrió un campo de múltiples usos que van desde nuevos productos farmacéuticos hasta experimentación con moléculas que pueden capturar la luz en celdas solares.


“List y MacMillan realizaron sus contribuciones de forma paralela y este premio es realmente muy merecido, porque sus desarrollos han sido muy importantes y cambiaron la visión de lo que es la catálisis”, señala Rolando Spanevello, investigador del CONICET en el Instituto de Química de Rosario (IQUIR, CONICET). “Fue a principios del 2000, cuando salieron dos trabajos que fueron seminales en la disciplina: uno de List y el otro de MacMillan, y a partir de entonces la organocatálisis creció de forma exponencial. Ambos eran muy jóvenes cuando aparecieron estas publicaciones. De ahí en adelante, continuaron haciendo desarrollos impresionantes. Hoy, es muy común ver que la organocatálisis se usa en distintas áreas de la ciencia, la industria y la tecnología”, agrega Ariel Sarotti, también investigador del CONICET en el IQUIR.

Una solución para la química medicinal


“Los catalizadores son sustancias que permiten inducir y acelerar transformaciones químicas. Tradicionalmente, estos catalizadores cuentan con un núcleo metálico en su estructura. Lo que mostraron List y MacMillan es la posibilidad de sintetizar en el laboratorio moléculas orgánicas que pueden funcionar como catalizadores sin incluir un elemento metálico”, explica Spanevello.


La rápida expansión en el uso de catalizadores orgánicos se debe principalmente a su capacidad para impulsar la catálisis asimétrica. Cuando se construyen moléculas, a menudo ocurren situaciones en las que se pueden formar dos moléculas diferentes, que, al igual que ocurre con las manos, son la imagen especular de la otra. Los químicos a menudo sólo querrán uno de estos, particularmente cuando producen productos farmacéuticos.


“La naturaleza tiende a producir enantiómeros, que son imágenes tridimensionales especulares no superponibles. En los sistemas biológicos, el problema es que las moléculas especulares no superponibles, llamadas quirales, pueden interactuar con el sistema de maneras muy diferentes”, afirma Spanevello.


“Las moléculas quirales, si bien son parecidas, en sistemas biológicos cumplen roles completamente distintos. Una droga, en una de sus formas quirales puede tener la actividad biológica deseada y en su otra forma puede incluso ser antagonista o tener efectos secundarios graves. Por lo tanto, es necesario poder sintetizar solamente una de esas formas y no la otra. Lo que tradicionalmente se hace es sintetizar las dos formas en igual proporción y luego se las separa, pero esto es muy poco práctico. Los organocatalizadores te permiten solo sintetizar el quiral que vos necesitas. En el marco de la química medicinal esto es extraordinariamente importante”, señala Sarotti.

Fuente: Conicet


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