Ciencia Mujeres en la ciencia

Mujeres en la ciencia: Andrea Ghez, Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna

Los premios Nobel se entregan desde 1901 y en la mayoría de las ceremonias el talento de las mujeres ha sido ampliamente ignorado por el comité que otorga las medallas; solo hay 57 laureadas entre las 930 personas premiadas y de 216 preseas en física solo cuatro han sido para mujeres. Este año, de los 12 galardonados 4 fueron mujeres. Hablemos de tres de ellas y sus fascinantes aportes a la ciencia.

Andrea Ghez

Este 2020, se anunció (1) que la mitad del premio en física era para Roger Penrose “por descubrir que la formación de agujeros negros es una predicción robusta de la teoría general de la relatividad” y la otra mitad para Reinhard Genzel y Andrea Ghez “por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia “.

El premio de este campo se relacionan con los agujeros negros, que son restos muy densos de estrellas que antes fueron inmensas, pero al explotar dejaron como remanentes objetos superpesados de los que nada puede escapar, “en su corazón esconden una singularidad en la que cesan todas las leyes conocidas de la naturaleza (2)”

Roger Penrose usó en 1965 novedosos métodos matemáticos para explorar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, que entre otras cosas explica que la gravedad da forma al espacio e influye en el paso del tiempo; por ello una masa pesada dobla el espacio y ralentiza el tiempo, si es extremadamente pesada encapsula parte del espacio y forma un agujero negro.

Einstein no creía en la existencia de estos objetos, pero Penrose (3) demostró su existencia con el concepto de “superficies atrapadas” que obliga a la materia a apuntar hacia un centro, a la par demostró que la materia solo puede cruzar el horizonte, área que rodea al agujero, en una dirección, aquí el tiempo reemplaza al espacio y cada camino apuntan al centro.

Ilustración de agujeros negros.

Por su parte, Reinhard Genzel y Andrea Ghez han encontrado la mayor evidencia de la existencia de un objeto extremadamente pesado, este no se ve a simple vista pero afecta a sus estrellas vecinas. La masa del agujero modifica la velocidad y orbitas de las estrellas, justo por esos movimientos Andrea Ghez descubrió al agujero negro.

Reinhard Genzel y Andrea Ghez lideran por separado dos grupos de astrónomos que, desde 1990, se han centrado en una región con una fuerte fuente de ondas de radio llamada Sagitario A * la cual está en el centro de nuestra galaxia a 25 mil años luz de la Tierra. 

Sagitario A*. Crédito: Keck/ UCLA Grupo del Centro Galáctico.

Andrea M. Ghez es experta en astrofísica observacional y directora del Grupo del Centro Galáctico de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), coordina a un grupo con integrantes en la UCLA, el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai, el Instituto de Tecnología de California, el Observatorio Keck y el Telescopio Treinta Metros.

La astrofísica ha utilizado los telescopios del Observatorio Keck para demostrar la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, con una masa 4 millones de veces mayor que la de nuestro sol. 

En el Observatorio Keck hay dos telescopios ópticos gemelos que pesan 300 toneladas y funcionan con espejos de 10 metros de diámetro, están instalados en la cumbre de Maunakea en Hawai, donde no hay montañas cercanas que alteren la atmósfera superior ni luz que contamine la noche.

Telescopio Treinta Metros. Crédito: Universidad de California.

En general la calidad de los telescopios se afecta, entre otras cosas, por las diferentes temperatura de las burbujas de aire en la atmósfera terrestre y para eliminar ese desenfoque en Keck usan la óptica adaptativa (4), una técnica que requiere un espejo deformable que se ajusta 2 mil veces por segundo.

Esta técnica se ajustaba antes con la luz de una estrella brillante cercana al objetivo, pero esto solo era funcional para 1 por ciento del cielo, por ello implementaron un láser para excitar átomos de sodio y crear una estrella “falsa” para controlar las distorsiones atmosféricas. El resultado son imágenes con mayor detalle que el Telescopio Espacial Hubble.

El ajuste que mejoró mil veces la vista enturbiada por la atmósfera, gases y polvo interestelar también permitió al equipo de Andrea reunir datos durante más de dos décadas, en el centro de observación señalan que Andrea ayudó en gran medida a desarrollar esta tecnología de vanguardia y que sigue colaborando en ajustes que en un futuro harán más refinada la observación.  

Cartografía de estrellas

En los últimos 25 años Ghez estudió más de 3 mil estrellas que orbitan el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, se enfocó en 30 de estas y con sus mediciones encontró, en concordancia con el equipo de Reinhard Genzel, que existe un objeto invisible que pesa 4 millones de masas solares y hace a las estrellas girar rápidamente, llegando a 12 mil kilómetros por segundo.

La cantidad de datos generada en tantos años les permitió medir con precisión las órbitas de las estrellas en períodos cortos, con los datos referentes a la velocidad de su movimiento y las distancias de sus recorridos se determinó la masa del agujero.

Las órbitas son la mejor evidencia de un agujero negro supermasivo. Crédito: Keck/UCLA Grupo del Centro Galáctico.

Ghez también es profesora en activo y además de participar en más de 160 artículos científicos ha dado decenas de charlas destacadas profesionales y de divulgación científica, se autocalifica como “producto de los primeros alunizajes”, y aunque empezó como estudiante de matemáticas su interés por la física ganó. 

Portada del libro escrito por Andrea M.Ghez y Judith Love Cohen en 1995.

En los años 90, siendo estudiante descubrió que la mayoría de las estrellas nacen en pares, por lo que gran parte de los sistemas solares tienen dos soles, esto dejó a nuestro sistema como un modelo poco muy fiable para conocer más sobre el nacimiento de estrellas, por lo que abrió el campo de investigación en cuanto al origen de estos.

El impulso generado con el descubrimiento de un agujero negro supermasivo va por ese camino: la búsqueda de nueva física, es decir, revelar secretos del Universo. 

En entrevista con Stuart Wolper para la UCLA, Andrea Ghez dijo: “Contamos con herramientas de vanguardia y un equipo de investigación de clase mundial, y esa combinación hace que el descubrimiento sea muy divertido. Nuestra comprensión de cómo funciona el universo es todavía muy incompleta. El Premio Nobel es fabuloso, pero todavía tenemos mucho que aprender ”.

Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna

En la entrevista (5) que siguió al anuncio del premio en química, Jennifer A. Doudna dijo “entre las mujeres y las niñas, a veces hay una sensación de que, no importa lo que hagan, su trabajo no será reconocido como lo sería si fueran un hombre. Espero que este premio y su reconocimiento cambien eso al menos un poco, y que sea alentador para otras mujeres que están en la ciencia, o incluso en otros campos, para notar que su trabajo puede ser honrado y tener un impacto real”.

La experta en química biológica y farmacología molecular, Jennifer A. Doudna, junto a la microbióloga, genetista y bioquímica Emmanuelle Charpentier fueron reconocidas por la Fundación Nobel por crear un mecanismo con una molécula que corta genes y otra que guía el corte, todo esto inspirado en la forma natural en que las bacterias se defienden de los virus.

Charpentier y Doudna recibieron en 2015 el Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica. Crédito: EFE

Las científicas se conocieron en 2011 en un congreso en Puerto Rico y decidieron comenzar a trabajar juntas al identificar el potencial de sus trabajos combinados. 

La lección de las bacterias

Gran parte de la investigación de Doudna se centra en el RNA, el cual permite que la información genética sea comprendida por las células, Doudna estudiaba específicamente la interferencia del RNA, que explica la existencia de moléculas que regulan la actividad genética en las células.

En 2006 uno de sus colegas le comentó que en diferentes bacterias encontraron secuencias iguales, como “si la misma palabra se repitiera entre cada oración única de un libro”, según la Fundación Nobel (6).

Ilustración de la enzima bacteriana Cas9.
Crédito: Jennifer Doudna / UC Berkeley

Esas secuencias genéticas se denominaron “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas”, abreviados como CRISPR. 

Se sabía que las bacterias usan CRISPR contra los virus, pues sus enzimas cortan el ADN viral y colocan estas piezas en su genoma mezcladas con otra secuencia de información genética a modo de separador, en conjunto dan la secuencia CRISPR (7)

La razón por la que la célula transcribe esta secuencia en una molécula de RNA es que si vuelve a encontrar el virus lo pueda reconocer y eliminar con cortes. Las encargadas de hacer los cortes son las proteínas Cas, por ello Jennifer y su equipo se enfocaron en estudiar las funciones de diferentes tipos de Cas.

Por su parte, Emmanuelle Charpentier se especializa en bacterias patógenas, además de disfrutar del arte, la música y la danza, ha vivido en cinco países y siete ciudades diferentes, trabajando en 10 instituciones.

En 2002 comenzó a estudiar a la Streptococcus pyogenes, capaz de romper tejidos blandos del cuerpo, y para comprenderla mejor Charpentier investigó (8) cómo se regulan sus genes, “descubrió una molécula desconocida, tracrRNA y encontró que esta coincide con la parte de CRISPR que se repite y estaba como separador entre las secuencias de virus.

Para tener unas tijeras genéticas que corten el ADN donde se quiere, fue necesario mezclar los conocimientos de tracrRNA con los de CRISPR y simplificar los componentes. 

Transformar la naturaleza, tijeras genéticas

Finalmente se logró la herramienta llamada CRISPR-Cas9 que puede realizar incisiones precisas entre las millones de bases que conforman el código de la vida, ahí donde se producen miles de proteínas para dirigir las funciones de los organismos.

Animación en Stop Motion de “tijeras genéticas”. Crédito: Massive Science

La Universidad de California refiere en su página que la amplia demostración de que este sistema puede editar el ADN humano en el laboratorio de Doudna y otros, generó confianza en los gobiernos y otras industrias que actualmente apoyan el desarrollo de tecnología para perfeccionar la edición del genoma.

En 2015, Jennifer fue nombrada por la revista Foreign Policy (9) como una de las 100 principales pensadoras mundiales, y junto con Emmanuelle Charpentier, ese mismo año, fueron incluidas en el listado de las 100 personas más influyentes de la revista Time.

Nueva herramienta con nueva responsabilidad

La tecnología que crearon juntas generó muchas expectativas, reflejadas en cientos de estudios que incluyen su aplicación en biología, agricultura y medicina. El proceso para lograr resultados favorables puede representar un reto para la bioética, algunas investigaciones emplean CRISPRS para imitar enfermedades genéticas en animales, conocer las afectaciones de defectos genéticos y probar formas de corregir problemas. 

Adelantándose al panorama futuro, dado que esta tecnología puede cambiar nuestra relación con la naturaleza, Jennifer A. Doudna apuntala el diálogo respecto al uso social y ético de esta tecnología, organiza simposios y pone a discusión sus aplicaciones, por ejemplo en cuanto a la modificación de embriones humanos.

Al respecto Emmanuelle opina que “CRISPR-Cas9 puede brindar enormes beneficios a la humanidad, pero, por supuesto, debemos manejarlo de manera responsable”.

Fuentes:

  1. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/prize-announcement/ 
  2. https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/press-physicsprize2020.pdf
  3. https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/popular-physicsprize2020-1.pdf 
  4. https://keckobservatory.org/about/keck-observatory
  5. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/doudna/interview/ 
  6. https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/popular-chemistryprize2020.pdf
  7. https://www.mpg.de/10729312/emmanuelle-charpentier 
  8. https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/press-chemistryprize2020.pdf 
  9. https://www.universityofcalifornia.edu/news/jennifer-doudna-wins-2020-nobel-prize-chemistry 

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