Secretos del tacto, sistemas complejos y catalizadores ecológicos obtienen Nobel

Este año, la cena en Estocolmo para la entrega de los premios Nobel volverá a ser virtual, pero la tradición de resaltar aquellas investigaciones elementales para la humanidad sigue en pie. En esta edición se premiaron hechos tan variados como el coraje para defender la libertad de expresión y los estudios que revelan cómo interpretamos el calor, el frío y la presión.

Entre sofisticadas investigaciones se mezclan momentos simpáticos, como el caso de Ardem Patapoutian, quien se enteró que había ganado el premio en voz de su papá de 92 años, porque el científico tenía el teléfono fuera de línea y se tuvo que recurrir a buscarlo por otros medios. Además, las fotos de los primeros instantes en que los galardonados disfrutaban la noticia resultan icónicas: Ardem con su hijo viendo la conferencia sobre su trabajo desde su cama, Julius junto a su esposa disfrutando de un café mientras celebraban o Benjamin List junto a su pareja desayunando después del triunfo, recordándonos que muchos logros son en equipo.

En la semana que se dieron a conocer los galardonados por la fundación Nobel, el primero en entregarse fue el de medicina o fisiología, luego de los premios científicos se otorgaron los de literatura a Abdulrazak Gurnah por sus relatos sobre los efectos del colonialismo; de la paz a Maria Ressa y Dmitry Muratov por salvaguardar la libertad de expresión; y finalmente el de economía a David Card, Joshua Angrist y Guido Imbens por sus contribuciones empíricas en la economía del trabajo.

Los secretos de sentir

Davis Julius y Ardem Patapoutian descubrieron cómo nuestros cuerpos procesan la temperatura y el tacto⁽¹⁾, en particular encontraron los receptores claves de estos procesos, hallazgos que hoy son relevantes en el diseño de tratamientos para el dolor.

Las investigaciones galardonadas en el terreno de la medicina o fisiología se enfocan en nuestra forma de sentir el mundo, no es la primera vez que las explicaciones más profundas sobre nuestros sentidos se llevan un Nobel, en 2004 hallazgos sobre lo que nos permite distinguir y memorizar olores fueron premiados.

En esta ocasión se trata de particularidades sobre el sentido del tacto en relación a cómo percibimos la temperatura y la presión. David Julius, de la Universidad de California, San Francisco, quien durante los años 90 investigó⁽²⁾terminaciones nerviosas que responden al calor usando chiles, específicamente la capsaicina de estos, sustancia responsable de que sintamos lo «picoso» de una salsa, porque causa sensación de ardor.

Primero creó junto a su grupo de investigación una biblioteca de fragmentos de ADN con genes que se expresan en neuronas sensoriales. Luego, identificaron el gen que hacía a las células sensibles a la capsaicina, el cual codifica una nueva proteína, que resultó un receptor sensible a temperaturas que se perciben como dolorosas y envía un impulso al cerebro donde se interpreta la sensación de ardor. El receptor, llamado TRPV1,respondía al calor de la misma manera, hoy se conoce su relación con dolores como el inflamatorio, el neuropático y el visceral.

Con el uso del mentol, que relacionamos con una sensación de frescura, tanto David Julius como Ardem Patapoutian identificaron un receptor similar, pero esta vez activado por el frío.

Por su parte, Ardem Patapoutian, quien trabaja en Scripps Research en La Jolla, California, descubrió con otro equipo de científicos una línea celular que respondía con una señal eléctrica al ser presionada, y tras descartar en estas distintos genes candidatos inactivándolos uno por uno, identificaron a dos responsables de responder a la presión: PIEZ01 y PIEZ02, los cuales al ser suprimidos eliminaron las respuestas de las células a los pinchazos.

Los nuevos elementos descubiertos⁽³⁾ tienen una vinculación importante en la respiración, la presión arterial y el control de la vejiga, uno de los dos también es importante en la propiocepción⁽⁴⁾, que nos otorga el sentido de la posición y el movimiento de nuestro cuerpo.

Cambio climático complejo

Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi fueron reconocidos: “Por contribuciones innovadoras a nuestra comprensión de los sistemas físicos complejos»⁽⁵⁾. La mitad del premio es para Parisi por su trabajo en las bases de los sistemas complejos, así como en la teoría de materiales desordenados y procesos aleatorios, la otra mitad fue dividida entre Manabe y Hasselmann por «el modelado físico del clima de la Tierra, cuantificando la variabilidad y prediciendo de manera confiable el calentamiento global», según lo señalado por la Academia Sueca.

El científico Syukuro Manabe, de la Universidad de Princeton, lideró los primeros modelos físicos del clima de la Tierra desde la década de los 60 y demostró cómo el aumento de dióxido de carbono conduce al aumento de temperaturas; por su parte, en 1990, Klaus Hasselmann predijo el calentamiento global mediante un modelo que vincula el clima con lo conocido del efecto del carbono por trabajos de Manabe.

El trabajo de Hasselmann —del Instituto Max Planck de Meteorología, en Alemania— en torno a este sistema complejo, permitió “demostrar que el aumento de temperatura en la atmósfera se debe a las emisiones humanas de dióxido de carbono”⁽⁶⁾.

El italiano Giorgio Parisi, de la Universidad Sapienza de Roma y actual presidente de la Academia Nacional de Ciencias de Italia, proporcionó el modelo matemático empleado por Hasselmann, mismo que es la base para entender sistemas complejos, aquellos que no solo se forman por una multitud de componentes, sino cuyas relaciones no son lineales y por ende se vuelven imposibles de analizar mediante modelos que no contemplen el caos. Los hallazgos de Parisi también permiten comprender materiales y fenómenos de naturaleza aleatoria.

Lego molecular

Benjamin List, del Instituto Max Planck, y David MacMillan, de la Universidad de Princeton, reciben el Premio Nobel de Química 2021 “por el desarrollo de una nueva herramienta precisa para la construcción molecular: la organocatálisis”⁽⁷⁾, campo en el que ambos llevan más de 20 años trabajando.

Para fabricar desde medicamentos hasta plásticos se emplean catalizadores, que aceleran o ralentizan reacciones químicas sin estar presentes en el resultado final. Durante mucho tiempo se pensó que las enzimas o los metales eran los únicos que podían servir para estos fines, el problema es que los metálicos pueden ser tóxicos, mientras que los trabajos con enzimas han generado muchas cantidades de subproductos no deseados, es decir estos procesos son poco ecológicos.

List y MacMillan, desarrollaron en el año 2000 la organocatálisis asimétrica⁽⁸⁾, que mediante el uso de moléculas orgánicas (presentes en lo vivo) genera catalizadores más rápidos, económicos y ecológicos, por lo cual su uso se ha expandido rápidamente en entornos de investigación privados y públicos.

Se trata de una idea revolucionaria e ingeniosa para sintetizar moléculas con una posibilidad que otros catalizadores no daban: el seleccionar puntualmente entre distintos isómeros, es decir compuestos químicos que comparten la misma fórmula pero con una disposición espacial diferente de átomos, lo que resulta en diferentes propiedades, como si de nuestras manos se tratase: mismos elementos, pero diferentes arreglos. Así, elegir puntualmente es importante al trabajar con catalizadores, porque anteriormente se obtenían subproductos innecesarios que generaban contaminación.