BIOTECNOLOGÍA

MONOGRÁFICO 2014/2015

El potencial de los procesosbiológicos para mejorar nuestro

bienestar y el del planeta

REPORTAJES EXTRAÍDOS DE LA REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA UMHSAPIENS

MONOGRÁFICODE BIOTECNOLOGÍA

umh.sapiens@umh.es

www.umhsapiens.com

@umhsapiensUMH Sapiens

4 || Entrevista a Ángela Sastre 6 || Estrategias antivirales12 || Genética para Legos

Ángela Sastre"Somos arquitectos moleculares"

· Belén Pardos

La investigadora del Instituto de Bioingeniería subraya la aplicación de la química orgánica a múltiples ámbitos

S ustituir la enorme y cara placa solar del tejado de una vivienda por una capa de pintura capaz de absorber

luz y transformarla en energía. La arquitec-tura es sólo uno de los múltiples ámbitos en los que la química orgánica promete al-ternativas eficientes. La investigadora del Instituto de Bioingeniería de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche Ángela Sastre Santos dirige el grupo Diseño y Sín-tesis Molecular (DYSMOL) dedicado, entre otros aspectos, a la síntesis de nuevas mo-léculas orgánicas aplicables en nanotecnolo-gía o en biotecnología.

Durante los últimos años, la industria de las energías renovables ha apostado por el silicio para construir las placas que transfor-man la luz solar en energía eléctrica. Pero el precio de este material es elevado y su producción compleja. Por ello, los investi-gadores del grupo DYSMOL trabajan para obtener compuestos orgánicos estables, ca-paces de absorber o emitir energía a menor coste económico y ambiental.

Entre las propiedades de los compuestos con los que trabaja este equipo de quími-cos orgánicos destacan dos: son colorantes (absorben luz, sobre todo, en la franja del espectro visible) y conductores (permiten el movimiento de electrones). Estas dos características facilitan su aplicación, por ejemplo, en la preparación de dispositivos fotovoltaicos como los paneles solares. Pero, además, su capacidad de emitir luz conlleva que puedan emplearse en diodos, conocidos como LEDs (light emitting dio-des). Muchos semáforos, algunos vehículos, televisores y teléfonos móviles ya los han incorporado a su tecnología.

Eficiencia energéticaLas células solares orgánicas cuentan con una gran ventaja respecto a las clásicas de silicio: son flexibles. Desde la industria textil hasta la arquitectura pueden emplear estos dispo-sitivos. Prendas de vestir, ventanas, paredes o pinturas capaces de captar luz para generar electricidad, impulsan el crecimiento tecno-lógico liderado por la química orgánica.

Ángela Sastre explica que otra de las parti-cularidades positivas es que el número de compuestos orgánicos es infinito, caracte-rística que permite a los químicos desarro-llar múltiples combinaciones de elementos. La investigadora señala que para que las moléculas tengan aplicación, deben orde-narse de forma concreta: “Como si fueran un ladrillo y el material en el que se con-vierten, la casa”. De esta forma, los investi-gadores diseñan moléculas que cumplan los requisitos para dar lugar a las propiedades deseadas. “Somos arquitectos molecula-res”, subraya la profesora.

Una célula solar persigue obtener una alta eficiencia energética. En las de silicio, el ren-dimiento se encuentra en torno a un 15%. En el caso de las orgánicas, el resultado va-ría en función del tipo de moléculas emplea-das. Las de polímeros, por ejemplo, oscilan en torno al 10%, las híbridas alrededor de un 12% y las de mineral perovskita consi-guen hasta un 16% de eficiencia. Además de su rentabilidad económica, los compuestos

5

Villalaín:Las células solares orgánicas cuentan con una ventaja:

son flexibles

orgánicos son biodegradables y permiten evitar conductores inorgánicos, como los de cadmio o selenio, muy contaminantes.

Una protagonista discretaEl gran desarrollo de la optoelectrónica orgánica surge en los años 90. En el 2000, los investigadores Heeger, MacDiarmid y Shirakawa reciben el premio Nobel de Quí-mica por el descubrimiento y desarrollo de los polímeros conductores orgánicos. “La investigación avanza rápido pero necesita su tiempo”, explica Sastre. Los compuestos orgánicos se han utilizado históricamente en la industria farmacéutica. Pero, la gran revolución actual en cuanto a su aplicación en nanotecnología conlleva que los investi-gadores necesiten actualizar constantemen-te sus conocimientos y dedicar largas jorna-das a experimentar en el laboratorio.

Entre las moléculas con las que trabaja el grupo DYSMOL se encuentra el fullereno C60. Se trata de una estructura de car-bono tridimensional, con forma de esfe-

ra, parecida a un balón de fútbol. El C60 no es capaz de absorber gran cantidad de luz por sí solo. Por eso, los investigadores utilizan además derivados de las porfirinas -compuestos análogos a los presentes en las plantas- para transformarlos en otros más estables, robustos y capaces de absor-ber o emitir más luz. “Introducimos grupos funcionales cromóforos -que absorben luz- para dar a las moléculas la función desea-da”, apunta Sastre. Cuanta más luz absor-ban dentro del espectro solar, más podrán transformar en energía. Este trabajo se lleva a cabo en el marco del Programa Prometeo para grupos de investigación de excelencia de la Conselleria d’Educació, Cultura i Es-port de la Generalitat Valenciana. La convo-catoria respalda y potencia el desarrollo de acciones científ icas y tecnológicas.

Además de su uso energético, los compues-tos químicos orgánicos con los que traba-ja el grupo de la profesora Sastre pueden aplicarse en el área de la salud. Otra de las líneas de investigación del equipo se centra

en la síntesis de sistemas fotoactivos para su aplicación en terapia contra el cáncer. Se trata de fármacos que se dirigen a las cé-lulas cancerígenas y, al irradiarlos con luz, estas moléculas orgánicas pasan a un estado químico excitado, muy activo, capaz de des-truir el tejido maligno.

Aunque, como señala Sastre, en ocasio-nes se etiqueta a los compuestos químicos como perjudiciales, en realidad la química orgánica es una protagonista discreta de múltiples avances, desde la industria farma-céutica hasta la energética. Por ello, a juicio de la experta, la educación y el conocimien-to a través de la divulgación resultan funda-mentales para que esta ciencia obtenga el reconocimiento que merece.

Laboratory Glassware | Freeimages CC

El grupo de investigación

Estrategias Antivirales desarrolla moléculas bioactivas para

combatir virus y bacterias

Scanning electromicrograph of an HIV-infected T cell / NIAID Flickr

7

Los virus y las bacterias suponen una de las mayores preocupa-ciones para la biomedicina molecular mundial. Según la OMS, los brotes de enfermedad por el virus del Ébola (EVE) tienen

una tasa de letalidad que puede llegar al 90%. Para el profesor José Vi-llalaín, director del grupo “Estrategias Antivirales” del Instituto de Bi-logía Molecular y Celular (IBMC), los virus y las bacterias emergentes son uno de los mayores desafíos para la sociedad humana. Conocer su funcionamiento y desarrollar moléculas bioactivas que los combatan son los retos de este grupo de investigadores de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche.

La capacidad de mutación de los virus o la resistencia bacteriana a los antibióticos son características que los convierten en elementos muy complejos de combatir. El informe Antimicrobial resistance: global report on surveillance (Resistencia a los antimicrobianos: informe mundial sobre la vigilancia) publicado, también, por la OMS, alerta sobre su resistencia a algunos antibióticos en todas las regiones del mundo.

Los investigadores deben conocer de forma minuciosa cómo se pro-duce el daño, para encontrar el mayor número de antibacterianos y antivirales. A partir de ahí, los expertos pueden desarrollar mecanismos de control y eliminación de las infecciones. El trabajo se lleva a cabo con proteínas -utilizar el propio virus requiere condiciones especiales- pre-sentes en virus como el Sida (VIH), la Hepatitis C (VHC) y el Dengue (DENV), entre otros.

Para extrapolar los resultados obtenidos en laboratorio a humanos, se necesita emplear modelos de estudio. La profesora Amparo Estepa, miembro de Estrategias Antivirales, explica que el pez cebra es un mo-delo validado para la investigación de muchas enfermedades en mamí-feros, incluido el hombre: “Lo utilizamos, entre otras cuestiones, para entender la respuesta del sistema inmune”. El equipo de Estepa emplea al pez cebra -se conoce la secuencia de su genoma- como modelo para desarrollar vacunas DNA contra enfermedades infecciosas. En lugar de introducir el antígeno -sustancia que desencadena la formación de anti-cuerpos- en el organismo que se quiere inmunizar, se introduce el gen que codifica para el antígeno. “Con ello se consigue una respuesta inmune optimizada, más fuerte, para combatir la enfermedad en el momento que llega el patógeno”, aclara la investigadora.

Además de los profesores Villalaín y Estepa, en el equipo trabaja el profesor Luís Pérez. Los cientí-ficos del IBMC persiguen desarrollar nuevos an-tivirales y moléculas con actividad antimicrobiana a partir de moléculas del sistema inmune innato. Se trata de péptidos de defensa endógenos -producidos por el propio organismo- que, hasta el momento, no generan resistencias en virus y bacterias.

Los mecanismos moleculares de infección, replicación o transcripción de los sistemas víricos son muy parecidos. La clave que define la es-pecie a la que pueden afectar es el receptor específico al que se une el patógeno. Pero conocer el funcionamiento de estos microorganismos no es sencillo: variabilidad, mutaciones, resistencias y cambios añaden

complicación al proceso. El profesor José Villalaín explica que separan y dividen paso a paso los procesos para ver el tipo de moléculas implica-das: “Necesitamos entender lo que ocurre en cada punto”.

El conocimiento social de los problemas asociados a virus y bacterias es cada vez mayor. Esta situación conlleva que los ciudadanos sigan

el principio de precaución, por ejemplo, vacunán-dose antes de viajar a otros países. El movimiento poblacional, los viajes ocasionales o la entrada de vectores que transportan a los patógenos son fac-tores que determinan que un virus circunscrito a una zona concreta pueda producir una infección en otra muy alejada. Para el profesor Villalaín, lo fun-damental es prepararse ante la posible aparición de un virus para actuar lo antes posible. Asimismo, el investigador señala que contar con las herramien-

tas y el protocolo adecuado puede impedir que el brote se extienda. El experto apunta hacia la investigación como la herramienta para desen-trañar los mecanismos de actuación de virus y bacterias y poder desa-rrollar estrategias contra ellos.

El fin de los investigadores es el desarrollo de fármacos pero, también, generar conocimiento para entender cómo funciona el sistema inmune y su reacción a los tratamientos. José Villalaín subraya: “Siempre habrá infecciones, pero debemos trabajar para que su efecto sea mínimo”.

Villalaín:"Siempre habrá

infecciones, perodebemos trabajar

para que su efecto sea mínimo"

1. Virus VIH /Flickr

2. Viriones de VIH-1 (en verde)ensamblándose en la superficie

de un linfocito /Wikipedia

3. HIV-infected cell /AJC1 Flickr· Belén Pardos

Los catedráticos de Genética de la Uni-versidad Miguel Hernández (UMH) de Elche José Luis Micol Molina y Ma-

ría Rosa Ponce Molet organizan el ciclo de conferencias titulado ‘Genética para legos: qué son y para qué sirven los genes’. Se tra-ta de una actividad de divulgación de temas de actualidad relacionados con la genética y sus aplicaciones. El objetivo de la iniciativa es acercar estas cuestiones a la sociedad y a los estudiantes de titulaciones como Bio-tecnología, de la mano de prestigiosos pro-fesionales.

La primera charla, titulada ‘Genes y enfer-medades’, corrió a cargo del profesor de Investigación del Consejo Superior de In-vestigaciones Científicas del Centro de In-vestigaciones Biológicas de Madrid Santiago Rodríguez de Córdoba. El experto abordó las aplicaciones del diagnóstico molecular, basado en la búsqueda de mutaciones en los genes asociados a una patología. Este ámbito se ha convertido en un refuerzo im-prescindible del diagnóstico clínico que sue-le proporcionar criterios que permiten una atención personalizada a los pacientes y es una fuente de información muy valiosa para sus familiares.

‘El gusto por la genética en un fruto de to-mate’ fue el título de la ponencia del cate-drático de Genética de la Universidad de Almería, Rafael Lozano Ruiz. El profesor Lozano destacó en su conferencia que fue una planta, el guisante, la que propició el nacimiento de la Genética. Además, aludió a la cantidad de descubrimientos de va-lor universal derivados de estudios que se han realizado en especies del reino vegetal, entre ellas Arabidopsis thaliana y el toma-te (Solanum lycopersicum). En su opinión, el tomate es un organismo modelo muy

útil para el análisis genético de muchos as-pectos del desarrollo reproductivo de las plantas, como los patrones de crecimiento, la arquitectura corporal, la partenocarpia y la maduración del fruto, todos ellos de gran interés agronómico.

Por su parte, el profesor de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad Poli-técnica de Valencia (UPV) José Miguel Mulet Salort abordó la charla titulada ‘Mitos y rea-lidades sobre los Organismos Modificados Genéticamente’. “Sine agricultura nihil”, “sin agricultura no hay nada”. El eslogan de los ingenieros agrónomos sirvió al experto para subrayar el importante papel de la agricultu-ra en la sociedad. José Miguel Mulet señaló que para que una civilización desaparezca,

Genética para legos:qué son y para qué sirven los genes

sólo es necesario que el arte de cultivar la tierra no funcione. De esta forma, el pro-fesor hizo hincapié en la necesidad de des-mentir varios mitos y señalar otras tantas realidades en torno a los transgénicos.

La presentación ‘Genética forense: CSI made in Spain’ puso el cierre a las jornada. El catedrático de Medicina Legal de la Uni-versidad de Santiago de Compostela, Ángel Carracedo Álvarez, fue el encargado de pre-sentar los avances en medicina forense e in-vestigación criminal. El equipo de Carracedo ha participado en la investigación de casos como el de Alcàsser, el caso Baneheia en Noruega, la operación Minstead en el Reino Unido, el 11-M, el 11-S o la identificación de las víctimas del tsunami asiático de 2004.

Ciclo de conferencias de divulgación científica

www.umh.es