«Para encontrar fármacos necesitamos saber la estructura de las moléculas»

l investigador Joachim Frank, premio Nobel de Química 2017, en la Fundación Ramón Areces de Madrid. /R.C.
l investigador Joachim Frank, premio Nobel de Química 2017, en la Fundación Ramón Areces de Madrid. / R.C.

El científico, ganador del Nobel de Química, ha desarrollado diversas técnicas, como la criomicroscopía, para fotografiar los átomos

Doménico Chiappe
DOMÉNICO CHIAPPEMadrid

No hay azar en el esfuerzo investigador, pero las respuestas anheladas después de años de estudios pueden saltar en el momento más tedioso del trabajo. Eran los primeros meses de la década de los ochenta, en la sala de ordenadores del Centro Wadsworth del Departamento de Salud de Nueva York, cuando Joachim Frank (Weideanu, Alemania, 1940), que estudiaba las estructuras moleculares, esperaba los resultados que procesaban aquellas enormes máquinas.

«Había una sola sala de computadoras para todos los investigadores sin importar la disciplina», recuerda Frank, investigador de la Universidad de Columbia (Estados Unidos). «Parecían neveras y tenían poca capacidad para la gente que permanecía ahí, sin nada que hacer durante mucho tiempo. Entre nosotros charlábamos».

El objeto de estudio de Frank son las moléculas. Para examinarlas en esos primeros tiempos usaba el método de tinción negativa en la que se secaban esos diminutos conjuntos atómicos con metales pesados. De una manera similar a la de la fotografía del agujero negro divulgada hace unos meses, lo que se veía era lo que había a su alrededor, «las manchas que las rodeaban», dice Frank.

Las «invenciones» de Frank ayudan a analizar la estructura molecular y comprender las patologías

No obstante, con esa técnica «primitiva» él ya había desarrollado un método para registrarlas en tres dimensiones, y buscaba cómo ordenar en distintas categorías las imágenes obtenidas mediante la microscopía electrónica, un método que utiliza electrones en lugar de luz visible.

«Ese día había un hombre que nunca había visto antes, sentado cerca de una impresora, esperando a que salieran clústeres de información», refiere Frank en Madrid invitado por la Fundación Ramón Areces. «Le pregunté por aquellos datos. Me dijo que cada número era un paciente, representado en una serie de mediciones en racimos. Eran análisis hematológicos. En una fracción de segundo pensé: ¡aquí tenemos la respuesta a lo que busco! Cada medición sanguínea era un píxel y los pacientes, las imágenes completas. Así que tomamos los datos que tenía de las imágenes alineadas de las moléculas y los metimos en ese programa de pacientes. En una tarde, le hicimos creer a la máquina que esos datos eran personas y encontramos la solución».

Los científicos como Frank son los ojos de la ciencia, las pupilas capaces de observar lo más pequeño del universo, y desentrañar su estructura e interacción. Se le podría imaginar con sus pequeñas manos sujetando un microscopio, inclinado sobre los lentes con sus cabellos blancos envolviendo el aparato. Sin embargo, los cuerpos de diez nanómetros -que antes son congelados a temperaturas muy por debajo de cero grados centígrados-, no son posibles de apreciar con un microscopio de luz.

Hace falta unas máquinas tan grandes como lo fueron aquellos ordenadores primigenios. «Los más modernos están empotrados en grandes cajas de varios metros cuadrados», dice Frank. «Cuando yo empecé estaban en columnas imponentes y los electrones se miraban a través de una pantalla y se filmaban en película.

Ahora se graban con una cámara que puede costar 600.000 dólares y captura las imágenes de las moléculas directamente, mientras el 'software' dirige el microscopio electrónico según cambia la posición de la muestra. Durante horas se recoge la información, pero ya no hace falta sentarse frente al instrumento».

Tras la metáfora

En esos años de evolución, Frank ha logrado crear «invenciones», como prefiere llamarlas, que han supuesto grandes avances en su campo y en el de la farmacología, lo que le ha valido el Premio Nobel de Química en 2017. «Siempre veo las cosas en términos de estructura. Tengo metáforas en la mente. Si pienso en algo, inmediatamente busco lo paralelo en otro contexto», dice Frank. Cuando comenzó su carrera los átomos se estudiaban con rayos X, mediante la 'cristolagrofía' y había logrado registrar 140.000 moléculas.

«Pero había muchas moléculas que no podían ser estudiadas, de una clase muy importante, la de los receptores cruciales en los procesos patológicos. Necesitamos desesperadamente saber cuál es su estructura para encontrar fármacos y abordajes terapéuticos que no son posibles sin su observación». Entre esas enfermedades, Frank menciona la fibrosis quística. «Con la criomicroscopía se ha abierto una ventana con la que se podrá incluir en la base de datos otras 140.000 moléculas».

Entre los avances científicos que ayudarán a esos análisis de moléculas para desarrollar fármacos, Frank ha contribuido también con la adecuación de las dosis de electrones para fotografiar las moléculas sin perder información. También disminuyó el «ruido como de sal y pimienta» de esas visiones con un método para calcular «promedios de imágenes», y mezcló la técnica de la criomicroscopía con «métodos matemáticos de otras disciplinas, como el análisis multivariado de la medicina», aquél que encontró en una sala de ordenadores de su centro de investigación. «En ese momento pensé: esto va a funcionar». Y así fue.