La ciencia de acelerar la chiripa

En 1982, Richard Buckminster Fuller calculó que la cantidad de conocimiento acumulada por la humanidad en el año 1 d.C. se había doblado en el 1500. Al final de la Segunda Guerra Mundial el conocimiento se doblaba cada 25 años y tras la llegada de la web, en 2004, cada 18 meses. Ese ritmo de crecimiento ha convertido muchas tareas, en particular las científicas, en carreras frenéticas por seguir adquiriendo información para, como mínimo, mantener la posición que se ocupa.

Uno de esos ámbitos es la química. Es conocida la historia de cómo Alexander Fleming, en 1928, descubrió cómo un hongo había crecido sobre unas placas de Petri en las que cultivaba la bacteria Staphylococcus aureus. Este hongo, el Penicillium notatum, generaba un producto natural que mataba las bacterias. Ese hallazgo casual se considera el inicio de la era de los antibióticos y muchas infecciones mortíferas dejaron de serlo a partir de entonces.

Esta forma más o menos casual de descubrir medicamentos tiene poco que ver con las técnicas actuales. En el Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ) de Tarragona, su director, Miquel Angel Pericàs, lidera un grupo pionero en la aplicación de nuevos métodos de descubrimiento.

La búsqueda de moléculas que curen enfermedades es como jugar con piezas de un rompecabezas, la forma determina si funciona

En su búsqueda de nuevos compuestos que curen enfermedades o que puedan ser de utilidad a la industria para, por ejemplo, mejorar la conservación de productos o su resistencia, los científicos trabajan con una especie de rompecabezas. Sabiendo cómo están organizados los átomos de una molécula es posible predecir cómo encajarán unos con otros y qué propiedades tendrán los frutos de esas uniones. Si en los años 20, Fleming hubiese contado con las técnicas de cristalografía que mostraron cómo se combinan las piezas en los procesos químicos o biológicos, habría podido explicar cómo había funcionado su hongo microbicida.

Los químicos emplean su creatividad y sus conocimientos para plantear uniones con interés posible, pero después es necesario poner a prueba esas ideas para comprobar que funcionan en la realidad. Antes, era necesario probar todas las posibilidades, una a una, pero eso ha cambiado con el cribado de alto rendimiento. “Así se pueden plantear muchos experimentos al mismo tiempo, que en pocos pasos nos lleva a un catalizador [un elemento que acelera o retarda una reacción química, esencial en la industria] eficaz o un fármaco activo contra una enfermedad”, apunta Pericàs.

“En química, hoy en día estamos trabajando en un tipo de procesos que llamamos de bala mágica, en el que consigues en una sola etapa lo que antes requería varias. Por ejemplo, el gran caballo de batalla de la química sintética es la activación del enlace carbono-hidrógeno. Así, a partir de un hidrocarburo que nos proporciona la industria petroquímica podemos obtener un producto muy elaborado”, añade el director del ICIQ. Para alcanzar ese fin, los químicos podrían probar cientos de catalizadores y de condiciones en las que realizar las reacciones, pero si tuviesen que hacerlo secuencialmente, eso supondría años. Y en el mundo de la química actual ese tiempo no está disponible.

“Ahora, cuando un tema explota, el desarrollo en ese campo se produce en meses”, apunta Pericàs. “Hay países como China en los que ponen a grupos de 50 personas a trabajar en un problema, algo que nosotros no nos podemos permitir, y por eso tenemos que contraponer la inteligencia frente a esa fuerza bruta”, continúa.

En su último trabajo, que se publica en la revista Advanced Synthesis & Catalysis, el equipo del ICIQ presentó la generación de una nueva familia de catalizadores que mejoran reacciones industriales poco logradas y lo hacen de una forma más limpia. El camino para lograrlos consiste en una serie de aproximaciones que las nuevas tecnologías han acelerado. “Primero conoces una serie de moléculas orgánicas que, combinadas con un metal, dan lugar a catalizadores. Gracias a un sistema informático puedes hacer una selección previa entre centenares de catalizadores que pueden tener un buen efecto en la reacción que se busca”, cuenta Pericàs. “Esto es como encontrar una aguja en un pajar”, añade. Si encuentran la aguja, ya solo tendrán que buscar que ese proceso se pueda llevar a escala industrial. Si el catalizador aún no es ideal, se puede hacer una segunda ronda analizando estructuras derivadas del catalizador imperfecto hasta llegar a la solución deseada. “Todos estos procesos serían irrealizables sin la nueva tecnología, requerirían años”, indica.

En estos cambios, además de la eficiencia, se busca abaratar los costes y hacer productos menos contaminantes. “Los catalizadores de los coches tienen rodio o platino y los que nosotros diseñamos tienen oxígeno o carbono; son más baratos, con más rendimiento y menos contaminantes”, explica Fernando Bravo, otro de los autores del estudio. En esa línea, la química sintética también busca producir de forma artificial compuestos que ahora se utilizan en medicina, por ejemplo en la lucha contra tumores, que hasta ahora se obtenían de árboles o corales, limitando el anterior impacto ecológico.

Por último, otro de los procesos en los que avanza la química moderna y en el que también trabajan en el ICIQ es la fabricación en flujo continuo. En lugar de hacer lotes, esa especie de ollas en las que se introduce la materia prima y los reactivos y se coloca a la temperatura y la presión adecuada para lograr la pócima buscada, se trata de lograr el mismo objetivo a través de una especie de transformador químico que se coloca junto a un grifo. Así, la cantidad de sustancia necesaria para las reacciones es pequeña, se crean menos contaminantes y se evitan los riesgos técnicos de generar mucho producto de una vez.