Puesta a punto en motores moleculares Físicos, químicos y biólogos se unen para desentrañar las máquinas de los seres vivos

El presidente de Estados Unidos, Bill Clinton, ha anunciado una Iniciativa Nacional para la Nanotecnología que, si es aceptada por el Congreso de ese país, se traducirá en un aumento en un 84% del presupuesto de investigación en ese área.Se trata de ampliar hacia lo minúsculo (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro) los límites de los chips electrónicos pero también de explorar el universo de las nanomáquinas, de las cuales los motores celulares son los representantes más fascinantes. Estos motores sirven tanto para mover las células como para transportar las moléculas o contraer los músculos. Son los modelos en los que se fijan los científicos para avanzar hacia futuras fábricas microscópicas de la mano de nuevas herramientas.

"La vida de las células está marcada por estas máquinas", confirma Jacques Prost, físico teórico del Instituto Curie (Francia). "Ellas transportan los neurotransmisores de un extremo a otro de las células nerviosas, permiten que los músculos se contraigan, pinzan y separan los cromosomas". Se las encuentra por todas partes. Tanto en el intestino como en el oído interno. Identificados desde hace tiempo, estos motores empiezan sólo ahora a entregar los secretos de su funcionamiento.Los mecánicos que se interesan por ello -físicos y químicos así como bólogos- distinguen motores moleculares lineales y rotativos. Los primeros son los más numerosos, repartidos en tres grandes familias de proteínas: el cuerpo humano acoge unas 50 quinesinas diferentes, y se calcula que el ser vivo esconde más de 400 miosinas repartidas en 12 formas principales, mientras que la dineina, más grande y menos conocida, sirve para propulsar las células provistas de flagelos.

La quinesina, probablemente, es la molécula más curiosa de todas. Formada por dos piernas y una doble cabeza con la que se engancha a una vesícula que contiene los productos que transporta, esta molécula se desplaza paso a paso a lo largo de estructuras filamentosas que son como otras tantas vías de tren en las células. Este expreso viaja a una velocidad de 3,6 milímetros / hora, por pasos sucesivos de 8 millonésimas de milímetro, como ha demostrado Steven Block (Universidad de Stanford, EE UU), una de las figuras más importantes de este campo, que ya se ha entretenido en enganchar unas bolitas a las quinesinas para medir su capacidad de tracción.

Atravesar una charca Después de él, algunos como Viola Vogel, de la Universidad de Washington (EE UU), ya están pensando en construir circuitos ferroviarios que permitirían la entrega de moléculas. "Este motor funciona igual que lo haría una persona pasando de una piedra a otra al atravesar una charca", señala Ronald Vale, de la Universidad de California (EE UU) cuyo equipo acaba de describir hábilmente el proceso de desplazamiento en la revista Nature (16 de diciembre de 1999). Pero las cosas no son tan sencillas: se han observado quinesinas dotadas de una sola pierna, y capaces sin embargo de progresar a lo largo de microtúbulos.

Las miosinas, bien conocidas por los estudiantes, son igualmente interesantes. Intervienen sobre todo en las células musculares. Constituidas por un filamento helicoidal, se componen de dos cabezas bulbosas, que entran en contacto con filamentos de actina, moléculas que algunos comparan a los huesos de la célula. Al replegarse, estos bulbos provocan el desplazamiento de la actina, lo que puede permitir tanto la contracción de una célula muscular como la reptación de un glóbulo blanco o de una ameba. Para Prost, el comportamiento colectivo de las miosinas encierra muchas sorpresas. "Nosotros hemos predicho la existencia de oscilaciones espontáneas que pueden corresponder al batir de las alas en las avispas y las abejas o al de los flagelo", indica. Signo de la prodigiosa unidad del ser vivo, estas oscilaciones se han observado en las células musculares procedentes del lomo de los conejos.

Si bien la naturaleza es una gran especialista en el motor lineal, no ha olvidado explorar el ámbito de los motores rotativos, que en nuestro mundo macroscópico son patrimonio de la industria. En 1998, el japonés Kazuhiko Kinoshita y su equipo demostraron, por primera vez en el mundo, la existencia de una máquina semejante, cuyo diámetro no supera los 10 nanómetros (milmillonésimas de milímetro) ¿Cómo puede ser posible algo así?

A esta escala, no se trata de fresar o fabricar piezas, sino, más sencillamente, de tomar una molécula bien conocida por los biólogos:una enzima energética de la clase de las adenosintrifosfatasas, sobre la que se tenían algunas sospechas. El mérito de Kinoshita y de su equipo es haber sabido fijar a este artefacto un pequeño filamento fluorescente de actina, cuya rápida rotación puede ser detectada enseguida por un sistema de vídeo. Prost afirma que "es un trabajo excelente", y así lo corrobora Christian Joachim, del Cernes/CNRS, en Toulouse (Francia), quien añade que "son muchos los que quieren repetir este magnífico experimento".

Así, un equipo de Cornell University (EE UU) dirigido por Carlo Montemagno, intenta hoy en día ir más allá y fabricar una máquina semejante, literalmente fijada a un soporte de níquel. Si creemos una información aparecida en la revista Nanotechnology y fechada en septiembre de 1999, este dispositivo habría funcionado después de haber sido sumergido en un baño de adenosintrifosfato (ATP), sustancia que es al ser vivo lo que la gasolina o la electricidad es al motor.

Prudente, Montemagno recuerda que todavía hay mucho que hacer antes de pensar en las aplicaciones, y parodia por un momento al conquistador de la Luna, Neil Armstrong, al subrayar que "para una tecnología que no estaba llamada a producir una aplicación útil antes del 2050, ya se ha dado un paso enorme".