Cristalografía de proteínas: una alternativa en el desarrollo de fármacos

Manuel Soriano García descubrió las propiedades medicinales en el amaranto, la curcumina y el selenio a partir de la cristalografía de proteínas. Su investigación científica se fusiona con la producción de fármacos naturales que han logrado mejorar de manera notable la salud y alimentación de miles de mexicanos.

Manuel Soriano García es doctor en biofísica con especialidad en cristalografía de rayos X por el Departamento de Biofísica de la Universidad Estatal de Nueva York en Búfalo, Estados Unidos. Su formación doctoral estuvo bajo la supervisión del profesor Herbert A. Hauptman, quien fue premio Nobel de Química en 1985. Es miembro nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

Es fundador de la disciplina cristalografía de rayos X de moléculas pequeñas y de proteínas en México; determinó la primera estructura tridimensional de una proteína en Latinoamérica, empleando la técnica de difracción de rayos X.

Actualmente imparte la Cátedra Leopoldo Río de la Loza Guillén en el Área de Química, División de Ciencias Básicas e Ingeniería de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), unidad Azcapotzalco.

En el marco del ciclo de conferencias La ciencia en tu universo, que recientemente cumplió cinco años realizándose en la UAM Azcapotzalco, Manuel Soriano impartió una cátedra titulada Impacto de la cristalografía en el diseño de fármacos.

El investigador planteó una introducción a la cristalografía de fármacos, el proceso de creación de fármacos organoselenidos para combatir la inflamación crónica en la artritis reumatoide y la utilización de semillas de amaranto en la producción de alternativas naturales para combatir diversas enfermedades.

Difracción por rayos X para el diseño de fármacos

Manuel Soriano explicó que para este proceso es necesario conocer la estructura tridimensional de la proteína que se utilizará. Si no se tiene esta información a priori, es necesario determinar la estructura molecular empleando la difracción de rayos X.

El costo de los estudios farmacológicos es muy alto y en México no se cuenta con la tecnología suficiente para este tipo de análisis, por lo que se hace uso de aproximaciones virtuales en lo que se conoce como ensayos in silico. Esto permitirá conocer el tipo de interacción en cuanto a formación de puentes de hidrógeno, interacciones electroestáticas y otras vinculaciones entre la proteína a utilizar y el fármaco con el que se fusionará.

Las proteínas poseen una cadena de aminoácidos que, al ser sometida al proceso de resonancia magnética nuclear y de cristalografía de rayos X, se puede determinar la posición exacta de los átomos en la proteína, además de que permite conocer cómo están constituidos los sistemas biológicos, cómo crecen y también cómo mueren.

Lo complicado de este proceso, asegura Manuel Soriano, es cristalizar las proteínas. Una de las técnicas que utiliza el investigador es la difusión de vapor en gota suspendida. En este proceso se utiliza 50 por ciento de agente precipitante y 50 por ciento de proteína. Antes de que precipite la gota, se forma el cristal. Posteriormente, este es bañado con un haz de rayos X con la intención de dispersar la radiación.

El cristal es un objeto tridimensional que posee átomos, iones y moléculas, los cuales tienen periodicidad en tres dimensiones, es decir, se repiten constantemente. La cualidad luminiscente de los cristales permite la dispersión de la radiación con la que es bañado. El cristal debe estar encapsulado y en constante radiación ya que, de lo contrario, pierde moléculas de agua y se disuelve. Posterior a la obtención del cristal, se realiza una captación de datos y se determina la estructura en tercera dimensión para proceder con su refinamiento.

El proyecto de diseño de fármacos inicia por una necesidad

Hace algunos años, al investigador Manuel Soriano le diagnosticaron artritis reumatoide por lo que, al no contar con medicamentos eficientes para tratar la enfermedad, se dispuso a crear un antídoto para contrarrestar la inflamación crónica.

La artritis reumatoide es una enfermedad autoinmune que produce un proceso inflamatorio crónico degenerativo que causa dolor intenso, rigidez, hinchazón y pérdida del movimiento de las articulaciones.

Tras un periodo de investigación y experimentación, Manuel Soriano encuentra que en la química del selenio convergen propiedades antioxidantes, antitumorales, antimicrobianas, antivirales, antihipertensivas y antiinflamatorias.

El objetivo principal de esta investigación fue la síntesis de organoselenidos y probar su potencial terapéutico como agente antiinflamatorio. Para esto, se sintetizaron organoselenidos con estructura similar a la aspirina y al paracetamol que posteriormente se agregan a los analgésicos.

Los organoselenidos llegan a su sitio receptor gracias a la albúmina, que es la principal proteína de transporte en la sangre. La albúmina controla las sales en el cuerpo y es la encargada de transportar ácidos grasos, ácido úrico, bilirrubina, tiroxina y diversos fármacos como la aspirina.

El resultado de este proyecto fue completamente exitoso ya que el doctor afirma haber contrarrestado completamente los efectos degenerativos e inflamatorios de la artritis reumatoide.

Utilidad y beneficios de las proteínas de amaranto

El Amaranthus hypochondriacus es una planta monoica. Esto quiere decir que se presentan ambos sexos en la misma planta, a estas especies también se les conoce como hermafroditas.

Esta especie de amaranto es una hierba inmarcesible cuyos tallos pueden crecer hasta 250 centímetros de largo con una cantidad de diez a quince mil semillas por hoja.

Las proteínas de almacenamiento del amaranto gozan de un alto contenido de aminoácidos esenciales. El contenido de lisina y de aminoácidos con azufre es alto comparado con otros cereales y leguminosas. Otras proteínas de amaranto son las proteínas transportadoras de lípidos (LTP), las proteínas con actividad antimicrobiana y las proteínas con actividad antifúngica. Además, es un antidepresivo natural.

El proceso que realizó Manuel Soriano consistió en la “Purificación, cristalización y estructura de las globulinas de amaranto”, investigación que mereció la condecoración del Premio Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos en 1999, Área de Investigación Profesional en Ciencia de los Alimentos, patrocinado por Conacyt y la Industria Mexicana de Coca-Cola.

La actividad antifúngica de la proteína de amaranto le permitió al investigador Manuel Soriano desarrollar un remedio para la candidiasis vaginal, un hongo que es capaz de transportarse por la sangre e infectar diversas partes del cuerpo de las mujeres que lo padecen.

Además de este antídoto, desarrolló una vasta cantidad de productos alimenticios y cosméticos que derivan de la síntesis del amaranto, los cuales se encuentran a disposición del público en su empresa Gastronomía Molecular.

En la conferencia, Manuel Soriano también explicó las propiedades que encontró en su experimentación con derivados de curcumina, un compuesto colorante natural procedente de la planta de la cúrcuma. La curcumina propicia la inhibición de la acetilcolinesterasa (AChE).

La AChE es una enzima que se encuentra en los glóbulos rojos y en los tejidos nerviosos y se asocia con la enfermedad cerebral irreversible conocida como Alzheimer. Con la síntesis de derivados de curcumina se favorece la inhibición de AChE, lo que mejora la capacidad de conocimiento y memoria en el paciente producido por un proceso sináptico adecuado.

¿Puede un investigador científico ser empresario?

Manuel Soriano fundó y comenzó las operaciones de la empresa Gastronomía Molecular, S.A. en 2004. La compañía logró transformar las investigaciones en materias de química estructural, bioquímica, farmacéutica, biotecnología y cristalografía, en productos comerciales para la alimentación saludable del público mexicano.

De 2010 a 2012, el Proyecto SE-Conacyt permite establecer la planta piloto de Gastronomía Molecular. En 2012, el loable proyecto es acreedor al Premio Ciudad Capital: Ing. Heberto Castillo en Innovación Tecnológica. En 2014, Manuel Soriano gana el Premio Nacional del Emprendedor en el área de microempresa, y en el mismo año, la empresa triunfa en el Premio Nacional de Salud, Coparmex.

Además de los numerosos productos en venta que se pueden encontrar en el catálogo en línea de la tienda, el fundador de Gastronomía Molecular está trabajando en múltiples proyectos que pretenden la creación de fármacos para el tratamiento de la esquizofrenia, bipolaridad y ansiedad, fármacos para el tratamiento de problemas de inflamación de la próstata, agentes de origen natural para el control de metales pesados presentes en el medio ambiente, productos cosméticos y agroquímica molecular.

Fuente: CONACYT.