Puesta a punto en motores moleculares F¨ªsicos, qu¨ªmicos y bi¨®logos se unen para desentra?ar las m¨¢quinas de los seres vivos

El presidente de Estados Unidos, Bill Clinton, ha anunciado una Iniciativa Nacional para la Nanotecnolog¨ªa que, si es aceptada por el Congreso de ese pa¨ªs, se traducir¨¢ en un aumento en un 84% del presupuesto de investigaci¨®n en ese ¨¢rea.Se trata de ampliar hacia lo min¨²sculo (un nan¨®metro es la millon¨¦sima parte de un mil¨ªmetro) los l¨ªmites de los chips electr¨®nicos pero tambi¨¦n de explorar el universo de las nanom¨¢quinas, de las cuales los motores celulares son los representantes m¨¢s fascinantes. Estos motores sirven tanto para mover las c¨¦lulas como para transportar las mol¨¦culas o contraer los m¨²sculos. Son los modelos en los que se fijan los cient¨ªficos para avanzar hacia futuras f¨¢bricas microsc¨®picas de la mano de nuevas herramientas.

"La vida de las c¨¦lulas est¨¢ marcada por estas m¨¢quinas", confirma Jacques Prost, f¨ªsico te¨®rico del Instituto Curie (Francia). "Ellas transportan los neurotransmisores de un extremo a otro de las c¨¦lulas nerviosas, permiten que los m¨²sculos se contraigan, pinzan y separan los cromosomas". Se las encuentra por todas partes. Tanto en el intestino como en el o¨ªdo interno. Identificados desde hace tiempo, estos motores empiezan s¨®lo ahora a entregar los secretos de su funcionamiento.Los mec¨¢nicos que se interesan por ello -f¨ªsicos y qu¨ªmicos as¨ª como b¨®logos- distinguen motores moleculares lineales y rotativos. Los primeros son los m¨¢s numerosos, repartidos en tres grandes familias de prote¨ªnas: el cuerpo humano acoge unas 50 quinesinas diferentes, y se calcula que el ser vivo esconde m¨¢s de 400 miosinas repartidas en 12 formas principales, mientras que la dineina, m¨¢s grande y menos conocida, sirve para propulsar las c¨¦lulas provistas de flagelos.

La quinesina, probablemente, es la mol¨¦cula m¨¢s curiosa de todas. Formada por dos piernas y una doble cabeza con la que se engancha a una ves¨ªcula que contiene los productos que transporta, esta mol¨¦cula se desplaza paso a paso a lo largo de estructuras filamentosas que son como otras tantas v¨ªas de tren en las c¨¦lulas. Este expreso viaja a una velocidad de 3,6 mil¨ªmetros / hora, por pasos sucesivos de 8 millon¨¦simas de mil¨ªmetro, como ha demostrado Steven Block (Universidad de Stanford, EE UU), una de las figuras m¨¢s importantes de este campo, que ya se ha entretenido en enganchar unas bolitas a las quinesinas para medir su capacidad de tracci¨®n.

Atravesar una charca Despu¨¦s de ¨¦l, algunos como Viola Vogel, de la Universidad de Washington (EE UU), ya est¨¢n pensando en construir circuitos ferroviarios que permitir¨ªan la entrega de mol¨¦culas. "Este motor funciona igual que lo har¨ªa una persona pasando de una piedra a otra al atravesar una charca", se?ala Ronald Vale, de la Universidad de California (EE UU) cuyo equipo acaba de describir h¨¢bilmente 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 microt¨²bulos.

Las miosinas, bien conocidas por los estudiantes, son igualmente interesantes. Intervienen sobre todo en las c¨¦lulas musculares. Constituidas por un filamento helicoidal, se componen de dos cabezas bulbosas, que entran en contacto con filamentos de actina, mol¨¦culas que algunos comparan a los huesos de la c¨¦lula. Al replegarse, estos bulbos provocan el desplazamiento de la actina, lo que puede permitir tanto la contracci¨®n de una c¨¦lula muscular como la reptaci¨®n de un gl¨®bulo blanco o de una ameba. Para Prost, el comportamiento colectivo de las miosinas encierra muchas sorpresas. "Nosotros hemos predicho la existencia de oscilaciones espont¨¢neas 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 c¨¦lulas musculares procedentes del lomo de los conejos.

Si bien la naturaleza es una gran especialista en el motor lineal, no ha olvidado explorar el ¨¢mbito de los motores rotativos, que en nuestro mundo macrosc¨®pico son patrimonio de la industria. En 1998, el japon¨¦s Kazuhiko Kinoshita y su equipo demostraron, por primera vez en el mundo, la existencia de una m¨¢quina semejante, cuyo di¨¢metro no supera los 10 nan¨®metros (milmillon¨¦simas de mil¨ªmetro) ?C¨®mo puede ser posible algo as¨ª?

A esta escala, no se trata de fresar o fabricar piezas, sino, m¨¢s sencillamente, de tomar una mol¨¦cula bien conocida por los bi¨®logos:una enzima energ¨¦tica de la clase de las adenosintrifosfatasas, sobre la que se ten¨ªan algunas sospechas. El m¨¦rito de Kinoshita y de su equipo es haber sabido fijar a este artefacto un peque?o filamento fluorescente de actina, cuya r¨¢pida rotaci¨®n puede ser detectada enseguida por un sistema de v¨ªdeo. Prost afirma que "es un trabajo excelente", y as¨ª lo corrobora Christian Joachim, del Cernes/CNRS, en Toulouse (Francia), quien a?ade que "son muchos los que quieren repetir este magn¨ªfico experimento".

As¨ª, un equipo de Cornell University (EE UU) dirigido por Carlo Montemagno, intenta hoy en d¨ªa ir m¨¢s all¨¢ y fabricar una m¨¢quina semejante, literalmente fijada a un soporte de n¨ªquel. Si creemos una informaci¨®n aparecida en la revista Nanotechnology y fechada en septiembre de 1999, este dispositivo habr¨ªa funcionado despu¨¦s de haber sido sumergido en un ba?o de adenosintrifosfato (ATP), sustancia que es al ser vivo lo que la gasolina o la electricidad es al motor.

Prudente, Montemagno recuerda que todav¨ªa 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 tecnolog¨ªa que no estaba llamada a producir una aplicaci¨®n ¨²til antes del 2050, ya se ha dado un paso enorme".