El Premio Kavli presenta: Comprender la maquinaria de la célula [Patrocinado]

James Rothman compartió el Premio Kavli en Neurociencia en 2010 por descubrir la base molecular de la liberación de neurotransmisores. ¿Cómo llegó un bioquímico a ganar un premio tan prestigioso en neurociencia?

Este podcast fue producido para el Premio Kavli por Scientific American Custom Media, una división separada de la junta de editores de la revista.megan hall: ¿Cómo le dice el estómago al cerebro que está lleno? ¿Cómo crecen y se dividen las células de nuestro cuerpo? James Rothman se dio cuenta de que la biología fundamental detrás de estos procesos es básicamente la misma. En 2010, compartió el Premio Kavli en Neurociencia con Richard Scheller y Thomas Südhof por su trabajo que detalla cómo las células nerviosas se comunican entre sí a nivel microscópico. Tres años después, recibió el Premio Nobel.

Scientific American Custom Media, en colaboración con The Kavli Prize, habló con James para conocer sus descubrimientos y el futuro de este trabajo.Sala:James Rothman se sorprendió gratamente cuando recibió el Premio Kavli en Neurociencia.James Rothmann: Siempre me consideré un bioquímico primero y un biólogo celular en segundo lugar. Y realmente nunca me consideré un neurocientífico.Sala:Aplicó a un programa de neurociencia en la escuela de posgrado...Rothman:Todo tenía mucho sentido, excepto por el hecho de que no me admitieron.Sala: Pero James no es el tipo de persona que se preocupa por las etiquetas. De hecho, ha explorado una variedad de disciplinas científicas. Como estudiante universitario en Yale, estudió física, quizás en parte porque creció en los años 50.Rothman: Los científicos y los médicos eran realmente los más admirados en la década de 1950. Y fueron los físicos en particular. Einstein, Oppenheimer, gente así.Sala:Pero su padre estaba preocupado por sus opciones de carrera, por lo que convenció a James de que probara un curso de biología.Rothman:Y simplemente me enamoré.Sala:Entonces, abandonó la física y decidió ir a la Escuela de Medicina de Harvard para aprender más sobre biología.Rothman:Al final nunca terminé la escuela de medicina.Sala:Pero, mientras estuvo allí, se topó con el trabajo de su vida.Rothman:Yo era un estudiante de medicina de primer año y estaba escuchando una conferencia en nuestro curso sobre histología y biología celular.Sala: El profesor estaba mostrando imágenes que habían sido capturadas por científicos solo unas décadas antes. Mostraron, por primera vez, cuán compleja es la célula.

Rothman: La célula no es sólo, como un pequeño líquido tonto en el interior. Es un lugar muy organizado. Es más como una ciudad que cualquier otra cosa.

Sala:Esta ciudad dentro de una célula tiene departamentos que comparten información, fábricas que construyen proteínas e incluso maquinaria para mover esas proteínas dentro de una célula y liberarlas fuera de la célula.Rothman:Y si las proteínas van a los lugares equivocados, se pierde la organización de la célula y ya no puede sobrevivir.Sala: James estaba fascinado. Se preguntó, ¿cómo funciona toda esta complejidad? ¿Cómo viaja una proteína formada en una célula al lugar correcto?Rothman:Y tiene que haber una especie de maquinaria diferente, lo llamaré camión de reparto, para llevar la carga, las piezas de trabajo, desde donde comienzan en la fábrica, a través de un almacén en el sistema de distribución, hasta el destino final. .Sala:En ese momento, el biólogo celular George Palade supuso que los pequeños sacos llenos de líquido llamados "vesículas" tenían algo que ver con eso.Rothman: Una vesícula es una pequeña bola, como un globo diminuto. No es más grande que quinientos o mil átomos de hidrógeno, el átomo más pequeño. Y la célula tiene decenas de miles de estas pequeñas vesículas a la vez.Sala:Y están por todas partes...Rothman: Estas diminutas vesículas se encuentran en toda la naturaleza. Se encuentran en cada terminación nerviosa, se encuentran en todo el tracto digestivo donde almacenan, por ejemplo, insulina, en el tracto gastrointestinal, en particular, se encuentran en el páncreas. Y así, se encuentran en todo el cuerpo. George Palade, quien más tarde recibió el Premio Nobel, pensó que estas vesículas eran los camiones de reparto para mover proteínas por todo el cuerpo. Pero no pudo demostrarlo. No podía calcular cuántos tipos diferentes de camiones de reparto o vesículas había. Y en realidad no pudo rastrearlos en la celda desde donde comienzan hasta donde van.Sala:Y lo más importante, no pudo explicar los mecanismos que hacen posible que las vesículas recojan proteínas y las lleven al destino correcto.Sala:Entonces, ¿tu trabajo consistía en averiguar todos esos detalles?Rothman:Sí, lo hice mi trabajo.Sala: ¿Pero cómo? James comenzó basándose en una premisa básica de la bioquímica: que todo lo que sucede dentro de una célula es básicamente una reacción química. Y si puedes aislar esa reacción química, puedes entender cómo funciona.Rothman:Y el medio para hacerlo es, primero y siempre, reproducir el proceso, por complicado que sea, fuera de la célula viva.Sala:Entonces, decidió que la mejor manera de estudiar cómo funcionan las vesículas de transporte era romper las células y recrear las vesículas en un tubo de ensayo.Rothman: Y la organización tridimensional era tan impresionante. Cada parte de la celda estaba en el mismo lugar en cada celda. Llego y digo, bueno, voy a desbaratar esa organización.Sala:Los bioquímicos habían utilizado este enfoque para comprender todo tipo de cosas, desde cómo se fabrican las proteínas hasta cómo se almacena la energía en la célula.Rothman: Y lo único que aún no estaba allí es, ¿podríamos reproducir fuera de una célula los mismos procesos que determinan la organización tridimensional de la propia célula? Esa es la suposición que hice cuando era un joven científico de 25 años, y sabes qué, podría haber estado equivocado.Sala: Resulta que tenía razón. Después de años de prueba y error como postdoctorado en Stanford, pudo recrear todo el proceso de una vesícula que transporta una proteína a un lugar específico en una célula.Rothman: Podríamos tomar esas vesículas y volver a agregarlas a un extracto celular. Y entregarían su carga exactamente en el lugar correcto como si estuvieran en la celda viva.Sala:Después de recrear estas vesículas y luego estudiar cómo transportan las proteínas, James pronto descubrió que el proceso es similar a cómo se entregan los paquetes.Rothman: Cada paquete tiene un código de barras, como un número de seguimiento. El camión tiene que irse y tiene que descargar las entregas con el número de seguimiento correcto.Sala: Pero en lugar de números de seguimiento, las vesículas se estampan con lo que se llama una proteína v-snare. Estas vesículas llegan a su destino flotando y buscando su pareja, llamada trampa en T. Cuando las dos trampas se encuentran, se traban en su lugar o se fusionan.Rothman: Esas proteínas trampa se encuentran en las plantas, en la levadura, en las personas. Hay matices que permiten que las proteínas trampa funcionen en diferentes especies y en diferentes lugares y momentos del organismo. Pero el principio físico básico es general.Sala:El principio es tan general que James resolvió accidentalmente una pregunta de la neurociencia mientras intentaba entender cómo funcionan estas proteínas trampa.Rothman: Mi posdoctorado sabía cómo medir estas proteínas trampa, pero no sabía de qué estaban hechas. Y así, no sabíamos dónde sacarles el máximo partido.Sala:Entonces, comenzaron a examinar diferentes muestras de tejido, buscando el mejor lugar para encontrar altas concentraciones de proteínas trampa.Rothman:Y resultó ser el cerebro.Sala:Utilizaron muestras de un cerebro de vaca para aislar y purificar estas proteínas trampa.Rothman:Y cuando lo identificamos, resultó que ya había proteínas conocidas.Sala:Los neurocientíficos ya habían estado analizando el mismo tipo de muestras para comprender cómo las neuronas del cerebro se conectan y se comunican a través de los pequeños espacios entre ellas, llamados sinapsis.Rothman:No estábamos tratando de hacer eso intencionalmente, queríamos resolver un problema más general.Sala: Pero resulta que su pregunta general, sobre las vesículas y cómo transportan las proteínas, también respondió a una más específica: cómo las vesículas hacen lo mismo para compartir información entre las sinapsis en el cerebro. Todo se reducía a estas proteínas trampa.Rothman: Y una vez que vimos que eran iguales a un subconjunto de los de la sinapsis, podemos identificarlos y decir, bueno, así es como funciona la vesícula sináptica. Es parte de un principio general.Sala: James había resuelto sin querer una pregunta importante sobre cómo funciona el cerebro. Tan importante, que recibió el Premio Kavli. No está mal para alguien que no pudo ingresar al departamento de neurociencia de Harvard. James dice que todo estaba destinado a ser.Rothman:Solo porque tuve la buena suerte de ser rechazado por la neurociencia, pude, esencialmente, por accidente, resolver un problema en neurociencia, en el camino, mientras en realidad estaba tratando de resolver un problema más amplio en biología celular, ¿No es algo gracioso?Sala:James dice que su era de investigación consistía en comprender la maquinaria de una célula, pero los científicos están comenzando a comprender más acerca de las sustancias misteriosas que también se encuentran en la mezcla.Rothman: Hay materiales biológicos en los que estas máquinas se unen de manera que forman un material que se comporta como un sólido continuo, o como un líquido o como una goma elástica. En realidad es muy extraño.Sala:Él dice que comprender estas sustancias extrañas podría transformar nuestro enfoque de la medicina y profundizar nuestra comprensión de cómo funciona el cuerpo.Rothman:Vamos a ver cambios de estado de qué partes de la célula y que aún hoy no entendemos, y aprenderemos a manipularlos y se verán alterados en la enfermedad.Sala:¿Cuál es su consejo para los jóvenes científicos que intentan desentrañar estos misterios?Rothman: Oh, eso es fácil. Nunca aceptes el consejo de un viejo científico.Sala: Él dice que los investigadores de hoy enfrentan desafíos diferentes a los que él enfrentó, incluida menos libertad y financiamiento para asumir grandes riesgos y trabajar en una pregunta durante un largo período de tiempo. Pero si pudiera dar algún consejo general, diría que EE. UU. debería aumentar su financiación para la investigación básica, de modo que los científicos dedicados como él tengan más probabilidades de tropezar intencional o accidentalmente con descubrimientos importantes.Sala:El profesor James Rothman es el presidente del departamento de biología celular de la Facultad de Medicina de Yale, bioquímico y biólogo celular.

En 2010, compartió el Premio Kavli de Neurociencia con Richard H. Scheller y Thomas C. Südhof.

El Premio Kavli honra a los científicos por avances en astrofísica, nanociencia y neurociencia, transformando nuestra comprensión de lo grande, lo pequeño y lo complejo.

El Premio Kavli es una asociación entre la Academia Noruega de Ciencias y Letras, el Ministerio de Educación e Investigación de Noruega y la Fundación Kavli con sede en EE. UU.

Este trabajo fue producido por Scientific American Custom Media y fue posible gracias al apoyo del Premio Kavli.