“Con la cristalografía buscamos la fotografía química del ribosoma”

Esta entrevista apareció originalmente en el número 10 (2011) de la revista CIC Network y la reproducimos en su integridad por su interés.

Venkatraman Ramakrishnan, Premio Nobel de Química 2009 junto con Thomas A. Steiz y Ada Yonath por el estudio de la estructura y función del ribosoma, participó el pasado mes de abril [2011] en un workshop en CIC bioGUNE organizado por la Unidad de Biología Estructural. El Dr. Mikel Valle, investigador principal de uno de los grupos de dicha Unidad y el Premio Nobel aprovecharon la ocasión para mantener esta interesante entrevista en la que repasan la trayectoria del científico de origen indio.

Usted proviene de la India y su padre era bioquímico, lo cual es un trabajo un tanto peculiar. ¿Influyó esto en que se decantara por la ciencia?

Probablemente. Creo que tuve mucho contacto con la ciencia desde una edad temprana. Solía ir a ver a mi padre al trabajo o a dar un paseo con él después, así que la ciencia era algo familiar. Es más, solían visitarnos científicos de todas partes del mundo e incluso se alojaban en nuestra casa. De vez en cuando, mis padres organizaban conferencias con ponentes de Europa o América… Todo eso hizo que me picase el gusanillo de la ciencia. Pero mi padre quería que fuese médico porque como cualquier otro padre, quería que tuviese un futuro estable.

Usted se licenció en física.

Realmente me interesaban las matemáticas, pero todo el mundo me dijo que no encontraría trabajo como matemático, y esto fue antes de la revolución informática. Creo que estaban en lo cierto: había menos salidas. Además, no creo que tuviese tanto talento para las matemáticas. Así que escogí física por afinidad, como solución intermedia: algo práctico que estaba relacionado con las matemáticas.

Después de la licenciatura, se mudó a Ohio, donde se doctoró en física. ¿Qué tipo de trabajo desempeñaba?

Era un físico teórico de la materia condensada, así que investigaba sobre transición de fases y sistemas ferroeléctricos. Pero no estaba satisfecho del todo. Solo me limitaba a realizar cálculos. Cuando lees sobre físicos como Feynman, ves que tienen una perspectiva profunda sobre el problema desde el punto de vista de la física, y sólo entonces realizan los cálculos. Tienen una especie de mente privilegiada que sabe lo que quieren entender, y yo actuaba a ciegas, diciendo: «déjame utilizar esta teoría para hacer esto». Así que no me gustaba mucho, y se debía en parte al entorno donde estaba y a mi propio interés. Me empezaron a atraer muchas otras cosas que desviaban mi atención en la universidad, así que la culpa es prácticamente mía.

Cuando investigas sobre la teoría de la materia condensada, ves que no se han llevado a cabo grandes avances en los últimos cuarenta años. Creo que es un problema del mundo de la física: los problemas fundamentales son realmente difíciles de resolver y precisan de nuevas herramientas o nuevas maneras de abordarlos. Mientras tanto, todo el mundo se dedica a calcular y pierde esa motivación para realizar descubrimientos fundamentales.

No parece que sienta lástima por lo que pudo ser y no fue.

De alguna manera sí. Creo que para hacer algo realmente innovador en física tienes que ser increíblemente inteligente. Si los problemas cesan, la gente lo sabe. Pero en biología es distinto porque hay muchos campos que explorar, y para realizar avances no necesitas ser un genio.

Entonces se decantó por la biología.

La biología molecular estaba en auge. A mediados de los 70 se empezaban a hacer los primeros descubrimientos sobre las secuencias de ADN, la metodología de ADN recombinante empezaba a despuntar… Era fascinante adentrarse en ese campo.

Y la contribución de los físicos era fundamental para esa revolución, ¿verdad?

En parte, sí. Gente tan perspicaz como Francis Crick, Max Delbrück… provenían del mundo de la física.

Así que volvió a la universidad como estudiante.

Sí, es poco común, incluso en Estados Unidos. Escribí a varias universidades porque no quería hacer un postdoctorado, ya que pensé que si cambiaba la física teórica por un postdoctorado en algún laboratorio, sólo podía ser uno donde yo pudiese utilizar mis conocimientos en física, y tendría muy pocos antecedentes. Así que escribí a varios sitios. El presidente de la Universidad de Yale me dijo que no me admitían como estudiante y me recomendó que enviase mi curriculum a varios departamentos de la Facultad. Me dijo: «si alguien te disuade para que no hagas tu postdoctorado, puedes hacer la transición por ese camino». Me respondieron dos personas: Don Engelman y Tom Steitz, pero no accedí porque no me sentía preparado para un postdoctorado, así que volví a la escuela de posgrado.

Entonces quería profundizar en la biología.

Quería tener un buen bagaje antes de escoger algo, porque, de lo contrario, iría a un laboratorio solo porque me habían aceptado, ya que no tenía formación tradicional y eso no era precisamente lo que más me interesaba. Así que el primer año hice todo tipo de cursos: genética, bioquímica, biología celular… todas las cosas básicas. El segundo año también, y trabajé en laboratorio de membranas para dedicarme a la investigación.

Resulta curioso que Tom Steitz fuera uno de los científicos que le ofreciese un puesto (Tom Steitz y Ada Yonath fueron los dos científicos que compartieron el Premio Nobel de Química de 2009 con Venki Ramakrishnan).

Sí, y cuando me decidí por un postdoctorado, decidí escribir a una de las personas de Yale que me respondió en su día, pero no a Tom, sino a Don Engelman. Lo hice porque leí un artículo que él y Peter Moore habían publicado en Scientific American sobre ribosomas utilizando la dispersión de neutrones. Solía leer mucho Scientific American. Así que pensé que si me escribió para ofrecerme un postdoctorado, podría seguir interesado en aquel entonces. Yo estaba interesado en membranas, y Engelman es muy afín a ese campo, así que le escribí. Me contestó que no tenía ningún puesto relacionado con la temática, pero que había un puesto postdoctoral sobre un proyecto de ribosomas, y que si yo estaba interesado, lo pondría en conocimiento de Peter Moore. Acepté. Peter vino a San Diego para una reunión y después de la charla, me ofreció el puesto.

¿Se interesó inmediatamente por los ribosomas?

Sí, me resultó interesante. En cuanto leí el artículo de Scientific American, me di cuenta de la importancia de los ribosomas. En principio, parecía complicado para una persona con formación en física afrontar el engranaje molecular de los ribosomas, puesto que se puede enfocar desde un punto de vista físico pero también biológico, así que hay que saber un poco de todo. Era un verdadero reto y, en mi opinión, un problema que perduraría en el tiempo, no simplemente hacer el postdoctorado y después encontrar algo más que hacer.

¿Y empezó con la cristalografía por rayos X?

No, no lo hice hasta que obtuve un puesto fijo. Mi formación estaba orientada a métodos biofísicos: dispersión de neutrones, ultracentrifugación y cosas similares. Así que apliqué todas esas teorías para la cromatina y los ribosomas. Y después, Brookhaven, tenía un sistema de profesores numerarios y me preguntaron qué haría si obtuviese el puesto. Respondí que mis técnicas eran limitadas y que tenía que aprender cómo hacer estructuras de alta resolución para crear un vínculo entre la química y la función. Entonces quise cambiar mi enfoque. Para ello me tomé un año sabático. Era algo raro dejar un trabajo para el cual te habían dado un puesto permanente, pero fueron comprensivos.

Su siguiente destino fue Utah donde ya se metió de lleno en la cristalografía.

Cuando conseguí el puesto permanente a finales de los 80 fui a Cold Spring Harbour para hacer un curso de cristalografía. Esto fue en octubre de 1988. Tuve rostros conocidos como Hans Deisenhofer, que ganó un premio Nobel por los centros de reacción un día después de que el curso finalizase. Después estuve un año sabático en el MRC (en 1992). Por aquel entonces, había recabado dos series de datos: una sobre la proteína ribosomal S5 y otra sobre la histona H5 de la cromatina. A pesar de no saber cómo resolver las estructuras, me llevé los datos conmigo y en el MRC aprendí cómo analizar los datos, cómo interpretar mapas y resolver estructuras. A finales de año había escrito dos artículos que se publicaron en Nature, así que fue un año sabático lleno de éxito. Y cuando volví, Steve White -quien había empezado dicho proyecto en Berlín- y yo pasamos los siguientes años trabajando en estructuras de proteínas ribosomales individuales. Mientras tanto, apliqué todos estos métodos de clonación porque el sistema T7 se había desarrollado en Brookhaven, así que sacaba ventaja a la mayoría de los biólogos estructurales. Las personas implicadas en este desarrollo estaban en la puerta de al lado, así que éramos capaces de sobreproducir proteínas ribosomales para después empezar a resolver sus estructuras.

Así que la estrategia consistía en esclarecer la estructura de proteínas ¿quizá proteínas con pequeños trozos de ARN?

Ese era el próximo paso, resolver el complejo L11-arn, puesto que era el centro de unión de la tioestreptona (antibiótico) y de factores de elongación como el EF-G que ayuda al ARNt y al ARNm a moverse a través del ribosoma. Pensamos que sería un complejo interesante que a su vez estaba muy bien caracterizado. Y conseguimos resolver su estructura.

Pero entonces, te das cuenta de que no has aprendido nada de esas proteínas. La primera era interesante y se publicó en Nature, pero las siguientes fueron menos interesantes, y de nuevo el complejo proteína-arn era una gran historia y se publicó en Cell, aunque otra vez te dabas cuenta que no decía mucho sobre cómo interactuaban con el factor y cómo funcionaba el ribosoma. Y si se tienen en cuenta todos los fragmentos proteína-ARN, se necesitaría una in gente cantidad de trabajo que precisaría, para cada uno, unos cinco años de dedicación. Y pensé que era el momento idóneo para abordar el problema en su totalidad. Como ya existían buenos cristales de la subunidad 50S, no quería abordarlo por ahí, así que pensé que podría mejorar los cristales de la subunidad 30S, que por aquel entonces, estaban a 8-10 ángstroms de resolución. Y tuve algunas ideas que todavía no se habían desarrollado: la unión del IF3 con la subunidad 30S y su posible inmovilización o algo similar, para conseguir obtener mejores cristales. Pero antes de eso probamos a cristalizar la subunidad 30S por sí misma, para ver si podíamos reproducir los cristales y conseguimos una buena difracción cuando prestamos especial atención al aspecto bioquímico.

¿Cuál fue el factor clave para conseguir unos buenos cristales?

En 1995, cuando fui a Utah, intenté abordar el problema en su totalidad. Después de un año para poner en marcha el laboratorio e incorporar a dos estudiantes, las cosas comenzaron a ir mejor. Conseguimos nuestros primeros cristales y corrimos un gel con ellos. Nos dimos cuenta de que cuando hacías subunidades 30S, contenían una mezcla de subunidades con una proteína S1 -responsable de algunas actividades, pero no necesaria para la mayor parte de las funciones ribosomales- y subunidades sin dicha proteína. Se sabe que la proteína tiene una unión débil y descubrimos que los cristales de ribosomas carecían de dicha proteína. En consecuencia, procedimos a retirar sistemáticamente la proteína y esto nos permitió reproducir grandes cristales difractivos, lo que supuso un avance muy importante. Otra de las innovaciones fue pensar en cómo afrontaríamos el problema cristalográfico, porque personas como Ada Yonath tenían cristales de la subunidad 50S desde hacía mucho tiempo, y no estaban haciendo grandes progresos en conseguir una estructura creíble.

Estaba claro que se necesitaban nuevas ideas. Y el grupo de Yale tenía una serie de ideas con las que comenzar. Y mi idea era utilizar dispersiones anómalas para lograr las fases. Esa idea se utilizó finalmente por el grupo de Yale, tanto nosotros como Jamie Cate. No era una idea con peso, pero era la idea correcta. Por aquel entonces, el grupo de Yale había ideado cómo empezar con las fases de baja resolución a partir de grupos de átomos pesados. No creo que esto sea absolutamente necesario (porque actualmente existen buenos métodos que ayudan a localizar dispersiones anómalas directamente), pero la verdad es que su propuesta fue una forma fácil de empezar.

Después de este logro, en el año 2000 se obtuvieron estructuras con una nueva percepción sobre la codificación, y ahora existen muchas estructuras de cristales. Si ya ha resuelto la estructura del ribosoma, ¿qué le queda por hacer?

Cada vez es más difícil encontrar estudiantes y postdoctores. La importancia inicial del logro ya no existe. Pero si realmente te interesan los mecanismos, tienes que imaginarte el ribosoma como una máquina grande, como un coche complicado, como un Ferrari o un Porsche. Digamos que eres un marciano y vienes a la Tierra. Al principio todo lo que sabes es que esa cosa -el coche- lleva gasolina, emite CO2, las ruedas giran y se mueve. Pero si abres el capó y ves la máquina, te das cuenta de que es mucho más compleja. Si ves la máquina cuando no está trabajando, puede que te hagas una idea de cómo funciona pero no sabes realmente cómo lo hace. Y lo que tienes que hacer es sacar fotos de la máquina desde distintos puntos mientras está en funcionamiento, y hacer una película. Eso te dará una idea más clara, no te lo contará todo. Su funcionamiento no se deduce haciendo fotos, sino que se explica desde el punto de vista de la bioquímica, de los cálculos de dinámica molecular, etc. Pero cuantas más fotos tengas, mejor la entenderás. Y por supuesto, personas como tú pueden tomar muchos fotogramas de la película, pero la ventaja de la cristalografía es que puedes ver directamente dónde interactúan los grupos químicos, los cambios que se producen, etc. La cristalografía de alta resolución proporciona un nivel de comprensión para los factores de liberación, estructuras como la de los complejos con EF-Tu, etc. Esa es la idea: tener una fotografía química de la máquina.

¿Ha cambiado alguna vez de estrategia para obtener cristales de su complejo teniendo en cuenta datos de baja resolución de mapas obtenidos por criomicroscopía electrónica?

No, Tom Steitz decía: «La vida es todo puentes de hidrógeno». Si quieres comprender la química, entonces necesitas la alta resolución, tienes que hacer eso. La criomicroscopía electrónica posee un gran valor, y especialmente combinando estructuras de cristales con complejos. Muchos de esos complejos no cristalizan porque son demasiado dinámicos o son materiales con una estabilidad limitada. Así que creo que hay hueco para los dos. De hecho, tengo intención de tomarme un año sabático para formarme en criomicroscopía electrónica. Creo que si preguntas a un genetista o a un bioquímico sobre cuál preferirían tener, se decantarían, sin duda alguna, por la estructura de cristal.

En definitiva ¿al final está usted trabajando en bioquímica o biología molecular?

Me veo como un bioquímico de ribosomas. No se debería definir a las personas por la técnica empleada, porque si me llamase cristalógrafo en vez de bioquímico de ribosomas, entonces yo diría «sois biólogos de gel», porque lo que algunos hacen es correr geles. Utilizan el gel como una técnica, y yo uso rayos x como técnica.

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por CIC Network

Esta anotación participa en el IV Festival de la Cristalografía organizado por Flagellum.