Extractos de Ciencia

La industria de la ciencia frente a la Covid-19

Alberto Ruiz Jimeno
Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC) Santander


Con este escrito inicio una serie de contribuciones que he llamado “Extractos de ciencia”, en la que quiero hacer difusión de la misma, recogiendo algunas de las noticias científicas más destacadas del momento, particularmente en el campo de la física.
En esta ocasión, dado el momento especial que nos ha tocado vivir como consecuencia de la pandemia de la Covid-19, quiero hacerme eco de la actividad que se ha realizado a nivel mundial, por parte de las grandes instalaciones científicas, con el fin de combatir la pandemia o ayudar a buscar soluciones en torno a la misma.
Hay un conjunto notable de instalaciones científicas, muchas de ellas de carácter internacional, con instrumentación específica para estudios diversos de investigación básica, que les permite el análisis del coronavirus SARS-CoV-2.

La industria de la ciencia frente a la Covid-19

Credito: Diamonf Light Source (UK

Prácticamente todas ellas han dejado momentáneamente su actividad de investigación básica, para centrarse en el tratamiento de la enfermedad. Sus estudios contribuirán a la búsqueda de tratamientos contra la enfermedad y mejorarán el conocimiento frente a futuras pandemias.
Algunas de estas instalaciones han surgido como una aplicación a la sociedad de los grandes aceleradores de partículas, esas máquinas que revolucionaron la industria de la ciencia a mediados de los años cincuenta, con el objetivo de explorar el Universo en sus primeros instantes desde su formacióni.
Las instalaciones más enfocadas a este tratamiento son las que producen rayos-X con los que pueden descifrar la estructura tridimensional de las proteínas del coronavirus y buscar remedios contra su propagación. Son los grandes laboratorios de radiación-sincrotrónii (radiación electromagnética producida por el frenado de partículas, como los electrones, cuando se les hace pasar por ciertos dispositivos que modifican sus trayectorias).
Entre las más activas en esta época de pandemia se encuentran los Laboratorios Nacionales de Argonne (ANL), Berkeley (LBL) y Brookhaven (BNL) y el Centro de Aceleradores Lineales de Stanford (SLAC), en USA; la Fuente de Luz (Diamond Light Source) del Reino Unido; la fuente BESSY II de Berlín, en Alemania; la Gran Facilidad Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF), en Francia; y el Gran Sincrotrón de Shanghai, en China. En todos los casos utilizan cristalografía de rayos-X (estudios de difracción de la radiación) para desentrañar las estructuras de las proteínas del coronavirus, habiendo analizado muchas de sus 29 proteínas, particularmente la proteasa Mpro. Esta proteasa interviene activamente en la replicación del virus. Otras proteínas que interfieren con el sistema inmune han sido, asimismo, analizadas.

Varios grupos de investigadores están activos en estos análisis y sus resultados los han publicado en bancos de proteínas mundial, como PDB, de acceso abierto. Varias compañías farmacéuticas trabajan en colaboración con los grupos de investigación.
Otras instalaciones utilizan neutrones producidos en la colisión de electrones acelerados con blancos pesados, las llamadas fuentes de espalación, como el Instituto Laue-Langevin (ILL), en Francia o el Laboratorio Nacional Oak Ridge, en USA. La cristalografía con neutrones se basa en las reacciones de éstos con los núcleos atómicos de las proteínas, que puede hacerse a temperatura ambiente, sin dañarlas. En el caso de los rayos X la temperatura utilizada suele ser de 100 Kelvin (-173 grados centígrados).
La tercera técnica ha sido utilizar electrones, mediante el método denominado “cryo-EM”, microscopía electrónica a muy baja temperatura. Esta técnica se ha utilizado para caracterizar a las proteínas de punta que sobresalen en la superficie del coronavirus, produciendo su infiltración en las células.
Las grandes instalaciones de aceleradores, como el CERN, también han aprovechado su gran dosis de conocimiento para la lucha contra la pandemia. Concretamente han explotado la enorme experiencia en cómputo y tecnología para el desarrollo de programas de almacenamiento y tratamiento de grandes cantidades de datos, así como del desarrollo de tecnologías punterasiv.
El día 26 de Marzo de 2020, la Dirección General del CERN estableció la tarea “con el fin de recoger y coordinar las ideas y las posibles contribuciones de la comunidad científica del CERN en la lucha contra la COVID-19”.
La industria de la ciencia frente a la Covid-19

Credito: CERN

Algunas de las iniciativas en marcha son las siguientes: utilización de detectores semiconductores, tomografía computerizada incluyendo técnicas mejoradas de color, mejora  de la calidad durante la irradiación, nuevos sistemas de ventiladores mecánicos para coronavirus, sensores de deteción de proximidad de posibles transmisores de la infeccion, sistemas de toma de datos y control para telemedicina, inteligencia artificial en tomografía computerizada y rayos-X, analítica de datos para control de la extensión de la pandemia…

En conclusión, la importancia de la investigación básica y las grandes instalaciones para el avance científico son también una fuente importante de transferencia de conocimiento, que dota a nuestra sociedad de medios muy valiosos para enfrentarnos a situaciones complejas e inesperadas, como ha sido el caso de la Covid-19. La inversión en ciencia siempre es muy rentable y una prueba de ello está en la actividad desplegada por estas grandes instalaciones internacionales científicas.

i Alberto Ruiz Jimeno (IFCA, CSIC-Univ. Cantabria),
“Pasado, presente y futuro de los aceleradores de partículas” , conferencia invitada online en el Ateneo de Santander, 13-Mayo- 2020.
https://www.youtube.com/watch?v=r4srh_DwxKs

ii Alberto Ruiz Jimeno (IFCA, CSIC-Univ. Cantabria),

“Aceleradores: Ciencia y Sociedad” , conferencia invitada online en “Tardes con Ciencia”, IFCA, 26-Mayo-2020.

https://www.youtube.com/watch?v=7Qje4T7SFBc&t=2409s

iii Physics Today, May 2020, vol. 73, n.5, pag.22

iv https://againstcovid19.cern/