Seis moléculas que han cambiado el mundo

Tushar Janardan Pawar, Karla Irazú Ventura Hernández, Israel Bonilla Landa, José Luis Olivares Romero*

Red de Estudios Moleculares Avanzados

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 14 de junio 2023

Seis moléculas que revolucionaron la medicina, condujeron al desarrollo de medicamentos novedosos, tuvieron aplicaciones industriales e hicieron nuestra vida más cómoda y saludable.

Los seres humanos y las ciencias hemos evolucionado de manera fascinante y conjunta, de tal forma que cuando la humanidad descubrió su capacidad de manipular compuestos y moléculas, esta se dio a la tarea de curar enfermedades mediante el descubrimiento de medicamentos o materiales que han hecho nuestra vida más longeva y cómoda. A continuación, se describen algunos descubrimientos químicos que han impactado y revolucionado de forma positiva la manera en la que vivimos. Este “top 6” de moléculas no solo han tenido un impacto significativo en el mundo, sino que también han servido como punta de lanza en investigación en diferentes áreas tales como la medicina y química.

1. Penicilina

El primer descubrimiento que relatamos cambio la historia de la humanidad para siempre, ya que ha permitido curar enfermedades que hace algunas décadas eran fatales para la mayoría de la gente que contraía infecciones por bacterias. La penicilina pertenece a un grupo de compuestos que matan o inhiben el crecimiento de bacterias y que son denominados antibióticos de amplio espectro, porque matan varios tipos de bacterias. La penicilina debe su nombre a que esta se deriva del hongo Penicillium. Su descubrimiento se dio de manera accidental por el Doctor Alexander Fleming al observar que en algunos de sus experimentos las bacterias no crecían alrededor de un hongo, de aquí surgió el proyecto Penicilina, y al Dr. Fleming se le otorgo el premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1945. Durante la segunda guerra mundial, el proyecto se intensificó y la comunidad científica se dio a la tarea de producir el antibiótico a escala industrial para poder curar a todos los enfermos y heridos derivados de la guerra. Digamos que esta es la forma breve de contar esta historia, ya que se requirió de un inmenso trabajo científico y tecnológico. Evidentemente este descubrimiento revolucionó la medicina, ya que por primera vez en la historia de la humanidad se contaba con el primer tratamiento eficaz para combatir infecciones bacterianas, y esto dio lugar al inicio de la era de los antibióticos. El trabajo de los químicos sintéticos ha permitido preparar este antibiótico y otros más eficaces a escala industrial. Actualmente, la penicilina y otros antibióticos han salvado innumerables vidas y continúan siendo una parte esencial de la medicina moderna. Su abuso y uso incorrecto en los tratamientos está generando un serio problema de resistencia de las bacterias a la mayoría de los antibióticos con lo que contamos actualmente, pero esa es historia para otro momento.

2. Taxol®

Nuestro segundo ejemplo, está relacionado con la enfermedad denominada Cáncer, esta es una palabra que inmediatamente nos provoca miedo porque la asociamos con enfermedad, dolor y muerte. La enfermedad se caracteriza por la proliferación anormal de células que invaden y disrumpen tejidos, puede aparecer de manera localizada para después extenderse por todo el cuerpo. Su origen es multifactorial y su tratamiento requiere de un equipo multidisciplinario. Uno de los primeros tratamientos exitosos para el cáncer se dio con el descubrimiento de un compuesto derivado del árbol Taxus brevifolia y que se denominó como Taxol®, este compuesto ha salvado y mejorado incontables vidas humanas alrededor del mundo. Los investigadores observaron que el extracto crudo poseía actividad citotóxica en contra de células con leucemia y otra variedad de células cancerosas, posteriormente, se requirió de varios científicos y muchísimo trabajo para elucidar y entender el mecanismo de acción como agente anticancerígeno, pero una vez comprendido el potencial del Taxol® como agente terapéutico, ahora se requirió del ingenio de los químicos sintéticos para preparar a escala industrial este compuesto. Para darnos una idea de lo complicado que sería extraer el compuesto bioactivo debemos saber que se requiere sacrificar 38,000 arboles de esta especie para obtener únicamente 25 kilogramos de Taxol®. Además, el árbol es originario de Europa y crece lentamente, lo que implica que logísticamente hablando no es viable extraer grandes cantidades. Afortunadamente, los químicos sintéticos han sido capaces de construir esta molécula en el laboratorio a escala industrial, y esto ha permitido contar con un efectivo agente terapéutico en la guerra contra el cáncer. Actualmente el Taxol® se comercializa bajo el nombre de Paclitaxel, y ha servido de inspiración para preparar más compuestos con actividad anticancerígena.

3. Morfina

La sensación del dolor es un fenómeno complejo y generalmente acompaña a todo tipo de enfermedades, por lo tanto, la búsqueda de un compuesto que ayude a aliviar el dolor siempre ha sido una tarea activa por parte de la humanidad. Por ejemplo, hace 6000 años los Sumerios describieron el uso de la planta Papaver somniferum y hace 3500 años lo egipcios también describieron su uso médico para aliviar el dolor. La amapola o Papaver somniferum es una planta que pertenece al género Papaver y su fama actual está ligada a su alto contenido de compuestos que contienen nitrógenos en una especie de látex exudado a través de los cortes que se realizan en su fruto, de aquí se origina el opio, cuyo principal constituyente es la morfina. A pesar de que desde la antigüedad se conocían sus propiedades analgésicas los detalles relacionados con sus constituyentes y respectivas propiedades no pudo ser elucidada sino hasta que la química maduro lo suficiente como para poder extraer, separar y caracterizar cada uno de los componentes del opio. No fue sino hasta 1803 que el químico Friedrich Wilhem Adam Sertürner logro aislar a la morfina en forma de un polvo cristalino blanco que en aquella época se le dio el nombre de morfium, debido al dios griego de los sueños, Morfeus. Uno de los efectos secundarios de la morfina es la somnolencia. Después de su aislamiento, la morfina se empleó frecuentemente para tratar dolor, los médicos siempre supieron de su potencial adictivo y su uso incorrecto ha generado una crisis de abuso de opioides en Estados Unidos. Durante la primera guerra mundial la morfina se empleó para aliviar el dolor de los heridos de guerra, resulta paradójico que las guerras hayan servido como una fuente que nos obligó a realizar investigación de nuevos medicamentos. Actualmente, la morfina es uno de los analgésicos más poderosos de origen natural conocidos y también es considerada un narcótico, ya que, desde el punto de vista médico, esta es una droga que suprime el sistema nervioso central, induce somnolencia y afecta las funciones cognitivas. La morfina también ha servido de inspiración para que los químicos sintéticos puedan generar compuestos de última generación para el tratamiento del dolor. ¿Te imaginas como sería someterte a un procedimiento quirúrgico sino se contará con analgésicos como la morfina? 

4. Aspirina®

La historia de la Aspirina® es un fascinante cuento acerca de cómo las propiedades medicinales de un compuesto de origen natural pueden ser optimizadas a través de manipulaciones químicas. Esta historia comienza hace más de 3,500 años con los egipcios cuando comenzaron a usar salicilina en forma de preparados herbales como un remedio para tratar el reumatismo y el dolor en la espalda. Por supuesto esta civilización no tenía idea del ingrediente activo o que sus efectos se podrían atribuir a un solo compuesto. Mil años después del reporte inicial del uso del extracto herbal, Hipócrates describió el uso de extractos de la corteza del sauce para tratar el dolor y fiebre en recién nacidos. Durante varios años el empleo de medicinas basadas en salicilina eran derivados de fuentes naturales. Esto cambio en el siglo diecinueve con el desarrollo de la química como una ciencia. La historia cuenta que el Doctor Hermann Kolbe fue un renombrado químico sintético de origen alemán que no solo desarrolló el concepto de síntesis química, sino que con uso de su conocimiento preparo ácido salicílico, con esto logro reducir el costo de producción en comparación con lo que costaba extraer la salicina de la corteza del sauce. El verdadero impacto en medicina ocurrió en 1897 cuando el químico Felix Hoffmann, quien trabajaba en Bayer sintetizo el ácido acetilsalicílico, para él fue un gran descubrimiento y victoria personal ya que ayudo a su padre que padecía un reumatismo severo e irritación intestinal debido al uso prolongado del ácido salicílico. En febrero de 1899 se registró el nombre de Aspirina® y un año más tarde fue patentada. Rápidamente se convirtió en un medicamento indispensable en cada hogar, ya que presentaba menos efectos secundarios que la salicilina y el ácido salicílico.  Actualmente, la aspirina tiene numerosas aplicaciones médicas, incluida la prevención de ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares.

Seis moléculas que han cambiado el mundo. Crédito: autores del artículo

5. Insulina

La diabetes mellitus es una enfermedad en la que el cuerpo tiene dificultades para regular los niveles de glucosa. Hay dos tipos de diabetes, el tipo I, que generalmente comienza en la infancia y hay una falta de producción de insulina, para que estos pacientes puedan sobrevivir se les deben suministrar inyecciones de insulina todos los días. Mientras que la diabetes tipo II, abarca casi el 90% de todos los casos, y se caracteriza por niveles elevados de azúcar en sangre (hiperglicemia) debido a la inhabilidad del cuerpo de usar efectivamente o producir suficiente insulina. La organización mundial de la salud estima que el número de personas diabéticas a nivel global creció de 30 millones en 1985 a 177 millones de personas en el 2000, y para el 2025 habrá 300 millones de personas que padezcan esta enfermedad. De aquí podemos deducir que los costos por tratamientos de personas diabéticas son extremadamente elevados, por lo que en países poco desarrollados o en vías de desarrollo se carece de tratamientos adecuados, lo que lamentablemente ocasiona en los enfermos pérdida de extremidades, ceguera, enfermedades del corazón o falla renal. Debido a la alarmante estadística presentada, la comunidad científica nuevamente se dio a la tarea de buscar formas eficientes de producir insulina a bajo costo y a nivel industrial. Fue así como dos científicos canadienses, Frederick G. Banting and Chares H Best, trabajando en el laboratorio del profesor John J. R. Macleod de la Universidad de Toronto aislaron insulina en 1921, y doce meses después se comenzó a comercializar. Reino Unido fue el primer país en aprobar las inyecciones de insulina para diabéticos en 1922, le siguió Estados Unidos en 1923. En 1923 se otorgó el premio Nobel de Fisiología y Medicina a Macleod y Banting por el desarrollo de este trabajo. Nuevamente, se requirió de mentes brillantes para elucidar la estructura de la insulina y determinar que esta es una pequeña proteína que contiene 51 aminoácidos. Su estructura fue determinada por difracción de rayos X por la Profesora Dorothy Crowfoot en la Universidad de Oxford. Durante más de medio siglo la demanda de insulina fue atendida mediante la extracción de esta, a partir de cerdos y ovejas, pero debido a que la demanda fue creciendo exponencialmente, los científicos se dieron a la tarea de buscar nuevas fuentes de insulina. Este péptido es muy grande como para intentar sintetizarlo en el laboratorio, y no fue sino hasta 1978 que la ingeniería genética evolucionó lo suficiente para ser usada como una herramienta en la producción de insulina humana mediante la tecnología de ADN recombinante. Básicamente, esto consiste en la síntesis del gen que codifica para la insulina e introducirlo en el genoma de la bacteria E. coli. Así, la fermentación de la bacteria conduce a la producción de grandes cantidades de insulina. Un dato curioso indica que en aquellas épocas se prohibía generar péptidos bioactivos a partir de ingeniería genética, fue así, que la insulina se obtuvo en dos partes y después esos dos partes se unieron mediante un proceso químico. Los ensayos clínicos con esta nueva insulina comenzaron en 1980 y para el año de1982 Reino Unido ya había aprobado el uso médico de la insulina producida mediante ingeniería genética. Estos eventos dieron paso a excitantes líneas de investigación mediante el empleo de esta tecnología, de tal forma que se prepararon análogos de insulina como la Humalina® la cual es un análogo de la insulina con propiedades farmacológicas más favorables, ya que el tiempo de acción de este fármaco es mayor por lo que se reduce el número de dosis requeridas. Actualmente, varias compañías farmacéuticas están investigando nuevos compuestos y en el mercado hay más de veinte compuestos que sirven para regular los niveles de glucosa en sangre de los pacientes diabéticos. El trabajo y genialidad de los científicos no solo ha ayudado a salvar millones de vidas humanas, sino que también ha contribuido a mejorar su calidad de vida.

6. Prozac (fluoxetina)

La depresión es un trastorno de salud mental caracterizado por sentimientos persistentes de tristeza, desesperanza y bajo estado de ánimo que interfieren con la vida diaria. También puede causar una pérdida de interés en actividades que antes se disfrutaban, así como cambios en el apetito, el sueño y los niveles de energía. La depresión es una condición compleja que puede ser causada por una combinación de factores genéticos, ambientales y psicológicos, y su gravedad puede variar de leve a grave. Se estima que en México alrededor de siete millones de personas padecen depresión. Es importante señalar que la depresión es una condición muy poco reportada en México debido al estigma cultural que rodea a la salud mental y la falta de acceso a la atención de la salud mental en muchas partes del país. La depresión está relacionada con un desbalance de los neurotransmisores que se encuentran en el cerebro. Por ejemplo, se ha encontrado que en los pacientes depresivos usualmente tienen bajos niveles de serotonina. En este contexto, la investigación realizada en la búsqueda de medicamentos que ayuden a aliviar esta enfermedad ha permitido encontrar diferentes alternativas, pero tal vez la más exitosa se deba al desarrollo de fármacos conocidos como Inhibidores Selectivos de la Recaptación de Serotonina (ISRS). En este sentido, la fluoxetina fue descubierta en 1960 por los químicos que trabajan para la compañía farmacéutica Eli Lilly, Bryan B Molloy y Klaus K. Schmiegel. Veinte años más tarde salió al mercado como Prozac, y dos años después de su lanzamiento se volvió el antidepresivo más popular y recetado debido en parte a su bajo riesgo y a su casi ausencia de efectos colaterales. Actualmente, este medicamente ha cambiado la calidad de vida de la humanidad, al proporcionar un tratamiento farmacológico efectivo, seguro y versátil. Es importante mencionar que el hecho de que este medicamento sea popular no quiere decir que es para todos, siempre es importante consultar con los profesionales de la salud para obtener un tratamiento adecuado, personalizado y guiado. 

En conclusión, estas seis moléculas han tenido un profundo impacto en el mundo y han cambiado el curso de la historia humana de muchas maneras. Desde el descubrimiento de la penicilina hasta el uso de ingeniería genética para producir insulina a escala industrial, estas moléculas han formado parte de nuestra salud, economía y cultura. La investigación y el desarrollo continuo de nuevas moléculas y sus aplicaciones; sin duda, desempeñarán en un futuro un papel importante en la salud humana. Es importante reconocer las sobresalientes contribuciones que estas moléculas han hecho a la sociedad y continuar priorizando y apoyando la innovación y el descubrimiento científico en pro del bienestar de la humanidad.

Referencias

• Nicolaou, K. C.; Montagnon, T. Molecules that change the world. Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2008.

*El Dr. José Luis Olivares Romero es investigador titular en el Clúster Científico y Tecnológico del Instituto de Ecología, y sus líneas de investigación incluyen el diseño y búsqueda de moléculas bioactivas quirales para uso en el sector médico o agroforestal.   

“La opinión es responsabilidad de los autores y no representa una postura institucional"