#WomeninSTEM – Ada E. Yonath y la estructura del ribosoma

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Ada E. Yonath

La ciencia, como cualquier otra actividad intelectual, se realiza por personas creativas y trabajadoras, independientemente de su sexo. Esto es una obviedad, pero conviene recordarlo un día como hoy, en el que bajo el hashtag #WomeninStem (o #JuevesCientíficas, en su versión española) estamos destacando la labor que muchísimas mujeres científicas han realizado o realizan en todo el mundo. Para sumarme a esta iniciativa, quiero dedicar unas líneas al trabajo que está llevando a cabo desde hace décadas una de las científicas a las que más admiro, y a quien he tenido el placer de conocer personalmente: Ada E. Yonath.

Nacida en Jeruaslén (1939) en el seno de una familia humilde, desde muy pequeña mostró gran interés por investigar la naturaleza que le rodeaba y por la lectura de todos los libros que caían en sus manos. Su padre falleció cuando ella tenía solo 11 años, lo que complicó aún más la situación de su familia y la obligó a trabajar cuidando niños y limpiando casas para intentar completar los ingresos que obtenía su madre. Un año después se trasladaron a Tel Aviv para vivir más cerca de sus tías. Con el paso del tiempo, dada su facilidad con los estudios y su creciente interés por la ciencia, se matriculó en la Universidad Hebrea de Jerusalén, donde completó un Grado en Química (1962) y un Máster en Bioquímica (1964). Realizó su Tesis Doctoral en el Instituto Weizmann, y allí comenzó su larga y fructífera relación con la estructura de las biomoléculas. Trabajó sobre la estructura a alta resolución del colágeno empleando la técnica de difracción de rayos X sobre cristales de esta proteína, y posteriormente, en sus diversas estancias postdoctorales en Estados Unidos, contribuyó a la elucidación de la estructura tridimensional de otras proteínas.

En 1970 regresó al Instituto Weizmann, donde fundó el primer laboratorio de cristalografía biológica de su país. A partir de ese momento, la Dra. Yonath comenzó a trabajar en su sueño: desentrañar la estructura tridimensional del ribosoma mediante difracción de rayos X, para poder entender uno de los procesos fundamentales de la vida: la traducción del mensaje genético desde el RNA mensajero a las proteínas. Los ribosomas son agregados macromoleculares presentes, en gran cantidad, en todas las células de todos los seres vivos de nuestro planeta. Desde el punto de vista estructural son enormemente complejos, pues están compuestos por dos subunidades formadas por un total de 3 moléculas de RNA y 52 proteínas en los ribosomas de bacterias y arqueas, o bien 4 moléculas de RNA y 82 proteínas en los ribosomas eucarióticos.

Figura 1: El ribosoma bacteriano (mostrando sus dos subunidades, denominadas 30S y 50S) durante la traducción de la información genética presente en el RNA mensajero (mRNA)
El ribosoma bacteriano (mostrando sus dos subunidades, denominadas 30S y 50S) durante la traducción de la información genética presente en el RNA mensajero (mRNA). Estructura obtenida gracias al trabajo de, entre otros, el grupo de Ada E. Yonath.

El resultado de esta complejidad molecular es una partícula de tamaño mucho mayor que las proteínas, con gran flexibilidad estructural y (a diferencia de las cápsidas de virus analizadas hasta el momento) sin simetría interna. Todo ello suponía un reto sin precedentes para cualquier científico que pretendiera cristalizar ribosomas completos, o incluso cada una de sus subunidades por separado. Pero nuestra protagonista sabía enfrentarse a problemas difíciles y se centró en su empeño, a pesar de que en la comunidad científica de los años 70 y 80 del siglo pasado se asumía que nunca lograría cristalizar ribosomas. Como Ada ha escrito, ella era considerada “la soñadora” y “la ingenua” de la biología estructural. Nunca le importó.

Durante esas dos décadas contó con el apoyo del Prof. Heinz-Günter Wittmann en el Instituto Max Planck de Genética Molecular en Berlín, por lo que su trabajo supuso un ejemplo de colaboración científica entre Israel y Alemania. Continuó sus colaboraciones con científicos de todo el mundo, y fue nombrada Directora del Centro de Agregados Macromoleculares cuando éste fue creado en el Instituto Weizmann. La cristalización del ribosoma era el gran reto al que se enfrentó su grupo, pero los éxitos obtenidos fueron al principio modestos. Desarrolló nuevos métodos para producir microcristales más grandes y perfectos de subunidades ribosomales obtenidas de bacterias y arqueas extremófilas, aisladas por ejemplo de ambientes hipertermales submarinos o del Mar Muerto. Entre los nuevos procedimientos experimentales puestos a punto por ella destaca la denominada “crio-biocristalografía”, que requería la incubación a temperaturas muy bajas (de hasta -185ºC) de los cristales obtenidos, con lo que se minimizaba su desintegración cuando eran posteriormente expuestos a los rayos X convencionales o los producidos por fuentes sincrotrón.

Ada E. Yonath, en su laboratorio de cristalización de ribosomas (Autor: Micheline Pelletier/Corbis)
Ada E. Yonath, en su laboratorio de cristalización de ribosomas (Autor: Micheline Pelletier/Corbis)

Con ello, los cristales de subunidades ribosomales bacterianas fueron siendo cada vez mejores y el nivel de resolución de las estructuras obtenidas creció progresivamente. Por ejemplo, se demostró que la subunidad mayor posee un canal o túnel por el que va saliendo la proteína a medida que se traduce desde la secuencia del RNA mensajero. Además, se comprobó que en ambas subunidades las proteínas ribosomales se disponen en sus superficies más exteriores: en palabras de Ada, “como si fueran mariposas posadas sobre la estructura que forma el RNA ribosomal”.

Cuando, a mediados de la década de 1990, esta genial y paciente investigadora demostró la validez de su sistema experimental, otros grupos en todo el mundo se sumaron al trabajo pionero realizado por ella en cristalografía de rayos X de ribosomas. Así, durante los años 2000 y 2001 se logró publicar en la revista Nature y otras de muy alto impacto los mapas de densidad electrónica y las estructuras a alta resolución de ambas subunidades ribosomales bacterianas. A partir de entonces, nada volvería a ser igual en el mundo de la cristalografía biológica.

Como fruto de esa exitosa línea de investigación, la Prof. Yonath comenzó a recibir prestigiosas condecoraciones desde el año 2001. La culminación de tal reconocimiento se produjo en el año 2009, cuando le fue concedido el Premio Nobel de Química  “por sus estudios sobre la estructura y la función del ribosoma” junto a otros dos investigadores clave en este campo, Venkatraman Ramakrishnan y Thomas A. Steitz. La niña que observaba la naturaleza, la soñadora de la biología estructural que había sido despreciada por bastantes de sus colegas, veía cumplido su sueño.

El Premio Nobel otorgado a Ada E. Yonath supuso la cuarta (y, hasta ahora, última) ocasión en que una mujer obtenía este galardón en la especialidad de Química, tras el de 1911 a Marie Skłodowska Curie (“en reconocimiento a sus servicios en el avance de la química por el descubrimiento de los elementos radio y polonio, el aislamiento del radio y el estudio de la naturaleza y compuestos de este elemento tan relevante”), el de su hija Irène Joliot-Curie en 1935 (“en reconocimiento a la síntesis de nuevos elementos radiactivos”) y el de Dorothy Crowfoot Hodgkin en 1964 (“por su determinación mediante técnicas de rayos X de las estructuras de sustancias bioquímicas importantes”). Este listado debería ser mayor, dada la relevancia de muchas otras mujeres en la investigación científica en general y en la química en particular. Entre las grandes ausentes en la lista de Premios Nobel todos destacaríamos a otra cristalógrafa genial, Rosalind E. Franklin (1920-1958), cuyo trabajo fue fundamental (aunque nunca reconocido en su época) para el descubrimiento de la estructura en doble hélice del DNA.

Algo muy reseñable del trabajo de Ada E. Yonath es que su grupo, en paralelo a la caracterización estructural del ribosoma, ha profundizado constantemente en sus aspectos funcionales durante la traducción de proteínas. En particular, ha realizado un extenso trabajo para determinar los lugares de interacción con el ribosoma bacteriano de decenas de antibióticos inhibidores de la traducción. Evidentemente, esta investigación tiene importantes repercusiones en la búsqueda de antibióticos que sean más potentes como fármacos antibacterianos, o contra los cuales sea más complicado que una bacteria patógena desarrolle mecanismos de resistencia. Estamos, como tantas veces, ante una línea de investigación aparentemente centrada en la “ciencia básica” pero con aplicaciones relevantes en biotecnología y medina.

Además, durante la última década la protagonista de nuestro relato se ha interesado mucho por los aspectos evolutivos del ribosoma, ya que en esta fascinante estructura se esconde el secreto de cómo pudieron comenzar a biosintetizarse las proteínas durante el Mundo RNA, antes de la aparición de las primeras células “modernas” hace más de 3.500 millones de años. De hecho, una de las funciones del ribosoma se denomina “peptidil transferasa” y consiste precisamente en la formación del enlace peptídico entre los dos aminoácidos que están unidos a sus correspondientes RNAs de transferencia. Pues bien, el trabajo de Ada E. Yonath, Harry Noller y otros investigadores ha mostrado que esa actividad se produce en una zona del ribosoma en la que únicamente hay RNA y no proteínas. Por tanto, la estructura del ribosoma nos muestra que tal ribozima peptidil transferasa pudo ser fundamental en el paso de un Mundo RNA a un Mundo RNA/proteínas. Este es uno de los temas sobre los que más le gusta incidir a la profesora Yonath en los congresos sobre origen de la vida a los que asiste con regularidad.

Finalmente, merece la pena destacar que Ada E. Yonath es una mujer de profundas convicciones pacifistas y ecologistas, que se ha posicionado a favor de la liberación de presos de Hamas en su país, y por la lucha contra el cambio climático. Es, además, una conversadora brillante y está dotada de un gran sentido del humor. Como ejemplo de esto último, termino este post con un dibujo que a ella le gusta mostrar en sus charlas, en el que su característico cabello rizado se convierte en esa maraña de hélices del RNA ribosomal que define la estructura a la que ella ha dedicado su vida: el ribosoma.

Ada E. Yonath, con su cabeza llena de ribosomas (Autor: Laboratorio de la Prof. Yonath)
Ada E. Yonath, con su cabeza llena de ribosomas (Autor: Laboratorio de la Prof. Yonath)

 

2 Comentarios

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cele

As inspiring as the work of Prof. A. Yonath might be, we should always remember the role played by the ‘instrument makers’. I am referring, particularly, to the scientist that earlier put their hearts, minds and naturally hands to build third generations synchrotrons and X-ray crystallography beamlines at these facilities.
As in music, we all value a symphony but without the instruments, there will be no sound.

ps. An excellent article on the contributions of women to crystallography has been published in Arbor recently (2105) in commemoration of the International Year of Crystallography in 2014.

Carlos BrionesCarlos Briones

I fully agree with you, Cele: science is dependent on technology (and vice versa), the history of biological crystallography being a good example of such an interaction. In particular, the advances in synchrotron X-ray crystallography beamlines have been fundamental to the success of Ada E. Yonath and other researchers involved in deciphering the three-dimensional structure of the ribosome.

This is the (excellent, indeed), article you are referring to, written by Julia Sanz-Aparicio (Instituto de Química-Física Rocasolano, CSIC, Spain):
http://arbor.revistas.csic.es/index....e/2019/2475

Additionally, I recommend a very timely book written (in Spanish) by César Tomé (http://edocet.naukas.com): ‘Breve historia de la cristalografía’. Free download:
http://edocet.naukas.com/2014/02/22/...fia-gratis/

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