Bruce Ames i el Nobel de Química

Bruce Ames (foto Wikimedia Commons)

En la dècada de 1970, l'invent d'una prova relativament senzilla de laboratori va permetre detectar la possibilitat que una determinada substància fos carcinògena, és a dir, pogués causar càncer. Va ser idea de Bruce Ames, professor i investigador de la Universitat de Califòrnia a Berkeley. Ara, aquella idea que Ames va tenir fa uns quaranta anys i que tan útil ha estat a la humanitat, podria veure's reconeguda amb el premi Nobel de Química

La cursa dels Nobel
Som ja a la setmana dels premis Nobel. Dilluns, se'n va anunciar el de medicina; avui, el de física; demà, dimecres, es coneixerà el de química i divendres el de la pau; la setmana entrant se n'anunciarà el d'economia i, en una data encara no fixada, el de literatura.

Des de fa setmanes algunes publicacions i webs de ciència han esta fent prediccions sobre els guanyadors dels premis de ciència i economia. La majoria estan basades en les prediccions que fa Thomson Reuters, una empresa multinacional de la informació. Alguns anys ho he seguit i em sembla que sempre n'han encertat alguns. Es basen en la identificació dels científics més influents en les categories de química, física, fisiologia o medicina, i economia, a partir de l'anàlisi de la seva base de dades bibliomètrica Web of Science. Vaig fer un cop d'ull a les prediccions d'enguany i, a part de dos dels proponents del bosó de Higgs (Peter Higgs i François Englert, que han guanyat el Nobel de física sense que fos cap sorpresa), he de reconèixer que només hi ha una persona el nom de la qual que em resulta familiar: és el del bioquímic Bruce N. Ames, que es troba entre els possibles guanyadors del premi Nobel de química per haver inventat un mètode per esbrinar si una substància pot causar càncer.

La prova d'Ames
Tant si li concedeixen el premi Nobel com si no el rep, el nom de Bruce Ames passarà a la història de la ciència per haver ideat un mètode per detectar l'aparició de mutacions: la prova d'Ames (sovint test d'Ames). En realitat, es pot dir que jaforma part de la història de la ciència perquè no es tracta d'un descobriment recent, sinó que es remunta a començament de la dècada de 1970. És una prova per esbrinar, d'una manera relativament senzilla, ràpida i barata, si una substància és o no mutàgena, és a dir, si fa augmentar la freqüència de mutacions per damunt dels valors normals que es produeixen per errors en el DNA.

Sovint, el càncer està causat per l'aparició de mutacions en el DNA, la molècula portadora de la informació genètica. Tot i que una mutació no és sempre causa de càncer, la correlació existent entre la producció de mutacions i l'aparició del càncer és molt alta i el fet que un compost tingui la capacitat de causar mutacions el fa sospitós. Una manera de saber si una substància té poder carcinogen és administrar-la a animals d'experimentació (ratolins, normalment) i comprovar si desenvolupen alguns tipus de càncer. Però perquè els resultats tinguin un valor estadístic han de ser nombrosos i cal temps i diners per les proves. Això les descartava per fer assajos a gran escala de nous productes o de productes que ja es coneixien però dels quals no se sabia si podrien ser perillosos per a la salut.

A Bruce Ames se li va acudir que, si podia fer servir un bacteri, en comptes d'un animal, en aquest tipus d'estudis, es podrien assajar moltes més substàncies en molt menys temps. Els bacteris creixen molt ràpidament; per exemple, espècies com Escherichia coli en condicions normals de laboratori es divideixen cada vint minuts. En un bacteri no podia esbrinar si una substància causava càncer, però potser hi hauria alguna manera de saber si li causava alguna mutació. Si això fos possible, seria una manera de fer una primera selecció de substàncies mutàgenes que després podrien provar-se en animals per saber si eren carcinògenes.

I ho va fer no pas buscant un augment de mutacions en soques normals, sinó al contrari: va buscar un augment en la freqüència de retromutació en soques mutades. És a dir, que partia de soques que tenien alguna característica que es devia a la presència d'una mutació coneguda. Si, en un cultiu que estigués en contacte amb uns substància sospitosa de ser mutàgena, obtenia colònies de bacteris que haguessin perdut aquella característica, significaria que s'havia produït alguna mutació que feia que el bacteris tornessin a ser com els normals originals.

Ames va triar una soca de Salmonella que tenia una mutació que feia que no pogués sintetitzar la histidina, un aminoàcid necessari per al seu metabolisme. Per cultivar aquesta soca cal afegir histidina al medi de cultiu on se la fa créixer. Si en el medi de cultiu no hi ha histidina o n'hi ha molt poca, el bacteri a penes creixerà, excepte si es produeix una mutació i les noves cèl·lules tornen a tenir la capacitat de síntesi d'aquest aminoàcid. La Wikipedia anglesa conté un esquema de l'experiment que m'ha semblat bastant comprensible:

És parteix d'una soca mutant de Salmonella que necessita histidina (1), però a una fracció se li afegeix la substància que es vol saber si causa mutacions (2). Se sembra el bacteri en dues plaques de Petri en les quals hi ha un medi de cultiu que conté una petita quantitat d'histidina (3). El fet que no es parteixi d'un medi sense gens d'histidina té la seva explicació. Les cèl·lules no muten immediatament, necessiten algun temps per fer-ho, a mesura que es van dividint i que es formen noves cèl·lules a partir dels nutrients que hi ha en el medi. El cultiu es deixa unes 48 hores i quan s'esgoti la histidina present en el medi de cultiu, només els bacteris que hagin tornat a adquirir la capacitat de sintetizar-la podran seguir dividint-se i formant colònies, que seran abundants, com ho solen ser en un cultiu normal (4). En l'altra placa, la que no tenia la substància que es vol provar, hi apareixeran segurament algunes colònies, que procedeixen de cèl·lules en què la mutació s'ha produït de manera espontània (5). La capacitat de mutació de la substància que s'està provant és proporcional al nombre de colònies que s'observen en el cultiu.

Per comprovar la utilitat d'aquesta prova, Ames i altres investigadors van fer-la amb substàncies que ja se sabia que eren carcinògenes, per veure si causaven mutacions. Un treball publicat el 1975 descrivia una prova fet amb 300 substàncies químiques i es va trobar que el 90% dels compostos que causaven mutacions eren també carcinògens.

Actualment, Bruce Ames, nascut el 1928, és catedràtic emèrit de Bioquímica i Biologia Molecular de la Universitat de California a Berkeley i és Senior Scientist de l'Institut de Recerca de l'Hospital Infantil d'Oakland (Califòrnia), i dirigeix el Centre de Nutrició i Metabolisme de l'esmentat institut. La prova que ell va idear fa quaranta s'ha anat refinant, però la idea en què es basa segueix sent la mateixa i ha fet possible la detecció de moltes substàncies carcinògenes i per tant, que es puguin prendre mesures per evitar-les.

És possible que el Nobel de química de 2013 sigui per a un tipus de recerca més complexa, com ara la nanotecnologia del DNA o la química click, que entren també en les prediccions d'enguany. Tanmateix, per a mi, la prova d'Ames n'és tan mereixedora com aquestes altres tècniques.

Potser us interessarà:
- Els bacteris i els escacs (aquest blogt, 10.05.2010). Sobre el creixement exponencial dels bacteris
- Google i les plaques de Petri (aquest blog, 31.05.2013). Sobre l'origen dels recipients que s'usen habitualment per al cultiu de bacteris.