La enfermedad de Alzheimer es el resultado de un apilamiento disfuncional de moléculas de proteínas que forman fibras largas dentro de las células del cerebro. Un apilamiento similar ocurre en la anemia de células falciformes y la enfermedad de las vacas locas.

Los científicos saben que estas fibras ordenadas se desarrollan a partir de una amplia variedad de moléculas, pero ¿podría haber una razón común por la que se forman?

En una nueva investigación, Los físicos de la Universidad de Chicago y la Université Paris-Saclay sugieren que tales fibras proteicas son una manifestación de un principio físico general. Y ese principio ofrece la posibilidad de nuevos medicamentos y herramientas para diseñar estructuras proteicas deseables. Los hallazgos fueron publicados a principios de este mes en Física de la naturaleza .

"Tenemos pruebas sólidas de que existe un principio que da forma a la forma en que se agregan las cosas que se puede utilizar tanto para comprender la enfermedad y modificarla como para hacer que las cosas se autoensamblen de la manera que dictamos, "dijo el coautor Thomas Witten, el Profesor Emérito de Física Homer J. Livingston en UChicago.

Las proteínas se agregan todo el tiempo. Pero en su mayoría producen manchas amorfas similares a las de la sopa de huevo. "Estamos tratando de averiguar qué hace que algunas moléculas se ensamblen para formar una fibra en lugar de un glop". "Dijo Witten.

Las proteínas que forman las fibras son idénticas pero irregulares; no encajan limpiamente. Witten y su colaborador Martin Lenz, investigador de la Université Paris-Saclay, se preguntó si esa irregularidad podría ser la clave para la formación de fibras. Usando computadoras, Lenz, autor principal del estudio, ideó un modelo matemático para simular cómo se agruparían objetos idénticos pero que no encajaban bien. Usó pentágonos y otros polígonos simples para representar lo irregular, proteínas formadoras de fibras.

"No teníamos un laboratorio ni tubos de ensayo. Solo teníamos estas pequeñas formas, "Dijo Witten.

Los investigadores hicieron que la interacción de los polígonos dependiera de solo dos atributos sin incorporar ninguna otra característica de las moléculas reales. Como en una fibra real, todas las subunidades son idénticas e irregulares. También son lo que Witten llama "pegajosos":se atraen entre sí, pero no sienten la atracción hasta que se tocan. Ellos "quieren" tocar y ganan energía si lo hacen. Pero debido a que las formas no encajan perfectamente, "sus superficies no pueden tocar ni sentir la pegajosidad y obtener esa energía a menos que se distorsionen, "Dijo Witten.

Su propensión es a alargarse tanto como sea posible para maximizar la cantidad de su superficie que está en contacto. "Pero la distorsión les cuesta energía, ", Dijo Witten." Tienen que ejercer fuerzas para conseguir que las superficies se unan. Por lo tanto, existe una competencia entre la energía obtenida por el pegado y el costo energético de la distorsión ".

Las simulaciones realizadas por Lenz encarnaron esa competencia. Las formas pueden adherirse a cualquier superficie. Los científicos variaron el grado de adherencia en relación con el costo de energía de la distorsión para cada forma y observaron las diversas estructuras que se formaron en el rango de valores. Los resultados fueron sorprendentes:independientemente de la forma que usaran, cuando la pegajosidad y el coste energético de la distorsión eran más o menos iguales, obtuvieron fibras todo el tiempo.

Se necesitaba una característica adicional para formar las fibras. El crecimiento tenía que ser irreversible y todas las superficies que se adhieren tenían que quedarse atascadas. Sin esta característica irreversible, visto a menudo en moléculas reales, las fibras largas eventualmente se fundirían en manchas redondeadas.

La investigación difiere del enfoque adoptado por los científicos que estudian las enfermedades causadas por las fibras proteicas. "Han trabajado mucho en los detalles de las moléculas involucradas, y hay ideas muy arraigadas sobre cómo esos detalles hacen que se formen las fibras, "Dijo Lenz.

"Estaban diciendo, "No necesitas una molécula específica:es un principio general". Son escépticos al respecto pero a pesar de su escepticismo, reconocen que nuestra idea merece ser escuchada, "Dijo Witten.

Hasta aquí, Lenz y Witten han probado solo una pequeña variedad de formas en dos dimensiones. Planean tratar de ver si el principio es válido para formas arbitrarias, en tres dimensiones, y abstraer la esencia de lo que sucede en las simulaciones.

"Queremos tener una teoría que prediga cosas que luego podamos verificar en la computadora, una teoría que no usa características específicas de una forma de partícula en particular, sino que solo usa la pegajosidad y la distorsión, "dijo Witten." Es posible que podamos prevenir la vaca loca y las fibras de células falciformes, si entendemos este principio. Y deberíamos poder utilizar el principio para fabricar fibras cuando sean beneficiosas. Solo ponga la adherencia adecuada, pon la distorsión correcta, ajustar todo y conseguir las fibras que queramos ".