En la seua colossal expansió al llarg del segle XX i XXI, la biologia ha ampliat fronteres fins a implicar a unes altres disciplines científiques en un principi allunyades del seu objecte d’estudi. Primer va ser la química, de la hibridació amb la qual ha sorgit la bioquímica, essencial per descobrir els components químics dels éssers vius. Ara la recerca de coneixement sobre els fonaments de la vida va més enllà, abasta a la física, i crea un camp de treball nou: la biofísica. Un grup d’investigació de la Universitat Jaume I és pioner a Espanya d’aquesta disciplina que pot donar lloc a innumerables aplicacions en el disseny de nous fàrmacs.

Es tracta del grup Biofísica molecular i transport en membranes, dirigit pel catedràtic Vicente Aguilella i especialitzat en l’estudi dels principis físics i químics que són el fonament de la funció dels canals iònics, les principals vies de connexió entre la cèl·lula i l’entorn d’aquesta.

Un canal iònic és una proteïna o un agregat de proteïnes que obri un porus en la capa que recobreix les cèl·lules, en la membrana cel·lular. Per mitjà d’aqueix conducte, les cèl·lules i alguns organismes, com els bacteris, controlen el pas de nutrients i també intercanvien informació; regulen, en definitiva, el seu metabolisme. Els canals iònics regulen nombroses funcions fisiològiques del cos humà. Controlen el ritme cardíac, la contracció dels músculs, la secreció d’hormones al torrent sanguini, l’alliberament d’insulina en el pàncrees, i els impulsos elèctrics que permeten la transmissió d’informació en el sistema nerviós.

Però a vegades els canals iònics funcionen de manera incorrecta i donen lloc a malalties –anomenades canalopaties– el tractament de les quals requereix un coneixement sobre el funcionament d’aquestes vies de comunicació intercel·lular.

«Els canals són una peça clau en el metabolisme cel·lular. Entendre bé com controla un canal el pas de molècules pot ser vital per a desenvolupar noves estratègies en el tractament de canalopaties. Una de les malalties hereditàries fatals més comuns, la fibrosi quística, està provocada per l’alteració del gen CFTR, que és una canal iònic. Cada dia que passa es descobreixen més canals amb importància per al sistema fisiològic», explica Vicent Aguilella.

La relació entre el mal funcionament d’alguns canals iònics i l’aparició de determinades patologies podria donar lloc a tractaments que restabliren l’activitat del canal. Però, a més, atès que gran part de les fallades produïdes en el mecanisme dels canals iònics estan associades a alteracions genètiques, la investigació sobre els canals iònics podria servir per dissenyar futurs tractaments a través de l’enginyeria genètica.

«La possibilitat de modificar genèticament aqueixos canals, aqueixos porus sofisticats, selectius, quasi intel·ligents (perquè regulen en funció de molts factors), pot ser extraordinàriament útil per a recuperar algunes funcions de determinades cèl·lules o òrgans que han deixat de tindre lloc pel motiu que siga», assenyala Aguilella.

La rellevància de l’estudi dels canals iònics no es limita a les implicacions a l’hora de tractar malalties causades pel mal funcionament dels canals, sinó que conèixer com funcionen aquests mecanismes en els bacteris pot ajudar a dissenyar millors fàrmacs que inhibisquen de manera més eficient aquests agents infecciosos.

«És ben conegut el problema de la creixent resistència dels bacteris als antibiòtics. En alguns casos, la causa està en la baixa permeabilitat de la membrana externa del bacteri als agents bactericides. Alguns dels nostres estudis s’han dirigit, precisament, a examinar el pas d’un d’aqueixos antibiòtics, l’ampicil·lina, a través del canal OmpF del bacteri E. coli. En altres casos, la caracterització d’alguns canals iònics pot ser el punt de partida del desenvolupament de vacunes. Ací radica l’interès d’una de les nostres publicacions recents sobre una porina del bacteri Neisseria meningitidis en la revista Biophysical Journal», explica Vicent Aguilella.

No obstant, l’interès dels científics pels canals iònics no es limita a les implicacions en l’àmbit de la medicina, sinó que cada vegada els investigadors tenen més clar que el maneig d’aquests canals pot tindre un altre tipus d’aplicacions en àrees tan en auge com la biotecnologia.

«Lògicament, de cara a la societat, l’interès farmacològic està en primer lloc. I en un segon lloc, podem posar un interès biotecnològic, perquè aqueixes diminutes màquines intel·ligents també es poden utilitzar com a sensors de substàncies tòxiques. S’estan començant a utilitzar per a seqüenciar ADN a una velocitat molt més ràpida que la dels sistemes actuals. I s’estan començant a utilitzar com a vàlvules per a controlar el pas de determinades substàncies a escala nanoscòpica».

L’actualitat de la investigació en canals iònics va quedar patent en 2003 quan la Reial Acadèmia Sueca de Ciències va atorgar el Premi Nobel de Química d’aquell any a Peter Agre, de la Universitat Johns Hopkins, i a Roderick MacKinnon, de la Universitat Rockefeller de Nova York, pels seus avanços definitius en aquest camp. El primer va identificar l’estructura dels canals selectius que permeten el pas o no d’aigua en els teixits. El segon ha desvelat l’estructura del canal que regula el pas del potassi i altres ions, com els clorurs.

Però, com s’arriba a aquests resultats?, com es du a terme la investigació en canals iònics? Vicent Aguilella ho explica. «Nosaltres combinem el treball experimental amb el teòric. Utilitzem l’estructura atòmica del canal en els casos en els quals es pot determinar per mitjà de difracció de raigs X. Per a estudiar el comportament del canal en el laboratori mesurem el corrent elèctric que produeixen les molècules carregades, ions, en travessar la proteïna-canal. Es tracta d’un corrent extraordinàriament xicotet, una bilionèsima del corrent habitual en les nostres llars. Així extraiem informació sobre la selectivitat del canal: la seua capacitat per a controlar el transport a través de la membrana cel·lular».

Encara que el camí entre la investigació bàsica i la transferència de tecnologia és llarg, la descripció a escala molecular dels canals iònics és ja un avanç notable que posa de manifest com la biologia ha arribat fins al nivell molecular en el seu esforç per comprendre els processos fonamentals de la vida. És aquest un punt de trobada per a biòlegs i físics.