Biotecnología y Arte: Entrelazamientos

Nadie duda de la gran relación existente entre la biotecnología y otras ramas de la ciencia como la física, la química, la biología, etc. Sin embargo, poco gente conoce los nexos que existen entre la biotecnología y el arte.

Hoy, de la mano de dos artistas, un brillante escultor poco conocido y uno de los mayores genios que ha dado la música, les voy a hablar de partituras, de paritorios, de crustáceos, de loops, de cintas y de muchas más cosas para mostrarles la conexión entre la biotecnología, la escultura, la música y, además, las matemáticas. Comencemos.

Julian Voss-Andreae nació en Hamburgo en 1970. Al cumplir la mayoría de edad comenzó sus estudios universitarios de Ciencias Físicas en las universidades de Berlín y Edimburgo. Posteriormente realizó un Máster en la Universidad de Viena para especializarse en física cuántica. Hasta aquí, todo normal. Sin embargo, y a pesar de su amor por la física, Andreae nunca renunció a su gran pasión: la escultura.

Una vez alcanzado el título de “maestro” en física cuántica, Julian Voss-Andreae marchó a EEUU donde se matriculó en la Universidad del Pacífico Noroeste de Arte (PNCA)  para poder cumplir su sueño: convertirse en escultor. En la PNCA se graduó en escultura y desde entonces Julian Voss-Andreae combina sus dos grandes aficiones, la ciencia y el arte, para crear espectaculares esculturas científicas.

Como podrán observar en las siguientes imágenes la gran mayoría de sus obras están íntimamente relacionadas con la biotecnología y la bioquímica. A lo largo de su carrera Voss-Andreae ha realizado muchas esculturas dedicadas a herramientas básicas en el desarrollo biotecnológico. Así, ha dedicado obras al ADN, al colágeno, a las hélices alfa, a los anticuerpos o a las enzimas.

Para realizar sus esculturas de la manera más precisa posible, emplea una base de datos muy utilizada por todos aquellos que nos dedicamos a la biotecnología y en la que se puede ver la estructura tridimensional de proteínas y ácidos nucleicos. Me refiero al “Protein Data bank“. A partir de los datos que allí se muestran, obtenidos mediante cristalografía de rayos X o resonancia magnética nuclear, Voss-Andreae reproduce fielmente en sus esculturas la estructura de muchas proteínas de interés biotecnológico.

Ejemplos de sus obras son “Collagen unravelling”, una escultura de 3.40 metros basada en la estructura del colágeno y en la que se alude a su papel en el cuerpo humano como componente estructural; “Heart of Steel”, una escultura de 1.6 metros de altura donde su autor hace una representación de la hemoglobina, la proteína responsable del transporte de oxígeno; “Alpha Helix for Linus Pauling”,  que se encuentra en el  “Linus Pauling Center for Science, Peace, and Health” y en la que se representa a la hélice alfa, el principal motivo de la estructura secundaria de las proteínas; “Steel Jellyfish”, obra que homenajea a la famosa Proteína Verde Fluorescente que gran trascendencia tiene en la biotecnología moderna o “Angel of the West”,  su obra más famosa inspirada en la estructura de las moléculas claves del sistema inmunológico humano, los anticuerpos.

Si quieren conocer la forma de trabajar de Julian Voss-Andreae en su taller no se pierdan este vídeo con la preparación de “Angel of the West”. Impresionante.

Dentro de esta sorprendente colección de esculturas científicas de Julian Voss-Andreae hay una que me llama poderosamente la atención. Se trata de “Kalata”, una obra creada en 2002 con espectaculares dimensiones (0.60 x 0.90 x 0.90 m) y que forma parte de una colección privada de Portland (Oregón, EEUU). La historia que hay detrás de “Kalata”, una proteína mucho menos conocida que las citadas anteriormente, es fascinante y está muy relacionada con la biotecnología.

Kalata no presenta una estructura lineal como la mayoría de las proteínas sino que posee estructura cíclica. Al grupo de proteínas que presenta esta característica se le conoce como ciclótidos, minipéptidos que han sido aislados de las familias Rubiaceae, Violaceae y Cucurbitaceae y que se caracterizan por tener entre 28 a 37 residuos de aminoácidos asociados a un esqueleto cíclico. En los ciclótidos los extremos N-terminal y C-terminal de la secuencia de aminoácidos que forman la proteína se han unido con un enlace peptídico para formar una estructura cerrada. Una de las más importantes características de los ciclótidos es que poseen tres puentes disulfuro que les confieren una alta estabilidad térmica, química y biológica.

A nivel científico está establecido que la mayoría de los ciclótidos en las plantas funcionan como moléculas de defensa contra los depredadores. Además, también presentan otras actividades biológicas que incluyen uterotónica, anti-VIH, antitumoral y antimicrobiana.

¿Y esto es importante desde el punto de vista de la biotecnología? Mucho. El descubrimiento de estas propiedades de los ciclótidos ha generado nuevas posibilidades para la ingeniería de péptidos bioactivos y el desarrollo de nuevas estrategias para sintetizar productos químicos que contribuyan a la obtención de nuevos fármacos.

Por otra parte, la actividad insecticida que poseen estos ciclótidos los convierte en  componentes esenciales en la lucha contra las plagas. Gracias a la biotecnología se puede transferir esa actividad a cultivos comerciales específicos y así protegerlos contra el ataque de dichas plagas. Las plantasmodificadas genéticamente que presenten estos ciclótidos en su estructura podrán defenderse mucho más efectivamente de la agresión patógena que las plantas tradicionales. Esto aumentará la productividad y mejorará el medioambiente al no tener que abusar de los tradicionales plaguicidas.

Y entre todos estos ciclótidos… ¿Por qué es especial Kalata? ¿Qué tiene de original la proteína que transformó Julian Voss-Andreae en una escultura? La respuesta es contundente: Kalata fue, ni más ni menos, el primer ciclótido descubierto.

En la década de los 60 el médico noruego Lorents Gran se unió a la Cruz Roja Internacional para ayudar en la crisis del entonces denominado Congo Belga. Parte de su trabajo consistía en ayudar a mujeres a dar a luz en paritorios. Tras meses realizando su labor, algo despertó su curiosidad. Las mujeres del Congo utilizaban infusiones de la planta Oldenlandia affinis (Rubiaceae) para acelerar el parto. Tras años estudiando cuál era el principio activo existente en dicha planta que producía contracciones uterinas, se llegó a la conclusión de que en la planta con la que elaboraban el té (Oldenlandia affinis) se encontraba presente un compuesto que inducía el parto. ¿Cómo lo hacía? Incrementando la intensidad y duración de los espasmos uterinos. A ese compuesto Lorents Gran le puso el nombre Kalata B1 en honor al término con el que se conoce a la planta en el Congo.

Estudios posteriores en el campo de la estructura de proteínas determinaron no solo que Kalata B1 estaba formada por 29 aminoácidos sino que era cíclica… y esto le encantó a Julian Voss-Andreae que decidió hacer una escultura en su honor.

Ya hemos visto la relación existente entre la escultura y la biotecnología, pero  ¿dónde están las matemáticas y la música de las que hablé al principio del post?.

Kalata B1 no es una proteína cíclica tradicional. En su esqueleto se observan una serie de loops (vueltas) constituidas por una diversidad de aminoácidos que podrían ser intercambiados por otros aminoácidos y de esta manera constituir nuevas estructuras con actividades biológicas mejoradas o desconocidas. ¿Y por qué les cuento esto? Porque la presencia de una torsión de 180º en el loop 5 de la estructura de Kalata B1 da lugar a que la cadena aminoacídica no solo sea cíclica, sino que se encuentre “girada” sobre sí misma.

¿Y esto es importante? Sí, para la estructura de la proteína y para mí… ya que me permite introducir las matemáticas en este artículo. La estructura tan especial de Kalata B1 (cíclica y girada) recuerda a la famosa banda o cinta de Moebius, una forma geométrica descubierta de forma independiente por los matemáticos alemanes August Ferdinand Moebius y Johann Benedict Listing y que tiene una serie de características comunes con la estructura de Kalata. Veamos cuáles.

Por una parte, tanto la cinta de Moebius como nuestra proteína estrella están formadas por una superficie de una única cara. Podemos demostrarlo haciendo la “prueba del algodón”. Si coloreamos la superficie de una cinta de Moebius (o de Kalata B1), comenzando por un punto determinado, al final queda coloreada toda la cinta (o la proteína). No existen cara interior ni cara exterior.

Por otra parte, dicha superficie posee un único borde ya que si lo seguimos con un dedo se alcanza el punto de partida tras haber recorrido la totalidad del borde.

Finalmente, la superficie de la cinta de Moebius o de la proteína Kalata B1 no son orientables. ¿A qué me refiero con esto? A que si partimos con una pareja de ejes perpendiculares orientados, al desplazarse paralelamente a lo largo de la cinta, se llegará al punto de partida con la orientación invertida.

Como les acabo de mostrar la relación entre Kalata B1y las matemáticas es más que evidente. La cinta de Moebius es su nexo de unión.  Pero… ¿y la música?

No hay lugar a la duda. Johann Sebastian Bach es uno de los más grandes genios de la música. La fecunda obra que nos dejó es considerada como la cumbre de la música barroca. Compositor, organista, clavecinista, violinista, violista, maestro de capilla,… lo de Johann Sebastian Bach fue impresionante.

El legado musical que nos dejó Bach extensísimo pero hoy nos interesa centrarnos en una peculiar obra. Me refiero al Canon del Cangrejo.

El historiador Eli Maor describió a Bach como un matemático experimental del más alto rango. Es posible que fuera un poco exagerado pero lo que es evidente es que el músico alemán exploró profundamente las posibilidades de la simetría.

Como es bien sabido entre los expertos musicales, el canon es una forma en la que las distintas partes se incorporan sucesivamente repitiendo la melodía de la voz principal. Lo más curioso del Canon del Cangrejo de Johann Sebastian Bach es que el acompañamiento repite exactamente lo hecho por la voz principal pero en sentido inverso. Como pueden observar en la siguiente partitura, el pentagrama de abajo repite lo escrito en el de arriba pero invertido en el tiempo ya que el canon es una melodía interpretada marcha atrás que sirve de acompañamiento a sí misma. Es decir, la pieza suena igual si se toca desde delante hacia atrás que si se hace desde atrás hacia delante, como un palíndromo musical. Por esta razón, y por la forma particular de andar de estos crustáceos, se le llama Canon del Cangrejo.

¿Y esto que tienen que ver con el resto del post? Si son un poco perspicaces ya lo habrán adivinado. La forma musical representada en el Canon del Cangrejo, por las características que les he descrito que tiene, está íntimamente relacionada con la cinta de Moebius y, por tanto, con la proteína Kalata B1.

Por si aun tienen alguna duda aquí les dejo este maravilloso video creado por Jos Leys en el que construyen una Banda de Moebius con la partitura del Canon del Cangrejo. Si prestan atención podrán escuchar un bucle interminable en el que una pieza enlaza consigo misma y además se superpone a sí misma en el doble recorrido. Exactamente igual que la estructura de la cinta de Moebius y la de Kalata B1.

Estimados amigos, a lo largo de este post he logrado unir 4 disciplinas (dos científicas y dos artísticas) aparentemente inconexas. El artista/científico alemán Julian Voss-Andreae esculpió una espectacular obra que representa a una proteína de gran interés biotecnológico, Kalata. Por su estructura esta proteína presenta grandes similitudes con la famosa banda de Moebius, una forma geométrica íntimamente relacionada con una pieza con la que guarda gran correspondencia musical y armoniosa: el famoso Canon del Cangrejo de Johann Sebastian Bach.

Sin duda, la ciencia y el arte van cogidos de la mano.

@ScientiaJMLN

Bibliografía revisada:

• Identificación de ciclótidos de Gloeospermum sphaerocarpum triana & planch (violaceae) con actividad inhibitoria de la α-glucosidasa. Laura Victoria Franco Walker.
• The cyclotide webpage.
• Epsilones
• Bach y la banda de Moebius

Imagen destacada: Cinta de Moebius

Source

http://www.biotekis.es/2016/03/10/biotecnologia-y-arte-entrelazamientos/