Melanina para protegernos: el proyecto de Radamés J. B. Cordero

Radamés J.B. Cordero: «Es emocionante que la biología nos inspire para desarrollar tecnología de exploración espacial»

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La radiación espacial es capaz de hacer trizas muchos elementos biológicos (ADN incluido) y electrónicos, hasta dañar sus funciones o dejarlos inutilizables.

Es por ello que la Estación Espacial Internacional es el lugar perfecto para probar la eficacia de un compuesto de melanina fúngica a la hora de absorber las frecuencias de una radiación iónica para la que no hemos evolucionado.

Radamés J. B. Cordero, máster en bioquímica y doctor en biomedicina por la Escuela de Medicina Albert Einstein (Nueva York, Estados Unidos), trabaja como científico asociado de la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health (Estados Unidos) y es cofundador de MelaTech. Uno de sus proyectos actuales consiste en investigar la capacidad de la melanina fúngica como barrera para la radiación ionizante. Sus muestras acaban de regresar a la Tierra desde la Estación Espacial Internacional (ISS).

«La radiación ionizante causa daños en la estructura de nuestras biomoléculas»

– ¿Qué le hace la radiación del espacio a nuestro organismo y equipos?

Cuando la radiación ionizante interactúa con la materia es capaz de remover (retirar) electrones y alterar su estructura química. Al cambiar su estructura química, también cambia su ‘función’.

Cuando se trata de nuestro cuerpo, la radiación ionizante causa daños en la estructura de nuestras biomoléculas como, por ejemplo, en el ADN, causando mutaciones. También altera proteínas cuya forma es indispensable para nuestras células. Eso causa daños en células y tejidos, alterando su función e incluso desarrollando enfermedades asociadas como el cáncer.

Y la radiación ionizante no discrimina entre ‘vivo’ y ‘no vivo’: también interactúa con equipos electrónicos en el espacio como naves o satélites. Puede inducir a la erosión de sus materiales, lo que en el caso de los satélites es un problema grave. Al alterar la estructura eléctrica de sus aparatos, puede causar daños en los componentes eléctricos afectar a su rendimiento e incluso causar fallos catastróficos.

– ¿Cómo puede proteger la melanina contra esta radiación ionizante?

Los estudios sugieren que la melanina actúa como una barrera radioprotectora. Tiene una estructura química y unas propiedades eléctricas que hacen que sea capaz de atrapar y dispersar esa radiación. Eso la hace interesante para blindar la materia con un ‘escudo’. La melanina también protege actuando como un antioxidante, absorbiendo y neutralizando moléculas ionizadas por la radiación (especies reactivas de oxígeno).

– ¿Cuál será el primer caso práctico de tus investigaciones: proteger seres vivos o electrónica?

«Estamos abiertos a proteger todo lo que es susceptible a verse afectado por la radiación ionizante»

Evidentemente estamos interesados en ambos: proteger seres vivos y electrónica. Esto va a depender de los resultados obtenidos en estos estudios. En principio, proteger a nuestros astronautas en el espacio es una prioridad. Podemos imaginar cómo materiales basados en melanina podrían ser adaptados en diferentes circunstancias para protegerlos.

Pero también estamos interesados en ver si esta melanina es capaz de proteger a nuestros aparatos electrónicos para aumentar su funcionalidad y durabilidad en el espacio. Estamos abiertos a escudar todo lo que es susceptible de verse afectado por la radiación ionizante, que entendemos que es casi todo.

La melanina tiene una ventaja clave, y es que puede ser adaptada a diferentes formas. Se pueden generar sólidos como planchas, coberturas plásticas como pinturas, tejidos como la ropa. Es muy maleable y manipulable, por lo que puede proteger en diferentes circunstancias.

«Enviamos dos muestras a la Estación Espacial que fueron expuestas al exterior, en contacto directo con la radiación espacial»

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(a) Satélite LDEF (Long Duration Exposure Facility) de la NASA. Material antes (b) y después (c) de 5,8 años de exposición. Créditos | NASA/TM-20205008863

– ¿Qué se sabe de las muestras enviadas a la Estación Espacial Internacional? ¿Qué datos se espera recoger?

Hace una semana recibimos la confirmación de que las muestras habían vuelto a la Tierra. Ahora mismo estamos esperando a que los ingenieros de la NASA realicen los análisis iniciales, aunque por la situación actual de la pandemia estos procesos se están demorando y no sabemos cuándo tendremos acceso o ver cómo quedaron las muestras. Pero parece que este año tendremos resultados.

Nosotros enviamos dos muestras a la Estación Espacial que fueron expuestas al exterior, en contacto directo con la radiación espacial. Una de las preguntas era ver cómo de estable es la melanina en esas condiciones, que son muy extremas. Muchos materiales se dañan muchísimo allí: pierden el color, se deterioran.

Además de esto, se busca evaluar la capacidad de proteger o bloquear la radiación espacial. Por eso las dos muestras se colocaron en diferentes orientaciones: una llamada zenit, que da la espalda a la Tierra, y otra que da la espalda a la dirección en la que viaja la estación espacial.

El resultado es que ambas muestras están expuestas a diferentes niveles de radiación que nos van a permitir evaluar esas capacidades del compuesto de melanina a diferentes niveles de radiación.

– Aunque no tengáis resultados aún, ¿qué expectativas tenéis? ¿Qué hipótesis esperáis confirmar?

El objetivo es confirmar que este compuesto de melanina es capaz de bloquear radiación ionizante en el espacio de forma estable, soportando ese ambiente de alta radiación que pocos materiales convencionales son capaces de aguantar. La melanina parece tener esa estructura y esa capacidad para absorber y disipar energía.

«Podría reducir los efectos secundarios que tiene la radiación ionizante en el cuerpo»

Lo primero que quiero ver es el color. Algo que ocurre en el espacio es que los materiales pierden el color via erosión. Por eso lo primero que quiero ver es una foto. Si todavía mantiene el color eso quiere decir que aún mantiene parte o toda su estructura, y ya eso es algo emocionante.

– Todo esto está muy orientado a la radiación espacial ‘intermedia’ de la atmósfera superior, pero, ¿tiene sentido aplicar la melanina a proteger de radiaciones también ionizantes dentro de la atmósfera?

Totalmente. De hecho, las aplicaciones de la melanina en la Tierra son numerosas. Por ejemplo, en el área biomédica, donde tenemos pacientes que están expuestos a radiación ionizante (radioterapia). Tenemos también a profesionales de la salud que exponen sus cuerpos a esta radiación (rayos X). De modo que sí, la melanina también podría servir en estas instancias.

Para los pacientes, por ejemplo, puede mejorar la eficacia de la radioterapia, ya que podría reducir los efectos secundarios que tiene la radiación ionizante en el cuerpo. E incluso aumentar la efectividad del tratamiento, modulando las dosis: más altas y localizadas, protegiendo tejidos aledaños al área a tratar. Para los médicos también será muy importante porque ellos dependen de cubrir áreas de su cuerpo con materiales basados en plomo. Estos materiales son muy pesados, hasta el punto de que hay reportes de que llegan a causar fracturas.

Además de esta limitación de uso, existe otra: como el plomo es rígido, es difícil cubrir partes del cuerpo que son curvadas y quedan expuestas. Todo esto limita la operatividad y lo que ocurre es que hay partes que no se protegen e incluso se llega a desincentivar su uso.

– Pero también podría aplicarse a otros sectores no estrictamente sanitario.

«Este pigmento es capaz de absorber prácticamente toda la irradiancia solar: es capaz de absorber ultravioleta, luz visible e infrarroja»

Eso son algunos ejemplos muy concretos de materiales basados en melanina para la radioprotección en el sector biomédico, pero existen muchos otros ámbitos de aplicación, empezando por la exposición de todo el mundo a la radiación ultravioleta del Sol. Sabemos que esa radiación puede alterar la estructura química del ADN y está asociada a enfermedades como el melanoma.

Mecanismos basados en melanina que puedan proteger nuestra piel, ya sea por medio de lociones (como los bloqueadores solares) como por medio de tejidos (como la ropa) también pueden proteger a la gente en su vida convencional. Estos son algunos ejemplos, pero hay numerosas aplicaciones en la Tierra, y no solo en la vertiente de radioprotección. Pensemos en la generación de energía renovable.

Este pigmento es capaz de absorber prácticamente toda la irradiancia solar: es capaz de absorber ultravioleta, luz visible e infrarroja. Y esto es extensible a tecnologías solares no fotovoltaicas, como la producción de calor. Podemos atrapar la energía solar porque la melanina actúa como un ‘guante’ que captura y disipa en forma de calor. Las aplicaciones en la Tierra son numerosas.

– Con este futuro tan prometedor surgen otros retos: ¿de dónde sale esta melanina? ¿Cómo se ‘cultiva’? ¿Podemos producir a escala industrial?

Precisamente la producción de melanina fúngica es una de las ventajas que tiene este biomaterial: lo producen microorganismos. Hongos negros. Y los hongos pueden crecer en grandes escalas para conformar fábricas de melanina. Hacer crecer hongos es algo que llevamos haciendo milenios, con levaduras, por ejemplo.

Estos hongos que producen melanina son una herramienta muy útil en la creación porque solo hace falta una célula y determinadas condiciones y nutrientes para producir grandes cantidades de melanina a medida que el hongo crece. Estamos hablando de biorreactores.

La microcervecería mediante biorreactor más cercana al hogar del lector seguro que produce cientos de miles de litros de levadura al año, quizá incluso al mes. El uso de biorreactores nos permite generar enormes cantidades de melanina haciendo uso de estos hongos negros.

– ¿Por qué hongos negros? ¿Qué tienen de especial?

Los hongos negros habitan partes del planeta muy extremos. Son extremófilos. Se han encontrado en los polos del planeta, Ártico y Antártida, que son lugares de extrema temperatura y radiación solar. También, y aún más importante, se han encontrado en ambientes de alta radioactividad, como el reactor nuclear de Chernóbil.

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Los científicos han detectado que muchas especies de hongos negros estaban creciendo. En las paredes del reactor no solo sobreviven, sino que prosperan. También la piscina de enfriado del reactor, un área extremadamente contaminada, estaba sobrepoblada de hongos negros productores de melanina.

Estos hallazgos dieron lugar a una serie de estudios que demostraron que esta melanina producida por los hongos era capaz de protegerlos frente a la radiación. Y es más, la razón por la cual estos hongos crecen y prosperan en estos ambientes era porque la melanina es capaz de absorber parte de esa radiación y ‘traducirla’ (transformarla) en energía disponible para uso metabólico.

– ¿Dices que el hongo se alimentaba de radiación transformando esa energía en biomoléculas al estilo del adenosín trifosfato (ATP)?

Los estudios sugieren que la melanina fúngica actúa como un pigmento de captura de energía (energy harvesting pigment) como pueda ser la clorofila en materia de pigmento fotosintético*. Que la melanina de estos hongos negros sea capaz de captar y transformar radiación y depositarla como unidades de energía utilizables por el metabolismo del hongo (radiosíntesis) es un hallazgo. El proceso celular de cómo ocurre esta transformación aún está por descifrarse, pero sabemos que tiene que ver con las propiedades ópticas y eléctricas de la melanina.

Este tipo de descubrimientos han inspirado el uso de la melanina extraída de hongos negros y usarla para proteger contra la radiación en diferentes escenarios. Esto provee una versatilidad y una capacidad para producir melanina enorme.

*Nota del entrevistador: muchos organismos fotosintéticos, como las plantas, hacen uso de un abanico de pigmentos que les permiten absorber energía de la luz y transformarla en moléculas energéticas que usar como combustible para sus funciones biológicas.

– ¿Qué ventajas tiene la producción de melanina en hongos? Porque conocemos la melanina desde hace tiempo.

«Estamos hablando de una tecnología viva que puede atrapar, retener y utilizar radiación, y eso nos podría ayudar a protegernos o utilizarla»

La capacidad de protección de la melanina se conoce desde hace mucho. Sin embargo, la melanina producida en la actualidad (en los últimos 20 o 30 años) proviene de animales o es sintética. Estas no pueden producirse a gran escala. Ahora, usando hongos como factorías sí que podemos producir grandes cantidades. Solo necesitamos una célula, y el resto lo hace la naturaleza.

– Pero esto abre las puertas incluso a la exploración espacial y sistemas ecológicos cerrados y complejos que puedan viajar entre planetas. Si este tipo de biomateriales no solo actúan como blindaje para naves espaciales sino que además son capaces de ser usadas para obtener energía de un entorno ‘vacío’ del que extraer electricidad, calor e incluso energía química en forma de moléculas biológicas, tratamiento de aguas o cultivos…

Estamos hablando de una tecnología viva que puede atrapar, retener y utilizar radiación, y eso nos podría ayudar a protegernos o utilizarla. Una vez se captura esa radiación, puedes trabajar con ella, usarla. De modo que sí, estoy de acuerdo con esa posibilidad, que es fascinante. Por supuesto que para ello todavía queda mucho por estudiar acerca de cómo la melanina interactúa con la radiación y cómo utilizarla beneficiosamente.

Es muy emocionante que la biología nos esté inspirando para desarrollar tecnología que nos permitan explorar el espacio. Una migración que parece inminente. Estamos viviendo en un momento muy emocionante de esa exploración espacial con planes como la colonización lunar o marciana, y convertirnos en una especie interplanetaria.

Y, además, en términos de producción de melanina microbiana solo tenemos que transportar una célula o conjunto de ellas. Hasta ahora todo lo que usamos en Marte o en la Luna lo tenemos que producir en la Tierra, pero los biomateriales permiten una expansión y producción en el lugar al que se llega.

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Imágenes | Radamés J.B. Cordero, Alpha Space (NASA), NASA/TM-20205008863, iStock/svedoliver

3 respuestas a “Radamés J.B. Cordero: «Es emocionante que la biología nos inspire para desarrollar tecnología de exploración espacial»

  1. Felicitaciones a este joven talentoso. Tuve la oportunidad de verlo crecer en la Primera Iglesia Bautista de Florida. Una familia muy amada y de grandes aportaciones a nuestras comunidades.

    Me siento orgulloso de ser amigo de ésa tan distinguidad y humildes personas como son Radamés Cordero y familia.

    El límite es el cielo. Exitos.

  2. Que tremenda entrevista, informativo y muy bien explicado. Y dejando el orgullo Boricua a un lado, me quitó el sombrero, mi amigo querido.

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