La naturaleza del reflejo

Este texto ha sido el finalista del concurso DIPC–LSC-Laboratorium en la modalidad de ensayo de divulgación científica de Ciencia Jot Down 2021. Puedes leer aquí el ensayo ganador y aquí el relato de la modalidad de narrativa.

Mucha gente cree que Alicia solo visitó el País de las Maravillas. En cambio, poca gente sabe que Alicia, además de meterse en un agujero siguiendo a un conejo, también atravesó el espejo de su cuarto y se introdujo en el mundo del reflejo. 

«¿Crees que allí te darían leche?» — pregunta a su gato — «Tal vez la leche reflejo no se pueda beber». 

Lo que ni la propia Alicia sabe es que no le hace falta atravesar el espejo. Ya vivimos en un mundo plagado de reflejos. Estamos hechos de ellos, como nuestras propias manos. Aun así, muchas simetrías se esconden más allá de nuestros ojos, en las propias sustancias químicas que nos componen. De hecho, la pregunta de Alicia ya tiene respuesta. La leche espejo no se puede beber, no la podemos digerir. 

Somos de los pocos animales capaces de reconocernos a nosotros mismos en un espejo. A pesar de ello, tuvo que pasar un milenio y ochocientos cuarenta y ocho años de nuestra era para reconocer por primera vez los espejos que nos rodean. En París, el mismo año que una revolución declaraba la Segunda República de Francia, un joven Pasteur iluminaba con una lámpara mezclas en su laboratorio. Uno de esos compuestos, extraído del vino, reflejaba la luz de forma distinta según el día que lo purificaba, a veces la giraba hacia la izquierda y otras hacia la derecha. Pasteur y su mentor anunciaron el hallazgo, pero los químicos de la época dudaron de los preparados de un estudiante. Si Pasteur estaba usando el mismo compuesto, tantas diferencias al girar la luz eran imposibles. Algo estaba mal. 

Pero lo que se creía puro, como ocurre a menudo a lo largo de nuestra historia, resultó no serlo tanto. Las purificaciones de Pasteur eran mezclas de dos moléculas idénticas —mismo número de átomos, misma distancia entre ellos— que solo difieren en una cosa: su orientación. Dos moléculas que solo se diferencian en que una tiene un átomo a un lado y otra al contrario. Cada una condenada, al igual que nuestras manos, a ser el vivo reflejo de la otra.

Todo tenía sentido. La carga positiva del protón se anula con el electrón. La materia tiene su antimateria. La física estaba obsesionada con la simetría de nuestro mundo. Era lógico pensar que la química también tuviera sus propias simetrías. Pero los seres vivos siempre superan a la química que los compone. El mismo Pasteur, en su afán por estudiar la biología, observó que muchas moléculas relacionadas con la vida, como la celulosa o las proteínas, son asimétricas. Aunque pueden formar espejos, los animales, desde las bacterias hasta los elefantes, solo usan uno de ellos. 

A día de hoy, no se sabe por qué la vida optó por conservar un reflejo u otro. Parte de la respuesta está en la eficiencia. Cuando se fabrican moléculas espejo en el laboratorio, casi siempre se obtienen mezclas de reflejos. Si lo que intentas es producir un fármaco como el ibuprofeno, estás perdiendo dinero. Solo uno de los reflejos del ibuprofeno es activo mientras que el otro no tiene ningún efecto. Sin embargo, cuando fabricas ibuprofeno, es inevitable que parte de los reactivos se conviertan en el reflejo inservible, porque no puedes controlar la reacción. Sería como intentar vender solo los pimientos de Padrón que pican, un mal negocio. 

Solo hay una forma de generar selectivamente el reflejo adecuado: usando el espejo correcto. La vida no es simétrica porque así es más eficiente. La naturaleza ha seleccionado el reflejo izquierdo de las proteínas porque dirigen las reacciones selectivamente hacia los reflejos adecuados. Son moléculas espejo que producen (o eliminan) un reflejo concreto, sin malgastar recursos. 

Pero esto es solo una parte del misterio. Químicamente, nada indica por qué la evolución no ha elegido el reflejo derecho de las proteínas o el izquierdo de los azúcares. Probablemente, en el origen de la vida había una mezcla de ambos espejos y algo provocó la ruptura de la simetría que decantó la balanza hacia uno de los reflejos. Las proteínas del gato de Alicia solo pueden digerir la leche normal porque se adaptaron para ese reflejo y no para el contrario. Pero, ¿y si todo hubiera sido al revés desde el principio?

No tenemos una máquina del tiempo, pero hemos aprendido las reglas de este juego de espejos. Sabemos que el ADN tampoco es simétrico y que puede existir su copia espejo cuya hélice no gira hacia a la derecha, sino a la izquierda. Muchas proteínas se encargan de leer, escribir, cortar, duplicar, degradar o transcribir el ADN para reproducir una y otra vez la receta de la vida; todas esas proteínas están acostumbradas a leer el ADN derecho. Hasta ahora, nuestro dominio de las reacciones espejo no nos había permitido crear en el laboratorio proteínas tan grandes, pero un equipo en China ha creado la proteína espejo capaz de copiar el ADN izquierdo. El truco: estirar al máximo la química de espejo haciendo muchas reacciones selectivas de trozos pequeños para fabricar una de las enzimas que copia el ADN más fácil de utilizar en el laboratorio, la ADN polimerasa de la bacteria Pyrococcus furiosus. Algo que nunca se ha visto en la naturaleza. 

Y como el ADN izquierdo no está presente en la naturaleza, no hay proteínas entrenadas para destruirlo. Es como si este reflejo del ADN no pudiera ser detectado por nuestro mundo. Los investigadores lanzaron trozos de ADN derecho y ADN izquierdo a un pozo local. Tras ocho meses, volvieron y usaron los respectivos reflejos de la ADN polimerasa para fotocopiar lo que quedara en el agua. Mientras que el ADN derecho había desaparecido eliminado por los microorganismos del ambiente, el ADN izquierdo permaneció casi intacto. Gracias a este efecto, los investigadores proponen usar el ADN izquierdo para almacenar información. Si no se degrada, podríamos guardar sin miedo toda la información del mundo en un solo kilo de ADN. Y todavía queda mundo espejo por explorar. 

Quizá un nuevo mundo se presentará a nuestra vista. ¿Quién podría prever la organización de los seres vivos si la celulosa, derecha como es, se convirtiera en izquierda; si la albúmina de la sangre, ahora izquierda, se volviera derecha? Estos misterios pueblan el trabajo del futuro y requieren la más sería consideración por parte de la ciencia.

Estas palabras de Pasteur fueron el mensaje que encriptaron los investigadores en el ADN izquierdo para demostrar el potencial de su proteína espejo en un guiño a lo mucho que hemos avanzado, pero lo mucho que nos queda por entender. Y crear. Hemos entrado en un laberinto de espejos del que solo ahora comenzamos a entender el efecto óptico que producen sus reflejos. Y sus repercusiones. El mismo Nobel de Química de 2021, otorgado a la organocatálisis, consiste en copiar la estrategia de las proteínas de usar espejos para hacer las reacciones químicas selectivas. A su vez, las bacterias usan azúcares reflejo para construir su pared aprovechando que no habrá proteínas adaptadas para digerirlos. 

Para hallar la salida, todavía queda mucho laberinto por recorrer. Muchos son los físicos, biólogos, artistas y escritores que han soñado con la existencia de un mundo espejo. Al final de la historia, Alicia se despierta para descubrir que su viaje no ha sido más que un sueño. Sin embargo, para nosotros puede que ese sueño no haya hecho más que empezar y algún día sepamos cómo es el mundo a través del espejo.