Hay una teoría que me encanta. Me refiero a la de los 6 grados de separación, la hipótesis que intenta probar que cualquiera en la Tierra puede estar conectado a cualquier otra persona del planeta a través de una cadena de conocidos que no tiene más de cinco intermediarios. Gracias a ella voy a relacionar hoy dos cosas (no personas) aparentemente inconexas: la inflación económica y los fármacos antitumorales. ¿Y cuáles serán los 5 intermediarios? 5 disciplinas diferentes: la economía, la botánica, la tecnología de los alimentos, la bioquímica y la química computacional. Comencemos.
Este verano decidí ponerme al día de las noticias ECONÓMICAS que azotan nuestro planeta. Tanto tiempo leyendo y escribiendo sobre ciencia me estaba alejando de otros temas muy importantes que nos rodean. Enseguida me di cuenta que la inflación desgraciadamente sigue estando de moda así que decidí profundizar en ella. Encontré muchas páginas interesantes como estas entradas publicadas en El Blog del Salmón y en El Economista donde se explica la inflación en plan "economía para dummies"…que es exactamente lo que necesita un bioquímico como yo.
Pero para no enfadar a Arturo Pérez Reverte, paisano, miembro numerario y sillón T mayúscula de la Real Academia Española, acudí a la RAE con el objetivo de leer la definición exacta de inflación. Cuatro fueron las acepciones que encontré:
- f. Acción y efecto de inflar.
- f. Engreimiento y vanidad.
- f. Abundancia excesiva. Hoy existe una gran inflación de títulos universitarios.
- f. Econ. Elevación del nivel general de precios.
Para relacionar el curso universitario que está a punto de comenzar con la inflación pensé hacer un post usando la definición número 3. Iba a ser cañero…pero cuando estaba a punto de empezar a escribir sobre ello ocurrió algo que, sin que sirva de precedente, me hizo dejar a un lado los escabrosos temas universitarios y abordar la inflación desde la perspectiva del aumento de precios, la acepción número 4 de la RAE.
¿Qué ocurrió? Que Marcos Antón Renart, gran amigo y mejor persona, publicó en su cuenta de twitter (la cual recomiendo encarecidamente seguir) una imagen que me dejó "to loco". Marcos, profesor y Vicedecano de la Facultad de Economía y Empresa de la Universidad de Murcia, usó mi añorado FRIGO PIE para explicar precisamente la inflación, basándose en este texto publicado en Verne. Me dolió. Que un helado al que soy adicto haya prácticamente sextuplicado su precio en tan solo 35 años es algo que me llega al alma.
Llamé a Marcos para decirle que no se pasase un pelo y no volviese a usar al Frigo Pie como ejemplo de inflación….pero él seguía hablándome de ella. Para explicarme el aumento de los precios de bienes y servicios durante un periodo de tiempo usó el Índice de Precios al Consumo (IPC) y la web del Instituto Nacional de Estadística (INE) donde además de encontrar información detallada acerca de aspectos económicos que no controlo se puede, entre otras cosas, calcular la variación del IPC entre dos períodos cualesquiera. Pero daba igual lo que Marcos, un reconocido especialista en economía a nivel internacional, me aclarase…el daño ya estaba hecho.
Para reponerme del impacto fui a la heladería de la Dehesa de Campoamor, la legendaria Navia, y compré un Frigo Pie. Antes de saborearlo tuve la mala idea (deformación bloguera) de mirar la etiqueta y me encontré una sorpresa en su composición. Aunque todo el mundo piensa al ver el color rosa del Frigo Pie que en su composición hay fresa, la lista de ingredientes deja claro que no. Ni rastro de ella. Sin embargo, sí aparece un componente que sorprende a todos: el zumo concentrado de remolacha. Hablemos de BOTÁNICA.
A la remolacha (Beta vulgaris) también se le conoce por betabel, betarraga, beterraga, acelga blanca, beterrada, beteraba y betarava. Se trata de una especie de planta herbácea del género Beta en la familia Amaranthaceae. Es una planta herbácea anual o perenne que alcanza hasta 2 metros de alto. Es ramificada y frondosa, de color verde a púrpura-violáceo y tiene raíces delgadas o tuberosas ricas en azúcar. Existen numerosas variedades de la especie que son cultivadas. La más conocida es la remolacha de jardín. Sin embargo las otras incluyen la hoja llamada acelga y la remolacha azucarera que es muy importante en la producción de azúcar.
La remolacha común procede de la especie botánica Beta marítima, conocida popularmente como "acelga marina" o "acelga bravía", planta originaria en la zona costera del norte de África. Su cultivo es muy antiguo, data del siglo II a.C., y dio lugar a dos hortalizas diferentes: una con follaje abundante, la acelga, y otra con raíz engrosada y carnosa, la remolacha. En principio las antiguas civilizaciones sólo consumían las hojas de la remolacha. La raíz de la planta se utilizaba como medicamento para combatir los dolores de muelas y de cabeza. Se sabe que los romanos consumían esta raíz, pero no fue hasta el siglo XVI cuando volvió a la dieta, en este caso, de ingleses y alemanes. A lo largo de los años, el cultivo de la remolacha de mesa fue creciendo y mejorando. En la actualidad, su consumo está muy difundido por todos los países de clima templado, en especial en Europa. Francia e Italia son sus principales productores.
Remolacha
Respecto a sus propiedades nutritivas la remolacha es un alimento de moderado contenido calórico, ya que tras el agua, los hidratos de carbono son el componente más abundante, lo que hace que ésta sea una de las hortalizas más ricas en azúcares. Es buena fuente de fibra. De sus vitaminas destaca los folatos y ciertas vitaminas del grupo B, como B1, B2, B3 y B6. En relación con los minerales, es una hortaliza rica en yodo, sodio y potasio.
¿Y cuál de estos nutrientes es el responsable de que se le adicione zumo de remolacha concentrado al Frigo Pie? Ninguno. Hablemos ahora de CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS, el tercer nivel de nuestra teoría de los 6 Grados de Separación.
Debido a la fuerte presión del "mundo natural" y a la quimiofobia reinante en la sociedad actual, uno de los principales objetivos de la industria alimentaria es emplear nuevos aditivos que no sean artificiales. De esta forma luego presumirán que sus productos no llevan aditivos artificiales. Pues bien, el zumo de remolacha concentrado es fuente de uno de estos aditivos naturales, las betalaínas. Les cuento.
Las tonalidades violáceas y amarillas que exhiben ciertas flores se deben a la presencia de betalaínas, un grupo de pigmentos vegetales que contienen nitrógeno y son solubles en agua. Se acumulan en flores, frutas y, de forma ocasional, en el tejido vegetativo de plantas de la mayoría de las familias del orden de las Cariofilales. También se hallan presentes en hongos como Amanita e Hygrocybe. Hasta el momento se han identificado en la naturaleza más de 50 betalaínas, cifra que aumenta constantemente. La presencia de betalaínas en plantas se halla restringida al orden de las Cariofilales, que incluye familias como las Cactáceas o las Nictagináceas. Las betalaínas se dividen en dos grupos (las betacianinas, de color violeta, y las betaxantinas, de color amarillo) y deben su nombre a la planta en donde se han descrito, al cual se ha añadido el sufijo «–cianina» (de kyanos, «azul» en griego) para las betacianinas, o «–xantina» (de xanthos, «amarillo» en griego) para las betaxantinas.
Rutas biosintéticas de las betalainas
¿Y qué función tienen estos pigmentos en las plantas? La presencia de betalaínas en flores (Bougainvillea, Celosia, Gomphrena, Mirabilis, Portulaca…) reviste interés sobre todo por la importancia del color en esas estructuras. Se han propuesto una gran variedad de funciones para las mismas, incluida la atracción de animales que actuarían a modo de polinizadores y dispersadores de semillas. El ejemplo más conocido de planta superior con estos pigmentos corresponde a la raíz de la remolacha roja (Beta vulgaris); sin embargo, estos no desempeñan allí ninguna función visual, sino de regulación osmótica y de almacenaje de compuestos nitrogenados.
¿Y existe relación entre el Frigo Pie y las betalaínas? Por supuesto. Debido a sus coloraciones las betalaínas, sobre todo en forma de extractos concentrados o liofilizados de raíz de remolacha roja, se utilizan en la industria alimentaria para modificar el color de una amplia variedad de productos. De hecho el aditivo E-162 recibe el nombre de betacianina (un grupo de betalaínas) o rojo de remolacha.
¿Y dónde encontramos este aditivo? En muchos alimentos como yogures, cremas, salchichas, jamón cocido, galletas, dulces y zumos…y en el Frigo Pie. ¿Estoy diciendo que el color rosáceo de este maravilloso helado que tuvo su origen en 1983 es debido principalmente a los pigmentos de la raíz de la remolacha? Exacto.
Una forma de comprobar al presencia de betalaínas en el Frigo Pie es someterlo a cambios en su almacenamiento, ya que cuando un aditivo se emplea como colorante alimentario la estabilidad de su color constituye uno de los principales factores a tener en cuenta. Las betalaínas se muestran estables a temperaturas inferiores 25 ºC y en condiciones de pH entre 3,0 y 7,0. Si bajamos la temperatura de almacenamiento del Frigo Pie o alteramos su pH el color rosa empieza a perderse. Además, la presencia de oxígeno y luz también las desestabilizan.
Pero colorante hay muchos…¿por qué las betalaínas son especiales? Porque estas moléculas tienen una actividad dual sensorial/funcional que otras moléculas no tienen. Además de su papel como colorante alimentario se les están descubriendo diversas propiedades saludables gracias a su intensa actividad biológica. Hablemos de BIOQUÍMICA, nuestro cuarto eslabón en la teoría de los 6 grados de separación.
Mi Santo Grial
En 1998, un estudio en el que participó nuestro grupo puso de manifiesto la capacidad antioxidante de las betalaínas de la remolacha. Posteriormente, varios trabajos confirmaron la elevada actividad antirradical y antioxidante de las betacianinas. Sabemos también que las betalaínas participan en la eliminación del ácido hipocloroso, producto de la enzima mieloperoxidasa implicado en la respuesta inflamatoria. En humanos, las concentraciones en plasma tras la ingesta de estos compuestos bastan para promover su incorporación en las lipoproteínas de baja densidad y en glóbulos rojos, a los que protegen del daño oxidativo y la hemólisis. Además, varios trabajos relacionan a la betalaínas con la quimioprevención del cáncer .
Pero el propósito de este artículo es relacionar la inflación con los fármacos antitumorales. ¿Dónde está la relación? En que ya hay trabajos que relacionan las betalaínas con la reducción de tumores in vivo. Sin embargo hasta hace relativamente poco tiempo no se había propuesto un mecanismo a nivel bioquímico que pudiera explicar esta actividad antitumoral. En un trabajo del grupo de investigación Bioquímica y Biotecnología enzimática de la Universidad de Murcia al que pertenezco hemos encontrado una posible explicación a la capacidad de estos pigmentos presentes en el Frigo Pie y en otros muchos alimentos para luchar contra el desarrollo de tumores.
Algunos alimentos donde se usa el aditivo E-162
La explicación se basa en el potencial de las betalaínas para inhibir la acción de dos enzimas: ciclooxigenasa (COX) y lipoxigenasa (COX). Hay estudios que muestran que si se logran inhibir estas dos enzimas relacionadas con proceso inflamatorios se produce el descenso en la prevalencia de determinados cánceres….aunque algunas de sus isoenzimas producen el efecto contrario. Atentos.
Ciclooxigenasa (COX), o prostaglandina-endoperóxido sintasa (EC 1.14.99.1), es una enzima responsable de la formación de unos importantes mediadores biológicos llamadas prostanoides, incluyendo prostaglandinas, prostaciclinas y tromboxanos. Esta acción la realiza a partir del ácido araquidónico catalizando la siguiente reacción:
Araquidonato + AH2 + 2 O2 ———- Prostaglandina-H2 + A + H2O
La formación de prostaglandinas catalizada por COX es de gran interés biomédico ya que estos compuestos están relacionados con el dolor, la inflamación y el desarrollo de neoplasias. Por ello se han desarrollado fármacos anti-inflamatorios no esteroideos, tales como la aspirina y el ibuprofeno, que gracias a su capacidad para inhibir la enzima COX pueden aliviar de los síntomas de la inflamación y el dolor. En los últimos tiempos se están buscando nuevos tipos de biomoléculas con carácter anti- inflamatorio que inhiban la acción de COX.
La otra enzima relacionada con lso procesos inflamatorios es 5-lipoxigenasa (5-LOX), una enzima humana cuya función es transformar ácidos grasos (como el araquidónico) en leucotrienos. Debido a que estas moléculas también están relacionadas con procesos inflamatorios, la búsqueda de fármacos con capacidad para inhibir 5-LOX es el objetivo de diferentes tratamientos farmacológicos relacionados con cardiopatías, asma, trastornos neuropatológicos, etc.
Esquema de la transformación del ácido araquidónico en moléculas relacionadas con procesos inflamatorios por la acción de COX y LOX
En la anterior imagen pueden ver la ruta de transformación del ácido araquidónico en prostaglandinas y leucotrienos catalizada por ciclooxigenasa y lipoxigenasa, respectivamente. También se citan los procesos fisiológicos con los que están relacionados estos metabolitos. Esos procesos, en el caso de no ser inhibidos, pueden dar lugar a complicaciones. Por ello En los últimos tiempos se están buscando nuevos tipos de biomoléculas con carácter anti- inflamatorio que inhiban la acción de estas enzimas.
Con lo que les acabo de contar supongo que tendrán claro cuál fue el paso siguiente en nuestra investigación. Efectivamente. Usar betalaínas de procedencia natural (purificadas de fuentes vegetales mediante técnicas de cromatografía de intercambio iónico y de extracción en fase sólida) o de procedencia artificial (sintetizadas químicamente en nuestros laboratorios de bioquímica) para intentar inhibir las dos enzimas citadas anteriormente relacionadas con los procesos inflamatorios y con los procesos tumorales. En la siguiente imagen tienen las estructuras de todas las betalaínas usadas para tal fin.
Betalaínas y análogos semisintéticos
¿Y cómo averiguamos que la enzima LOX es inhibida por betalaínas? Muy fácil. Esta enzima oxida ácidos grasos para producir hidroperóxidos, reacción que se puede seguir en un espectrofotómetro en la región del ultravioleta. Si en presencia de betalaínas se reduce la aparición de hidroperóxidos la inactivación de 5-LOX habrá tenido éxito.
En la siguiente imagen pueden contemplar como al aumentar la concentración de betalaínas en el medio de reacción el incremento de absorbancia a 234 nm (longitud de onda a la que absorben los productos de 5-LOX) disminuye…. hasta el punto que una concentración de 350 micromolar de betalaínas inactiva totalmente la enzima5-LOX. De entre todas las betalaínas probadas la que demostró ser más efectiva para inhibir 5-LOX fue la que está marcada en la anterior figura con el número 2, de nombre betanidina.
Inactivación de la enzima LOX por las betalainas
¿Y cómo averiguamos que la otra enzima, COX, también es inhibida por betalaínas? Muy fácil también. La técnica empleada fue de nuevo la espectrofotometría pero esta vez en la región del espectro visible y no del ultravioleta ya que la formación de prostaglandinas a partir de ácido araquidónico se puede seguir a través de una reacción coloreada.
Como se observa en la siguiente imagen el espectro de absorbancia de los productos de COX es totalmente diferente en presencia y en ausencia de betalaínas lo que confirmó que las estas inhiben COX. Los análisis también mostraron que de todos los pigmentos empleados el más efectivo para inhibir COX fue la feniletilamina-betaxantina, marcada con el número 5 anteriormente.
Espectro de los productos de COX sobre araquidónico en presencia y ausencia de betalaínas
Perfecto. Ya sabemos que las betalaínas presentes en el zumo de remolacha concentrado inhiben dos enzimas directamente relacionadas con los procesos antiinflamatorios y tumorales…pero para que su efectividad sea máxima al usarlas como principios activos de nuevos fármacos hace falta conocer algo más.
Me refiero al sitio concreto de interacción entre el centro activo de estas enzimas y las betalaínas. Si conocemos este dato podremos modificar a nuestro gusto la estructura de las betalaínas para que esta interacción sea más efectiva y, por tanto, la inhibición de las actividades enzimática aun mayor. Que entre en acción la QUÍMICA COMPUTACIONAL, el último eslabón de nuestra Teoría de los 6 Grados de Separación.
Para conocer con exactitud la interacción entre nuestras dos enzimas y las betalaínas precedentes del zumo de remolacha decidimos emplear un método de cribado virtual que predice la conformación preferida de un molécula al estar unida a otra. Son varios los métodos de cribado virtual que se conocen: 1) los más rápidos e imprecisos, tales como farmacóforos; 2) los de mediana precisión (docking); 3) los de precisión alta (dinámica molecular); 4) los de muy alta precisión (métodos cuánticos).
¿Cuál de todas estas técnicas de cribado empleamos para estudiar la interacción entre las betalaínas del Frigo Pie y las enzimas antiinflamatorias? El docking molecular que tiene su origen en la química computacional galardonada con el Premio Nobel de Química 2013 y cuyos padres fueron el investigador austríaco Martin Karplus, al sudafricano Michael Levitt y al israelí Arieh Warshel.
Análisis por docking molecular de la interacción entre betalaínas y COX y 5-LOX. (Más información en referencias)
Usando las estructuras cristalinas de lipoxigenasa y ciclooxigenasa y diversos programas informáticos como PatchDock y AutoDock Vina logramos predecir con gran exactitud los sitios de unión entre las betalaínas y los centros activos de las dos enzimas. Concretamente el análisis por docking molecular mostró que las betalaínas interaccionan con aminoácidos presentes en la estructura de LOX que están implicados en los centros de unión de esta enzima a diferentes sustratos. Esta interacción disminuye la actividad catalítica de la enzima. Por otra parte el docking molecular también nos informó de que las betalaínas inhiben la enzima COX a través de su interacción con los aminoácidos Tyr-385 and Ser-530 que se encuentran muy cerca de su centro activo.
El conocimiento de estos datos tan precisos gracias a la química computacional abre nuevas vías para desarrollar fármacos antiinflamatorios y antitumorales más efectivos que los actuales. Maravilloso.
Querido Marcos, yo te quiero mucho y sé que tú eres más de Lady Blue que de Lady Pink… pero el Frigo Pie no se toca. Da igual que su precio suba por las nubes. Este helado es sagrado y más después de demostrarte a ti y al resto de los lectores de SCIENTIA que sirve para relacionar tu querida inflación económica con mis fármacos antitumorales usando la Teoría de los 6 Grados de Separación y 5 disciplinas como la economía, la botánica, la tecnología de los alimentos, la bioquímica y la química computacional…y si no me crees, te lo resumo en una frase:
"El Frigo Pie, uno de los helados cuyo precio más se ha disparado por la inflación, posee un color rosáceo gracias a la presencia en su composición de zumo de remolacha concentrado rico en betalaínas, unos pigmentos usados en la industria alimentaria como colorantes que, además, son capaces de inhibir dos enzimas relacionadas con los procesos anti-inflamatorios y anti-tumorales lo que favorece su uso en el desarrollo de nuevos fármacos contra determinados tipos de cánceres"
¿Cómo se te ha quedado el cuerpo Vicedecano?
Con dos de mis "seres" más queridos: Figo Pie y el gran Marcos Antón
Jose
Fuentes consultadas:
– Inactivation of lipoxygenase and cyclooxygenase by natural betalains and semi-synthetic analogues.Vidal PJ, López-Nicolás JM, Gandía-Herrero F, García-Carmona F. Food Chem. 2014 Jul 1;154:246-54.
– Flores
fluorescentes. Francisco García Carmona, Fernando Gandía Herrero y Josefa Escribano. INVESTIGACIÓN Y CIENCIA, abril 2011
– Wikipedia.
– Consumer.es
