Biofísica y Medicina

• Me gustaría que nos contaras un poco cuál es el origen y en qué consiste el master de Biofísica que se imparte en la Universidad Autonoma de Madrid
• ¿Que tipo de problemas atraen a un físico teórico, como tú, hacia la biología?
• No estoy seguro que un alumno de Segundo de Bachillerato entienda muy bien los conceptos..., ¿Sistemas Complejos...., auto-organización?
• Tú eres un físico que aborda cuestiones de Biología Molecular. ¿Tienes una preparación previa?....
• Hablemos un poco de la Biofísica: ¿cuáles son los retos actuales? ¿cuáles serán los del futuro?....¡¿a dónde vamos?!...
• La verdad es que la Física aparece por todas partes.....¡hasta en la gestión financiera!
• Nos topamos, supongo, con los enanos.....quiero decir, con lo “nano” (je-je)
• Con todos los respetos pero los científicos dais un poco de miedo.....¡intervenís en la materia a unos niveles tan “fundamentales” que.....! ¡buf!

Me gustaría que nos contaras un poco cuál es el origen y en qué consiste el master de Biofísica que se imparte en la Universidad Autonoma de Madrid

La iniciativa, que se puso en marcha por primera vez durante el curso 2003/2004, trata de aprovechar el enorme potencial del campus de Cantoblanco en cuanto a instalaciones de Biología Molecular y de Física. Un grupo de profesores, de varios departamentos de la UAM y de investigadores del CSIC nos planteamos que había una gran oportunidad. La falta de un máster en Biofísica era un vacío lamentable, por comparación con otros países de nuestro entorno, y nos parecía importante llenar ese hueco. Fue una iniciativa pionera en España, que empezó como un “titulo propio” de la UAM, y yo tuve la responsabilidad de coordinarlo en esa primera etapa, trabajando ya en colaboración con Marisela Velez, quien lideró dos años después su reconversión en un máster oficial en cuanto la legislación lo permitió. En la actualidad el director del máster es Raul Guantes, que contando siempre con la colaboración de inestimable de un grupo de profesores e investigadores de distintos departamentos y centros.

En estos años creo que hemos conseguido darle unas características muy peculiares e interesantes. Se trata de un máster realmente interdisciplinar, para alumnos que vienen de un amplio abanico de formaciones previas. Típicamente la mitad de los estudiantes son físicos, con algún matemático o ingeniero, mientras que la otra mitad vienen de biología o medicina, con bioquímicos e incluso algun psicólogo interesado en la modelización física de sistemas neuronales. Naturalmente, los alumnos del máster empiezan con unas asignaturas que dependen de su formación previa, los físicos han de aprender los elementos de biología molecular y celular, mientras que los que vienen de ciencias de vida necesitan un empujón en física y matemáticas, pero pronto acaban trabajando juntos, aportando visiones complementarias a los problemas que se les plantean.

Estamos orgullos de haber sido capaces de mantener, año tras año, esa mezcla de estudiantes, porque eso quiere decir que estamos consiguiendo un entorno realmente interdisciplinar, en el que físicos y biólogos aprenden a hablar entre ellos, a superar las “barreras culturales” entre sus formaciones previas. Yo diría que esa es nuestra mejor seña de identidad como master en Biofisica. Es mucho mas difícil que plantear un máster en biofísica “solo para físicos”, pero acaba siendo mucho más interesante.

El máster cuenta ya con convenios de colaboración con otras universidades europeas, y algunos alumnos realizan el Proyecto de Master en otros centros. De cara a un futuro es importante potenciar el intercambio entre alumnos españoles y de otras nacionalidades.

¿Que tipo de problemas atraen a un físico teórico, como tú, hacia la biología?

Por mi formación previa me apasiona la frontera entre la Biología Molecular y la Física Estadística, pero debo decir que estamos viviendo una autentica explosión en la demanda desde los laboratorios de Biología para incorporar físicos a sus propios grupos de investigación, con unas motivaciones muy variadas, desde el desarrollo y utilización de nuevas técnicas más cuantitativas de análisis y manipulación de moléculas (distintos tipos de microscopías, pinzas ópticas....), hasta el uso masivo de simulaciones de ordenador para estudiar macromoléculas biologicas (proteinas, acidos nucleicos,...) o modelos matemáticos de procesos biológicos complejos, como el desarrollo embrionario o la actividad neuronal.

Desde el otro lado existe un interés fundamental de muchos físicos en acercarse a problemas biológicos. Históricamente, el recorrido de la Física hacia la Biología ha sido, además de frecuente, muy fructífero. Desde Mendel, un monje con formación en Física, capaz de desarrollar unas leyes genéticas adelantadas en casi cincuenta años a su época, hasta Watson y Crick, los descubridores de la hélice de ADN, un biologo y un físico que supieron aunar sus esfuerzos, se constata que grandes descubrimientos en Biología han partido de una síntesis entre ambas disciplinas.

Para mi, como físico estadístico, la Biología supone un reto, el más apasionante dentro de lo que se denomina Sistemas Complejos: es decir, tratar de entender cómo un sistema es capaz de organizarse a sí mismo, cada vez a niveles más complicados, auto-organización es el término que nos gusta utilizar, y es precisamente en la Biología donde encontramos los niveles más fascinante de esta capacidad de auto-organización.

No estoy seguro que un alumno de Segundo de Bachillerato entienda muy bien los conceptos..., ¿Sistemas Complejos, auto-organización?

Bueno. Pensemos que quieres construir un edificio, pues te lías a poner paredes, tejado, tabiques, ventanas y puertas en su sitio, traes los materiales y los colocas según un proyecto previo, todo de una forma dirigida. Bien, ¿como sería una “casa auto-organizada”? Nos llegaría en una caja pequeña y sólo tendríamos que abrirla para que empezase a recoger materiales y energía a su alrededor, a utilizar todo eso para fabricar unos ladrillos, tejas, puertas y ventanas, que se irían colocando solos, en su sitio, hasta tener la casa completa. Eso suena a fantasía de dibujos animados, pero es justo lo que hace una célula, que crece, se subdivide y cambia de acuerdo a un código interno hasta configurar un ser vivo completo, que es mucho mas complicado que cualquier edificio que sepamos construir.

A los físicos nos gustan las cosas sencillas, las que podemos intentar analizar en profundidad; así que buscamos ejemplos de sistemas que, siendo mucho menos complicados que una célula nos muestren ya los mecanismos básicos de la auto-organización. Un cristal, por ejemplo, en una disolución estable, que dejamos quieta, es capaz de organizarse a escala atómica: los átomos se organizan en una red periódica perfecta hasta crear una estructura que no existía antes: un bonito cristal con caras planas de formas geométricas, donde antes sólo había átomos disueltos en agua. Esto, por cierto, podemos verlo en un laboratorio de Crecimiento de Cristales que tenemos en el campus. En el caso de los seres vivos, lo importante es que hacen cosas mucho más complicadas y apasionantes. Queremos ir entendiendo, paso a paso, cómo puede aparecer esa capacidad de auto-organización.

Tú eres un físico que aborda cuestiones de Biología Molecular. ¿Tienes una preparación previa?....

En el Máster tenemos asignaturas que imparten físicos, químicos, bioquímicos, biólogos, médicos e incluso ingenieros informáticos. Cada uno aportamos no solo una experiencia propia, sino también una forma personal de entender qué podemos buscar en la biofísica. Es como una habitación con muchas puertas, cada uno ha entrado por la suya, llevando sus propias herramientas, y lo importante es ver lo que podemos hacer juntos. Es realmente una experiencia interdisciplinar.

Me parece muy importante que entre los profesores del máster hayan aparecido colaboraciones de largo recorrido en nuestra investigación. Es el mejor ejemplo que podemos dar a nuestros estudiantes y también la mejor forma de saber qué es lo que debemos tratar de enseñarles. En mi caso concreto, estoy muy contento de haber consolidado una colaboración con Marisela Vélez. Ella es una bióloga de formación, que ha hecho el recorrido opuesto al mio, y dirige un grupo experimental. El dialogo física con biología y de teoría con experimentos, es el ingrediente fundamental que nos permite hacer juntos cosas que no podríamos ni plantearnos por separado.

En principio, creo que el recorrido que yo he hecho, de la Física a la Biología, es más fácil que el inverso que ha hecho Marisela. Un biólogo necesita un aporte importante de formación en Matemáticas y Física que puede resultar mas difícil de conseguir que el aporte de información biológica que necesita un físico.

Digo esto para aquellos estudiantes que duden entre este tipo de licenciaturas, Biología, Física o Matemáticas, y, al mismo tiempo, tengan la percepción clara de que gran parte de la investigación más interesante se está desarrollando en el campo de la Biología. Me gustaría transmitir que la Física les va a dar una excelente capacitación para abordar, precisamente, los problemas modernos de la Biología Molecular desde una posición mejor que si empieza directamente por estudiar Biología.

Pero también es muy importante que alumnos con una formación biológica participen en programas de posgrado en biofísica. Es imprescindible que aprendan un mínimo lenguaje físico para identificar qué problemas se pueden abordar de una forma más cuantitativa y vean las ventajas de hacerlo. Solo así buscarán la comunicación con los físicos. Mucha de la investigación puntera en biofísica se desarrolla con la estrecha colaboración entre biólogos y físicos

La verdad es que la Física aparece por todas partes.....¡hasta en la gestión financiera!

Si, es cierto. Y todo esto viene a demostrar que la Física ha tenido siempre la vocación de estudiar problemas que podía, realmente, analizar en profundidad. En la Ciencia, uno se plantea los problemas desde un punto de vista “oportunista”: tienes que tratar de hacer aquello para lo que tienes una cierta probabilidad de éxito. Por eso Newton se plantea qué es lo que pasa entre los planetas, ¡algo desde luego mucho más sencillo que plantearse qué pasaba en el interior de una célula! Esas primeras leyes de la mecánica se van haciendo, con el tiempo, más y más profundas, pretendiendo abarcar más fenómenos mediante leyes más básicas.

La Física, como toda ciencia básica, trata de no dar pasos en falso, por decirlo de algún modo. Ha evolucionado apoyándose firmemente en los conocimientos anteriores de tal manera que el edificio de la Física, hoy, es muy sólido, muy bien interconectado. Por eso nos sentimos ahora capaces de apuntar hacia objetivos que hubiesen sido impensables en la agenda de trabajo de un físico hace unas décadas.

Hablemos un poco de la Biofísica: ¿cuáles son los retos actuales? ¿cuáles serán los del futuro?....¡¿a dónde vamos?!...

El reto actual de la Biofísica se puede concretar en el estudio de los seres vivos, más allá de lo que supone un puro sistema de reacciones químicas. Durante las 4/5 últimas décadas ha habido un gran avance en la Bioquímica. Hoy sabemos que las reacciones químicas en el interior de la célula exceden para su comprensión los fundamentos de la Química. No podemos entender una célula como un tubo de ensayo en el que suceden un montón de reacciones a la vez. Lo interesante, desde mi punto de vista, es constatar que en los seres vivos existe también una capacidad para construir estructuras dentro de las cuales vienen a sucederse esas reacciones químicas. La célula es toda una “nano-fabrica”, con depositos de almacenaje, reactores quimicos, tuberias, compuertas, etc..., ¡que además es capaz de auto-organizarse! Y este es el gran reto: explicar cuándo, cómo y porqué se forman esas estructuras, lo que vendría a representar el paso siguiente a lo que explica la Bioquímica.

También supone un gran reto entender el funcionamiento de procesos de un alto grado de complejidad y poder asociarlo con el funcionamiento de cada una de sus partes. En el caso del funcionamiento del cerebro, por ejemplo, ¡sería estupendo entender las bases morfológicas y fisiológicas del funcionamiento del cerebro!

¿Hacia dónde va esto?....A uno le seduce la idea de que si eres capaz de entender esos mecanismos también eres capaz de modificarlos... y así poder corregir problemas relacionados con la Salud y la Medicina, por ejemplo. Pero capacidad de modificar significa también poder diseñar específicamente estructuras de ingeniería biológica.....¡Esto abre expectativas tan grandes que es muy difícil prever el futuro!.

Nos topamos, supongo, con los enanos.....quiero decir, con lo “nano” (je-je)

En efecto, hay una tendencia muy fuerte en Física de estudiar lo que se llama nanoingeniería: el diseño y funcionamiento de sistemas formados por unos pocos átomos. Y esto enlaza con el comportamiento de los seres vivos entendidos como nanofábricas. En la actualidad, ya se habla abiertamente de nanobiofísica. ¿Por que no vamos a aprovechar la enorme riqueza de diseño que muestran los seres vivos? Sin duda alguna contienen mecanismos de auto-organización absolutamente maravillosos, que superan muchísimo a lo que hoy por hoy podamos ni siquiera soñar en ingeniería mecánica o electrónica,...¡ y ya son “nano”! No es como diseñar ruedas y engranajes para luego intentar fabricarlos y que funcionen a la escala de nano-metros. Las proteínas y las membranas celulares ya tienen esa escala y hacen cosas que pueden poner verde de envidia a cualquier ingeniero mecánico.

Con todos los respetos pero los científicos dais un poco de miedo.....¡intervenís en la materia a unos niveles tan “fundamentales” que.....! ¡buf!

Hombre, cada vez hay más tendencia a convocar, en paralelo con los avances científicos, todo tipo de comités o foros de reflexión desde una perspectiva ética. Pero entiendo lo que dices. Es un asunto muy complicado, entre otras razones porque aunque se puede establecer un código ético mayoritariamente aceptado por la comunidad científica sería muy difícil, por no decir imposible, evitar que haya individuos que decidan saltárselo. No obstante, hay una enorme diferencia cuando este tipo de investigación se desarrolla a puertas abiertas e incluso con financiación pública a cuando permanece en secreto y la investigación básica se realiza en la universidad, principalmente.....¡Y este es un campus abierto! ¡aquí puede venir quien quiera a mirar lo que quiera!.

Por otro lado, hay tecnologías realmente inaccesibles para ese hipotético loco en el que estás pensando, como la tecnología nuclear: es bastante difícil “montarse” un reactor nuclear en el patio de tu casa, ¿no crees?....Es cierto que la biotecnología es mucho más ágil y requiere de menos medios por lo que, de partida, es más difícil de controlar, pero no creo que bloqueando el conocimiento general en una determinada dirección sea un buen sistema de control porque acabas permitiendo que ese “loco”, que se mete a investigar en esa dirección, no tenga la vigilancia de quien sabe, justamente, que eso se puede hacer.

En resumen, yo creo que el antídoto fundamental a todo uso ilegítimo de la ciencia es que la sociedad sepa qué se está haciendo y cómo se está haciendo y a partir de ahí se adapte o desarrolle códigos de conducta y diga qué cosas son aceptables y cuales no.