ORIGAMIS DE INSULINA: EL DESAFÍO DE ENSEÑAR LA ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LAS PROTEÍNAS

Sin lugar a dudas, las herramientas digitales que se usan con fines educativos para la visualización de macromoléculas biológicas, tales como las proteínas, son de gran ayuda, especialmente para comprender la relación que existe entre su estructura y la función que cumplen en el organismo. Sin embargo, las representaciones digitales carecen de muchas de las ventajas que tienen los esquemas físicos. En este contexto, docentes e investigadores de la Facultad de Farmacia y Bioquímica, UBA, estudian, diseñan y proponen actividades disruptivas que combinan el uso de aplicaciones digitales con el armado de un modelo “tangible” de papel.

No es exagerado decir que las proteínas son un tipo de moléculas biológicas realmente increíbles y versátiles, además de apasionantes. Existen de todos los tamaños y de muchos colores, para la cartera de la dama y el bolsillo del caballero. Además, las podés encontrar prácticamente en cualquier “recoveco” celular. ¡Y ni hablar de las cosas que hacen! Por ejemplo, permiten que las reacciones químicas que constituyen las bases de la vida misma ocurran. O transmiten diferentes tipos de señales a lo largo de todo el cuerpo, miles de veces al día, todos los días. O intervienen en la regulación de la expresión de nuestros genes. O identifican, neutralizan y matan, con la precisión de un relojero suizo, a los invasores extraños. Y la lista podría seguir, sin repetir y sin soplar, casi hasta el infinito. Sin embargo, lo más importante es que este acervo actual de conocimientos científicos se lo debemos a aquellos “héroes solitarios” que, en el siglo XIX, comenzaron a preguntarse, sin demasiadas herramientas pero seguramente con mucha intuición e imaginación, sobre la naturaleza química y la forma de estas macromoléculas.

La complejidad que presentan las proteínas –además de ser demasiado pequeñas para abordarlas con instrumentos convencionales en el aula– plantea la necesidad de incorporar herramientas de visualización digitales.

Actualmente, gracias a la evolución de las tecnologías y de los métodos analíticos, contamos no solo con el acceso a bancos de datos que almacenan millares de estructuras proteicas, sino también con innumerables interfaces digitales que pueden “leer, traducir y presentar” esta información de un modo conveniente para entenderlas. ¿El resultado? Una proteína divina, recién maquillada, que nos guiña un ojo desde la vitrina digital de un dispositivo y nos invita a que la admiremos desde cualquier ángulo.

APROBAR VERSUS APRENDER: ¿QUIÉN GANA?

Ahora bien, después de todo lo dicho, surgen varias preguntas: ¿cuán fácil es, para los alumnos, aprender y entender la estructura tridimensional de las proteínas? ¿Qué desafíos se presentan a la hora de enseñarlas, a pesar del adelanto en tecnología? Y, para despejar las dudas, nada mejor que acudir a la Cátedra de Química Biológica Superior de la Facultad de Farmacia y Bioquímica (FFyB), UBA.

Los docentes enfatizan la necesidad de incorporar modelos “tangibles” que complementen lo trabajado en clase. Concretamente, se invitó a los estudiantes a imprimir una maqueta de papel y, con la ayuda de un video instructivo y una guía paso a paso, a armar un modelo tridimensional de la molécula de insulina.

La doctora Lucrecia Curto, experta en biofísica de proteínas, reconoce que incorporar propuestas innovadoras es una responsabilidad ineludible que tienen como docentes. Y que atenerse a lineamientos tradicionales podría resultar en una rutina que los estudiantes siguen, de forma secuencial y obligatoria, para aprobar la materia. “La imposición de los conocimientos anula la posibilidad de que exploren y descubran por sí mismos el vasto mundo de las proteínas”, advierte. Al mismo tiempo, admite que incorporar actividades no obligatorias y bibliografía complementaria para reforzar los conocimientos vistos en clase no genera un gran acatamiento, y solo un grupo minúsculo busca indagar más allá de lo que establecen los contenidos curriculares. “Esto pone a prueba la creatividad de los docentes, año tras año, para generar espacios que estimulen el deseo de los alumnos de investigar y profundizar los conceptos en su tiempo libre”, sostiene la docente.

¿TINDER? NO, GRACIAS. PREFIERO IMOLVIEW

En el marco del módulo “Visualización de Estructuras Proteicas” de la asignatura Química Biológica Superior, que se cursa en el séptimo cuatrimestre de la carrera de Bioquímica, los docentes se proponen que los alumnos se familiaricen con la estructura de las proteínas (es decir, con la forma que estas grandes biomoléculas adoptan en el espacio tridimensional). Y, posteriormente, que correlacionen ese “arreglo espacial” con sus funciones biológicas. Esto es, en esencia, lo que los especialistas denominan “relación estructura-función”. No obstante, la complejidad que presentan las proteínas –además de ser demasiado pequeñas para abordarlas con instrumentos convencionales en el aula– plantea la necesidad de incorporar herramientas de visualización digitales. Para este fin, se les solicita que descarguen la aplicación iMolview en sus celulares o algún otro dispositivo portátil. “De este modo, el uso de tecnologías en el aula genera una oportunidad única de explorar recursos que incentiven su interés”, afirma Curto.

La actividad, lúdica y placentera, promueve la creatividad, favorece la participación de los estudiantes y los lleva a involucrarse activamente en su propio aprendizaje.

iMolview se encuentra entre los softwares de visualización molecular más utilizados, tanto para dispositivos iOS como Android, ya que facilita la “manipulación” de estructuras proteicas desde perspectivas nuevas y más profundas. En efecto, esta aplicación permite representar y operar con proteínas provenientes de diferentes bases de datos.

Según los especialistas, el término “aprendizaje móvil” incluye cualquier actividad o enseñanza que involucre la utilización de un dispositivo portátil, como un teléfono inteligente o una tablet. Estos aparatos tienen muchas funcionalidades y su empleo ha mostrado un gran potencial en el sistema educativo, convirtiéndose en una herramienta emergente verdaderamente poderosa.

LA INSULINA SE ADUEÑA DE LA PANTALLA

Como modelo de estudio se utiliza la insulina de origen humano. Esta proteína, “fabricada” en el páncreas endocrino, es una de las hormonas más importantes del organismo, ya que interviene en la regulación de la concentración de glucosa en la sangre. De hecho, fue la primera proteína producida industrialmente, y es reconocida por la comunidad científica como “la sustancia que abrió las puertas del mercado biofarmacéutico”.

La insulina está implicada en la diabetes mellitus, un trastorno metabólico cuya incidencia ha aumentado durante las últimas décadas y que constituye un significativo problema de salud pública a nivel mundial. Además de su importancia fisiológica, esta proteína es un prototipo ventajoso de estudio ya que, a pesar de ser pequeña, muestra elementos estructurales que comparten muchas proteínas. “Esto permite que los alumnos adviertan la estrecha relación que existe entre su estructura y su función. Por último, se espera que reconozcan la importancia de comprender la estructura de una proteína para el diseño de potenciales estrategias terapéuticas”, señala Curto.

Al comienzo del módulo, y reunidos en pequeños grupos, se incentiva a los estudiantes a explorar los repositorios de estructuras proteicas que se encuentran en el Protein Data Bank, una extensa base de datos pública y gratuita, donde se halla la información de miles de proteínas en un lenguaje que programas tales como iMolview pueden “leer”. Posteriormente, se les propone descargar en sus propios dispositivos móviles el archivo de la insulina humana.

La configuración del taller promueve la discusión entre los estudiantes y el aprendizaje colaborativo. Al interactuar, comparten, debaten, evalúan y refinan ideas para construir su conocimiento personal. En este escenario, los profesores actúan como “mentores” que guían la discusión.

PAPIROFLEXIA: PLEGANDO PAPEL PARA ENTENDER

Aunque las estructuras proteicas puedan ser visualizadas a través de aplicaciones, las imágenes digitales solo emulan la tercera dimensión y siguen “atadas” al plano de la pantalla. Debido a esto, el plantel de docentes enfatizó la necesidad de incorporar modelos “tangibles” que complementen lo trabajado en clase. Concretamente, se invitó a los estudiantes a imprimir una maqueta de papel y, con la ayuda de un video instructivo y una guía paso a paso, a armar un modelo tridimensional de la molécula de insulina. “El objetivo es que, al ensamblar la maqueta, avancen en la comprensión de las disposiciones y ángulos que llevan a que una proteína pueda plegarse de manera apropiada”, detalla Curto. “Así –agrega–  pueden relacionar el ´plegado biológico´ de la insulina al plegado en papel de un modelo esquemático”.

La implementación de este ejercicio se da en un contexto de autoevaluación y es de carácter opcional. Se incentiva a los estudiantes a imprimir la maqueta en sus hogares, y luego que fotografíen la estructura terminada y la suban al campus virtual. Afortunadamente, los resultados han mostrado una gran adhesión en los últimos años: el compromiso creativo que tuvieron con la actividad permitió a los docentes armar un collage con las distintas fotos, que se utiliza para incentivar a alumnos de posteriores cursadas. “Esto nos hace concluir que la actividad, lúdica y placentera, promueve la creatividad, favorece la participación de los estudiantes y los lleva a involucrarse activamente en su propio aprendizaje”, remata Curto.

¿CON QUÉ SENTIDOS ESTUDIAMOS LAS BIOMOLÉCULAS?

El doctor Pablo Power, profesor adjunto de Microbiología en la FFyB e investigador independiente del CONICET, va aún más allá y redobla la apuesta con una pregunta ambiciosa: ¿cómo se podría “percibir” una biomolécula?

“Molsensus” es el nombre del proyecto que nace en el seno de la cátedra y que se propone facilitar el anclaje de saberes popularmente aceptados como “difíciles”, “abstractos” o “áridos”, tales como los vinculados con la estructura y la función de las biomoléculas, a través de un enfoque que combina las artes visuales con experiencias táctiles, sonoras y de percepción multidimensional. “Estamos convencidos de que la ciencia se retroalimenta constantemente del arte, y que los métodos tradicionales de enseñanza deben ´descontracturarse´, sobre todo en materias relacionadas con la biología, donde reina la diversidad, el caos y los cambios constantes. Esto implica romper los modelos preestablecidos mediante los cuales estamos acostumbrados a interpretar estas moléculas”.

Estamos convencidos de que la ciencia se retroalimenta constantemente del arte, y que los métodos tradicionales de enseñanza deben ´descontracturarse´, sobre todo en materias relacionadas con la biología, donde reina la diversidad, el caos y los cambios constantes.

“Nuestra mayor aspiración –continúa– sería lograr la implementación de ambientes de realidad aumentada, en donde se pueda proyectar, en un espacio tridimensional holográfico determinado, la interacción entre dos o más biomoléculas y los estudiantes puedan ´meterse´ dentro de esa cavidad e intervenir con moléculas confeccionadas mediante impresión 3D”.

“Apuntamos a varios niveles de enseñanza”, afirma Power. Y agrega: “En principio, planteamos el desarrollo del proyecto en el ámbito de las materias de grado y de posgrado de nuestra Facultad. Una vez comprobada su efectividad, nuestra intención es extendernos a otras facultades relacionadas con las ciencias biomédicas dentro de la UBA. Asimismo, el enfoque del proyecto es totalmente compatible con el alumnado de las escuelas secundarias, por lo que también nos proponemos extender el modelo de enseñanza al ámbito de colegios tales como el Nacional Buenos Aires, el Carlos Pellegrini u otras escuelas técnicas con orientación hacia las ciencias químicas o biológicas”.