Otto Heinrich Warburg y los pilares de la bioquímica

(fuente)

Si el edificio de la ciencia se construye bajo la dirección de unos pocos arquitectos y el esfuerzo de muchos peones, el fisiólogo alemán Otto Heinrich Warburg pertenece al reducido grupo de los primeros.

Warburg nació el 8 de octubre de 1883 en Friburgo de Brisgovia. Su padre, Emil Warburg, fue uno de los físicos más destacados de su generación: catedrático de física experimental en Friburgo y en Berlín, más tarde fue elegido presidente del Instituto Técnico-Físico berlinés. Otto Heinrich estudió en el instituto de segunda enseñanza de su ciudad natal, donde empezó sus estudios de química, terminándolos en Berlín en 1906 bajo la dirección del gran Emil Fischer, premio Nobel de Química cuatro años antes. Una vez completados, pasó a Heidelberg para estudiar medicina con Ludolf von Krehl, otro distinguido físico y autor del clásico Fisiología Patológica. Warburg dijo una vez, refiriéndose a las tres personas que acabamos de citar, que había tenido los tres mejores maestros de su tiempo.

Desde su época de estudiante, Warburg demostró una enorme ambición, no tanto por alcanzar puestos importantes, sino por realizar grandes descubrimientos. En concreto, sus mayores esfuerzos se centraron en encontrar una cura para el cáncer. Aunque no empezó a trabajar en ello hasta principios de la década de 1920, se puede decir, visto en retrospectiva, que sus trabajos iniciales sirvieron de preparación para su ataque frontal a esta terrible enfermedad.

Su primera gran aportación a la ciencia, publicada en 1908, está relacionada con el consumo de oxígeno durante el crecimiento celular. Warburg fue capaz de demostrar que el huevo de erizo de mar multiplicaba por seis su consumo de oxígeno al crecer. La elección del erizo de mar no fue casual, ya que en él la proporción de materia viva comparada con la masa de la yema superaba a la mayoría de animales. Además, el desarrollo del huevo fecundado es muy rápido, lo que facilitaba la investigación. (La relación de este descubrimiento con el cáncer es evidente: cuando una célula normal se vuelve cancerosa, crece descontroladamente; llegado el momento, Warburg intentaría comprobar si las células cancerosas aumenten su consumo de oxígeno).

Un huevo de erizo de mar, justo después de ser fertilizado (fuente)

El científico alemán siguió acumulando méritos. En 1912 advirtió la existencia de una enzima respiratoria activadora del oxígeno, descubrió que era inhibida por el cianuro y llegó a la conclusión de que el hierro debía jugar un papel esencial en la respiración. Todos estos logros le abrieron las puertas del Kaiser Wilhelm Institute, donde llegó en 1913, cuando contaba con treinta años.

Una de las grandes virtudes de Warburg fue su convicción de que toda materia viviente obedecía las leyes de la física y la química, una visión que ahora parece evidente pero que cuando él empezó no era aceptada por la mayoría. Siempre buscó el procedimiento experimental más simple, ya que “con procedimientos experimentales complicados nunca hemos descubierto nada esencial”. Para ello desarrolló novedosas técnicas, como la de realizar cortes finos de tejido animal o vegetal para estudiar su metabolismo, de tal manera que las células permanecían intactas. Este método produjo resultados más fiables que las prácticas alternativas de cortar y picar los tejidos en trozos, como puso de manifiesto con su investigación del erizo de mar. Warburg también mejoró una gran cantidad de aparatos, como el manómetro que lleva su nombre, que usó para analizar la producción y el consumo de oxígeno y dióxido de carbono de los tejidos vivos. Gracias al manómetro de Warburg, el científico alemán descubrió la transferencia de oxígeno en la respiración, aisló la llamada enzima amarilla de la levadura (una flavoproteína) y puso de manifiesto el mecanismo químico de la fermentación. 

Warburg también estudió la fotosíntesis de las plantas y demostró la gran economía de este proceso en el cual, absorbiendo la energía de la luz, el ácido carbónico y el agua se convierten en azúcar y oxígeno. En lugar de las tradicionales hojas verdes, fue el primero en utilizar Chlorella, un género de algas unicelulares, para sus estudios sobre la fotosíntesis, poniendo de manifiesto su extraordinaria eficacia a la hora de aprovechar la luz. Desde entonces, y durante décadas, una gran parte de los trabajos científicos en este campo se realizaron con Chlorella.

Una vista al microscopio de la alga Chlorella (fuente)

Demostró que las células utilizan oxígeno para la creación de energía y que una enzima, la citocromo oxidasa, es vital para la introducción del mismo al interior de la célula durante la respiración celular aeróbica. En 1931 recibió el Premio Nobel de fisiología y medicina por su “descubrimiento de la naturaleza y modo de acción del enzima respiratorio”.

La lucha contra el cáncer

A partir de 1922, el problema del cáncer empezó a ocupar la mayor parte de su tiempo. Su planteamiento consistía en descubrir cuáles eran los cambios bioquímicos que ocurren en un tejido cuando una célula normal, cuyo crecimiento está controlado, se convierte en una célula cancerosa, cuyo crecimiento no tiene restricción alguna. ¿Qué diferencias hay entre el metabolismo de una célula cancerosa y una normal para que esto ocurra? Esta pregunta podía responderse si se conocían las reacciones que proporcionan la energía para el crecimiento anormal de una célula cancerosa. Porque sin energía no puede haber crecimiento.

Warburg, en el laboratorio en octubre de 1931 (fuente)

En sus investigaciones sobre tumores pudo constatar que las células cancerosas no cubren su consumo de oxígeno con la respiración normal, sino que son capaces de vivir y dividirse por simple fermentación, incluso si hay oxígeno en cantidades suficientes para la respiración. Es decir, en vez de desarrollar un proceso de respiración completo, las células cancerosas fermentan como fuente de energía. En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico en el que no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras.

Para Warburg este proceso significaba un retroceso evolutivo: cuando desaparece la respiración y aparece la fermentación, desaparece también la diferenciación de tejidos. La fermentación fue el primer proceso energético vital, más tarde sustituido por la respiración de oxígeno, la cual, gracias a su mínimo consumo de materia prima, hizo posible una diferenciación de los seres vivos. La inversión de este proceso en el cáncer significa, por lo tanto, la vuelta a una época primitiva del proceso vital. Además, desde el punto de vista energético, la fermentación es mucho menos rentable que la respiración aeróbica.

Si bien Waburg fracasó en su intento de encontrar una cura al cáncer, sus investigaciones fueron muy valiosas para avanzar en nuestro conocimiento de esta enfermedad. Después de décadas de estudio, Warburg estaba convencido de que el origen del cáncer es una respiración celular defectuosa causada por un daño en las mitocondrias.  Todavía hoy, la llamada hipótesis de Warburg no ha sido ni confirmada ni desmentida.

Un tipo peculiar

Warburg fue un hombre solitario, que nunca se llegó a casar y cuya principal distracción fueron los caballos y los perros. Tenía una rutina muy estricta que repetía a diario. Se levantaba a las 5:30, daba un largo paseo a caballo y a las 08:00 ya estaba en el laboratorio. Salvo un breve descanso para comer, allí permanecía hasta las 18:00. Así durante muchos años. Odiaba estar ocioso y evitaba a toda costa a quienes podían hacerle perder el tiempo. En más de una ocasión despachó a un periodista que se había presentado en su laboratorio diciéndole que “el profesor Warburg no puede ser entrevistado: está muerto. Buenos días.”

Como jefe de uno de los departamentos de investigación del Kaiser Wilhelm Institute, tenía plenos poderes para elegir su línea de investigación y olvidarse de las labores docentes. Nunca las echó de menos, todo sea dicho, pues las consideraba una mera distracción de su tarea investigadora. Cuando en cierta ocasión un colega le comentó la importancia de la enseñanza, Warburg le replicó: “Mira, (Otto) Meyerhof, (Hugo) Theorell y (Hans) Krebs fueron mis pupilos. ¿Acaso no he hecho ya suficiente por la siguiente generación?” (Los tres científicos trabajaron con Warburg en Berlín y los tres recibieron el Premio Nobel de Medicina).

A pesar de que su padre era judío, durante la Segunda Guerra Mundial pudo continuar trabajando en su país, en parte por su prestigio como Premio Nobel, en parte porque su trabajo de investigación en el Instituto se consideraba muy valioso. Göring se las arregló para que se le declarase que solo era judío “en un cuarta parte” y se sabe que otro alto oficial nazi lo protegió en varias ocasiones cuando fue denunciado por haber criticado al régimen. Incluso se rumorea que fue el mismísimo Hitler quien quiso mantenerlo en Alemania por si su trabajo contra el cáncer acababa dando frutos.

En sus últimos años de vida se obsesionó con la dieta. Comía todo lo que podía de su propio huerto, que agrandó hasta ocupar la mayor parte de su finca. Prohibió el uso de fertilizantes y pesticidas en su huerto. Y cuando necesitaba leche, la obtenía directamente de un rebaño, la centrifugaba en su laboratorio y la convertía en nata y mantequilla.

A pesar de su avanzada edad, siguió publicando con regularidad unos cinco artículos por año. Nunca se llegó a retirar, pues le concedieron un permiso especial para que continuara trabajando, en reconocimiento a su carrera. Así lo hizo hasta que cierto día, a finales de julio de 1970, se sintió indispuesto y se quedó en casa. Le empezó a doler la misma pierna que se había fracturado un año antes, al caerse de una escalera. Le diagnosticaron una grave trombosis. Warburg permaneció en casa, leyendo y escribiendo, hasta que el 1 de agosto se sintió especialmente débil. Esa misma noche, una embolia pulmonar acabó súbitamente con su vida. Tenía 87 años y llevaba más de sesenta dedicado por completo a la investigación.

La tumba de Warburg en el cementerio Dahlem, en Berlín (fuente)

NOTA: Esta entrada participa en la XXVII Edición del Carnaval de Biología que se organiza en este blog, La Aventura de la Ciencia. También participa en la VIII Edición del Carnaval de Humanidades que organiza Marta Macho en ZTFNews.org.

BIBLIOGRAFÍA:

1. Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1922-1941. Elsevier Publishing Company, Amsterdam,1965.
2. Otto Heinrich Warburg. 1883-1970. Hans A. Krebs, Biographical Memoirs of Fellow of the Royal Society, 1972.
3. Premios Nobeles Alemanes, Armin Hermann (edición). Ed. Heinz Moos, 1968.