Los científicos más famosos suelen ser los que indagan en cuestiones existenciales, como los físicos que estudian los agujeros negros o las teorías de la gravedad, o los que resuelven problemas médicos, como los creadores de las vacunas del covid o los que buscan tratamientos para el cáncer. Hay un grupo de científicos, sin embargo, con un impacto en nuestra vida cotidiana mayor incluso que los anteriores, pero que suelen pasar más desapercibidos. El químico John Hartwig (Illinois, EE UU, 60 años), de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) forma parte de este grupo.
El investigador acaba de recibir el premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas por impulsar avances fundamentales en el campo de la catálisis. Aunque el logro pueda sonar esotérico, ha hecho posible controlar y acelerar reacciones químicas que han permitido producir fármacos contra el VIH, la hepatitis o la depresión que antes hubiesen sido imposibles. Según estima él mismo en una conversación por videollamada desde California, “el campo de la catálisis contribuye a aproximadamente el 30% del PIB en EE UU” y la cifra es parecida en otros países desarrollados.
En el mundo de la química, algunas reacciones son demasiado lentas o demasiado difíciles y necesitan la ayuda de metales que actúan como catalizadores para acelerarlas. Uno de los avances en los que ha participado Hartwig es la catálisis homogénea, donde los catalizadores y los reactivos están en la misma fase, generalmente líquida, permitiendo reacciones más precisas y eficientes.
Uno de los grandes logros de Hartwig ha sido desarrollar catalizadores capaces de romper los enlaces carbono-hidrógeno, muy estables y muy difíciles de modificar. Estos enlaces abundan en las moléculas orgánicas, pero su estabilidad hacía que fuesen poco útiles para sintetizar fármacos. Hartwig y su grupo lograron convertir estos enlaces en enlaces carbono-boro (C-B), una transformación clave porque el boro actúa como un gancho químico, algo que permite ensamblar moléculas complejas de manera eficiente. Hoy, estas reacciones se utilizan en la producción de fármacos antivirales o contra el cáncer de páncreas o de pulmón. “Lo sorprendente es que este proceso ha llegado a ser utilizado a gran escala. Por ejemplo, se ha empleado para producir un compuesto de alrededor de mil kilos para ensayos clínicos con Amgen en el tratamiento de tumores sólidos”, explica Hartwig. Su química también se ha aplicado a dispositivos electrónicos como los diodos emisores de luz orgánicos (OLED), que se usan en las pantallas brillantes de los móviles o en los televisores de alta gama.
Pregunta. ¿Cómo ve la situación de la investigación en EE UU después de los primeros meses de Donald Trump como presidente?
Respuesta. La situación para la ciencia en EE UU es terrible. La cuestión es cómo expresarlo sin dar la impresión de que todos deberíamos huir del país. Pero creo que el público necesita entender lo que está ocurriendo. Por ejemplo, muchas subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) no están siendo financiadas debido a estrategias indirectas del Gobierno, como bloquear las reuniones de los comités que toman esas decisiones. Tengo tres posdoctorandos con solicitudes de becas que ni siquiera están siendo revisadas.
Además, tengo una subvención de 3,5 millones de dólares recomendada para financiación, destinada a proyectos de reciclaje de plásticos, y ahora mismo está en una “pausa en la comunicación”. No sé si finalmente se aprobará o si simplemente desaparecerá. Esto impide que podamos trabajar en la viabilidad comercial del reciclaje químico que hemos desarrollado y que podría beneficiar a muchas otras personas en el campo.
Las universidades también están perdiendo fondos por cuestiones que no tienen nada que ver con sus programas científicos. Por ejemplo, debido a protestas estudiantiles relacionadas con el conflicto entre Gaza e Israel, algunas instituciones están sufriendo recortes. Es aterrador ver esta situación después de haber trabajado 30 años en la ciencia en EE UU. La idea de recortar tanto el apoyo a la investigación en EE UU es alarmante. La ciencia y la innovación han sido una de nuestras señas de identidad, nuestra firma como nación. Y, además, la economía del futuro depende de los descubrimientos que se realicen hoy.
Estos descubrimientos pueden hacerse en universidades o en la industria, pero las personas que los llevan a cabo primero pasan por universidades, obtienen títulos avanzados en ciencias, y luego, tal vez, fundan una empresa biotecnológica que descubre un nuevo medicamento o desarrollan tecnologías que cambian la vida de millones de personas. Es el ciclo natural de la innovación.
Empresas como Google o muchas otras del sector tecnológico se nutrieron de personas formadas en estas instituciones. Si cortamos esa base de formación y financiación, ¿qué pasará con la posición de EE UU como líder tecnológico? Hay una sensación preocupante: estos son los pasos que siguen los regímenes autoritarios para consolidar su poder. Y lo estamos viendo suceder ante nuestros ojos. ¿Cómo lo detenemos? Es muy difícil.
P. ¿Cómo ve la influencia de la inteligencia artificial en su campo?
R. Tenemos un proyecto con Merck con el objetivo de desarrollar formas de usar la inteligencia artificial para predecir lo que hará un catalizador. Ha habido avances increíbles en la química computacional. Hoy en día, los investigadores pueden calcular cuáles serán las estructuras de las moléculas y cuál será la barrera energética para que ocurra una reacción. Pero estos cálculos, aunque son muy valiosos, requieren mucho tiempo y una gran cantidad de potencia computacional. Por eso, nosotros y otros grupos en el campo estamos intentando averiguar si podríamos combinar este conocimiento con el aprendizaje automático para hacer predicciones sobre catalizadores. Es un área que todavía está en su infancia, pero, por supuesto, hemos visto un crecimiento impresionante del aprendizaje automático en muchos aspectos de nuestras vidas. Así que la pregunta es: ¿puede ocurrir lo mismo en la química?
El objetivo final, el Santo Grial en este campo, que aún nadie ha logrado, sería usar inteligencia artificial generativa para predecir un catalizador que pueda realizar una transformación completamente nueva o llevar a cabo una reacción selectiva en algo que nunca se ha hecho antes. Creo que hay mucho potencial. Estoy convencido de que tendrá un gran impacto en el futuro, pero predecir exactamente cuál será ese impacto es complicado.
P. ¿Y qué hay sobre sus aplicaciones para el medioambiente? He visto que ha trabajado con plásticos que son más fáciles de reciclar.
R. Lo llamamos reciclaje químico. El reciclaje que se hace hoy en día es, en su mayoría, lo que llamamos reciclaje mecánico. Es decir, tomas plásticos, los trituras y luego los fundes para formar un nuevo objeto. Pero la mayoría de los productos que se obtienen con este proceso son materiales de mucho menor valor. Por ejemplo, si tomas un envase o un juguete de plástico con ciertas propiedades, al reciclarlo mecánicamente se mezcla con otros plásticos del mismo tipo, se tritura y se reforma en un nuevo material. Sin embargo, este material suele usarse para productos como muebles de exterior o suelos de plástico que imitan la madera, pero no para fabricar envases de alimentos o plásticos transparentes de alta calidad.
Lo que estamos intentando hacer es desarrollar métodos para descomponer esos plásticos. Nos hemos centrado en el polietileno y el polipropileno, que son los plásticos de mayor volumen de producción. Juntos representan más de la mitad de todos los plásticos que se fabrican. Pero son extremadamente estables y buscamos formas de romper selectivamente sus enlaces. Recientemente, publicamos un estudio en el que demostramos que se puede tomar polietileno y, con etileno, producir propileno. Es decir, tomamos una cadena larga de polietileno, compuesta por miles de átomos de carbono, la fragmentamos en partes más pequeñas y, finalmente, obtenemos una unidad de tres carbonos que se puede usar para fabricar polipropileno, uno de los plásticos de mayor volumen de producción. Esperamos poder llevar este proceso más lejos y, con el tiempo, desarrollarlo hasta convertirlo en una solución comercialmente viable.
P. ¿Cree que las soluciones al cambio climático pueden lograrse únicamente mediante innovaciones científicas, o sigue siendo un problema con una mayor dimensión social?
R. Es difícil responder a eso. Tengo un conocimiento razonable sobre el tema, pero hacer una predicción real requiere la experiencia de personas especializadas en análisis tecnoeconómicos y evaluaciones del ciclo de vida. Lo que sí puedo decir es que muchas de las soluciones tecnológicas dependerán de avances en química. Por ejemplo, tomemos el caso de los aerogeneradores modernos. No hablo de los molinos de viento de Holanda de hace siglos, sino de los actuales, que tienen palas de plástico gigantes. Estas estructuras deben soportar fuerzas enormes y durar mucho tiempo, lo que representa un desafío importante en ciencia de materiales. Cuando esas palas fallan o llegan al final de su vida útil, es necesario reemplazarlas y buscar formas de reciclarlas o reutilizarlas. Ahí es donde la química puede aportar nuevas soluciones mediante el desarrollo de nuevos materiales. Otro ejemplo es la reducción del peso de los vehículos. Si logramos sustituir ciertos metales por materiales más ligeros, podríamos mejorar la eficiencia energética. Y si logramos convertir el dióxido de carbono en un combustible de manera práctica, tendría un impacto enorme.
Al mismo tiempo, cambiar ciertos hábitos también es clave. Es complicado, lo admito. Yo mismo he tomado un avión para venir a San Diego, luego tomaré otro vuelo a Tennessee y después regresaré a casa. Pero si logramos modificar algunos comportamientos, eso también será un factor determinante.
P. Necesitamos cambios tecnológicos y de hábitos.
R. El cambio climático es un problema complejo. Si pensamos en la escala de las cosas, los combustibles fósiles se utilizan en una cantidad diez veces mayor que los productos químicos. A veces nos preocupamos por el impacto de una bolsa de plástico liviana, pero el viaje al supermercado tiene un impacto ambiental mucho mayor que el de esa bolsa.
P. Si usted fuera un investigador joven, ¿qué campo le parece más interesante o prometedor?
R. Creo que hay direcciones muy interesantes en la combinación de la química con las enzimas y los enfoques quimio-enzimáticos para la síntesis. Algunos investigadores jóvenes han tenido mucho éxito en este campo, y creo que hay muchas oportunidades ahí. No lo va a revolucionar todo, pero sí tiene un gran potencial.
Otro ámbito importante es la integración de la inteligencia artificial en la química. Utilizar el aprendizaje automático para avanzar en el descubrimiento químico es una línea prometedora. Sin embargo, lo que solemos ver es que un nuevo investigador —o incluso alguien con experiencia, como yo— propone algo completamente inesperado y sorprendente, algo que nos hace preguntarnos cómo no se nos ocurrió antes. También ocurre que ciertos descubrimientos del pasado, que fueron abandonados, resurgen con nuevas aplicaciones. Un buen ejemplo de esto es la fotoquímica. En lugar de usar calor para impulsar reacciones químicas, se está utilizando la luz. En los últimos años, este campo ha experimentado un gran crecimiento.
Cuando empezamos a trabajar en el área por la que nos han otorgado este reconocimiento, muchos pensaban que era algo muy de nicho, algo que solo se usaría en casos especiales, como último recurso en la síntesis de moléculas orgánicas. Pero hoy en día se ha convertido en algo completamente mainstream. Es difícil predecir el futuro, pero en general, sigo creyendo en la importancia de combinar disciplinas.
P. Si mira hacia atrás, desde que empezó, ¿qué avances en su campo le han sorprendido más?
R. Cuando empezamos, había dos tipos principales de reacciones que la gente usaba habitualmente, y había un paso fundamental de una reacción que nadie había observado antes. Para explicarlo de forma sencilla: en una reacción catalítica, añades una pequeña cantidad de un catalizador y este permite producir una gran cantidad de producto. Medimos esto en turnos catalíticos: cuántas moléculas de producto genera la reacción por cada molécula de catalizador. Este número puede ser muy alto porque la reacción ocurre en un ciclo. El catalizador comienza tomando un reactivo, lo transforma, luego toma un segundo reactivo, los combina y libera el producto, volviendo a su estado original. Es un proceso cíclico con múltiples pasos. Nosotros, al principio, solo nos interesábamos en uno de esos pasos. Nadie lo había observado antes y pensé que, si lograba identificarlo y demostrar su existencia, tal vez podría conseguir un puesto en la universidad.
Ese paso terminó convirtiéndose en la base de una reacción catalítica completa, y nadie imaginó lo útil que se volvería. Hoy en día, esa reacción se ha convertido en la más utilizada en los últimos 40 años dentro de la catálisis homogénea. Cuando realizamos nuestra primera reacción, solo la probamos en una molécula muy simple, sin ninguna aplicación farmacéutica. Pero después de 20 años de avances, paso a paso, esta reacción ha llegado a ser ampliamente utilizada en la industria. Nunca habría imaginado que algo tan teórico en sus inicios tendría un impacto tan grande.
