Mariona Sodupe: “Els químics són els arquitectes de la matèria, perquè dissenyen i sintetitzen molècules amb propòsits concrets per millorar-nos la vida”

Entrevista

Cristina Junyent

Treballar amb molècules no és fàcil perquè queden lluny de la nostra escala. Si la química clàssica, l’experimental, fa servir el laboratori, la teòrica —l’especialitat d’aquesta veïna de Sarrià— utilitza la simulació per computadores. Entrevistem Mariona Sodupe, catedràtica de la UAB i referent en química teòrica i computacional. De fet, tot i la seva visió crítica amb els rànquings, ocupa la posició 314 de les 1.000 investigadores més destacades d’Espanya (CSIC).

“Històricament, la química ha fet contribucions vitals: el tractament i la potabilització de l’aigua, la producció de fertilitzants o el desenvolupament d’analgèsics i antibiòtics”

Sovint el terme química es fa servir de manera pejorativa. Com explicaria què és realment?

La química estudia la composició de la matèria, les seves propietats, l’estructura i les seves transformacions: les reaccions químiques. Podríem dir que els químics són els arquitectes de la matèria, perquè dissenyen i sintetitzen molècules amb propòsits concrets per millorar-nos la vida. Històricament, ha fet contribucions vitals: el tractament i la potabilització de l’aigua, la producció de fertilitzants o el desenvolupament d’analgèsics i antibiòtics. Ara, per exemple, se centra en el disseny de nous materials per a cel·les fotovoltaiques. 

El darrer Premi Nobel de Química es va atorgar per una aplicació sostenible?

Es va concedir a tres investigadors pel desenvolupament d’estructures metal·lo-orgàniques. Aquests materials formen xarxes reticulars poroses que permeten, entre altres aplicacions, capturar gasos com el CO2, o extraure humitat de l’aire del desert i convertir-la en aigua potable. 

El seu equip s’acosta als processos químics des de la simulació computacional. En què consisteix la seva feina?

La química computacional és una eina essencial per saber què passa exactament amb els àtoms durant una reacció: quins enllaços es trenquen, quins es formen i quin és el camí que porta dels reactius als productes. D’aquesta manera, podem determinar la via més favorable per optimitzar i dissenyar nous reactius, processos i materials.

Quan va deixar la química de ser una ciència purament experimental?

El 1998 es va atorgar el Premi Nobel a dos químics teòrics, Walter Kohn i John Pople, per les seves contribucions al desenvolupament de mètodes teòrics. Des d’aleshores les simulacions computacionals són presents de forma rutinària a tots els laboratoris de recerca química. Les simulacions computacionals són una eina molt potent per obtenir informació a nivell atòmic.

Com ha evolucionat la química computacional?

Inicialment, s’utilitzava sobretot per interpretar les observacions experimentals determinant el mecanisme atòmic subjacent. Actualment, la química computacional és capaç de dissenyar i millorar processos de manera predictiva.

En quins projectes concrets ha intervingut el seu laboratori?

Amb Salvador Ventura, de l’Institut de Biotecnologia i Biomedicina de la UAB, vam col·laborar en la millora d’un fàrmac inhibidor de les plaques d’amiloide que causen certes cardiopaties. Crec que ara s’estan realitzant els estudis farmacològics i toxicològics previs a les proves clíniques. També vam simular com els primers aminoàcids es podien unir sobre una superfície de feldespat per iniciar proteïnes, emulant el que podria haver passat en l’origen de la vida.

Treballeu a nivell nanomètric (escala 10-9 metres = 0,0000000001 metre o encara més petit), quins avantatges té aquesta dimensió?

En escales tan petites la relació entre superfície i volum és molt gran. Això ens ofereix una gran quantitat de punts d’exposició per observar i aprofitar les interaccions atòmiques i moleculars.

També feu simulacions basades en mecànica quàntica?

Depenent del tipus de simulació, utilitzem unes tècniques o unes altres. Les molècules estan formades per àtoms que tenen electrons, i aquests no es poden estudiar amb mecànica clàssica; hem de recórrer a la mecànica quàntica per entendre com es distribueixen. Aquesta distribució és, precisament, la que determina les seves propietats químiques.

La intel·ligència artificial també ha entrat en el camp de la química computacional. 

Efectivament. Els càlculs per resoldre les equacions del moviment dels electrons són extremadament costosos i llargs. Per agilitzar-los, s’entrenen models d’IA amb precisió per obtenir resultats amb precisió quàntica sense haver de fer càlculs. La IA també ha estat decisiva per desenvolupar el sistema AlphaFold (de Google DeepMind), que, a partir de la seva seqüència d’aminoàcids, determina l’estructura tridimensional de les proteïnes, la forma que li permetrà fer la feina que li toca, com la del múscul estirar-se i enronsar-se. La IA també ens ajuda a identificar patrons en reaccions químiques per predir quin rendiment tindrà una reacció, automatitzant processos i facilitant el càlcul complex.

Quan parla de càlculs, a quines operacions es refereix? 

Fonamentalment equacions diferencials i que involucren, essencialment, el càlcul d’integrals.

Quina seria la pregunta a la qual tothom voldria donar resposta?

Poder estudiar sistemes complexos de milers d’àtoms amb precisió quàntica i de manera ràpida.

Quin descobriment preveu que pot tenir lloc en els pròxims 10 o 15 anys?

L’entrenament de la intel·ligència artificial per realitzar càlcul quàntic i la consolidació dels ordinadors quàntics. Això ens permetria simular sistemes d’una magnitud fins ara inabastable.

“Busco que un alumne sàpiga identificar possibles errors i sigui capaç de desenvolupar la recerca per ell mateix, seguint un camí independent.”

La intel·ligència artificial també ha irromput en la docència. Com es pot evitar que emmascari el coneixement d’un alumne?

És tot un debat. Els models de llenguatge són cada cop més sofisticats i les seves respostes, més acurades; però, si s’utilitzen malament, empobreixen l’aprenentatge. Des de la pandèmia, a Europa s’ha detectat força absentisme a les aules. L’alumne autodidacte pot utilitzar la IA per aprofundir en el coneixement, però qui només busca el títol la fa servir perquè li faci la feina.

“Amb la irrupció de la IA, avaluar mitjançant treballs s’ha tornat molt complicat; potser caldria tornar als exàmens orals, tot i que no és una solució senzilla de logística”

Això genera un problema al professorat.

Sí, reps treballs ben executats on no saps quina ha estat la implicació real de l’estudiant. Avaluar mitjançant treballs s’ha tornat molt complicat; potser caldria tornar als exàmens orals, tot i que no és una solució senzilla de logística. Actualment, les nostres discussions se centren en com hem de transformar l’avaluació, com plantejar les classes i, sobretot, com potenciar el pensament crític.

Com és la recerca universitària?

En general, un investigador prepara un projecte i el presenta a convocatòries competitives; si guanya, obté el finançament per desenvolupar-lo. La recerca a la universitat és força lliure, a diferència dels centres de recerca, on està més orientada perquè són especialitzats. Per contra, a la universitat és més complex: hem de compaginar la investigació amb la docència, tenim menys temps i competim pels mateixos recursos. Cal dedicar-hi moltes hores, perquè si et quedes sense finançament o sense beques, no pots formar equip ni dirigir tesis; la recerca s’atura i després és molt difícil de recuperar.

“Hi ha investigadors que no volen venir a Barcelona perquè amb el seu salari no es poden pagar l’habitatge.”

Quin consell donaria als joves que es volen dedicar a la investigació?

Que facin el que realment els agrada i els motiva, perquè les beques són molt precàries. De fet, hi ha investigadors que no volen venir a Barcelona perquè amb el seu salari no es poden pagar l’habitatge.

Per què va estudiar Ciències Químiques?

De fet, volia fer bioquímica, però en aquella època no existia com a titulació. Així que vaig decidir arribar-hi a través de la química. En acabar el primer cicle, els professors de diferents especialitats ens feien xerrades per convèncer-nos de triar la seva. Recordo especialment la del professor Joan Bertrán, un químic quàntic pioner i referent a Espanya. Ens va explicar com la química teòrica simula els processos per entendre què passa, com passa i per què passa. Vaig sentir que allò responia al «perquè» de les coses i vaig triar l’especialitat de química física. Després de la tesi en química teòrica, vaig marxar dos anys als Estats Units i vaig tornar.

Va entrar directament a l’Autònoma?

Hi vaig entrar amb una plaça d’interina i, al cap d’uns anys, em vaig estabilitzar professionalment.

Què és el que troba més fascinant de la teva recerca?

M’apassiona entendre l’estructura de les molècules: per què són com són, per què es disposen a l’espai d’una manera determinada i com interaccionen. Són processos molt delicats i, alhora, molt creatius. Amb la computació pots provar qualsevol reacció que t’imaginis! Potser després no es podrà sintetitzar o no servirà per a res, però de simular, pots simular tot el que vulguis.

Quines qualitats creu que són clau per treballar en química teòrica?

Tenir criteri, com en tota la recerca. El que busco és que un alumne sàpiga identificar possibles errors i sigui capaç de desenvolupar la recerca per ell mateix, seguint un camí independent.

Vols afegir alguna cosa més?

Només que he gaudit molt fent recerca a la universitat. Em sento afortunada i una privilegiada.

Podeu escoltar l’entrevista completa en aquest enllaç.