MADRID 23 May. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) de Estados Unidos han demostrado que es posible crear nuevas proteínas que se mueven y cambian de forma como las de la naturaleza. Esta capacidad ayudará a los científicos a diseñar proteínas de nuevas y eficaces maneras para tratar enfermedades, combatir la contaminación y aumentar el rendimiento de los cultivos. El trabajo aparece en 'Science'.
Las proteínas catalizan la vida al cambiar de forma al interactuar con otras moléculas. El resultado es una contracción muscular, la percepción de la luz o un poco de energía extraída de los alimentos. Pero esta capacidad crucial ha eludido el creciente campo de la ingeniería de proteínas aumentada mediante IA. "Este estudio es el primer paso en un camino que nos llevará mucho más allá de la biomedicina, hacia la agricultura y el medio ambiente", subraya Tanja Kortemme de la UCSF.
Los científicos han diseñado proteínas rígidas (proteínas que no pueden moverse ni cambiar de forma) desde la década de 1980. Estas proteínas se utilizaron inicialmente en productos comerciales como soluciones de limpieza. Más recientemente, se han empleado para producir medicamentos de gran éxito como la insulina artificial, fármacos GLP-1 para bajar de peso y tratamientos con anticuerpos contra el cáncer y la inflamación.
Si bien son importantes, estas moléculas inamovibles no pueden igualar el potencial de las proteínas que pueden girar, retorcerse y transformarse de maneras complicadas y luego volver a su forma original, insiste Kortemme. Agrega que las proteínas más importantes para emular en aplicaciones médicas son aquellas que regulan procesos como el metabolismo, la división celular y otras funciones vitales básicas. Estas potentes proteínas son el objetivo de casi uno de cada tres medicamentos aprobados por la FDA. Facilitan la comunicación dentro de las células o entre ellas, cambiando de forma, como un interruptor.
Diseñar formas tan estables y al mismo tiempo dinámicas requiere potencia computacional e inteligencia artificial que no existían hasta hace unos años. El reto era enorme, así que Kortemme y la estudiante de posgrado Amy Guo comenzaron con algo pequeño: dotar a una proteína natural simple de la capacidad de moverse de una forma nueva. Guo posteriormente modificó parte de la proteína para que pudiera unirse al calcio, una forma común en que las proteínas cambian de forma.
El siguiente paso fue generar una biblioteca virtual con miles de formas posibles para la proteína. Seleccionó dos formas estables: una que pudiera unirse al calcio y otra que no. Después, amplió áreas específicas de la proteína virtual para observar cómo interactuaban sus átomos. El trabajo, que comenzó antes de la pandemia, se aceleró con la disponibilidad del programa de inteligencia artificial AlphaFold2. Guo lo utilizó para hacer que la parte móvil girara y capturara el calcio, y luego se desenrollara para liberarlo. El momento decisivo llegó cuando los investigadores probaron su modelo en una simulación por computadora.
En el ámbito médico, las proteínas móviles diseñadas podrían utilizarse en biosensores que cambian de forma en respuesta a señales de enfermedad, activando una alerta. O podrían utilizarse como proteínas medicinales adaptadas a la química corporal única de cada persona.
Las proteínas que cambian de forma también podrían diseñarse para descomponer plásticos o ayudar a las plantas a resistir estreses climáticos como la sequía o las plagas. Incluso podrían usarse para fabricar metal que se autorrepare al agrietarse. "Las posibilidades son realmente infinitas", concluyen.
