La predicción de la estructura de las proteínas mediante IA, avance científico de 2021

VALÈNCIA (EP). La predicción de la estructura tridimensional de las proteínas mediante un programa impulsado por Inteligencia Artificial (IA) es el avance científico más importante de 2021 según la revista 'Science'.

Desde hace años, las estructuras de las proteínas solo podían determinarse mediante minuciosos análisis de laboratorio, pero gracias a AlphaFold (programa desarrollado por DeepMind impulsado por IA cuya versión mejorada salió en 2020), los científicos pueden ahora calcularlas para decenas de miles de proteínas.

Durante este 2021, científicos de DeepMind informaron de que AlphaFold2 (versión de 2020), que se entrena a sí mismo en bases de datos de estructuras resueltas experimentalmente, había resuelto las estructuras de 350.000 proteínas del ser humano, el 44% de todas las proteínas humanas conocidas. En los próximos meses, los científicos esperan que su base de datos crezca a 100 millones de proteínas en todas las especies, casi la mitad del número total que se cree que existe.

El siguiente paso es predecir cuáles de esas proteínas trabajan juntas y cómo interactúan. Precisamente, DeepMind ya se encuentra trabajando en ello. En octubre, sus científicos revelaron 4.433 complejos proteína-proteína, revelando qué proteínas se unen entre sí y cómo.

El código para AlphaFold2 está ya disponible públicamente, lo que permite su uso a otros científicos. En noviembre, investigadores de Alemania y Estados Unidos utilizaron AlphaFold2 y cryo-EM para mapear la estructura del complejo de poros nucleares, un ensamblaje de 30 proteínas diferentes que controla el acceso al núcleo celular. En agosto, investigadores chinos utilizaron AlphaFold2 para mapear las estructuras de casi 200 proteínas que se unen al ADN, lo que podría estar involucrado desde la reparación del ADN hasta la expresión génica. Y el mes pasado, la empresa matriz de Google, Alphabet, lanzó una nueva empresa que utilizará estructuras de proteínas previstas para diseñar nuevos candidatos a fármacos.

Incluso ahora, los científicos que estudian el SARS-CoV-2 están utilizando AlphaFold2 para modelar el efecto de las mutaciones en la proteína de pico de la variante Omicron. Al insertar aminoácidos más grandes en la proteína, las mutaciones han cambiado su forma, tal vez lo suficiente como para evitar que los anticuerpos se unan y neutralicen el virus.

"La explosión de avances impulsados por la IA de este año ofrece una visión de la danza de la vida como nunca antes se había visto, un panorama que cambiará para siempre la biología y la medicina", destaca 'Science'.

Otros avances significativos

La prestigiosa revista también reconoce otros avances y descubrimientos realizados en este 2021. Entre ellos, destaca las nuevas técnicas que han permitido obtener ADN humano antiguo del suelo, lo que ha posibilitado a científicos de todo el mundo reconstruir la identidad de los habitantes de las cavernas de hace miles de años, incluso en ausencia de fósiles. Estas técnicas se llevaron a cabo en España, donde el ADN nuclear reveló la identidad genética y el sexo de los humanos que vivieron allí hace entre 80.000 a 113.000 años, y sugirió que un linaje de neandertales reemplazó a varios otros después de un período glacial que terminó hace 100.000 años.

Otro de los avances significativos del año ha sido el resultado llevado a cabo por la Instalación Nacional de Ignición (NIF), en Estados Unidos, que consistió en una reacción de fusión que estuvo muy cerca de alcanzar el "punto de equilibrio" oficial, el punto en el que una reacción produce más energía que la energía láser necesaria para encenderla. La fusión, que alimenta al Sol y a otras estrellas, se ha considerado durante mucho tiempo como una solución a los problemas energéticos de la Tierra. Pero lograr las presiones y temperaturas requeridas, diez veces más calientes que el núcleo del Sol, es notoriamente difícil.

El 2021 también ha sido el año en que la sonda Insight de la NASA facilitó más información sobre el interior de Marte. Así, reveló que la corteza marciana tiene capas y menos de 40 kilómetros de espesor, más delgada que la corteza continental de la Tierra, que el manto marciano carece de la capa inferior aislante que se ve en la Tierra y es poco profundo, y que tiene un núcleo líquido inusualmente grande que ocupa más de la mitad del ancho del planeta.

En abril, los científicos reportaron que el muón, una partícula mucho más pesada que el electrón, es ligeramente más magnética de lo que predice la teoría predominante de los físicos sobre partículas y fuerzas fundamentales. El magnetismo del muón brinda a los científicos una forma indirecta de buscar partículas adicionales no descubiertas.

Avances médicos

La herramienta de edición de genes CRISPR tuvo su primera 'victoria' clínica en 2020, cuando pareció curar a personas con dos trastornos hereditarios de la sangre. Pero estos tratamientos se llevaron a cabo en una placa de laboratorio. Este año, los científicos llevaron las cosas un paso más allá, implementando CRISPR directamente en el cuerpo. Los resultados fueron prometedores para combatir la amiloidosis hereditaria por transtiretina (TTR), una enfermedad en la que una proteína TTR mal plegada se acumula y daña los nervios y el corazón, y para curar la ceguera.

Por otro lado, científicos llevan años intentando hacer crecer embriones de ratón fuera del cuerpo de la madre durante más de 3 ó 4 días. En marzo, un equipo informó de que podía extender esto a 11 días, gracias a la rotación de los frascos que contienen los embriones en un dispositivo que se asemeja a una noria en miniatura. Este sistema mezcla continuamente el caldo de nutrientes que baña a los embriones y asegura que los niveles de oxígeno y la presión atmosférica sean agradables. Los embriones pasaron por una etapa clave de reorganización celular, desarrollaron órganos y les brotaron patas traseras.

Este año también, un ensayo multicéntrico, aleatorizado y controlado, encontró que la 3,4-metilendioximetanfetamina (MDMA), popularmente llamada éxtasis, redujo significativamente los síntomas en pacientes con trastorno de estrés postraumático (TEPT), de modo que el poder alterador de la mente de las drogas psicodélicas ha generado esperanzas de que puedan aliviar enfermedades mentales.

Avances relacionados con la covid

También destaca 'Science' los antivirales utilizados para reducir los síntomas y las muertes por covid-19. Por ejemplo, el PF-07321332 (Pfizer) reduce la hospitalización en un 89% si se ingiere dentro de los 3 días posteriores a los síntomas.

Bajo el mismo contexto pandémico, la revista subraya el papel de los anticuerpos monoclonales (mAb), que han realizado avances contra el SARS-CoV-2 y otros patógenos potencialmente mortales, incluido el virus sincitial respiratorio (RSV), el VIH y los parásitos de la malaria. Los anticuerpos fabricados en laboratorio llamados monoclonales han revolucionado el tratamiento de algunos cánceres y enfermedades autoinmunes, pero habían tenido un éxito limitado contra las enfermedades infecciosas.