En Inteligente, más inteligente, más inteligenteel nuevo Ciencia de bolsilloparte, dice periodista científico bennie mols cómo la inteligencia artificial le da a los humanos un impulso turbo. En este adelanto: ¿cómo ayuda la IA a los bioquímicos a desentrañar la estructura de las proteínas?
Las proteínas son los caballos de batalla bioquímicos de su cuerpo. Permiten que sus intestinos absorban los alimentos, sus huesos crezcan, sus ojos puedan ver y las células dañadas se reparen. Las proteínas están involucradas en todas las funciones corporales, unos diez mil tipos diferentes en total.
Una vez que se produce una proteína en una célula, se pliega automáticamente en una forma tridimensional compleja. Las instrucciones de plegamiento provienen de la información almacenada en la secuencia de aminoácidos de la molécula de proteína. La forma que toma la proteína es crítica para su función. Las proteínas que se pliegan incorrectamente pueden provocar enfermedades.
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A principios de la década de 1960, los biólogos reconocieron que el plegamiento de todos estos diferentes tipos de proteínas era uno de los grandes problemas sin resolver de la biología. La pregunta que estaban tan ansiosos por responder era esta: supongamos que conoce la secuencia de aminoácidos de una proteína, ¿cuál es la forma tridimensional que tomará la proteína? Durante décadas, no había más remedio que tratar de hacer una determinada proteína en un laboratorio y tratar de determinar su forma con instrumentos complicados. A menudo, a un solo estudiante de doctorado le tomó años descubrir la forma de una proteína experimentalmente.
AlphaFold
Gracias a la IA, el problema del plegamiento de proteínas se ha resuelto en gran medida en los últimos años. Sobre la base de las técnicas de aprendizaje desarrolladas para la computadora AlphaGo, los investigadores de la compañía de inteligencia artificial DeepMind desarrollaron el programa de inteligencia artificial AlphaFold. Este programa utiliza una red neuronal de aprendizaje profundo entrenada en miles de proteínas conocidas y sus estructuras tridimensionales para predecir estructuras de proteínas. En 2020, AlphaFold fue el primero en predecir muchas estructuras de proteínas al menos con tanta precisión como los experimentos de laboratorio podrían mapearlas.
Dos años después, en 2022, AlphaFold ya había predicho la forma de más de doscientos millones de proteínas de un millón de especies biológicas. El 35 por ciento de esas predicciones fueron muy precisas y el 45 por ciento fueron lo suficientemente precisas para la mayoría de las aplicaciones prácticas. AlphaFold solo tarda de diez a veinte segundos en hacer una sola predicción de proteína, lo que ahorra a los biólogos una cantidad increíble de tiempo. «AlphaFold es un avance único y trascendental en las ciencias de la vida que demuestra el poder de la IA», escribió eric topoldirector del Instituto Traslacional de Investigación Scripps de EE. UU., que se enfoca en personalizar la atención médica a través de una combinación de genética y tecnologías digitales.
Nuevos fármacos y proteínas
Debido a que la forma precisa de una proteína determina en gran medida sus funciones, AlphaFold puede ayudar a los investigadores a desentrañar las causas bioquímicas de las enfermedades y desarrollar nuevos medicamentos. Esto se debe a que cuando se desarrollan medicamentos, a menudo se hace uso de cómo se ve una proteína en tres dimensiones, pero primero se debe conocer esa forma.
Investigadores de todo el mundo se apresuraron a utilizar AlphaFold, que afortunadamente estaba disponible de forma gratuita, para acelerar su trabajo científico. Por ejemplo, un bioquímico utilizó AlphaFold para determinar la estructura de una proteína clave de un parásito de la malaria. Luego pudo averiguar dónde era probable que se unieran los anticuerpos que podrían bloquear la transmisión del parásito. Esa información ahora se puede utilizar para diseñar vacunas mejoradas contra la malaria. Otros bioquímicos usaron AlphaFold para identificar enzimas que ocurren en la naturaleza y que tal vez podrían adaptarse para digerir y reciclar plásticos.
AlphaFold no solo acelera la investigación existente, sino que también permite tipos de investigación completamente nuevos. Por ejemplo, los biólogos utilizan el instrumento de IA para descubrir nuevas familias de proteínas y estudiar la evolución de las proteínas.