Proteínas artificiales

Las nuevas moléculas podrían revolucionar la biología y dar lugar a una nueva vacuna contra la COVID-19.

La nueva vacuna contra la COVID-19, cuyo modelo tridimensional se muestra en la imagen, se construyó sobre una nanopartícula proteica sintética. Se diseñó para que indujera una protección inmunitaria potente. [TIMOTHY ARCHIBALD]

En síntesis

Las proteínas desempeñan tareas esenciales en los organismos. Formadas por una serie de moléculas más sencillas denominadas aminoácidos, se retuercen y se repliegan en estructuras tridimensionales complejísimas.

Hasta hace poco, se desconocían las reglas que rigen sus contorsiones y les otorgan su funcionalidad. Pero los nuevos avances de la inteligencia artificial están ayudando a desvelar estos enigmas.

Estos conocimientos están impulsando el desarrollo de técnicas bioquímicas revolucionarias, como nanobots que se enfrentan a las enfermedades infecciosas o mejores vacunas contra la COVID-19.

Un viernes de abril de 2020, bien entrada la noche, Lexi Walls estaba a solas en su laboratorio de la Universidad de Washington, nerviosa, a la espera de los resultados del experimento más importante de su vida. La joven bióloga estructural, experta en coronavirus, llevaba tres meses trabajando sin parar para desarrollar una nueva clase de vacuna contra el patógeno que está causando estragos en el mundo. Esperaba que su estrategia, de tener éxito, no solo domase la COVID-19, sino también que revolucionase el campo de la vacunología y nos enseñara el camino para derrotar cualquier enfermedad infecciosa, desde la gripe hasta el VIH. A diferencia de otras vacunas, la de Walls no se basaba en compuestos naturales, sino en proteínas artificiales diminutas diseñadas por ordenador. Esta creación ha marcado el comienzo de un extraordinario avance en nuestra capacidad para rediseñar la vida.

Las proteínas son unas intrincadas máquinas de dimensiones nanométricas que desempeñan la mayoría de las tareas de los seres vivos gracias a que interaccionan constantemente entre ellas. Digieren la comida, combaten a los invasores, reparan los daños, perciben el entorno, transportan señales, ejercen presión, ayudan a crear los pensamientos y se replican. Formadas por una ristra de moléculas más sencillas denominadas aminoácidos, se retuercen y se repliegan en estructuras tridimensionales complejísimas. Como en la papiroflexia, la forma viene regida por el orden y el número de sus aminoácidos, los cuales se atraen y repelen con fuerzas muy bien definidas. La complejidad de estas interacciones es tan grande y la escala tan pequeña (una célula contiene de media 42 millones de proteínas) que nunca hemos logrado dilucidar las reglas que rigen sus contorsiones y hacen que una retahíla de aminoácidos se convierta en algo funcional. Muchos expertos suponen que nunca lo conseguiremos.

Pero los nuevos avances y logros de la inteligencia artificial están sonsacando a las proteínas sus secretos. Además, se están forjando herramientas bioquímicas que podrían transformar el mundo. Estas permitirán utilizar las proteínas para construir nanobots que se enfrenten a las enfermedades infecciosas, que envíen señales por el cuerpo, que desmantelen las moléculas tóxicas en sus unidades más básicas, o que capten la luz. Crearemos así instrumentos biológicos destinados a un determinado fin.

Walls se halla en la vanguardia de estas investigaciones. Tras doctorarse sobre la estructura de los coronavirus en diciembre de 2019, pasó a formar parte de lo que por entonces era un club muy pequeño. «Durante cinco años intenté convencer a la gente de que los coronavirus eran importantes. Al inicio de la defensa de mi tesis dije que expondría los motivos por los que esta familia de virus podría provocar una pandemia, y que no estábamos preparados para afrontarla. Por desgracia, esa predicción acabó haciéndose realidad.»

En cuanto empezó a hablarse de una neumonía nueva y misteriosa procedente de Wuhan, en China, a finales de diciembre de 2019, Walls sospechó que se debería a un coronavirus. El 10 de enero de 2020 se hizo pública la secuencia del genoma del SARS-CoV-2 y se pasó toda la noche analizándolo junto al bioquímico David Veesler, jefe de su laboratorio en la Universidad de Washington. Ella empezaba a sentir una enorme responsabilidad: puesto que sabían lo que hacer, debían ponerse manos a la obra.

Al igual que otros coronavirus, el SARS-CoV-2 se asemeja  a una pelotita recubierta de «espículas» proteicas. Cada espícula (o espiga, del inglés spike) termina en un cúmulo de aminoácidos que forman una región denominada «dominio de unión al receptor» (DUR), cuya forma y carga de los átomos le permiten encajar perfectamente en una proteína de la superficie de las células humanas. La proteína vírica se acopla a su receptor como una nave espacial, un enganche que el virus utiliza para introducirse en la célula y replicarse dentro de ella.

Dado que esta función es muy peligrosa, el DUR es la diana principal de los anticuerpos del sistema inmunitario, que son otras proteínas sintetizadas por el organismo para que se fijen al DUR y lo aparten de su misión. Pero se necesita un tiempo para que las células especializadas fabriquen suficientes anticuerpos, al cabo del cual el virus ya habrá provocado un daño considerable.

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