El diseño de proteínas mediante Inteligencia Artificial, premio Fronteras del Conocimiento

La Fundación BBVA ha concedido el premio Fronteras del Conocimiento en Biomedicina a los científicos David Baker, Demis Hassabis y John Jumper por sus contribuciones al uso de la inteligencia artificial para la predicción exacta de la estructura tridimensional de las proteínas. Este hallazgo ha supuesto un avance con un enorme potencial biomédico para el impulso del desarrollo de nuevos tratamientos contra múltiples enfermedades. 

La creación del programa RoseTTAFold y de la base de datos AlphaFold2, por parte de los investigadores, ha permitido conocer la estructura de casi todas las proteínas documentadas, tanto de humanos como de animales, plantas e incluso bacterias. Este nuevo conocimiento sirve para acelerar el desarrollo de nuevos medicamentos y vacunas. Además, la aplicación de esta tecnología permite diseñar proteínas completamente nuevas, abriendo así la puerta al desarrollo de tratamientos para combatir desde el virus de la gripe o del Covid-19 hasta células cancerígenas o el parásito de la malaria.

Descubriendo tridimensionalmente a las proteínas

En el ADN de nuestras células residen todas las instrucciones que necesitamos para desarrollarnos, sobrevivir y reproducirnos. Pero las auténticas responsables de llevar a cabo estas funciones son las proteínas, y su estructura tridimensional juega un papel determinante en su misión. Para descubrir la función de una proteína no basta con conocer la secuencia de ADN que la codifica, hay que descifrarla en el laboratorio y esto es un proceso lento y sujeto a imprecisiones. “La comunidad científica siempre asumía que iba a ser demasiado complicado entender cómo se pliegan las proteínas, necesitas una cantidad ingente de recursos computacionales para adivinar cuál es la forma más estable. Sin embargo, los premiados han desarrollado un atajo utilizando inteligencia artificial, con un método de aprendizaje profundo”, explica Dario Alessi, director de la Unidad de Fosforilación y Ubiquitinación de Proteínas-MRC en la Universidad de Dundee (Reino Unido) y vocal del jurado. 

Justo después de conocer que les habían concedido este premio, John Jumper declaró en una entrevista que “AlphaFold representa realmente el primer ejemplo poderoso de cómo el aprendizaje profundo es capaz de captar la complejidad de los sistemas biológicos y desarrollar realmente la comprensión matemática de cosas extraordinariamente complejas”. Además, Demis Hassabis, el otro creador de la base de datos, afirma que son conocedores de que más de un millón de investigadores han utilizado las estructuras predichas por AlphaFold en sus investigaciones, y de que prácticamente todas las compañías farmacéuticas del mundo han utilizado AlphaFold en sus programas de descubrimiento de fármacos. 

Diseño de proteínas a la carta

Además de predecir cómo se pliegan las proteínas que ocurren en la naturaleza, el programa RoseTTAFold, impulsado por David Baker, también ha demostrado ser muy útil para diseñar proteínas completamente nuevas a partir de una sencilla descripción de las funciones que se quiere que cumplan. “Las proteínas nuevas pueden constituir medicamentos mejorados, por lo que hay muchas aplicaciones médicas novedosas y emocionantes. Por ejemplo, se podrán crear nuevas vacunas o nuevos medicamentos para tratar el cáncer”, explica Baker.

Por el momento, el mayor impacto para la creación de nuevas vacunas y fármacos está siendo el diseño de proteínas artificiales con propiedades ‘a la carta’. En la actualidad, ya existe una nueva vacuna contra el coronavirus creada gracias a RoseTTAFold y que se está utilizando en Corea. También se han fabricado nuevos medicamentos contra el cáncer que se están probando en ensayos clínicos con humanos.

“Creemos que casi toda la medicina se verá transformada por la revolución del diseño de proteínas”, asegura Baker. “La mayoría de los medicamentos actuales se fabrican introduciendo pequeñas modificaciones en las proteínas que ya existen en la naturaleza. Ahora que podemos diseñar proteínas completamente nuevas, podemos desarrollar medicamentos mucho más sofisticados y mejorados que, por ejemplo, pueden tratar el cáncer sin los efectos secundarios, fabricarse muy rápidamente en caso de brote de una nueva pandemia y, en general, serán más precisos y robustos”, concluye el científico.

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