La respuesta a esta pregunta

Estamos hablando ni más ni menos de predecir la estructura de todas las Proteínas conocidas utilizando la Inteligencia Artificial (IA), lo que supone abrir un nuevo universo para la Ciencia……….casi nada.

Y la respuesta es sí, ya se puede predecir la forma o estructura de las Proteínas.

Las Proteínas te pueden sonar solo a un tipo de alimento necesario para mantenerte fuerte y sano, con buenos músculos…….y sí, las proteínas son eso, pero también son otra cosa: son unas moléculas que cumplen un papel fundamental en el funcionamiento del cuerpo humano.

Son la mano de obra de las células. Se encargan de ejecutar las instrucciones contenidas en el ADN y participan en todos los procesos biológicos del organismo. Considéralos los bloques de construcción de la vida.

Recordemos un poco. Casi todo lo que hace nuestro cuerpo, lo hace gracias a las Proteínas: digerir los alimentos, contraer los músculos, activar las neuronas, detectar la luz, potenciar las respuestas inmunitarias y mucho más,  y lo que hace una proteína (es decir su función) está determinada por su forma tridimensional……….. increíble  pero cierto.

Determinar la forma tridimensional de las Proteínas individuales es crucial para el desarrollo de la mayoría de fármacos y para entender muchas enfermedades.

Si pudieras desentrañar una proteína, verías que es como una cadena de cuentas denominadas Aminoácidos que se ensamblan de acuerdo con las instrucciones genéticas del ADN de un organismo.

Tal vez tengas la idea general de que el ADN es la base genética para todo lo que eres. Lo que tal vez no sepas es que la función realmente importante del ADN es determinar el orden de los aminoácidos que van en las proteínas y que te hacen ser lo que eres. 

Todos los organismos vivos utilizan los mismos 20 Aminoácidos para crear las Proteínas esenciales para vivir. Se puede decir que una bacteria, las plantas, las moscas y los humanos todos compartimos los mismos bloques constructores básicos de vida. 

 En función de la secuencia de Aminoácidos que forme una Proteína y de las interacciones atómicas y moleculares que se presenten en cada caso, esta cadena se retuerce endiabladamente sobre sí misma tomando una forma tridimensional. “Cada Proteína tiene una forma 3D única que determina cómo funciona y qué hace”.

Por ejemplo, la hemoglobina, que transporta el oxígeno de la sangre. La actina que forma el esqueleto de las células. La pepsina que es indispensable en la digestión, etcétera. Miles de funciones en el cuerpo son llevadas a cabo por diferentes Proteínas con diferentes formas.

Un inciso…..conocer la estructura de la proteína espiga del Sars-COV-2 fue fundamental para el desarrollo de la vacuna contra la COVID-19. Es la zona del virus que se une e infecta a las células humanas.

Ahora considera estas cifras……..

• Actualmente hay más de 200 millones de proteínas conocidas, y muchas más se encuentran cada año. 
• Existen 20 aminoácidos distintos, y una Proteína puede tener fácilmente varios cientos de aminoácidos.
• La cadena de aminoácidos desplegada de una proteína puede llegar a tener 10 elevado a 300 formas o estructuras posibles. De ahí la extrema dificultad para determinar exactamente cuál es.

En el laboratorio determinar esa estructura -y por tanto la función de la Proteína- puede llevar meses o años de trabajo. Durante mucho tiempo, los científicos han probado métodos computacionales de predicción para facilitar ese proceso, pero ninguna técnica ha estado cerca de igualar la precisión lograda por los humanos…….hasta ahora

El gran desafío científico de conocer la estructura de una proteína solo a partir de su secuencia de aminoácidos se conoce como el problema del plegamiento de proteínas.

Ahora ese trabajo lo realiza la Inteligencia Artificial (IA) denominada AlphaFold con una precisión altísima.  “Puede predecir la forma de las proteínas” y es la primera vez que un ordenador iguala las técnicas de laboratorio.

Un apunte……… Alphafold es el sistema de Inteligencia Artificial (IA) de DeepMind, compañía que pertenece a Alphabet, que a su vez es la matriz de Google. Está claro que entre los gigantes tecnológicos siempre anda el juego.

El CEO y cofundador de DeepMind, Demis Hassabis, fue uno de los cuatro premiados este  2022 con el Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica por sus avances en la inteligencia artificial (IA)

Para no liarnos con siglas y nombres, a partir de ahora siempre nos referiremos a dicha Inteligencia Artificial, cómo IA de Google o simplemente IA

Antes de la llegada de esta tecnología, se había conseguido determinar la estructura de unas 200.000 Proteínas, una labor que llevó 60 años y la participación de miles de científicos. Esa base de datos ha sido el material de aprendizaje de la IA de Google, que ha buscado patrones válidos que predigan qué forma tendrán las Proteínas de las que solo se conoce su secuencia bidimensional de Aminoácidos. En 2021, el sistema ya resolvió la estructura de un millón de Proteínas, incluidas todas las humanas. La nueva remesa de este año amplía el récord a 200 millones: prácticamente todas las Proteínas conocidas de todos los seres vivos del planeta.

En la imagen de más abajo tenemos dos ejemplos de Proteínas resueltas por la IA, que predice estructuras muy precisas comparadas con el resultado experimental. En verde el resultado experimental y en azul la predicción de la IA. “Se solapan………realmente alucinante”.

Para equiparar el trabajo de la IA realizado hasta ahora, los humanos sin esta tecnología habríamos tardado miles de años.   …….es la mayor contribución de una Inteligencia Artificial al conocimiento científico hasta la fecha.

El acceso a esta base de datos es libre y gratuito y el código informático de su inteligencia artificial es abierto y descargable, así que la comunidad científica internacional tiene un tesoro para lograr avances sin precedentes en muchísimas ramas del conocimiento.

Como reflexión, compartir contigo que creo firmemente que los avances en ciencia o tecnología (como es el caso que nos ocupa) son un grandísimo beneficio para la humanidad. Cuando su aplicación conlleva sufrimiento e injusticia, no es un problema científico, es un problema moral y ético incrustado en unos Sapiens que hemos evolucionado dentro de un ambiente hostil. Los seres humanos seguirán utilizando la ciencia para el mal o para el bien…….mi esperanza es que siempre sea para lo último.

Vaya, nos estamos poniendo serios……pero el tema particular de la IA y su control lo requiere. Te dejo una frase de Max Tegmark, físico y cosmólogo sueco y también profesor del MIT.

«LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL PUEDE SER LO MEJOR QUE HAYA SUCEDIDO NUNCA, O LO PEOR»

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