Univ. del descubrimiento de plegamiento de proteínas de IA de Washington gana el premio ‘Avance del año’ de la ciencia

La revista Science ha revelado su gran avance del año: descubrimientos de inteligencia artificial que predicen cómo se pliegan las proteínas, forjados por investigadores del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington y DeepMind de Alphabet.

La revista académica internacional otorga anualmente el premio al mayor hallazgo del año en todos los campos, desde la física hasta la astronomía y la biología. Los investigadores de la UW detrás del premio de este año desarrollaron una herramienta llamada RoseTTAfold que sorprendió a los científicos de las ciencias físicas y de la vida con su velocidad y precisión para predecir cómo las proteínas forman formas tridimensionales.

“El avance en el plegamiento de proteínas es uno de los más grandes de la historia en términos de logros científicos y de posibilitar investigaciones futuras”, escribió H. Holden Thorp, bioquímico y editor en jefe de Ciencias en una editorial.

Los investigadores tradicionalmente se basaban en métodos de laboratorio que requerían mucho tiempo para evaluar las formas de las proteínas, que impulsan gran parte de las funciones del cuerpo, desde el metabolismo hasta la división celular.

Durante décadas, los científicos buscaron una solución computacional a este problema. Pero la tarea era abrumadora. Con 20 bloques de construcción de aminoácidos que encajan como cuentas en una cuerda, las opciones de cómo se puede plegar una proteína individual son numerosas. El plegamiento depende de múltiples interacciones moleculares dentro de la proteína y su entorno, que cambian constantemente durante el proceso de plegado.

El IPD reveló su solución a este problema en una publicación en Ciencias en julio. La herramienta de aprendizaje profundo de los investigadores, entrenada en estructuras proteicas conocidas, predijo el plegamiento de cientos de proteínas previamente desconocidas. Estas incluían proteínas relacionadas con el crecimiento de células cancerosas, trastornos inflamatorios y otras afecciones. DeepMind publicó su enfoque en Naturaleza la misma semana, y dio a conocer su método a la comunidad científica.

“Ahora se pueden obtener estructuras para muestras que desafían los métodos experimentales y, además, en laboratorios que no pueden permitirse los enfoques experimentales. Es una verdadera estructura proteica para todos ”, dijo Thorp.

El químico computacional Minkyung Baek, primer autor del estudio IPD, dirigió el desarrollo de RoseTTAFold en colaboración con colegas en el laboratorio del director del IPD, David Baker, e investigadores de instituciones en Victoria, BC, Sudáfrica y el Reino Unido.

«Todas las áreas de la biología computacional y molecular se transformarán», dijo Baker. Ciencias en un artículo que describe las vastas implicaciones del trabajo para comprender la biología y acelerar el desarrollo de fármacos. La revista Science, más conocida por sus evaluaciones silenciosas de nuevas investigaciones, dijo que el avance «ofrece una visión de la danza de la vida como nunca antes, un panorama que cambiará para siempre la biología y la medicina».

RoseTTAFold y AlphaFold de DeepMind ya están siendo aprovechados por la industria para el desarrollo de nuevas terapias. Las empresas emergentes en el campo incluyen la biotecnología Cyrus Biotechnology de IPD, que puede diseñar proteínas terapéuticas con propiedades como una mayor estabilidad en el cuerpo. La compañía con sede en Seattle está desarrollando un tratamiento a base de proteínas que se construyó para unirse y desarmar COVID-19, y tiene 90 asociaciones industriales para otros proyectos.

Otras empresas derivadas de IPD incluyen a las empresas con sede en Seattle Neoleukin Therapeutics, que diseña proteínas terapéuticas contra el cáncer desde cero, A-Alpha Bio e Icosavax, que se hicieron públicas este año y están promoviendo una vacuna COVID-19 diseñada. En noviembre, Alphabet lanzó la empresa de descubrimiento de fármacos Isomorphic Labs para aprovechar la investigación de plegamiento de proteínas de DeepMind.

«Conocer la estructura de una proteína es el primer paso para comprender su función, el descubrimiento de fármacos y muchas otras aplicaciones», dijo Baek a GeekWire.

Los científicos del laboratorio Baker continuaron su impulso con nuevos hallazgos durante el otoño. En noviembre, los investigadores de IPD y sus colegas descubrieron las estructuras de un gran conjunto de complejos de proteínas, que consisten en múltiples proteínas que actúan juntas en el cuerpo. Y los investigadores están diseñando nuevas proteínas que no se ven en la naturaleza, un paso hacia la construcción de proteínas a medida con propiedades específicas.

Science también identificó a los subcampeones para el avance del año:

• Técnicas para analizar el ADN en suelos antiguos, que está aportando nuevos conocimientos sobre la evolución humana y animal.
• Información sobre la composición del núcleo planetario de Marte mediante el módulo de aterrizaje InSight de la NASA.
• Los avances en la energía de fusión se acercan al objetivo de producir más energía en una reacción de la necesaria para provocarla. Ciencias También destacó el crecimiento de los proyectos privados de fusión, como el General Fusion de Columbia Británica.
• El uso de la edición de genes CRISPR para corregir genes dentro del cuerpo en dos enfermedades hereditarias.
• Avances en técnicas para comprender el desarrollo embrionario temprano, incluido un método para hacer crecer embriones de ratón fuera de la madre durante 11 días.
• El desarrollo de antivirales COVID-19, como molnupiravir, desarrollado por Merck y Ridgeback Biotherapeutics, y una píldora de Pfizer que actualmente está siendo revisada por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. Fred Hutchinson Cancer Research Center fue uno de los sitios de ensayos clínicos de molnupiravir.
• La evaluación de psicodélicos para tratar afecciones psiquiátricas, que han mostrado signos prometedores en los primeros ensayos clínicos de MDMA y psilocibina. Anthony Back, médico de la Universidad de Washington, también inició recientemente un ensayo de psilocibina en trabajadores de la salud.
• Los avances en la física de partículas han descubierto que una partícula llamada muón es un poco más magnética de lo que habían predicho los científicos, lo que sugiere la existencia de partículas subatómicas nuevas y desconocidas.
• El auge de la terapia con anticuerpos monoclonales, gracias a técnicas para diseñar y producir anticuerpos humanos en grandes lotes más rápidamente. Tres terapias monoclonales tienen autorización de uso de emergencia para COVID-19, incluidas GlaxoSmithKline y Vir Biotechnology. Esa terapia tiene como base un anticuerpo humano, S309, investigado por investigadores de la Universidad de Washington y otras instituciones.