Una inteligencia artificial rediseña las piezas básicas de la vida

Las inteligencias artificiales (IAs) están llegando para quedarse. Su utilidad abarca desde la generación de textos e imágenes hasta piezas de código o incluso ofrecen conversación a miles de usuarios diariamente. Ahora bien, este uso de las IAs, aunque curioso, no es ni mucho menos el único, si no que puede ayudar a generar desde estructuras arquitectónicas estables, nuevos materiales o incluso ayudar a rediseñar estructuras biológicas. Para esto último, un grupo de investigadores de la universidad de La Universidad de California, San Francisco han creado ProGen, una IA que predice y ensambla proteínas artificiales. ProGen es capaz de comprender cuál va a ser la función de las secuencias de aminoácidos una vez ordenadas y, tras generar miles de secuencias, los investigadores únicamente han de escoger las que son más adecuadas para el uso que se les quería dar.

La evolución de las proteínas

Las proteínas están presentes en la mayoría de los procesos de nuestra vida cotidiana. Desde las que forman nuestras estructuras biológicas, pasando por las utilizadas de forma terapéutica, hasta los productos de limpieza que contienen acción enzimática. Sin embargo, aunque estas industrias tratan de innovar cada año, se encuentran con una limitación importante: las únicas estructuras biológicas que conocemos que funcionan son las desarrolladas durante millones de años por el proceso de evolución o las creadas mediante evolución dirigida en pocos años a partir de estructuras preexistentes.

Las proteínas son el resultado de las diferentes presiones del ambiente que las han hecho más estables para las condiciones terrestres, pero a la hora de utilizar una proteína para un proceso industrial fuera de la vida, igual no es la característica que más interesa. Por ejemplo: en el caso del detergente, existen enzimas que digieren la grasa a 30 grados centígrados, pero si se desnaturalizan y pierden su función a los 50 grados, no se podrían utilizar para lavar la ropa en caliente, o si son mucho menos eficientes a 15 grados, tampoco serían óptimas para lavar la ropa en frío. Con esta inteligencia artificialse podría generar una enzima completamente nueva cuya actividad no dependa en tanta medida de la temperatura y pudiese quitar las manchas de grasa a cualquier temperatura.

La re-evolución de las máquinas

En este caso particular, los científicos querían observar un tipo de proteínas llamas lisozimas. Las lisozimas son una familia de proteínas que, en los humanos se encuentran en las lágrimas, la saliva y la leche humanas para defender al organismo contra bacterias y hongos. Para entrenar el modelo, introdujeron secuencias de aminoácidos de 280 millones de proteínas diferentes de todo tipo y lo dejaron digerir la información durante un par de semanas. A continuación, afinaron el modelo con 56 000 secuencias de cinco familias de lisozimas, y cierta información extra sobre otras características. Con toda esta información, el modelo generó un millón de secuencias de las cuales los investigadores seleccionaron 100 en base a su parecido con las secuencias de proteínas naturales y en el grado de similitud con las “normas” conocidas de la creación de proteínas mediante aminoácidos.

De este primer lote de 100 proteínas, analizadas in vitro por Tierra Biosciences, el equipo fabricó cinco proteínas artificiales para probarlas en células y comparó su actividad con la de una enzima que se encuentra en la clara de los huevos de gallina, conocida como lisozima de clara de huevo de gallina. Dos de las enzimas artificiales eran capaces de romper las paredes celulares de las bacterias con una actividad comparable a la del huevo, aunque sus secuencias sólo eran idénticas en un 18%. Es decir, a pesar de ser prácticamente diferentes en todo, eran capaces de cumplir su función de forma similar. Por último, las dos secuencias eran aproximadamente un 90% y un 70% únicas, es decir, que se observaron estructuras que no tenían similitudes con proteínas de otros organismos que hayan sido analizados.

Biología e inteligencia artificial

Las posibilidades que se abren con este campo de estudio son abrumadoras. Desde la creación de enzimas que sean capaces de generar hidrocarburos complejos (combustible) a partir de restos vegetales, hasta nuevos medicamentos que tengan un enorme efecto terapéutico y reduzcan a prácticamente 0 los efectos secundarios. Hay que destacar que todavía se trata de un avance que se encuentra “en pañales” y por eso mismo se ven tantísimas posibilidades, porque los fallos y errores del sistema llegan con la aplicación de los productos al mundo real, que tiene la virtud o la maldad de poner las cosas en su sitio. Aunque si la evolución dirigida fue considerada como un avance tan importante para ser galardonada con el Premio Nobel de química en 2018, esta tecnología nos deja entrever que tiene muchas papeletas para llevárselo en un futuro.

QUE NO TE LA CUELEN

• El uso de las inteligencias artificiales se va extendiendo más y más a medida que la población comienza a comprender su potencial, desde automatizar correos rutinarios hasta generación de imágenes, aunque todavía requiere de la intervención humana para que los resultados sean coherentes con el mundo en el que vivimos
• El problema actual viene con la cantidad de recursos necesarios para entrenar IAs para tareas complejas, que suponen un enorme gasto y requieren de potentes inversiones, pero si se quiere llevar a cabo una investigación, proporciona resultados tan espectaculares como los de este artículo.

REFERENCIAS (MLA)

• Madani, Ali, et al. “Large Language Models Generate Functional Protein Sequences across Diverse Families.” Nature Biotechnology, 2023, https://doi.org/10.1038/s41587-022-01618-2.