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Frankenstein: El primer biólogo sintético de la historia

4 diciembre, 2019 Agrobioteg

Frankenstein: El primer biólogo sintético de la historia y un nuevo enfoque para el diseño de proteínas.

Todo comenzó en el siglo XVIII, mientras el físico italiano y pionero del galvanismo, Giovanni Aldini, realizaba experimentos en los que, mediante impulsos eléctricos, inducía respuestas motoras en cadáveres. Estos experimentos tuvieron fama durante un tiempo, dado que se hacían abiertos al público. Los cadáveres abrían los ojos, respiraban brevemente o levantaban los brazos.

Fueron Aldini y sus experimentos quienes inspiraron a Mary Shelley para crear su famosa obra literaria Frankenstein. En ella, el Doctor Victor Frankenstein ensamblaba partes de distintos cadáveres para crear una nueva forma de vida, conocida como el monstruo de Frankenstein.

Actualmente existe una disciplina llamada biología sintética, en donde, al igual que el Dr. Victor Frankenstein, los biólogos sintéticos unen partes de diferentes organismos para crear otros con características diferentes a las encontradas en la naturaleza. Dicho lo anterior, y probablemente sin querer, Mary Shelley creó, con su obra, al que podríamos considerar como el primer biólogo sintético, al Dr. Frankenstein.

Es preciso destacar que, aunque estamos un poco distantes de lograr los hallazgos plasmados en la obra de Mary Shelley, en la actualidad la biología sintética ha dado grandes pasos que, hasta hace algunos años, se consideraban propios del campo de la ciencia ficción. Por ejemplo, la bacteria denominada Syn61 diseñada por un grupo de científicos de la Universidad de Cambridge, contiene un código genético completamente sintético, siendo así una versión artificial de la bacteria Escherichia coli. Este organismo con ADN sintético abrirá el camino para las bacterias diseñadas desde cero que podrían fabricar nuevos catalizadores, medicamentos, proteínas y materiales.

Otro campo de interés en la biología sintética es el diseño de proteínas, pues al ser modificadas se pueden utilizar como fármacos altamente eficaces, componentes de circuitos genéticos sintéticos que detectan señales biológicas, o en la producción de compuestos químicos de alto valor agregado.

Para el diseño de proteínas, actualmente existen dos enfoques, por un lado evolución dirigida y, por otro, el diseño racional. El primero se caracteriza por la variación aleatoria de la secuencia lineal de los aminoácidos, que constituyen a la proteína y la selección de las variantes con la actividad biológica deseada. El segundo enfoque consiste en el modelado de proteínas basado en sus estructuras 3D, el cual se realiza para identificar aminoácidos que probablemente impactarán en la función de las proteínas. A pesar de los avances en ambos enfoques, la evolución dirigida solo puede cubrir una pequeña parte de la gran variedad de posibles secuencias de proteínas, mientras que los enfoques de diseño racional están limitados por la relativa escasez de estructuras de proteínas 3D disponibles.

Para poder resolver estas limitantes, un equipo de investigación conformado por el Instituto Wyss y la Escuela de Medicina de Harvard, crearon un tercer enfoque mediante la implementación de “Deep learning”, para entender los principios fundamentales de las proteínas a través del análisis de su secuencia de aminoácidos. A este nuevo enfoque se le denominó UniRep (unified representation) y utiliza una red neuronal que identifica patrones en las secuencias proteicas disponibles en bases de datos públicas. Surojit Biswas miembro del equipo de trabajo mencionó: “UniRep aprendió muchas de las reglas que nosotros, como humanos, hemos aprendido previamente a través de varios estudios minuciosos, y más allá de eso, también descubrió nuevas características en las proteínas“.  UniRep fue entrenado con aproximadamente 24 millones de secuencias proteicas y ahora es utilizado para predecir como la sustitución de ciertos aminoácidos puede modificar la función de la proteína. Este nuevo enfoque representa un avance en ingeniería de proteínas y tiene el potencial para acelerar el diseño de proteínas sintéticas con funciones adaptadas a cualquier aplicación deseada, ya sea terapéutica, de diagnóstico, biofabricación, biocatálisis o cualquier otra aplicación.

La integración de tecnologías como las redes neuronales en el diseño de proteínas y otras áreas de ciencias de la vida revolucionará el mundo tal y como lo conocemos, proporcionando nuevos hitos tecnológicos que hasta hace algunos años se consideraban propios de la ciencia ficción. Aunque actualmente no podemos hacer realidad las grandes hazañas del doctor Victor Frankenstein, los nuevos avances en biología sintética auguran un panorama positivo para la humanidad.

Si cuentas con un proyecto relacionado con ciencias de la vida o una tecnología que podría impactar positivamente en esta área, contáctanos, en Agrobioteg te ayudaremos a llevar tu proyecto al siguiente nivel.


FUENTES:

  • NCBI:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4856012/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22083745

  • Wiley Online Library:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/wcms.1374

  • ScienceDaily:

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191021135037.htm

  • Cold Spring Harbor Laboratory:

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/589333v1

  • Cornell University:

https://arxiv.org/abs/1906.08230

 

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