Usando inteligencia artificial (IA), los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia lograron diseñar ADN sintético que controla la producción de proteínas de las células.

La tecnología puede contribuir al desarrollo y la producción de vacunas, medicamentos para enfermedades graves y proteínas dietéticas alternativas mucho más rápido y a costos significativamente más bajos que en la actualidad.

La forma en que se expresan nuestros genes es fundamental para la funcionalidad de las células en todos los organismos vivos. El código genético en el ADN se transfiere a la molécula de ARN mensajero (ARNm), que le dice a la fábrica de células qué proteína producir y en qué cantidades.

Los investigadores han estado trabajando para controlar la expresión génica porque, entre otras cosas, puede ayudar a desarrollar fármacos basados ​​en proteínas. Un ejemplo reciente es la vacuna de ARNm de Covid-19, que instruyó a las células del cuerpo a producir la misma proteína que se encuentra en la superficie del coronavirus. El sistema inmunológico del cuerpo podría entonces aprender a formar anticuerpos contra el virus. Es posible enseñar al sistema inmunitario del cuerpo a derrotar a las células cancerosas u otras enfermedades complejas mediante la comprensión del código genético detrás de la producción de proteínas específicas.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han dado un paso importante

La mayoría de los nuevos medicamentos actuales se basan en proteínas, pero las técnicas utilizadas para fabricarlos son caras y lentas porque es difícil controlar cómo se expresa el ADN. El año pasado, un grupo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers dirigido por el Profesor Asociado de Biología de Sistemas Aleksej Zelezniak dio un paso importante hacia la comprensión y el control de la cantidad de proteína que se produce a partir de una secuencia de ADN dada.

“Primero se trataba de poder ‘leer’ completamente las instrucciones de la molécula de ADN. Ahora hemos logrado diseñar nuestro propio ADN, que contiene las instrucciones precisas para controlar la cantidad de una proteína específica», dijo Zelezniak sobre el avance del grupo.

Moléculas de ADN hechas a la medida

El principio detrás del nuevo método es similar a cuando la IA genera rostros que parecen personas reales. Al aprender cómo se ve una amplia gama de rostros, la IA puede crear rostros completamente nuevos pero de apariencia natural. Entonces es fácil cambiar una cara, por ejemplo diciendo que debería parecer mayor o tener un peinado diferente.

Por otro lado, sin el uso de IA, programar una cara creíble desde cero hubiera sido mucho más difícil y lento.

De manera similar, a la IA de los investigadores se le enseñó la estructura y el código regulador del ADN. Luego, la IA diseña ADN sintético que facilita la modificación de su información regulatoria en la dirección deseada de la expresión génica. A la IA se le dice cuánto de un gen se quiere y luego «imprime» la secuencia de ADN apropiada.

“El ADN es una molécula increíblemente larga y compleja. Por lo tanto, experimentalmente es extremadamente desafiante realizar cambios leyéndolo y cambiándolo iterativamente y luego leyéndolo y cambiándolo nuevamente. De esa manera, se necesitan años de investigación para encontrar algo que funcione. En cambio, es mucho más efectivo que una IA aprenda los principios de la navegación del ADN. Lo que solía tomar años ahora se acorta a semanas o días”, dijo el primer autor Jan Zrimec, investigador asociado en el Instituto Nacional de Biología de Eslovenia y ex postdoctorado en el grupo de Zelezniak.

células de levadura

Los investigadores desarrollaron su método en levadura Saccharomyces cerevisiae, cuyas células se asemejan a las células de los mamíferos. En el siguiente paso, se utilizan células humanas. Los investigadores esperan que sus avances tengan un impacto en el desarrollo de medicamentos nuevos y existentes.

“Desarrollar medicamentos a base de proteínas para enfermedades complejas o proteínas alimentarias sostenibles alternativas puede llevar muchos años y ser extremadamente costoso. Algunos son tan caros que es imposible generar un retorno de la inversión, lo que los hace comercialmente inviables. Con nuestra tecnología, es posible diseñar y fabricar proteínas de manera mucho más eficiente para que puedan comercializarse”, dijo Zelezniak.

Los autores del estudio “Controlling gene expression with deep generative design of regulator DNA” son Jan Zrimec, Xiaozhi Fu, Azam Sheikh Muhammad, Christos Skrekas, Vykintas Jauniskis, Nora K. Speicher, Christoph S. Börlin, Vilhelm Verendel, Morteza Haghir Chehreghani , Devdatt Dubhashi, Verena Siewers, Florian David, Jens Nielsen y Aleksej Zelezniak.

Los investigadores están en la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia; Instituto Nacional de Biología, Eslovenia; Diseños de biomateria, Lituania; Instituto de Biotecnología, Lituania; Instituto de Bio Innovación, Dinamarca; King’s College Londres, Reino Unido

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