Con la ayuda de la IA, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, 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.

Cómo se expresan nuestros genes es un proceso fundamental para la funcionalidad de las células en todos los organismos vivos. En pocas palabras, 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 hecho grandes esfuerzos para controlar la expresión génica porque, entre otras cosas, puede contribuir al desarrollo de 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. Asimismo, 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 ciertas proteínas.

La mayoría de los nuevos medicamentos actuales se basan en proteínas, pero las técnicas utilizadas para fabricarlos son caras y lentas debido a la dificultad de controlar cómo se expresa el ADN. El año pasado, un grupo de investigación 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”, dice Aleksej Zelezniak sobre el último trabajo importante del grupo de investigación Breakthrough.

Moléculas de ADN hechas a la medida

El principio detrás del nuevo método es similar a cuando una 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 aspecto 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 donde es fácil modificar su información regulatoria en la dirección deseada de la expresión génica. En pocas palabras, 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 hacer cambios mediante la lectura y el cambio iterativos, luego la lectura y el cambio nuevamente. De esta manera, se necesitan años de investigación para encontrar algo que funcione. En cambio, es mucho más efectivo dejar que una IA aprenda los principios de la navegación del ADN. Lo que solía llevar años ahora se reduce a semanas o días», dice el primer autor Jan Zrimec, ex investigador del Instituto Nacional de Biología de Eslovenia Postdoctorado en Eslovenia grupo de Aleksej Zelezniak.

Los investigadores desarrollaron su método en la 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.

“Los medicamentos a base de proteínas para enfermedades complejas o las proteínas alimentarias sostenibles alternativas pueden llevar muchos años y ser extremadamente costosos de desarrollar. Algunos son tan caros que es imposible generar un retorno, haciéndolos comercialmente inviables. Con nuestra tecnología es posible desarrollar y fabricar proteínas de manera mucho más eficiente para poder comercializarlas”, dice Aleksej Zelezniak.

Los autores del estudio 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 y Jens Nielsen Alexei Zelezniak.

Los investigadores tienen su sede en la Universidad Tecnológica de Chalmers, Sverige; Instituto Nacional de Biología, Eslovenia; Diseños de biomateria, Lituania; Instituto de Biotecnología, Lituania; Instituto de Bio Innovación, Dinamarca; King´s College de Londres, Reino Unido.

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