A intelixencia artificial marca un fito paira resolver un dos maiores retos da bioloxía

2020/12/01 Agirre Ruiz de Arkaute, Aitziber - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

Ed. Wikimedia

Nos últimos 40 anos, a bioloxía molecular ha tido un gran reto: poder predicir a estrutura tridimensional de cada proteína. De feito, as proteínas teñen una función no outro organismo grazas á súa estrutura tridimensional, e os biólogos soñan con saber como será a proteína á vista da simple secuencia do ADN. A resposta foi de Google.

O laboratorio de intelixencia artificial de Google, DeepMind, foi o encargado de conquistar aos humanos no xadrez e no xogo Go. Non resolveu do todo o misterio: inventa estruturas do 90% das proteínas, das que non todas, pero até agora era impensable con precisión. Así, sinalan que este logro é o primeiro fito significativo da intelixencia artificial cara á ciencia.

As proteínas son moléculas grandes e complexas imprescindibles paira a vida. Dirixen a maior parte das funcións que teñen lugar no noso corpo: contracción e movemento dos músculos, dixestión dos alimentos, visión e escoita, coñecemento dos virus introducidos do exterior… E a función que terá cada proteína proporcionaralle a súa forma tridimensional. De feito, as proteínas só conteñen vinte aminoácidos diferentes, pero combinándoos en longas cadeas poden dar lugar a miles e miles de pliegues, una hélice aquí, un xiro despois, un pliegue alí… obtendo estruturas moi complexas.

Pero coñecer a secuencia xenética dunha proteína non significa que se poida coñecer automaticamente a súa forma. Pola contra, cando una proteína se pliega, dúas aminoácidos moi afastados da cadea poden quedar entre si. De feito, entre os aminoácidos poden darse interaccións químicas de moi diversa índole: interaccións iónicas, pontes H, interaccións de Van der Waals, etc., polo que os biólogos moleculares teñen grandes limitacións paira entender este proceso de encartado.

Dada a complexidade do proceso, cada dous anos comezaron a organizarse en 1994 o concurso internacional de predición da estrutura de proteínas CASP. Celébrase cada dous anos e participan numerosos grupos de investigación. Os investigadores de Google obtiveron un resultado espectacular neste concurso.

DeepMind adestrou a rede neuronal relacionando a forma e secuencia génica de miles de proteínas xa coñecidas. Baseándose neste coñecemento, o programa AlphaFold predí a distancia e o ángulo entre cada parella de aminoácidos, realizando un axuste paira atopar a configuración máis estable.

Estrutura de tres proteínas que tiveron que prever no concurso. En verde, a estrutura vista con criomicroscopía; en azul, a prevista por DeepMind. Adestraron o programa AlphaFold paira predicir estruturas tridimensionales de proteínas. Ed. DeepMind

Os resultados da intelixencia artificial permiten prever grandes cambios en bioingeniería e medicamento. De feito, achegará novas claves paira entender as enfermidades. En moitas ocasións, una única mutación pode producir grandes cambios no encartado da proteína e, por tanto, na súa función. Moitas enfermidades son consecuencia diso e os científicos poderán coñecer o seu fundamento. Pero tamén permitirá deseñar proteínas á carta. É dicir, mediante o deseño dunha estrutura concreta, permitirá deseñar medicamentos cunha actividade ou outra.