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Charla «5 desafíos que podríamos resolver mediante el diseño de nuevas proteínas» de TED2019 en español.
Las proteínas son máquinas moleculares extraordinarias: digieren la comida, estimulan las neuronas y el sistema inmune, y mucho más. ¿Y si pudiéramos diseñar nuevas proteínas con funciones nunca antes vistas en la naturaleza? En este vistazo al futuro, David Baker comparte cómo su equipo en el Instituto del Diseño de Proteínas está creando nuevas proteínas desde cero, y nos muestra cómo estas podrían ayudarnos a afrontar cinco desafíos mundiales de la humanidad. (Este ambicioso plan es parte del Proyecto Audaz, una iniciativa TED para inspirar y financiar el cambio global).
- Autor/a de la charla: David Baker
- Fecha de grabación: 2019-04-15
- Fecha de publicación: 2019-06-17
- Duración de «5 desafíos que podríamos resolver mediante el diseño de nuevas proteínas»: 619 segundos
Traducción de «5 desafíos que podríamos resolver mediante el diseño de nuevas proteínas» en español.
Voy a hablarles de las máquinas más maravillosas del mundo y de lo que podemos hacer con ellas hoy en día.
Las proteínas, algunas visibles dentro de esta célula, llevan a cabo todas las funciones importantes en nuestro cuerpo.
Las proteínas digieren la comida, contraen los músculos, estimulan las neuronas y activan el sistema inmune.
Todo lo que ocurre en la biología, casi todo, ocurre gracias a las proteínas.
Las proteínas son cadenas formadas por bloques llamados aminoácidos.
La naturaleza utiliza un alfabeto de 20 aminoácidos, seguramente han oído los nombres de algunos.
En esta foto a escala, cada puntito es un átomo.
Las fuerzas químicas entre los aminoácidos hacen que esas conexiones moleculares formen estructuras tridimensionales únicas.
Las formas que adquieren, aunque parezcan azarosas, de hecho, son muy precisas.
Las proteínas adquieren su forma característica siempre, y el proceso de formación toma solo una fracción de segundo.
La forma de las proteínas les permite llevar a cabo sus excepcionales funciones biológicas.
Por ejemplo, en los pulmones, la hemoglobina toma una forma perfectamente apta para unirse a una molécula de oxígeno.
Cuando la hemoglobina llega al músculo, su forma cambia ligeramente y el oxígeno es liberado.
La forma de las proteínas, y, por ende, sus excepcionales funciones, están determinadas por la secuencia de aminoácidos en la cadena proteínica.
En esta foto, las letras de arriba representan un aminoácido.
¿De dónde provienen estas secuencias?
Los genes en los genomas determinan las secuencias de aminoácidos de sus proteínas.
Los genes codifican la secuencia de aminoácidos de cada proteína.
El desplazamiento entre las secuencias de aminoácidos, las estructuras y las funciones de las proteínas, es conocido como el problema del plegamiento de proteínas.
Es un problema complicado porque las proteínas pueden adoptar muchas formas diferentes.
Por esta complejidad, solo hemos podido aprovechar el poder de las proteínas haciendo pequeños cambios en las secuencias de aminoácidos de las proteínas encontradas en la naturaleza.
Esto es similar al proceso usado en la Edad de Piedra para construir herramientas y otros instrumentos con piedras y palos encontrados en nuestro entorno.
Sin embargo, no pudimos modificar aves para aprender a volar.
(Risas) En cambio, inspirados en las aves, los científicos, descubrieron los principios de la aerodinámica.
Los ingenieros usaron esos principios para diseñar máquinas voladoras.
De forma similar, hemos estado trabajando varios años para descubrir los principios básicos del plegamiento de proteínas y codificar esos principios en el programa de computadora llamado Rosetta.
Hace unos años logramos un avance.
Ya podemos diseñar en la computadora proteínas completamente nuevas desde cero.
Una vez diseñada la nueva proteína, codificamos su secuencia de aminoácidos en un gen sintético.
Necesitamos hacer un gen sintético dado que la proteína es completamente nueva, y no hay ningún organismo en el planeta que la codifique.
Nuestros avances en el conocimiento del plegamiento de proteínas y en el diseño de estas, gracias a un descenso en el costo de la síntesis de genes, junto con el aumento en el poder computacional con la ley de Moore, nos permite, ahora, diseñar decenas de miles de proteínas nuevas, con nuevas formas y funciones, en la computadora, y codificarlas todas en genes sintéticos.
Una vez codificados, los colocamos con bacterias para que se programen y puedan crear nuevas proteínas.
Luego extraemos las proteínas y determinamos si su diseño funciona como lo planeado y si son seguras.
Es emocionante poder crear proteínas nuevas, porque, pese a la diversidad en la naturaleza, la evolución solo ha muestreado una pequeña fracción de las proteínas.
Ya les mencioné que la naturaleza usa un alfabeto de 20 aminoácidos, y una proteína promedio es una cadena de alrededor de 100 aminoácidos, así que el total de posibilidades es de 20 x 20 x 20, 100 veces, ese número en el orden de 10 a la potencia 130, es muchísimo más que el total de proteínas que han existido desde que la vida comenzó.
Este espacio inimaginablemente grande podemos explorarlo usando diseños de proteínas por computadora.
Las proteínas que existen en la Tierra evolucionaron para resolver los problemas afrontados por la evolución natural.
Por ejemplo, la duplicación del genoma.
Pero ahora enfrentamos nuevos retos Vivimos más años, las nuevas enfermedades son importantes.
Estamos calentando y contaminando el planeta, ahora enfrentamos una multitud de retos ecológicos.
Si esperáramos un millón de años, evolucionarían nuevas proteínas para resolver esos retos.
Pero no podemos esperar millones de años.
En cambio, con el diseño computacional de proteínas podemos diseñar nuevas proteínas para afrontar esos retos ahora.
Nuestra idea más audaz es sacar a la biología de la Edad de Piedra mediante la revolución tecnológica del diseño de proteínas.
Hemos demostrado que es posible diseñar nuevas proteínas con nuevas formas y funciones.
Por ejemplo, las vacunas estimulan el sistema inmune para producir una reacción fuerte ante un patógeno.
Para mejorar las vacunas, hemos diseñado partículas de proteínas en las cuales fusionar proteínas de patógenos, como esta proteína azul aquí, del virus respiratorio VSR.
Para producir candidatos a vacuna que reaccionen rápido con la proteína viral, descubrimos que esos candidatos de vacuna producen una respuesta mucho más fuerte al virus que cualquier vacuna anterior que se haya probado.
Esto es importante porque el VSR es actualmente una de las principales causas de mortalidad infantil en todo el mundo.
Además, hemos diseñado nuevas proteínas que descomponen el gluten en el estómago en los enfermos celíacos, así como otras proteínas que estimulan al sistema inmune para combatir el cáncer.
Estos avances son el principio de la revolución del diseño de proteínas.
Nos inspiramos en una revolución tecnológica anterior: la revolución digital, la cual ocurrió en gran parte por los avances en un lugar: los laboratorios Bell.
Estos laboratorios contaban con un ambiente colaborativo abierto, y lograron atraer a los mejores talentos de todo el mundo.
Y esto produjo una serie de innovaciones extraordinarias: el transistor, el láser, la comunicación satelital, las bases del internet.
Nuestra meta es construir los laboratorios Bell del diseño de proteínas.
Buscamos atraer a científicos talentosos de todo el mundo para acelerar la revolución del diseño de proteínas, y nos enfocaremos en cinco retos mayores.
El primero, tomaremos proteínas de cepas de gripe de todo el mundo y las pondremos en las partículas de proteínas que diseñamos que les mostré hace un momento, nuestro objetivo es crear una vacuna universal contra la gripe.
una inyección que proporcione protección de por vida contra la gripe.
La habilidad para diseñar…
(Aplausos) La habilidad para diseñar nuevas vacunas por computadora es importante tanto para protegernos de las epidemias naturales de gripe como de actos deliberados de bioterrorismo.
El segundo, estamos rebasando el limitado alfabeto de la naturaleza de solo 20 aminoácidos, para diseñar nuevos candidatos terapéuticos, y tratar condiciones como el dolor crónico, usando un alfabeto de miles de aminoácidos.
El tercero, estamos construyendo vehículos avanzados de entrega para llevar las medicaciones a donde el cuerpo las requiere.
Por ejemplo, la quimioterapia para un tumor o terapia de genes para los tejidos que necesitan ser reparados.
El cuarto, estamos diseñando terapéuticos inteligentes que hagan estimaciones y rebasen medicinas actuales, los cuales son instrumentos imprecisos.
Por ejemplo, para dirigirse a un subconjunto de células inmunes responsables de un desorden autoinmune, y distinguirlas de la vasta mayoría de células inmunes saludables.
Por último, inspirados en materiales biológicos sin igual, como seda, concha de abulón, dientes y otros, estamos diseñando nuevos materiales de proteínas para afrontar los desafíos en energías y ecología.
Para lograr todo esto, nuestro instituto está creciendo.
Deseamos atraer diversos científicos talentosos y llenos de energía de todo el mundo, en cualquier etapa de su carrera, para que se nos unan.
También pueden participar en la revolución del diseño de proteínas a través de nuestro juego en línea de plegamiento y diseño «Foldit».
Y a través de nuestro proyecto difundido de computadora «Rosetta@home», al cual pueden acceder desde su laptop y celular inteligente Android.
Mi trabajo es hacer del mundo un lugar mejor a través del diseño de proteínas.
Estoy tan entusiasmado de lo que podemos lograr juntos.
Espero que se nos unan, y gracias.
(Aplausos y ovaciones)
https://www.ted.com/talks/david_baker_5_challenges_we_could_solve_by_designing_new_proteins/