{"id":27447,"date":"2022-06-15T09:12:45","date_gmt":"2022-06-15T15:12:45","guid":{"rendered":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/?p=27447"},"modified":"2022-06-15T09:12:45","modified_gmt":"2022-06-15T15:12:45","slug":"en-su-mayor-hazana-biologica-hasta-el-momento-la-ia-desbloquea-las-proteinas-complejas-que-protegen-nuestro-adn","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/otech.uaeh.edu.mx\/noti\/ia\/en-su-mayor-hazana-biologica-hasta-el-momento-la-ia-desbloquea-las-proteinas-complejas-que-protegen-nuestro-adn\/","title":{"rendered":"En su mayor haza\u00f1a biol\u00f3gica hasta el momento, la IA desbloquea las prote\u00ednas complejas que protegen nuestro ADN"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">La IA lo ha vuelto a hacer.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Despu\u00e9s de resolver uno de los misterios m\u00e1s grandes de la biolog\u00eda, la predicci\u00f3n de\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/singularityhub.com\/2021\/07\/20\/new-protein-folding-ai-just-made-a-once-in-a-generation-advance-in-biology\/\">la estructura de las prote\u00ednas<\/a>\u00a0, descifr\u00f3 c\u00f3mo las prote\u00ednas se unen\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/singularityhub.com\/2021\/11\/16\/ai-can-now-model-the-molecular-machines-that-govern-all-life\/\">en complejos<\/a>\u00a0y so\u00f1\u00f3 con\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/singularityhub.com\/2022\/03\/24\/this-algorithm-designs-proteins-from-scratch-to-accelerate-drug-discovery\/\">nuevas estructuras de prote\u00ednas<\/a>\u00a0que, en \u00faltima instancia, pueden convertirse en medicamentos para controlar nuestra biolog\u00eda b\u00e1sica, salud y vida.<!--more--><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Sin embargo, cuando se enfrent\u00f3 a enormes complejos de prote\u00ednas, la IA vacil\u00f3.\u00a0Hasta ahora.\u00a0En una haza\u00f1a alucinante,\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/www.science.org\/doi\/10.1126\/science.abm9506\">un nuevo algoritmo<\/a>\u00a0descifr\u00f3 la estructura en el coraz\u00f3n de la herencia: un complejo masivo de aproximadamente 1000 prote\u00ednas que ayudan a canalizar las instrucciones del ADN al resto de la c\u00e9lula.\u00a0El modelo de IA se basa en AlphaFold por DeepMind y RoseTTAfold del laboratorio del Dr. David Baker en la Universidad de Washington, ambos lanzados al p\u00fablico para experimentar m\u00e1s.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Nuestros genes est\u00e1n alojados en una estructura similar a un planeta, denominada n\u00facleo, para su protecci\u00f3n.\u00a0El n\u00facleo es un castillo de alta seguridad: solo se permite la entrada y salida de mol\u00e9culas espec\u00edficas para entregar instrucciones de ADN al mundo exterior, por ejemplo, a las f\u00e1bricas de prote\u00ednas en la c\u00e9lula que traducen las instrucciones gen\u00e9ticas en prote\u00ednas.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">En el coraz\u00f3n de la regulaci\u00f3n de este tr\u00e1fico est\u00e1n los complejos de poros nucleares, o NPC (gui\u00f1o a los jugadores).\u00a0Son como puentes levadizos extremadamente intrincados que monitorean estrictamente los entresijos de los mensajeros moleculares.\u00a0En los libros de texto de biolog\u00eda, los NPC a menudo se ven como miles de baches caricaturescos salpicados en un globo terr\u00e1queo.\u00a0En realidad, cada NPC es una maravilla arquitect\u00f3nica masivamente compleja en forma de rosquilla y uno de los complejos de prote\u00ednas m\u00e1s grandes de nuestro cuerpo.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">\u00bfPor qu\u00e9 cuidar?\u00a0Como resolver un enorme rompecabezas, resolver la estructura de NPC es gratificante por s\u00ed solo.\u00a0Pero debido a que controlan c\u00f3mo se transmite la informaci\u00f3n del ADN al resto de la c\u00e9lula, los NPC son esenciales para la terapia g\u00e9nica, las vacunas de tipo ARNm,\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/singularityhub.com\/tag\/crispr\/\">CRISPR<\/a>\u00a0y potencialmente otros tratamientos gen\u00e9ticos que a\u00fan no hemos imaginado.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">&#8220;NPC [is] un punto de acceso para las mutaciones asociadas a la enfermedad y las interacciones hu\u00e9sped-pat\u00f3geno&#8221;,\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/www.science.org\/doi\/10.1126\/science.add2210\">dijo<\/a>\u00a0el Dr. Di Jiang, editor senior de\u00a0<em>Science<\/em>\u00a0, en una inmersi\u00f3n profunda en los NPC para su \u00faltimo n\u00famero.\u00a0\u201cEl trabajo aqu\u00ed presentado representa un triunfo de la biolog\u00eda estructural experimental\u201d.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Un enigma estructural<\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">&#8220;Poros nucleares&#8221; suena como algo de un video de cuidado de la piel.\u00a0Pero para los bi\u00f3logos celulares, son un enigma de d\u00e9cadas.\u00a0\u201cLos NPC son esenciales para la vida\u201d,\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/directorsblog.nih.gov\/tag\/nuclear-pores\/\">explic\u00f3<\/a>\u00a0el Dr. Francis Collins, exdirector de los Institutos Nacionales de Salud (NIH).<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Nuestras hebras de ADN est\u00e1n enrolladas alrededor de un carrete de prote\u00edna.\u00a0Luego son secuestrados dentro del n\u00facleo, que protege el ADN de qu\u00edmicos, virus u otra basura potencialmente da\u00f1ina.\u00a0Imag\u00ednese envolver agujeros de donas en una envoltura de pl\u00e1stico de doble capa: esa es la envoltura nuclear.\u00a0Ahora haz algunos agujeros en el envoltorio: esos son los NPC.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><iframe loading=\"lazy\" title=\"reproductor de videos de youtube\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/3GiN6FlsN4Y\" width=\"100%\" height=\"315\" frameborder=\"0\" allowfullscreen=\"allowfullscreen\" data-mce-fragment=\"1\"><\/iframe><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Estos &#8220;agujeros en la pared&#8221; aparentemente simples son guardianes cr\u00edticos del control gen\u00e9tico en las c\u00e9lulas.\u00a0Nuestras c\u00e9lulas funcionan traduciendo el c\u00f3digo de ADN en prote\u00ednas para construir tejidos f\u00edsicos o controlar funciones biol\u00f3gicas b\u00e1sicas: decirle a una c\u00e9lula cu\u00e1ndo dividirse o morir, equilibrar el metabolismo y protegerse de los invasores virales.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Pero el ADN est\u00e1 secuestrado dentro del n\u00facleo.\u00a0Cientos de mensajeros proteicos necesitan ingresar al santuario nuclear para transcribir las instrucciones del ADN en ARNm y transportarlo de regreso a las f\u00e1bricas de producci\u00f3n de prote\u00ednas de la c\u00e9lula.\u00a0Cada ejecuci\u00f3n tiene que pasar por alto a los NPC, que act\u00faan como guardias y canales en una estructura.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Los cient\u00edficos han buscado durante mucho tiempo decodificar la estructura de NPC, usando magia bioqu\u00edmica para alterar su funci\u00f3n normal o rayos X para escanear su estructura cristalina.\u00a0El trabajo fue absolutamente minucioso.\u00a0A partir de esos datos, los cient\u00edficos encontraron dos tipos principales de prote\u00ednas que forman la puerta.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">El primer tipo construye el andamio de compuerta.\u00a0Estas prote\u00ednas, denominadas NUP (nucleoporinas), se unen para alinear el t\u00fanel.\u00a0El segundo tipo act\u00faa como barro vivo para paneles de yeso.\u00a0Estas prote\u00ednas son mucho m\u00e1s flexibles, se pegan a lo largo de las prote\u00ednas de andamiaje y se extienden hacia el canal central, donde pueden agarrarse f\u00edsicamente a la carga para ayudarla a moverse.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Compuesto por casi 1000 prote\u00ednas que forman aproximadamente 30 &#8220;muelles&#8221; diferentes, las estructuras NPC son dif\u00edciles de resolver porque cambian din\u00e1micamente.\u00a0M\u00faltiples prote\u00ednas, por ejemplo, act\u00faan como bisagras interconectadas para cambiar la configuraci\u00f3n o el tama\u00f1o de los poros.\u00a0Debido a que toda la estructura &#8220;abraza \u00edntimamente&#8221; la envoltura nuclear, los NPC no se pueden estudiar de forma aislada, explic\u00f3 el equipo, dirigido por los Dres.\u00a0Gerhard Hummer y Martin Beck en el Instituto Max Planck de Biof\u00edsica, y el Dr. Jan Kosinski en el Laboratorio Europeo de Biolog\u00eda Molecular.\u00a0Hasta ahora, incluso con medios bioqu\u00edmicos de \u00faltima generaci\u00f3n, los cient\u00edficos solo han resuelto el 46 por ciento de la estructura NPC.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">\u201cEs como cuando desmontas y vuelves a montar un dispositivo electr\u00f3nico.\u00a0Siempre quedar\u00e1n algunos tornillos, y simplemente no sabes d\u00f3nde se supone que deben estar\u201d, dijo Kosinski.\u00a0Pero gracias a la IA, &#8220;finalmente logramos adaptar la mayor\u00eda de ellos y ahora sabemos exactamente d\u00f3nde est\u00e1n, qu\u00e9 hacen y c\u00f3mo&#8221;.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Ingrese IA<\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">El equipo primero aprovech\u00f3 y mejor\u00f3 un m\u00e9todo popular para analizar NPC llamado an\u00e1lisis\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/nmeth.4115\">cryo-ET<\/a>\u00a0.\u00a0El m\u00e9todo salt\u00f3 a la fama en 2015 cuando resolvi\u00f3 estructuras celulares hasta una escala casi at\u00f3mica.\u00a0Uno de los problemas para resolver la estructura de NPC es la falta de resoluci\u00f3n de conjuntos de datos anteriores, explic\u00f3 el equipo.\u00a0Aqu\u00ed, recopilaron un &#8220;conjunto de datos aproximadamente cinco veces m\u00e1s grande&#8221; que en su intento anterior y utilizaron un nuevo m\u00e9todo inform\u00e1tico para analizar los datos.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Al observar los mapas reci\u00e9n dibujados, el equipo pudo distinguir entre la envoltura nuclear, o &#8220;envoltura&#8221; de ADN, cuando estaba en un estado restringido y uno m\u00e1s relajado.\u00a0Profundizando m\u00e1s, el equipo aprovech\u00f3 AlphaFold y RoseTTAfold para predecir un conjunto completo de modelos para prote\u00ednas NPC.\u00a0El d\u00fao funcion\u00f3 bien: el an\u00e1lisis pudo modelar la mayor\u00eda de las prote\u00ednas nucleares con gran confianza y compar\u00f3 los datos de los m\u00e9todos tradicionales de an\u00e1lisis microsc\u00f3pico.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Luego vino la parte dif\u00edcil.\u00a0Al igual que los muelles de un astillero, los NPC est\u00e1n fuertemente vinculados con las v\u00edas de tr\u00e1fico de prote\u00ednas, que a menudo son dif\u00edciles de modelar en 3D.\u00a0Usando su modelo, el equipo asign\u00f3 &#8220;puntos de anclaje&#8221; de conectores de prote\u00ednas al t\u00fanel principal de NPC.\u00a0El modelado adicional construy\u00f3 un &#8220;mapa de Google&#8221; para saber c\u00f3mo se conectan los enlazadores.\u00a0Como un astillero bien organizado, cada uno ayuda a mantener la estructura de NPC.<\/span><\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Hackeando el coraz\u00f3n de la herencia<\/span><\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">El uso de IA para resolver estructuras de prote\u00ednas se ha promocionado como el avance de la d\u00e9cada.\u00a0Este estudio es uno de los primeros en mostrar el poder del algoritmo en entornos desordenados y complicados del mundo real.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">\u201cEste trabajo ejemplifica c\u00f3mo, en el futuro, la biolog\u00eda estructural adoptar\u00e1 la biolog\u00eda celular para crear modelos at\u00f3micos de ensamblajes de mol\u00e9culas cada vez m\u00e1s grandes que realizan diferentes funciones en diferentes partes de la c\u00e9lula\u201d,\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/phys.org\/news\/2022-06-puzzling-molecular-giant.html\">dijo<\/a>\u00a0Beck.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">La revoluci\u00f3n ya est\u00e1 en camino.\u00a0En la misma edici\u00f3n de la revista,\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/www.science.org\/doi\/10.1126\/science.abm9326\">un equipo separado<\/a>\u00a0dirigido por el Dr. Hao Wu en la Escuela de Medicina de Harvard combin\u00f3 im\u00e1genes de microscop\u00eda con AlphaFold para resolver parte de la estructura de NPC utilizando los huevos de Xenopus laevis, la rana con garras africana que es un favorito en la investigaci\u00f3n bioqu\u00edmica.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">Pero la IA a\u00fan no es el salvador.\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/www.science.org\/doi\/10.1126\/science.abq4792\">Como se\u00f1al\u00f3 el<\/a>\u00a0Dr. Thomas Schwartz del MIT, que no particip\u00f3 en los estudios, los\u00a0NPC son criaturas vivas que cambian su configuraci\u00f3n.\u00a0Por ejemplo, sus canales tienden a ser m\u00e1s anchos cuando est\u00e1n felizmente ubicados dentro de la envoltura nuclear, en comparaci\u00f3n con despu\u00e9s de que se extraen para estudiarlos bajo un microscopio.\u00a0En otras palabras, los complejos de prote\u00ednas son dif\u00edciles de descifrar y controlar.\u00a0Pero la IA est\u00e1 de nuestro lado.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\">\u201cAhora podemos pensar en construir un modelo din\u00e1mico completo del NPC y simular el transporte nuclear en detalle at\u00f3mico\u201d, dijo.\u00a0Con la predicci\u00f3n de prote\u00ednas basada en IA en marcha, a\u00fan m\u00e1s emocionante es lo que est\u00e1 por venir.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"color: #000000;\"><em>Cr\u00e9dito de la imagen:\u00a0\u00a0<a style=\"color: #000000;\" href=\"https:\/\/www.science.org\/doi\/10.1126\/science.add2210\">V. Altounian\/\u00a0<i>Ciencia<\/i><\/a><\/em><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>La IA lo ha vuelto a hacer. 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