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Inteligencia artificial, una nueva aliada para anticipar enfermedades
Los plegamientos erróneos de las proteínas son el origen de padecimientos como el Alzheimer, el Parkinson y otros males degenerativos, pero los algoritmos prometen nuevas vías para pronosticar y desarrollar alternativas médicas.
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¿Nos encontramos ante una nueva era de la biología molecular? ¿La inteligencia artificial que hemos desarrollado hasta el momento facilitará y ayudará a dar saltos de pértiga en particular en la investigación sobre la predicción bioinformática? ¿Qué alcances tiene la incorporación de la IA en la medicina?
Para discutir sobre el tema se reunieron este martes tres especialistas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en torno a la conferencia Inteligencia artificial: ¿Una nueva era en la biología molecular?. Se trata del doctor Ramón Garduño Juárez, investigador del Instituto de Ciencias Físicas; el doctor Rogelio Rodríguez-Sotres, del Departamento de Bioquímica de la Facultad de Química, y el maestro en Ciencias José Israel León Pedroza, del Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina.
Contrario a lo que suele pensarse, inició el doctor Ramón Garduño, las proteínas no solo son aquello con lo que nos alimentamos, sino que integran una parte fundamental de nuestro cuerpo: habitan cada célula viva y tienen múltiples funciones vitales, según su estructura. Tres ejemplos comunes son la hemoglobina, encargada de transportar oxígeno; la insulina, que controla la cantidad de azúcar en la sangre, y el alcohol deshidrogenasa, responsable de oxidar los alcoholes, aldehídos o acetonas en nuestro cuerpo.
Estas proteínas pueden tener plegamientos erróneos que desencadenan enfermedades varias, tales como el Alzheimer, el Parkinson y las autoinmunes, por mencionar solamente algunos casos paradigmáticos.
“Conforme ha avanzado el conocimiento matemático y sobre todo su aplicación en máquinas poderosas que pueden llevar a cabo estos cálculos es como se ha logrado avanzar y se tiene ahora la posibilidad de predecir la estructura de una proteína”, compartió el especialista. Para ello se emplean distintos tipos de modelos, algoritmos y simulaciones que imitan el comportamiento de la naturaleza y permiten una predicción más rápida de la conducta de las proteínas.
Conocer cómo funcionan las estructuras de proteínas no es solamente una cuestión de saber por saber, sino que podemos intentar generar conocimiento para el desarrollo de medicamentos que puedan inhibir otros virus con los que estamos lidiando a diario. El SARS-CoV-2 no es el único que tenemos a la vista”, advirtió.
El maestro José Israel León añadió otras posibilidades directas de la predicción de proteínas, por ejemplo, para conocer de manera anticipada la interacción que esta tendrá en un organismo y desarrollar vacunas anticipadas en lugar de manipular virus como es el caso ahora mismo del SARS-CoV-2. Asimismo, dijo que es posible generar un proceso de inmunidad mucho más efectivo de los anticuerpos a partir de la predicción.
En el caso del cáncer, enfatizó José Israel León, la predicción podría ayudar a entender cómo se generan mutaciones en los cromosomas que causan proteínas alteradas; es el mismo caso de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, o enfermedad de las vacas locas, que es causada por plegamientos anormales de las proteínas en el cerebro.
“Estas son algunas de las muchas posibilidades de la importancia de predecir de manera certera el plegamiento de las proteínas. Tenemos muchas herramientas, desde hace muchos años se han desarrollado muchas de ellas, pero el asunto es que la inteligencia artificial está generando nuevas posibilidades”.
¿Qué es una proteína?
Es una estructura biológica que está conformada a partir de aminoácidos, que es una estructura del código genético. Estos pueden unirse a través de un enlace químico para formar estructuras bidimensionales lineales que son llamadas péptidos. Los péptidos se pliegan sobre sí mismos gracias a distintas fuerzas químicas al interior. Estas estructuras son llamadas proteínas y tienen distintas funciones según la manera en la que se han plegado.
Las proteínas juegan un papel clave en los seres humanos
Tres ejemplos:
- Catálisis: casi todas las reacciones químicas de nuestras células vivas están catalizadas por enzimas.
- Transporte: algunas proteínas transportan varias sustancias como oxígeno, iones, agua, etcétera.
- Transporte de información: por ejemplo, las hormonas.
De plegar y enfermar
- Basta con un solo plegamiento erróneo en una proteína para generar una enfermedad crítica. Un ejemplo parecido es el de la llave y la cerradura: basta con que uno de los dientes del cifrado no coincida dentro de la cerradura para que la llave resulte disfuncional.
- Los sistemas biológicos tienen una amplia posibilidad de tolerancia: en ocasiones las propias células pueden degradar las proteínas que quedaron mal plegadas, pero hay enfermedades en que los plegamientos de una sola proteína pueden generar daños mayúsculos.
- Un prion, por ejemplo, es una proteína mal plegada capaz de transmitir su forma mal plegada a otras variaciones de la misma proteína. Hay diversas enfermedades en que los malos plegamientos producen daños en las células, como el Parkinson, el Alzheimer y las autoinmunes.
