Proteïnes en plena forma
Els sistemes per trobar la forma de les proteïnes es poden considerar el descobriment de l'any
Agafa un problema científic fonamental obert des dels anys 50 i posa-hi una màquina a treballar. Això, que és tan fàcil de dir, és molt difícil de fer i, per descomptat, no només cal la màquina, sinó molts cervells humans que intervinguin en el procés. Ara bé, quan es recorre a aquesta estratègia per resoldre un problema i s’aconsegueix, té molts números d’aparèixer als mitjans de comunicació acompanyada d’expressions com revolució o canvi de paradigma. Aquest any la comunitat científica ha tingut la sort de presenciar un avenç d’aquest estil, que dit amb les paraules més directes no sembla que mereixi tant de rebombori: s’ha trobat la manera de determinar la forma de les proteïnes. ¿Aquesta “simple” determinació mereix un article? És més, ¿mereix protagonitzar l’últim article de l’any, on, tal com fa la revista Science, se la qualifica d’avenç científic més important del 2021? Vegem-ho.
Les proteïnes són a tot arreu i intervenen en totes les funcions biològiques. Entre milers d’altres coses, transporten l’oxigen per la sang, fan que digerim els aliments i contrauen els músculs perquè ens puguem moure. Com a tipus de molècula, poden ser molt grosses i variades, però totes tenen una cosa en comú: estan fetes d’uns blocs fonamentals anomenats aminoàcids -les proteïnes que fem servir els humans, per exemple, es construeixen a partir d’una vintena d’aminoàcids-. Ara bé, cada proteïna, un cop ha passat per la cadena de muntatge dels ribosomes i ja té els aminoàcids acoblats, adopta una forma tridimensional única que depèn de les interaccions elèctriques entre tots els àtoms que la constitueixen. I resulta que d’aquesta forma en depèn la seva funció, és a dir, el que la proteïna pot fer i els processos en els quals pot intervenir.
Un problema antic
Als anys 50 es va començar a analitzar la forma de les proteïnes mitjançant rajos X, un procediment al qual s’han sumat tècniques com l’espectroscòpia de ressonància magnètica nuclear o la criomicroscòpia electrònica. Però amb aquestes tecnologies els resultats són lents i cars: desxifrar la forma d’una sola proteïna pot trigar anys i costar centenars de milers d’euros. Fins l’any passat, dels 200 milions de proteïnes que es coneixen, s’havia determinat la forma de poc menys de 200.000. Aquí és on les màquines entren en escena.
Vistes les limitacions de les tècniques tradicionals, als anys 70 es van començar a desenvolupar models computacionals per predir la forma d’una proteïna a partir de la seqüència d’aminoàcids. Al principi es van resoldre algunes proteïnes petites i, com que la tecnologia prometia, el 1994 un grup d’investigadors va fundar una mena d’Olimpíades bianuals de l’estudi de les proteïnes conegudes com a CASP (Critical Assessment of Techniques for Protein Folding). En aquesta competició, els models informàtics que obtenen més de 90 punts es consideren equivalents a les tècniques experimentals. Fins al 2018 els models aconseguien prop de 70 punts. Aleshores va irrompre el sistema d’intel·ligència artificial i deep learning AlphaFold, de l’empresa Deep Mind, adquirida per Google el 2014. En la primera participació va assolir una puntuació mitjana de prop de 80 punts, i en la segona, l’evolució AlphaFold2 es va enfilar fins als 92,4. Com una tècnica experimental més.
El juliol de 2021 l’equip de Deep Mind va publicar a la revista Nature la resolució de la forma de 350.000 proteïnes del cos humà, un 44% de totes les proteïnes humanes que es coneixen. Una setmana abans, un equip de la Universitat de Washington publicava a la revista Science la forma de centenars de proteïnes obtingudes amb el software RoseTTAFold basat en AlphaFold2. Totes dues eines estan disponibles perquè qualsevol laboratori del món les pugui fer servir. El que abans requeria anys i centenars de milers d’euros, ara es pot fer en pocs minuts amb un programa informàtic gratuït. Mentre s’escriuen aquestes línies, ja hi ha investigadors que estan fent servir AlphaFold2 per estudiar com les mutacions de la variant òmicron afecten la forma de la proteïna S, l’estructura que el coronavirus fa servir per infectar les cèl·lules humanes i que és l’objectiu dels anticossos.
Amb aquestes eines, els avenços clau en biomedicina són qüestió de temps. Moltes malalties, com l’Alzheimer, el Parkinson, la diabetis o el càncer, es produeixen per problemes relacionats amb proteïnes. Conèixer-les millor pot obrir la porta a noves estratègies de tractament. El mateix passa amb les malalties infeccioses: si es coneixen les proteïnes clau en el funcionament d’un virus o un bacteri, es poden dissenyar fàrmacs que les bloquegin. Podria ser que acabés de començar una revolució.
