El diseño de enzimas promete revolucionar la industria química, ofreciendo alternativas sostenibles para múltiples procesos. Estas proteínas, que funcionan como catalizadores biológicos, pueden ser rediseñadas mediante ingeniería molecular para acelerar reacciones y mejorar su eficiencia.
Una solución ecológica para la industria química
Las enzimas personalizadas tienen el potencial de transformar sectores como la fabricación de medicamentos, el tratamiento de contaminantes y el reciclaje de desechos agrícolas. Estas innovaciones permitirían convertir residuos en biocombustibles o alimentos para animales, contribuyendo a una economía más sostenible.
Un avance crucial fue publicado en la revista Science en 2022 por el Instituto Weizmann de Ciencias. Este equipo, liderado por el profesor Sarel Fleishman, desarrolló un método computacional para diseñar miles de enzimas activas con una eficiencia sin precedentes. El enfoque se basa en ensamblar enzimas a partir de bloques modulares, inspirándose en el sistema inmunológico humano.
Inspiración en la naturaleza: el sistema inmunológico
El sistema inmunológico produce millones de anticuerpos diferentes mediante la recombinación de fragmentos genéticos. Siguiendo este modelo, el equipo de Fleishman propuso generar enzimas a partir de fragmentos modulares diseñados en laboratorio.
Rosalie Lipsh-Sokolik, estudiante de doctorado en el laboratorio de Fleishman, experimentó con una familia de enzimas capaces de descomponer el xilano, un compuesto vegetal. Su objetivo era aumentar la actividad de estas enzimas para producir biocombustibles a partir de residuos agrícolas.
Un algoritmo que redefine la ingeniería de proteínas
Lipsh-Sokolik desarrolló un algoritmo que combina diseño de proteínas basado en física y aprendizaje automático. Este sistema permitió descomponer enzimas existentes en fragmentos, modificarlos y recombinarlos. Posteriormente, se sintetizaron un millón de variantes y se probó su actividad en el laboratorio. El resultado fue sorprendente: 3.000 enzimas activas en el primer experimento.
Aunque la tasa de éxito inicial fue del 0,3 %, la diversidad y cantidad de enzimas activas obtenidas superaron ampliamente los métodos tradicionales, que solo logran una docena de variantes activas.
Multiplicando los resultados con aprendizaje automático
El equipo utilizó herramientas de aprendizaje automático para identificar las características que diferencian enzimas activas de inactivas. Incorporaron estos hallazgos en el algoritmo y lograron diseñar 12.000 enzimas activas en una segunda ronda de experimentos, aumentando diez veces la tasa de éxito inicial.
Estas enzimas no solo eran más numerosas, sino también más diversas en estructura y función, lo que las hace aptas para aplicaciones industriales y médicas.
Un futuro prometedor para la biotecnología
El método CADENZ (Combinatorial Assembly and Design of Enzymes) desarrollado por el Instituto Weizmann representa un hito en la ingeniería de proteínas. Según Fleishman, esta técnica puede aplicarse a cualquier familia de proteínas, incluyendo anticuerpos y marcadores fluorescentes.
Este avance podría cambiar la forma en que se diseñan enzimas, vacunas y proteínas industriales, optimizando procesos clave para la economía y la salud pública. Como concluye Fleishman, “la ingeniería de proteínas está destinada a ser el corazón de una economía más sostenible y una salud pública más avanzada”.
Fuente: Infobae.
