Más predicciones de plegamientos
El equipo de Alphafold publica la estructura terciaria de más de 350 000 proteínas
|
El gran problema de la bioquímica siempre ha sido el de predecir cómo será la estructura terciaria de una proteína a partir del gen que la codifica.
Las proteínas son el tipo más importante de molécula estructural de la vida. Y no solamente dotan de estructura a los organismos, sino que, además, actúan como biocatalizadores que ayudan en la síntesis de otros compuestos biológicos.
La información genética no es más que una secuencia de bases que determina una secuencia de aminoácidos y una cadena de aminoácidos no es más una proteína. Pero la función de una proteína, cómo funciona, depende de su estructura 3D, pero no hay una manera sencilla de saber esta estructura, cómo la proteína se pliega sobre sí misma, a partir de la secuencias de aminoácidos. De algún modo, ese hilo de aminoácidos se pliega hasta alcanzar un forma específica tridimensional que depende de muchos factores.
Saber esta forma tridimensional también determina en última instancia la eficacia de un fármaco o de una vacuna y muchos conocimientos en ciencia básica.
Como hemos dicho, la función de una proteína depende fuertemente de su forma, de su estructura tridimensional. Y saber esta estructura es muy difícil. A veces se puede saber esta estructura 3D analizando el resultado por cristalografía de rayos X (previa cristalización), criomicroscopía electrónica o por resonancia magnética nuclear. Técnicas todas ellas que son muy complicadas. Para esto necesitamos la proteína física, pero el sueño sería calcular la proteína a partir de datos, en concreto a partir de la secuencia de aminoácidos.
Desde hace décadas el sueño húmedo ha sido meter esta secuencia de aminoácidos en un programa y que una computadora te dé la forma tridimensional de la proteína. Hasta hace no tanto esta posibilidad era casi imposible.
En esto que llegó AlphaFold, un sistema de aprendizaje por redes neuronales, que en los últimos tiempos ha tenido bastante éxito. Ahora, dos grupos de investigación han publicado sus logros en este campo usando este tipo de tecnología de inteligencia artificial (IA).
Uno de esos equipos informa que ha utilizado sus programas de inteligencia artificial para resolver las estructuras de 350 000 proteínas de humanos y 20 organismos modelo. Además, AlphaFold ha predicho proteomas casi completos para varios otros organismos, desde ratones al maíz, pasando por el parásito de la malaria. El grupo anuncia que en los próximos meses ampliará su lista de proteínas modeladas hasta cubrir todas las proteínas catalogadas: unos 100 millones de moléculas.
AlphaFold es el trabajo de investigadores de DeepMind (empresa de Google). En el otoño de 2020, AlphaFold ya consiguió un éxito tremendo al arrasar en el concurso CASP, con una puntuación de 92,4 sobre 100.
Los investigadores implicados no revelaron entonces los detalles de cómo funciona exactamente su programa de IA y otros equipos se sintieron frustrados. Esto empezó a cambiar hace poco. El pasado 15 de julio, un grupo de investigadores dirigidos por Minkyung Baek y David Baker (Universidad de Washington) informó que habían creado un programa de predicción de la estructura de proteínas de alta precisión llamado RoseTTAFold y además hicieron público en Science su código y funcionamiento. Ese mismo día, se revelaron detalles de AlphaFold en un artículo de Nature.
En el proceso de preparación del código de AlphaFold para su lanzamiento público, DeepMind lo perfeccionó para que el código se ejecutara de manera más eficiente. Algunas de las predicciones que se hicieron para CASP tardaron días, pero la versión actualizada de AlphaFold puede calcularlas en horas o minutos.
Además de usar redes neuronales, ambos programas calculan la estructura más probable de proteínas desconocidas considerando también las reglas físicas y biológicas básicas que controlan cómo interactúan los aminoácidos vecinos en una proteína.
Hace unos días, los investigadores de Alphafold publicaron en Nature la 350 000 estructuras predichas por el programa. Según los investigadores implicados, AlphaFold produjo estructuras para casi el 44% de todas las proteínas humanas, cubriendo casi el 60% de todos los aminoácidos codificados por el genoma humano.
AlphaFold determinó además que muchas de las otras proteínas humanas no adoptan una estructura única y pueden finalmente adoptar su estructura funcional cuando se unen a otra proteína con la que están asociadas. Se sospecha que una gran proporción de proteínas humanas y las de otros eucariotas contienen estas regiones que adquieren una estructura definida solo en concierto con otras moléculas. Además, muchas proteínas simplemente se moverían en la disolución y no tendrían una estructura fija.
En el concurso CASP, la mayoría de las predicciones fueron para unidades de plegamiento independientes de una proteína denominadas dominios. Pero un proteoma (humano o de otros organismos) contienen proteínas con múltiples dominios que se pliegan de forma semi-independiente. Las células también contienen moléculas compuestas por múltiples cadenas de proteínas que interactúan entre sí, como en el caso de los receptores que hay en las membranas celulares.
Se ha creado una base de datos en linea con las nuevas predicciones que, además, es de acceso gratuito. Debido a que, como ya hemos dicho, la estructura 3D de una proteína dicta en gran medida su función, esta base de datos puede ayudar a los biólogos a determinar cómo funcionan miles de proteínas desconocidas. La base de datos se actualizará a medida que se identifiquen nuevas proteínas y se mejoren las predicciones.
Además de las estructuras predichas, que cubren el 98,5% de las proteínas humanas conocidas y un porcentaje similar para otros organismos, AlphaFold generó una medida de la confianza de sus predicciones para que otros investigadores sepan en qué partes de las predicciones deben confiar. Pero incluso las predicciones que son menos precisas pueden ofrecer información valiosa a los científicos. Aún así, los biólogos querrán continuar comparando estas predicciones con datos experimentales para mejorar su fiabilidad.
Los investigadores implicados enfatizan que el volcado de datos es un comienzo, no un final. Sostienen que habrá que validar las predicciones y aplicarlas a experimentos que hasta ahora eran imposibles.
En todo caso, los biólogos estructurales no se quedarán sin trabajo. Tanto los científicos experimentales como los computacionales ya están comenzando a colaborar entre sí para tratar de comprender exactamente qué proteínas interactúan entre sí y qué cambios moleculares ocurren durante estas interacciones.
Lo que parece claro es que se abre una nueva era en bioquímica que revolucionará áreas como la investigación básica, farmacología, nuevos materiales, etc.
Copyleft: atribuir con enlace a https://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Artículo original 1.
Artículo original 2.
Ilustración de cabecera: DeepMind.
13 Comentarios
RSS feed for comments on this post.
Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.
martes 3 agosto, 2021 @ 6:34 pm
Parce ser paso muy importante en la lucha contra el envejecimiento. Muchos son los que piensan que podremos vivir indefinidamente en un futuro muy lejano, accidentes aparte, claro, porque si te disparan o te atropella un vehículo, por ejemplo, por supuesto que morirás. Pero de lo que se trata es de luchar contra el proceso de envejecimiento. En eso ya están algunas empresas de biotecnología. Me acuerdo ahora de ese genio que con once o doce años, se licenció en Físicas. Dijo que quería estudiar obre el tema de la ‘inmortalidad’.
martes 3 agosto, 2021 @ 6:37 pm
A ver, cometí un error, quise decir ‘en un futuro no muy lejano’. No muy lejano para los que ahora tengan unos 30-40 años, creo, más bien.
miércoles 4 agosto, 2021 @ 9:11 am
Te refieres, amigo Lluís, según creo, al fenómeno llamado Laurent Simons, que parece ser un prodigio entre los prodigios. Pero ¿puede la humanidad estar formada por inmortales? Mucho habría de cambiar todo para que eso fuera posible.
Un fuerte abrazo.
miércoles 4 agosto, 2021 @ 5:55 pm
Sí tomás, a ese fenómeno fenomenal, Laurent Simons. Me gustaría poder seguir su trayectoria en la vida.
Esa es una pregunta a la que se busca soluciones, me refiero a si la humanidad puede estar formada por ‘inmortales’, más que ‘inmortales’ prefiero hablar de ‘vida de duración indefinida’. Hay, por lo menos un Instituto, creo que en Inglaterra que estudia toda la problemática que podría comportar esa prolongación indefinida de la vida. Por mi parte pienso que si eso fuera factible, quién sabe si no podríamos ‘terraformar’ Marte y la Luna, vivir en colonias o incluso vivir en gigantescas colonias espaciales, quizá hallar algunas lunas habitables.
Al menos, tiempo tendríamos todo el que quisiéramos, y soñar es gratis. Desde luego si nos quedamos en la Tierra, seamos o no ‘de duración indefinida’ y mas tarde o más temprano, mucho me temo que vamos directamente al colapso de nuestra civilización o extinción de nuestra especie.
Otro abrazo para ti, mi viejo amigo, que no amigo viejo.
jueves 5 agosto, 2021 @ 11:23 am
Aunque no nos quedemos en la Tierra, la progresión exponencial a la que nos multiplicamos, no tardaría en superpoblar Marte. Somos una sociedad suicida sin paliativos. Piensa que tan solo a un 1,1 % de incremento, que es en lo que estamos ahora, nos duplicaremos en unos 45 años. Podemos calcular, que no es muy difícil, pero me basta recordar que cuando tenía unos quince años, tratando las tesis de Maltus, que se minimizaban porque se decía que la realidad demostraba que los alimentos y las energías, el ingenio humano, vencían esa teoría, porque, por ejemplo, si se inventaba una máquina para hacer un trabajo de varios hombres, otros serían necesarios para fabricar muchas máquinas de esas -y tonterías así-; quiero contar que pregunté al profe cuántos humanos éramos y me vino a decir que unos 3000 o 3500 millones. Ahora, sesenta y cinco años más tarde, recién superamos los 7900. Así que ya me dirás. Por ello el tiempo no está a nuestro favor como deduces.
Además creo que los poderosos, si se consiguiera esa facultad de la que hablamos, se la privatizarían, o/y nos mataríamos para conseguirla. Como digo, mucho habrían de cambiar las cosas.
Si que soy viejo amigo simultáneo a amigo viejo, aunque pueda cantar, emulando y superando al tango: «… que ochenta años no es nada…»
Chao, querido amigo.
jueves 5 agosto, 2021 @ 1:55 pm
Puestos a elucubrar.
Además del problema de superpoblación (por su crecimiento exponencial). Si no somos capaces de controlar. El número de individuos tendería a infinito. Pero antes saturaríamos totalmente la Galaxia y otras colonizadas, que en ese momento estarían totalmente aisladas, en un océano de pura radiación, por causa de la continua y acelerada expansió0n del Universo.
Aunque a esas alturas, hayamos evolucionado técnicamente, lo suficiente para extraer la energía necesaria (para la vida), de cualquier tipo de materia, esta es finita, y este proceso terminaría por transformar todo en radiación.
Cabe la pregunta, ¿podríamos transformarnos en seres de Luz, – radiación- Aunque cada vez mas difusos por causa de la expansión? ¿Y en que terminaría este proceso?
Otro problema que trae la inmortalidad, creo que es el aburrimiento y falta de motivación. Pues con toda la eternidad por delante, de antemano tendríamos consciencia de que, cualquier curiosidad o conocimiento seria alcanzado. A no ser que, con tanto avance tecnológico, fuésemos capaces de periódicamente resetear nuestro cerebro, comenzando nuevamente de cero.
Abrazos inmortales.
viernes 6 agosto, 2021 @ 10:10 am
Perdón a mi buen Lluís. Creo que mi memoria me traicionó, y como desconfío tanto de ella, lo he calculado: al 1,1 %, o sea al 0,011 tardaremos en duplicarnos unos 63,36 años; no en 45 -¡qué susto!-. Hay que ser optimistas: tenemos algo así como 18 años y 3 meses más de lo que yo pensaba; en un cierto consuelo, ¿no?
Eduardo, luminoso amigo, no nos va a dar tiempo a lo que imaginas. Ayer, mientras estaba en mi trono escuché a una autora divulgativa que nuestro mayor problema es el cambio climático. Pues no señora, el mayor es la superpoblación. Con el solo CC las pasaremos más que canutas, pero con la superpoblación no quiero ni pensarlo. Y si juntamos los dos causas, no te digo. A ver, ¿a quién se le ocurre que puede suceder con esa superpoblación si, además, le añadiéramos la inmortalidad, aunque pueden tratarse las dos cosas por separado. Son unos buenos temas.
Abrazos.
viernes 6 agosto, 2021 @ 4:32 pm
Con la superpoblación ya es suficiente para auto aniquilarnos, máximo si añadimos la inmortalidad.
Parece bastante evidente que, em la actualidad estamos ya en equilibrio inestable, como que, andando en el filo de la navaja, con mayor tendencia de caer en el lado tenebroso.
La mejor solución de un problema es cuando se elimina de raíz, o sea, si no hay problema no se precisa buscar su solución. Por tanto, hay que eliminar la superpoblación.
La superpoblación forzosamente no irá allegar (si conseguimos inmediatamente imponer soluciones eficaces).
Entonces, nosotros mismos, (por causa del aumento acelerado de su presión) creo que nos veremos obligados a controlarla (por evolución) en los niveles necesarios, para evitar nuestra auto destrucción. Sea voluntariamente, canibalismo, o impuesto por algún tipo legislación, castración (biológica o psíquica).
A este respecto, tenemos, el ejemplo del éxito del control de nacimientos efectuado por China. Aunque parece que ahora se ha suavizado. Entiendo piensan que ya ha cumplido su objetivo inicial, y ahora precisan mudar su dirección, para aumentar el consumo doméstico, dada su gran capacidad de producción de bienes de consumo. Aunque desde el punto de vista que estamos analizando (a medio/largo plazo) creo que están equivocados.
En mi opinión particular, esta tendencia de control de natalidad, aparece espontáneamente, conforme las poblaciones evolucionan culturalmente, cada una en su entorno geográfico de recursos naturales y tecnológicos.
Pero el control tiene urgencia. (el desastre está llegando). Por tanto, en muchos países precisa ser impuesto, ya que estos no han llegado al nivel evolutivo suficiente como para su autocontrol espontaneo.
Aquí es donde aparece la dificultad, pues actualmente está muy mal visto y aceptado mundialmente el autoritarismo. En mi opinión particular, hemos llegado al punto en que se valora y asegura demasiado el concepto de LIBERTAD (hasta en mínimos detalles). Y se negligencia el de RESPONSABILIDAD (sea con humanos o con la naturaleza) ya que, forman una pareja indisoluble y proporcional, algo así como las dos caras de la misma moneda. Mayor libertad implica automáticamente mayor responsabilidad.
Hay tema para largo.
Abrazos.
sábado 7 agosto, 2021 @ 12:51 pm
Mucha razón tienes, querido pensador Eduardo, pero eso del canibalismo… Y es que, a mí, la carne humana no me apetece, y no por racismo, ni por discriminación sexual, ni de ninguna otra clase. Es, simplemente, que si me la sirviesen en un restaurante, no la aceptaría aunque molestase a quien fuere. No, no; me niego radicalmente porque, entre otras cosas, me han dicho que sabe dulce y, aunque controlado, soy diabético. Definitivamente no. Así que ya lo sabes. Si alguna vez tenemos la fortuna de comer juntos, nada de carne humana, que tampoco soporto verla comer, y menos los viernes, que ya sabes que a los cristianos les está prohibido, salvo bula o enfermedad, por aquello de ingerir a Cristo en forma de hostia que no sé si alimentará lo suficiente, pero eso es otro tema. Bueno, pasemos a otra cuestión.
Que los chinos debieran mantener el control de su población e ir bajando el total de ella, es de cajón, pero la política que llevan les aconseja, al menos de momento, dar cierta libertad en el tema
Ahí tenemos a La India, guarreando sus ríos sagrados y bañándose en ellos para purificarse. ¡Tamaña estupidez supranacional!
Si sumamos la zona entre India y China, que alberga unos 550 millones, nos vamos a unos 3500 millones o más. O sea lo que, según diversos cálculos, puede sostener el planeta.
Pues cierto autoritarismo, hay que aceptar, porque cuando alguna libertad personal perjudica a la sociedad en general, hay que poner algún remedio. Aquí, en España, por la cosa del COVID -no sé si lo sabrás-, como cada «justicia» funciona sin un criterio común, en unas autonosuyas los tribunales se han pronunciado a favor de alguna limitación de las libertades y otras al contrario, primando la libertad y el respeto a la privacidad. Yo creo que falta una autoridad común que, teniendo en cuenta casos particulares específicos y excepciones justificadísimas, obliguen a todos -sí, hombre, sí, y a todas, que se me olvida a veces- a un comportamiento respetuoso para evitar el contagio del virus, porque si no, nunca acabaremos con él (en realidad pienso que nos habremos de adaptar, como con la gripe, pero con mayor peligro). Creo que la responsabilidad a la que te refieres habrá que imponerla. Aquí, en Cambrils, lugar de mucho veraneo, diría que más del 50 % no lleva mascarillas, y los botellones, como en toda la nación, están a la orden de la noche. Ahora están aumentando las muertes en las residencias de ancianos y me entero, para mi sorpresa, que el personal empleado no tiene o no -tenía- la obligación de vacunarse. ¡Para más INRI! Así que ya ves como va lo de la responsabilidad personal.
Hasta otra y a ver si alguien se anima en este diálogo. Abrazos.
sábado 7 agosto, 2021 @ 1:31 pm
Pues sí, he exagerado en lo de “canibalismo”. La idea básica seria guerras y conflictos internos con muertos. Lo suficiente para llegar al equilibrio sustentable.
Aun así, creo que, el control de la población en nivel sustentable no es suficiente para evitar el colapso de la civilización. Además, tendríamos que solucionar el ansia exagerada de consumo (especialmente de superfluos). Pues en nada adelanta disminuir la población mundial a la tercera parte, si esa tercera parte continua a consumir cinco veces más de forma irresponsable.
Este es otro problema de muy difícil solución.
A ver si alguien tiene tiene alguna idea efectiva de cómo solucionarlo.
Abrazos.
martes 10 agosto, 2021 @ 7:49 pm
Habría que pensar unas fórmulas que, respetando todo lo posible la libertad personal, nos llevasen a un decrecimiento hasta esa cifra unos 3000 millones. Por ejemplo, se puede ofrecer una pensión u otro premio importante a toda mujer u hombre que acepte ser esterilizado, previa prueba de que aún están en condiciones. O sea, con un baremo: a un chaval o chica del inicio de la mayoría de edad la oferta máxima -¡juventud, divino tesoro!- a los viejales, o sea, estériles por edad o por cualquier otra causa, ni un euro. Instauraría un servicio obligatorio para la limpieza del planeta -como antes la mili, pero para bien-, que tuviese, además una repercusión positiva en la salud, educación ambiental y de empatía de los participantes. Podría ser un par de semanas al año, como vacacionales, o sea, no cansinas ni agotadoras. Es que hay muchísima porquería que limpiar, que quien no ha ido a adecentar un trozo de playa o de campo, no se hace idea.
Bueno todo esto habría que repensarlo y desarrollarlo.
Hablas del consumo exagerado y es cierto, así que habría que pensar en un método para premiar el ahorro, y no este interés cero o casi -no lo sé porque ni lo miro- que los bancos te dan por el dinero que te guardan tan bien que ya ni te atienden. Habría que hacer una huelga bancaria, pero como eso de la comodidad nos ha llevado a domiciliarlo todo (y lo bien que les viene a los servicios, que pueden prescindir de cobradores)…, no se me ocurre cómo organizarlo. Abrazos generales.
Veo que nuestro perseguidor de alargamiento de telómeros, Miguel Ángel, debe estar muy ocupado con el dichoso COVID, pues este es su tema favorito pero no se pronuncia.
Mas abrazos.
miércoles 25 agosto, 2021 @ 8:19 am
«Esto se acaba y no hay quien lo pare». Eso decíamos en el campamento militar y yo, inocente de mí, creí que era porque faltaba poco para irnos a casa -porque, ciertamente, solíamos cantarlo próximo el final- pero los militones (no sé por qué no existe «militón» -con un significado bromista de militar profesional de cualquier rango-, en el DRAE cuando dan cabida a «comilitón» y «conmilitón») se lo tomaban como aludiendo a que se acababa el régimen franquista y, quizá para muchos o algunos de mis compañeros así fuese, por lo que la cosa les cabreaba un montón. Digo esto porque se acaban las vacaciones neofronterizas y nuestro querido Miguel Ángel no dice esta boca es mía sobre el tema que tanto le gusta: la inmortalidad.
Pero claro, a mí y a mis queridos pensadores Eduardo y Lluís, nos da por pensar. ¿Y si la cosa fuese como lo que le sucede a la -o él- «Turritopsis nutricula» que vuelve a su -casi- nacimiento?. Sería bonito, pero la cosa está en si conservaríamos los recuerdos, porque, pensándolo bien, nuestra personalidad son nuestros recuerdos.
Os cedo el tema y un fuerte abrazo a todos, especialmente a Miguel Ángel -el gran ausente-, Lluís y Eduardo -sin orden ni concierto-.
miércoles 25 agosto, 2021 @ 4:35 pm
Sobre el tema de la inmortalidad, no se precisa ser muy visionario para imaginar, (con bastante posibilidad de acierto), lo que nos depara el futuro, (no tan lejano, está a la vuelta de la esquina). Claro que si no nos auto destruimos antes.
Existen actualmente algunas experiencias notables y promisoras, con manipulación genética de células madre, encaminadas a la generación de órganos humanos. Sigue como ejemplo el siguiente enlace. Hay bastantes científicos trabajando en este tema.
https://elpais.com/elpais/2019/07/30/ciencia/1564512111_936966.html
Esta rama de la ciencia no está avanzando más rápidamente, debido a las limitaciones éticas, y falta de reglamentación actual. Personalmente no tengo duda de que este avance es imparable.
Por otro lado, están los constantes e impresionantes avances, en dispositivos (electrónicos y otros, implantables) capaces de sustituir, reparar y potencializar capacidades humanas.
Es fácil intuir que, a medida que vayamos envejeciendo, o surjan problemas en el funcionamiento de cualquier órgano, inmediatamente podrá ser sustituido, por otro idéntico o mejorado, previamente fabricado sobre medida en laboratorios adecuado.
El mayor problema lo veo en lo que entendemos como ‘EL YO’ (lo que somos mentalmente).
Si la ciencia no consigue copiar y transferir esta información, ‘EL YO’. Aun con un cuerpo físico tal vez, enteramente más nuevo y potencializado, tendríamos que, empezar a acumular nuevas experiencias totalmente desde cero. Construir un nuevo “YO”. En este sentido no seriamos eternos.
Por otro lado, si se consigue transferir toda (o parte) de esta información, y continuamos añadiendo nueva constantemente, fatalmente, (al volvernos en la práctica inmortales) terminaríamos por conocerlo todo, al menos de nuestro entorno posible.
Imagino que, más o menos tarde, llegaríamos a un estado de insoportable aburrimiento,
Puestos a elucubrar.
Tal vez empezásemos a juagr de Dios, creando nuevos individuos imperfectos, para observar su evolución y entretenernos con ello.
Abrazos a todos