Las moscas de la fruta, los ratones, el pez cebra, la levadura y el diminuto gusano C. elegans son organismos ejemplares que llevaban la biología moderna a cuestas.
Los científicos no los eligieron por su carisma. Fueron elegidos porque sus similitudes iluminan los principios biológicos de muchas especies. Su biología es lo suficientemente simple como para que los investigadores la dominen, pero lo suficientemente profunda como para continuar brindando nuevos conocimientos siglos después.
Pero los biólogos no tienen un punto de referencia común para una vasta área del campo: las proteínas, ejecutoras de las células. Las proteínas catalizan reacciones químicas, dan estructura a las células y las ayudan a comunicarse entre sí. La mayoría de los organismos utilizan decenas de miles de tipos de proteínas, cada una de las cuales puede mutarse, modificarse y medirse de diversas formas y en innumerables entornos. Gracias en parte a la inteligencia artificial, los investigadores también están generando nuevas proteínas más rápido de lo que pueden estudiarlas.
Sin un punto de referencia común, los resultados de los estudios son difíciles de comparar. Dos laboratorios pueden estudiar la misma proteína en diferentes condiciones experimentales y terminar con resultados que no coinciden. El resultado es una literatura científica llena de hallazgos aislados que a veces están duplicados y son difíciles de generalizar.
Como químico computacional que estudia proteínas fluorescentes, sostengo que los laboratorios también necesitan un conjunto de proteínas modelo. Al igual que las moscas de la fruta y los ratones anclan campos enteros, las proteínas modelo pueden ayudar a los investigadores a aprovechar los hallazgos de los demás y comprender mejor los conceptos básicos de la biología.
La proteína verde fluorescente ilumina lo que se está estudiando. Moen et al/BMC Cancer, CC BI-SA Proteína fluorescente verde como modelo
Si un modelo de proteína va a ser el punto de referencia, el mejor lugar para comenzar es con proteínas que los investigadores ya utilizan cuando necesitan un estándar confiable. La proteína verde fluorescente encabeza esa lista.
La proteína verde fluorescente, aislada por primera vez de medusas, brilla de color verde brillante cuando se encuentra bajo luz azul. Los biólogos combinan la proteína verde fluorescente con otras proteínas para rastrear dónde van las proteínas y cuándo se producen.
La proteína verde fluorescente ya es el punto de referencia de facto para este campo, y se utiliza como proteína de práctica en experimentos antes de intentar objetivos más amplios. A principios de la década de 2000, los investigadores utilizaron la proteína y la versión amarilla en cerdos clonados para demostrar que se podían agregar genes extraños a los mamíferos grandes y funcionar de manera confiable. La proteína verde fluorescente hizo evidente que el nuevo gen se había incorporado con éxito porque los investigadores pudieron ver literalmente las células de cerdo produciendo la proteína codificada por los genes de fluorescencia.
La proteína verde fluorescente es un descubrimiento ganador del Premio Nobel.
El objetivo a largo plazo de estos experimentos era diseñar cerdos para que produjeran proteínas humanas específicas que ayudaran al sistema inmunológico a aceptar el órgano del cerdo en lugar de rechazarlo. La proteína verde fluorescente ayudó a demostrar que la ingeniería básica de esta idea podría funcionar, lo que eventualmente conduciría al primer trasplante de riñón de cerdo a humano.
El uso de proteína verde fluorescente no es el criterio de valoración de la mayoría de los estudios, sino más bien un paso de prueba de concepto. Permite a los investigadores decir: sí, el nuevo gen está ahí, la célula está produciendo una proteína, la proteína funciona y es probable que funcione con otras proteínas.
La IA fuerza puntos de referencia
Cuando los investigadores buscan nuevas proteínas para usar como enzimas, tratamientos o materiales, los modelos de lenguaje de proteínas y otros métodos de IA generativa pueden sugerir una gran cantidad de secuencias de proteínas plausibles para probar. Si bien algunas proteínas diseñadas por IA funcionan en el laboratorio y pueden ayudar a reducir el ensayo y error, muchas proteínas candidatas fallan.
Las proteínas fluorescentes pueden ser una prueba de estrés útil para los modelos de lenguaje de proteínas. La parte más difícil de utilizar la IA para generar proteínas es demostrar que las secuencias que sugiere pueden convertirse en una proteína funcional y plegada correctamente.
La proteína verde fluorescente simplifica la prueba porque la fluorescencia permite ver rápidamente que la proteína se ha plegado correctamente. Puede predecir el brillo, la estabilidad o el color de las proteínas fluorescentes y luego verificar directamente si la proteína generada por IA coincide. Al igual que un estudio con ratones que insinúa que un fármaco podría funcionar en humanos, la proteína verde fluorescente no garantiza que un modelo de IA tenga éxito en todas las proteínas, pero es una señal rápida con amplia confianza de que el proceso de diseño está haciendo algo bien.
Las proteínas fluorescentes hacen que los experimentos sean visuales. Eric A. Rodríguez/Wikimedia Commons, CC BI-SA
Llamar a la proteína verde fluorescente una proteína modelo también mejoraría la forma en que se enseña biología. Al igual que los organismos modelo clásicos, la proteína verde fluorescente es segura y visual. También es indulgente y produce una señal clara y fluorescente incluso cuando los diseños de estudio de los estudiantes no son perfectos.
Estas propiedades lo convierten en una puerta de entrada educativa a ideas como la expresión genética, el plegamiento de proteínas y la bioingeniería. Puede convertir un concepto abstracto en algo que se puede ver en un tubo de ensayo o bajo un microscopio.
Los organismos modelo funcionan porque las comunidades científicas han acordado construir alrededor de puntos de referencia comunes. Creo que la ciencia de las proteínas es ahora lo suficientemente amplia como para necesitar lo mismo, y nombrar la proteína verde fluorescente como proteína modelo podría facilitar la conexión de descubrimientos, la enseñanza a los estudiantes y la evaluación de nuevas herramientas.
En otras palabras, la brillantez todavía puede guiar a los científicos, no sólo deslumbrando, sino ayudando a todo el campo a unirse.
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