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Mediante la observación del modo en que las proteínas han evolucionado, los investigadores del Centro Médico UT Southwestern han descubierto un conjunto de “reglas” sencillas por las cuales, aparentemente, la naturaleza parece guiarse a la hora de diseñar

21 septiembre 2005

Científicos crean proteínas artificiales operativas siguiendo las leyes de la naturaleza

En dos trabajos publicados en la edición del 22 de septiembre de la revista Nature, Dr. Rama Ranganathan, profesor asociado de farmacología, y sus colegas, detallan un nuevo método para la creación de proteínas artificiales basadas solo en la información que han extraído del análisis de ciertas características que las proteínas naturales individuales comparten entre si.

“El objetivo de nuestra investigación no era encontrar otra forma de fabricar proteínas artificiales en laboratorio, sino descubrir las leyes que la naturaleza y la evolución han seguido para diseñar las proteínas“, comentó el Dr. Ranganathan. “Las leyes que hemos extraído del registro evolutivo de las proteínas contienen una fracción substancial de la información requerida para reconstruir proteínas modernas. Estamos creando soluciones tan parecidas que, al menos en los tubos de ensayo, no podemos diferenciarlas de las proteínas naturales”.

El Dr. Ranganathan comentó que aún podrían existir multitud de pequeñas diferencias entre las proteínas artificiales y las naturales, y que serían necesarias muchas más pruebas posteriores para determinar si pueden o no trabajar en el interior de un organismo real.

“Nuestro trabajo sugiere que las proteínas actuales probablemente han heredado de sus ancestros gran parte de la información que especifica su estructura y aspectos básicos de su funcionalidad, pero es también posible que algunas células específicas, hayan sufrido un reajuste de sus características a lo largo del tiempo hasta alcanzar su propia idiosincrasia”, dijo el Dr. Ranganathan, quien también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI). “Estamos sugiriendo que las funciones que las proteínas desempeñan hoy en día son el resultado de la matización de una plantilla básica ancestral cuyo funcionamiento hemos comprendido ahora”.

Las proteínas, que son las responsables de desempeñar las funciones vitales del cuerpo, se componen de moléculas llamadas aminoácidos, que se ensartan juntas formando largas cadenas. Estas cadenas se enrollan las unas a las otras, o se pliegan, en multitud de formas distinta. Sus formas tridimensionales específicas les ayudan a desempeñar sus funciones biológicas.

Durante décadas, los científicos han sabido que la secuencia de aminoácidos que conforma una proteína determina su estructura y funcionalidad. Lo que aún no se sabe es qué parte de la información contenida en el interior de esta secuencia produce la propia estructura.

Todas las proteínas se fabrican empleando 20 clases de aminoácidos específicos, que pueden repetirse. Incluso para una pequeña proteína compuesta por 100 aminoácidos, el número de posibles combinaciones de aminoácidos es asombroso, de un orden muchas veces mayor que el número de átomos que existen en el universo conocido.

“¿Cómo concibió la naturaleza la secuencia correcta que daba como resultado una proteína operativa? De alguna manera, encontró el modo”, comentó el Dr. Ranganathan. “Una implicación de nuestro trabajo es que el proceso evolutivo en diseño de proteínas puede no ser tan complejo como se creía anteriormente”.

Las investigaciones anteriores mostraron que para un grupo dado de proteínas relacionadas, o familia de proteínas, todos los miembros de la familia comparten estructuras y funcionalidades comunes. Tras examinar más de 100 miembros de cada familia de proteínas, el grupo de UT Southwestern descubrió que las proteínas compartían un patrón específico de reglas de selección de aminoácidos que son únicas para cada familia.

“Lo que hemos descubierto es el antiguo y fundamental cuerpo de información en el interior de cada familia de proteínas, y que esa información basta para especificar la estructura de las proteínas modernas”, añadió el Dr. Ranganathan.

Él, junto a su equipo, puso a prueba sus recientemente descubiertas “reglas”, deducidas a partir del registro evolutivo, introduciéndolas en un programa de computadora desarrollado por ellos. El programa generó secuencias de aminoácidos, que más tarde los investigadores “volvían a traducir” para crear genes artificiales. Una vez introducidos en una bacteria de laboratorio, los genes producían proteínas artificiales, tal y como se predecía.

“Descubrimos que cuando se las aislaba, nuestras proteínas artificiales exhibían el mismo rango de estructura y funcionalidad que mostraba el conjunto inicial de proteínas naturales,” explicó el Dr. Ranganathan. “La prueba real vendrá cuando los coloquemos de vuelta en organismos vivos, tales como levaduras o moscas de la fruta, para observar como compiten con las proteínas naturales en un sentido evolutivo”.

Otros investigadores del UT Southwestern, involucrados en el trabajo son los autores Michael Socolich, especialista investigador del HHMI y el Dr. William Russ, instructor asistente de farmacología; Steve Lockless, estudiante de medicina; Prashant Mishra, estudiante del Programa de Pruebas Médico Científicas; Heather Lee, técnica del HHMI; y el Dr. Kevin Gardner, profesor asociado de bioquímica y farmacología. También participaron investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT).

Fuente: Universidad de Texas, Centro Médico Southwestern

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Fuente noticia Daily Science News

Traducido por Miguel Artime para