Revolución biotecnológica: una IA creó una proteína inédita tras simular 500 millones de años de evolución

Para lograr este hito, desarrollaron un modelo de IA generativa multimodal llamado ESM3. Foto: Reuters.

En un avance sin precedentes en el campo de la biología sintética, un equipo de científicos logró diseñar una proteína completamente nueva utilizando inteligencia artificial.

A través de un modelo avanzado de aprendizaje automático, los investigadores simularon 500 millones de años de evolución para generar una estructura proteica inédita, sin equivalente en la naturaleza. Este logro podría revolucionar la medicina, la biotecnología y la ciencia ambiental, permitiendo el diseño de proteínas con funciones específicas para diversos usos.

ESM3, un modelo de inteligencia artificial que mezcla biología, ciencia evolutiva e IA. Video: Evolutionary Scale.

El descubrimiento fue realizado por científicos de EvolutionaryScale, una startup de inteligencia artificial fundada por ex ingenieros de Meta y respaldada por gigantes tecnológicos como Amazon y NVIDIA, en colaboración con la organización Arc Institute.

Para lograr este hito, desarrollaron un modelo de IA generativa multimodal llamado ESM3, diseñado para analizar, predecir y crear nuevas secuencias de proteínas con base en una cantidad masiva de datos biológicos.

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Un modelo de inteligencia artificial que imita la evolución

El modelo ESM3 se basa en la arquitectura de los modelos de lenguaje a gran escala (LLM), pero en lugar de procesar texto, analiza secuencias y estructuras proteicas.

En su entrenamiento, se alimentó con más de 3.000 millones de secuencias de proteínas provenientes de diversas fuentes, desde organismos marinos y microorganismos de suelos hasta bacterias de entornos extremos como respiraderos hidrotermales.

El diseño de proteínas artificiales fue todo un desafío para la biotecnología durante décadas. Foto: Unsplash.

Para este experimento en particular, la IA fue programada para imitar el proceso evolutivo de los últimos 500 millones de años, generando miles de proteínas hipotéticas con funciones similares a las ya conocidas, pero con estructuras completamente nuevas.

En este proceso, ESM3 logró diseñar una proteína fluorescente que solo comparte un 58% de similitud con las proteínas fluorescentes naturales existentes. 

Esta nueva molécula, denominada esmGFP, guarda ciertas similitudes con las proteínas responsables de la fluorescencia en medusas y corales bioluminiscentes, pero con una estructura única que no se encuentra en la naturaleza.

Según el estudio publicado en la revista Science, para que una proteína con esta composición surgiera de manera natural, habría sido necesario un proceso de evolución de 500 millones de años y al menos 96 mutaciones genéticas sucesivas.

Ilustración de la nueva proteína fluorescente verde desarrollada por la inteligencia artificial. Foto: Evolutionary Scale.

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Un paso clave en la biología sintética

El diseño de proteínas artificiales fue todo un desafío para la biotecnología durante décadas. Sin embargo, los modelos de inteligencia artificial están permitiendo acelerar este proceso de forma exponencial, reduciendo lo que antes tomaba millones de años en la naturaleza a tan solo unos meses en un laboratorio.

Los investigadores destacan que la capacidad de diseñar proteínas desde cero tiene implicaciones revolucionarias en múltiples campos. Entre los usos más prometedores de este tipo de tecnología se encuentran:

• Medicina personalizada: la creación de proteínas específicas podría permitir el desarrollo de nuevos fármacos y terapias dirigidas para tratar enfermedades como el cáncer, las enfermedades neurodegenerativas y los trastornos genéticos.
• Biotecnología ambiental: las proteínas diseñadas podrían utilizarse para descomponer plásticos, eliminar contaminantes o mejorar procesos de reciclaje.
• Agricultura y alimentación: nuevas enzimas podrían optimizar la producción de alimentos, mejorar la resistencia de los cultivos a climas extremos y reducir la necesidad de fertilizantes químicos.

El estudio también plantea la posibilidad de que en el futuro la inteligencia artificial pueda diseñar proteínas con funciones que aún no existen en la naturaleza, permitiendo la creación de materiales biológicos con propiedades completamente nuevas, como estructuras autoensamblables o biomateriales ultrarresistentes.