Enzimas de la nada

Sin las enzimas (proteína que catalizan las reacciones bioquímicas del metabolismo), tareas biológicas vitales como convertir azúcar en energía o como la replicación del ADN les llevaría a las células un tiempo mil millones de veces mayor. Los investigadores han intentado desde siempre imitar la eficacia de la naturaleza para crearlas, pero su complejidad ha obstaculizado sus esfuerzos.

Ahora, un equipo del HHMI (Instituo Médico Howard Hughes, por sus siglas en inglés) ha logrado crear a partir de la nada dos enzimas artificiales y funcionales.

Según el autor senior David Baker, investigador del HHMI en la Universidad de Washington, “los métodos pueden, en principio, ser aplicados a cualquier reacción química”, y podrían llevar a avances en la manufacturación farmacéutica, la limpieza de desperdicios tóxicos y muchas otras áreas.

El equipo de investigación publicó sus resultados en dos artículos, uno fue publicado en el número del 7 de marzo de 2008, de la revista Science, y el segundo fue publicado el 19 de marzo de 2008, en una publicación avanzada en Internet de la revista Nature.

Al igual que otras proteínas, las enzimas se construyen a partir de largas cadenas de aminoácidos. Veinte aminoácidos son las unidades estructurales básicas de construcción de proteínas y cada uno tiene distintas propiedades. A medida que se sintetiza una proteína, se pliega espontáneamente en una forma tridimensional determinada.

La forma de una enzima es crucial para su función porque crea una hendidura llamada sitio activo formado específicamente para unir la molécula diana de la enzima. Si no encaja de forma precisa, la enzima no funciona.

VOLUNTARIOS

La predicción de la forma que tomará una dada cadena de aminoácidos es una especialidad de Baker. En octubre de 2007, su equipo publicó sobre el progreso significativo en la predicción de la estructura de proteínas naturales basadas sólo en sus secuencias de aminoácidos. Para hacer las predicciones, el equipo de Baker utilizó Rosetta, que es un programa computacional que ellos mismos desarrollaron para modelar las interacciones atómicas que gobiernan la forma de proteínas. Sin embargo, dijo Baker, “los cálculos involucrados requieren la utilización de equipos informáticos durante largos períodos de tiempo”. Tanto tiempo es necesario, que Baker necesita acceso a miles de ordenadores.

Cuando comenzó por primera vez a predecir las estructuras de proteínas, Baker utilizó grupos de computadoras de su laboratorio. Hace varios años, se dio cuenta que la cantidad de computadoras requerida para hacer avances significativos era mucho mayor de lo que podría proporcionar su laboratorio. Pero la capacidad computacional que necesitaba Baker estaba alrededor suyo, en los hogares y negocios de personas corrientes sin ninguna relación con la investigación.

Por lo tanto, creó Rosetta@home, una comunidad en Internet que parte los cálculos en pedazos manejables y los envía a un ejército de voluntarios alrededor del mundo que donan tiempo cuando sus computadoras están inactivas al plegamiento de proteínas. Hoy, Rosetta@home tiene casi 190.000 miembros.

Según Baker, las enzimas funcionaron, aunque no tan bien como las encontradas en la naturaleza. “En lugar de acelerar los índices de la reacción un billón de veces, sólo estamos logrando una aceleración en el orden de mejorías de índices de 100.000 veces”, dijo. “Hay claramente algo que nos falta y es muy importante intentar descubrir qué es”.

Según Baker, los resultados de los estudios son importantes por dos motivos. Dice que el primer motivo es que “las enzimas son una de las creaciones más milagrosas de la naturaleza… pero todavía realmente no sabemos cómo funcionan. Este proyecto de intentar crear nuevas enzimas a partir de la nada realmente nos dirá lo que es crítico para que algo sea un buen catalizador”. Baker dice que el segundo motivo es que “hay enormes cantidades de usos prácticos importantes para las enzimas”. Por ejemplo, menciona la aceleración de la producción de productos farmacéuticos, la creación de nuevos combustibles o la limpieza de contaminantes. “Podríamos imaginar nuevas enzimas que nos ayudarán a todos”, ha declarado.