Cómo los científicos diseñan proteínas desde cero

Los bloques de construcción de la vida, reimaginados

Cada célula viva funciona con proteínas. Estas intrincadas máquinas moleculares digieren los alimentos, combaten las infecciones, transportan oxígeno y potencian cada contracción del corazón. Durante miles de millones de años, la evolución por sí sola decidió qué proteínas existían. Ahora, por primera vez, los científicos están escribiendo las suyas propias.

El campo se llama diseño de novo de proteínas — del latín "desde nuevo" — y permite a los investigadores crear proteínas que nunca han existido en la naturaleza, diseñadas átomo por átomo en una computadora y luego traídas a la vida en un laboratorio. El logro fue reconocido en 2024 cuando el bioquímico David Baker de la Universidad de Washington compartió el Premio Nobel de Química por su trabajo pionero en esta área.

¿Qué es exactamente una proteína?

Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos — pequeños bloques de construcción químicos — que se pliegan en formas tridimensionales precisas. Esa forma lo determina todo: cómo se comporta una proteína, a qué se une y qué hace. La hemoglobina se curva en un bolsillo que agarra las moléculas de oxígeno. Los anticuerpos forman pinzas en forma de Y que se enganchan a los virus. Las enzimas crean sitios activos que aceleran las reacciones químicas con extraordinaria precisión.

La naturaleza selecciona secuencias de proteínas a través de miles de millones de años de evolución por ensayo y error. El diseño de novo invierte este proceso: los científicos comienzan con la forma que desean y trabajan hacia atrás para encontrar una secuencia de aminoácidos que se pliegue en ella.

Cómo funciona el diseño de novo de proteínas

El proceso combina modelado computacional, física y aprendizaje automático. Según el Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington, los pasos principales son:

• Definir la función objetivo — ¿Qué debe hacer la proteína? ¿Unir un virus? ¿Catalizar una reacción? ¿Encajar en un receptor?
• Diseñar la estructura — Utilizar software para modelar una forma tridimensional capaz de realizar esa función.
• Calcular la secuencia — Determinar qué combinación de aminoácidos se plegará de manera fiable en esa forma.
• Construir y probar — Sintetizar el gen, insertarlo en una célula, dejar que produzca la proteína y verificar que funciona como se predijo.

La primera gran prueba llegó en 2003, cuando el equipo de Baker utilizó su software Rosetta para diseñar una pequeña proteína llamada Top7 — la primera proteína totalmente artificial jamás construida. Su estructura no tenía equivalente en ninguna parte del mundo natural, sin embargo, se plegó exactamente como se predijo.

La revolución de la IA: de Rosetta a RFdiffusion

Durante años, el progreso fue laborioso. Diseñar incluso una pequeña proteína funcional podía llevar meses. Eso cambió drásticamente con la inteligencia artificial.

El lanzamiento en 2020 de AlphaFold2 por DeepMind — que también compartió el Nobel de 2024 — resolvió el "problema del plegamiento de proteínas", prediciendo la estructura de casi cualquier proteína conocida con una precisión casi perfecta. El laboratorio de Baker luego desarrolló RFdiffusion, un modelo de IA generativa que funciona a la inversa: en lugar de predecir una estructura a partir de una secuencia, genera estructuras completamente nuevas bajo demanda. Publicado en Nature en 2023, RFdiffusion logró tasas de éxito aproximadamente 100 veces mayores que los métodos anteriores al diseñar proteínas que se unen a objetivos moleculares específicos.

La herramienta funciona de manera similar a la IA generadora de imágenes: comienza con ruido aleatorio y lo refina iterativamente en una estructura proteica coherente, guiada por las especificaciones del usuario.

Qué pueden hacer las proteínas diseñadas

Las aplicaciones abarcan la medicina, la industria y el medio ambiente. Según los Institutos Nacionales de Salud, las proteínas diseñadas podrían:

• Combatir virus — El equipo de Baker creó una mini-proteína de solo 56 aminoácidos que inhibe el SARS-CoV-2, el virus detrás de COVID-19.
• Mejorar las vacunas — Las proteínas novedosas pueden presentar antígenos al sistema inmunitario de manera más efectiva que las estructuras naturales.
• Tratar enfermedades — Los aglutinantes diseñados a medida pueden bloquear los receptores del cáncer o administrar medicamentos con precisión milimétrica.
• Limpiar la contaminación — Las enzimas diseñadas pueden descomponer plásticos, pesticidas y productos químicos industriales tóxicos.
• Habilitar nuevos materiales — Los nanomateriales basados en proteínas podrían transformar la electrónica, los sensores y la construcción.

En 2026, los investigadores informaron sobre un método para diseñar ensamblajes de proteínas regulados por fármacos de moléculas pequeñas — incluido uno controlado por el compuesto amantadina aprobado por la FDA — abriendo la puerta a proteínas "programables" que se activan o desactivan en respuesta a la medicación.

Por qué es importante

La evolución está limitada por lo que ya existe. El diseño de novo de proteínas no lo está. Al construir proteínas a partir de los primeros principios, los científicos pueden resolver problemas que la naturaleza nunca encontró — y hacerlo en meses en lugar de millones de años.

Como Baker le dijo al comité del Nobel, la capacidad de diseñar proteínas a voluntad representa "una nueva era de la ingeniería molecular". Las primeras proteínas totalmente diseñadas ya están entrando en ensayos clínicos, y el ritmo del descubrimiento se está acelerando. Lo que una vez fue el dominio exclusivo de la evolución ahora pertenece, al menos en parte, al ingenio humano.