Una IA simula 500 millones de años de evolución y diseña una nueva proteína

Una IA simula 500 millones de años de evolución y diseña una nueva proteína

¿Qué pasaría si pudiéramos simular la evolución en un laboratorio? Este es el punto de partida de ESM3, un modelo de inteligencia artificial que mezcla biología, ciencia evolutiva e IA para lograr algo que hasta hace poco nos parecía ciencia ficción: crear una proteínadesconocida en la naturaleza dentro de un laboratorio. Este hito ha sido posible gracias a la colaboración de científicos de EvolutionaryScale —una startup de IA fundada por ex ingenieros de Meta y respaldada por Amazon y NVIDIA— y la organización Arc Institute.

"Más de tres mil millones de años de evolución han producido una imagen de la biología codificada en el espacio de las proteínas naturales", escriben los investigadores, dirigidos por Thomas Hayes, fundador de EvolutionaryScale."Hoy demostramos que los modelos de lenguaje entrenados a escala con datos evolutivos pueden generar proteínas funcionales que están muy lejos de las proteínas conocidas", apuntan los expertos en su estudio publicado en la revista Science.

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APROVECHANDO EL PODER DE LA IA PARA LOGRAR UN DESCUBRIMIENTO CIENTÍFICO

El modelo de IA generativa multimodal fue diseñado para crear nuevas proteínas al alimentar su componente LLM (modelo de lenguaje grande) con cantidades ingentes de datos, incluidas secuencias de proteínas (más de 3.000 millones) o estructuras. En este caso, fue entrenado para imitar 500 millones de años de evolución en la Tierra. ESM3 razona sobre la secuencia, la estructura y la función de las proteínas.

Entre todas las generaciones de proteínas que sintetizó la inteligencia artificial, encontraron una proteína fluorescente brillante a gran distancia —evolutivamente hablando— (58% de identidad) de las proteínas fluorescentes conocidas. Lograron obtener el código de una proteína previamente desconocida, parecida a las que podemos encontrar en las medusas y los corales (es lo que les aporta el color fluorescente verde a las medusas o los peces bioluminiscentes y el brillo a los corales).

UNA PROTEÍNA QUE NO EXISTE EN LA NATURALEZA

Las proteínas son uno de los componentes básicos de la vida y realizan varias funciones en el cuerpo, como desarrollar músculos y combatir enfermedades. Pero también incluye dar forma a evoluciones sorprendentes como las que posibilitan la fotosíntesis o la que hacen que algunos animales brillen en la oscuridad. En este caso, la nueva proteína en cuestión, ha sido bautizada como esmGFP y es fluorescente, al igual que su pariente tagRFP.

El código de esta nueva proteína solo comparte un 58% de instrucciones; el resto de la secuencia es única y necesitaría, en la naturaleza, un total de 96 mutaciones genéticas diferentes para evolucionar. Según el estudio, está separada por más de 500 millones de años de evolución con respecto a las proteínas naturales conocidas, lo que quiere decir que estos cambios habrían tardado todo ese tiempo en producirse de forma natural.

Gracias a que este modelo se ha desarrollado utilizando proteínas provenientes de diversas partes del planeta —"desde la selva amazónica y las profundidades oceánicas, hasta entornos extremos como los respiraderos hidrotermales o los microbios presentes en un simple puñado de tierra", según los investigadores—, ESM3 tiene la capacidad de modelar una amplia gama de proteínas y diseñar otras nuevas con un nivel de precisión nunca antes visto.

¿Y QUÉ VALOR PRÁCTICO PUEDE TENER ESTE DESCUBRIMIENTO?

Las proteínas artificiales como esmGFP podrían abrir nuevas puertas en la medicina, la ciencia ambiental y la biología sintética. Quizá en un futuro no excesivamente lejano, los científicos podrían estar creando proteínas para múltiples entornos, desde medicamentos hasta biomateriales, simplemente con un poco de ayuda de la inteligencia artificial.