La capacidad de predecir la estructura tridimensional de las proteínas mediante inteligencia artificial encabeza este año el ranking de los hitos científicos, entre los que también figuran otros como los nuevos fármacos contra la covid-19, medidas del muon que desafían el modelo estándar de la física, aplicaciones in vivo de CRISPR y la extracción de ADN humano antiguo en sedimentos.
Modelos de estructura en 3D de distintas proteínas por el algoritmo RoseTTAFold. / Minkyung Baek & AAAS
Predicción de la estructura de las proteínas mediante IA
La solución a un problema que ha tenido en jaque a los científicos durante casi 50 años es, para Science, el descubrimiento más destacado de 2021.
Utilizando un algoritmo de inteligencia artificial (AlphaFold, de la empresa británica Deepmind), los científicos han logrado predecir la compleja estructura tridimensional que adopta una cadena de aminoácidos al plegarse para dar lugar a una proteína funcional.
“Esto supone un avance en dos frentes”, explica el editor jefe de Science, Holden Thorp, “primero porque resuelve un problema que ha traído de cabeza a los investigadores durante casi medio siglo; y, segundo, porque va a convertirse en una herramienta revolucionaria que incrementará el desarrollo científico, como en su día lo fueron CRISPR o la criomicroscopía electrónica”.
AlphaFold predice la compleja estructura tridimensional que adoptará una cadena de aminoácidos al plegarse para dar lugar a una proteína funcional
Pero este año, dos artículos simultáneos publicados en Nature y Science presentaron los algoritmos de aprendizaje automático AlphaFold y RoseTTA- Fold. Ambos resuelven el “problema del plegamiento de proteínas”, demostrando que pueden determinar la estructura en la que se pliega una proteína basándose solo en los aminoácidos que contiene. Todo un hito histórico en biotecnología.
Los autores han hecho pública la base de datos con los modelos de predicciones, que está disponible para aquellos investigadores o investigadoras que quieran usarla.
Dos avances para luchar contra la covid-19
Las vacunas están teniendo un papel crucial para frenar la pandemia, pero un nuevo actor se ha unido a ellas: los antivirales, que previenen los síntomas y la muerte si se toman en una fase temprana de la infección. Se ha informado de resultados positivos con PF-07321332 de Pfizer y Molnupiravir de Merck, y algunos genéricos como la fluvoxamina (usada en el tratamiento del trastorno obsesivo-compulsivo) también podrían resultar útiles, pero se sigue investigando.
Estos antivirales representan otro de los logros del año para la revista Science, que apunta uno más en este campo: el desarrollo de medicamentos basados en anticuerpos monoclonales, ya que ayudan a luchar contra el SARS-CoV-2 y otros virus, como el VIH. Para fabricarlos se aíslan los anticuerpos más potentes de animales de laboratorio y humanos, y luego se reproducen en cantidades masivas.
Este año se han presentado diversos medicamentos antivirales que ayudan a combatir el SARS-CoV-2, incluyendo algunos basados en anticuerpos monoclonales
Algunos ejemplos son los medicamentos Ronapreve y Regkirona, que en noviembre la Comisión europea consideró como opciones terapéuticas prometedoras, o casirivimab e imdevimab, recomendados por la OMS en ciertos casos. Si se utilizan en las primeras etapas de la infección, reducen significativamente la hospitalización y las muertes en pacientes con riesgo de covid grave.
Nuevas medidas de muon que desafían el modelo estándar
En abril de 2021 se publicaron las conclusiones del experimento Muon g-2, llevados a cabo en el laboratorio estadounidense Fermilab.
Los resultados generaron un gran revuelo en la comunidad científica al mostrar que los muones —partículas fundamentales 200 veces más masivas que el electrón— se comportan de una forma distinta a la que predice el modelo estándar de física de partículas, lo que parece insinuar que están interaccionando con otras partículas o fuerzas desconocidas.
El comportamiento de los muones parece desafiar el modelo estándar de física de partículas
Aun así, es una señal convincente de nueva física. Según los investigadores, la probabilidad de que los resultados sean una fluctuación estadística es de aproximadamente 1 entre 40.000.
El análisis de los datos del segundo y tercer run —período de ejecución— de Muon g-2 ya se está realizando, la cuarta fase está en curso, y hay prevista una quinta. La combinación de los resultados de las cinco ejecuciones proporcionará a los científicos una medición aún más precisa del bamboleo del muon, revelando con mayor certeza si efectivamente se esconden fuerzas o física desconocida dentro de la espuma cuántica.
Observaciones sísmicas del interior de Marte
En julio de 2021 se publicaron los primeros datos del módulo de aterrizaje Insight de la NASA, diseñado para recoger la actividad sísmica del planeta rojo.
Los editores de Science lo han elegido entre los hitos más representativos de la ciencia en este año porque Insight ha proporcionado información clave sobre la estructura interna y composición del cuarto planeta del sistema solar.
Las ondas sísmicas mostraron que el planeta rojo tiene una fina corteza, un manto poco profundo y un núcleo líquido inusualmente grande. Los nuevos datos ofrecen pistas sobre cómo se formó Marte hace miles de millones de años y cómo ha evolucionado a su estado actual.
Insight cuenta con participación española en su estación medioambiental TWINS, diseñada por el Centro de Astrobiología.
El módulo de aterrizaje de la NASA, Insight. / NASA
Obtención de ADN humano antiguo en sedimentos
Hace poco más de una década, el sueco Svante Pääbo revolucionaba el campo de la paleontología fundando la paleogenómica, el análisis de ADN antiguo a partir de restos fósiles.
Pero, como destaca Science, en 2021 se ha demostrado que ya no son imprescindibles esos restos humanos fósiles para secuenciar el ADN, si no que basta con analizar el sedimento de una cueva prehistórica para identificar a sus antiguos pobladores.
Ya no hacen falta restos humanos fósiles para secuenciar el ADN, si no que basta con analizar el sedimento de una cueva prehistórica
Aplicación in vivo de la técnica CRISPR
Las aplicaciones de la técnica de edición genética CRISPR-Cas9, —que valió a sus creadoras el Nobel de Química en 2020— no paran de aumentar. Hasta ahora, todos los tratamientos que usaban estas tijeras genéticas eran ex vivo, es decir, administrados en una muestra en el laboratorio. La revista Science destaca que este año se ha dado un paso más aplicando la tecnología CRISPR directamente en el cuerpo, in vivo.
En 2021 los científicos han dado un paso más con la tecnología CRISPR al aplicarla directamente en el cuerpo de pacientes, con enfermedades como la amiloidosis heridataria y la amaurosis congénita
En otra investigación, científicos de Editas Medicine (EE UU) inyectaron un virus inofensivo portador de ADN CRISPR en los ojos de seis adultos con un trastorno hereditario de la visión denominado amaurosis congénita de Leber, y al cabo de unos meses dos pacientes, que habían estado casi completamente ciegos, podían percibir más luz y uno de ellos pudo correr una carrera de obstáculos con poca luz.
El desarrollo exitoso de este tipo de terapia puede sentar las bases para el tratamiento de multitud de dolencias de origen genético, aunque estas investigaciones se encuentran todavía en una fase incipiente.
La ‘cría’ de embriones abre ventanas en el desarrollo temprano
El conocimiento de las primeras etapas del desarrollo embrionario ayuda a entender los abortos espontáneos y los defectos congénitos, así como a perfeccionar los protocolos de fecundación in vitro, pero limitaciones legales y éticas restringen el estudio con embriones humanos.
Se ha conseguido alargar la vida de embriones de ratón extraídos de la madre y crear réplicas de blastocistos, una etapa embrionaria crucial
Otros equipos crearon réplicas de blastocisto (una etapa embrionaria crucial) a partir de células madre embrionarias humanas o bien células adultas reprogramadas. Estos trabajos permitirán comprender mejor los defectos del desarrollo temprano y a avanzar en nuevas terapias de reproducción asistida. No son embriones reales, pero ayudan en la investigación y son menos controvertidos.
En 2021, la organización internacional que establece las directrices para la investigación con células madre también ha relajado la prohibición de cultivar embriones humanos en el laboratorio durante más de 14 días, lo que facilita su estudio más allá de esas dos semanas.
Un embrión en las primeras etapas de su desarrollo. / Adobe Stock
Drogas psicodélicas para tratar el estrés postraumático
El trastorno de estrés postraumático es una dolencia psiquiátrica que afecta a la vida de cientos de millones de personas al año. El poder de alteración de la mente de las drogas psicodélicas ha suscitado la esperanza de que puedan aliviar enfermedades psiquiátricas como esta, pero pocos ensayos grandes y rigurosos han demostrado su eficacia.
En este contexto, en mayo se publicó un estudio que destaca la utilidad y efectividad de drogas recreativas actualmente ilegales, como el MDMA —éxtasis— o el alucinógeno psilocibina. Estas sustancias, combinadas con terapia conversacional, pueden crear una sensación de bienestar y empatía que ayude a las personas a procesar sus experiencias traumáticas
En noviembre, la empresa británica COMPASS Pathways anunció también los resultados positivos de un ensayo aleatorio realizado con psilocibina, un compuesto obtenido de las setas con potencial para ser aplicado en personas con depresión resistente al tratamiento. En cualquier caso, las investigaciones sobre todos estos controvertidos compuestos y el debate sobre su regulación continúa.
Resultado inesperado en fusión nuclear
Este año se ha producido un resultado en la National Ignition Facility (NIF, en EE UU) que sorprendió a sus propios investigadores: una reacción de fusión que se acercó como nunca antes al ‘punto de equilibrio’ oficial, aquel en el que una reacción produce más energía que la que necesita el láser para encenderla.
En la National Ignition Facility de EE UU este año se ha obtenido un resultado sobre fusión nuclear que ha sorprendido a sus propios científicos
Lo que utiliza el NIF es el pulso del láser de mayor energía del mundo para comprimir una cápsula del tamaño de un grano de pimienta con isótopos de deuterio y tritio. A principios de este año, este método generó 170 kilojulios de energía de fusión por disparo, muy por debajo de la entrada del láser de 1,9 megajulios, pero otro ‘tiro’ el 8 de agosto lo aumentó a 1,35 megajulios.
Este buen resultado, destacado también por Science, todavía no ha sido analizado por una revista científica y los investigadores tratan de entenderlo e incluso mejorarlo. Varios expertos predicen que lograrán generar energía mucho antes que el ITER, que tiene en frente a otros proyectos de fusión nuclear (Commonwealth Fusion Systems, Tokamak Energy, General Fusion y TAE Technologies Energy) que también han presentado avances en 2021.