La ingeniería de proteínas es un campo con un potencial inmenso en diversos dominios científicos y médicos, pero enfrenta desafíos significativos. Los métodos tradicionales para diseñar proteínas con funciones novedosas o mejoradas son lentos, laboriosos e ineficientes, lo que dificulta el avance para aprovechar todo su potencial.
Sin embargo, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han presentado una solución innovadora: la plataforma de Exploración del Paisaje de Proteínas con Máquinas Autónomas Autoconducidas (SAMPLE, por sus siglas en inglés). Este enfoque revolucionario integra un agente inteligente con un sistema robótico completamente automatizado para mejorar la ingeniería de proteínas.
La plataforma SAMPLE opera a través de un proceso colaborativo. El agente inteligente diseña nuevas proteínas mientras aprende sobre las relaciones secuencia-función, mientras que el sistema robótico realiza experimentos y proporciona retroalimentación.
Los investigadores llevaron a cabo 10,000 pruebas simuladas de ingeniería de proteínas utilizando la plataforma SAMPLE, centrándose en datos de citocromos P450. Para seleccionar secuencias de proteínas para su prueba, utilizaron varios métodos de optimización bayesiana (BO, por sus siglas en inglés). La termoestabilidad de las proteínas diseñadas sirvió como medida de la efectividad de los métodos. El estudio también exploró la prueba por lotes e identificó algunas ventajas en experimentos con lotes más pequeños. Un modelo de Proceso Gaussiano (GP, por sus siglas en inglés) entrenado en datos de secuencia-función guió las decisiones de diseño del agente, asegurando solidez y confiabilidad a través de múltiples capas de manejo de excepciones y control de calidad.
Notablemente, la plataforma SAMPLE identificó con éxito enzimas glicosidasa hidrolasa que mostraron una estabilidad significativamente mejorada en comparación con las secuencias iniciales. Estas proteínas diseñadas por máquinas mostraron un aumento de al menos 12 °C en tolerancia térmica. Curiosamente, las secuencias principales identificadas por cada agente eran únicas pero eventualmente convergieron a la misma región en el paisaje de aptitud, lo que indica el logro de un pico global de aptitud. La confirmación de la caracterización humana validó aún más la mayor termoestabilidad y el mantenimiento de la actividad catalítica de las proteínas diseñadas por máquinas.
La plataforma SAMPLE representa un gran avance en la ingeniería de proteínas, mostrando el potencial de los laboratorios autoconducidos para automatizar y acelerar el descubrimiento científico. Su integración de aprendizaje, toma de decisiones y experimentación de manera totalmente autónoma marca una mejora sustancial en comparación con los sistemas semiautónomos anteriores. Este enfoque sistemático destaca la sinergia del diseño computacional inteligente, la experimentación automatizada y la gestión precisa de datos en el avance de la ingeniería de proteínas.
Con las capacidades de la plataforma SAMPLE, el futuro de la ingeniería de proteínas promete un progreso acelerado y descubrimientos innovadores en química, energía, medicina y más allá.
Preguntas frecuentes (FAQs)
1. ¿Qué es la ingeniería de proteínas?
La ingeniería de proteínas es un campo de estudio que se enfoca en el diseño y modificación de proteínas para mejorar sus funciones o desarrollar nuevas funciones que no existen en la naturaleza. Esto se logra a través de la manipulación de la secuencia de aminoácidos que conforman la proteína.
2. ¿Qué es la plataforma SAMPLE y cómo funciona?
La plataforma SAMPLE es una innovadora solución en la ingeniería de proteínas desarrollada por investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison. Combina un agente inteligente con un sistema robótico completamente automatizado para acelerar el proceso de diseño y experimentación de nuevas proteínas. El agente inteligente diseña proteínas y aprende de las relaciones entre la secuencia de aminoácidos y las funciones de las proteínas, mientras que el sistema robótico realiza los experimentos correspondientes y proporciona retroalimentación al agente.
3. ¿Cuál es la importancia de la plataforma SAMPLE en la ingeniería de proteínas?
La plataforma SAMPLE representa un avance significativo en la ingeniería de proteínas al automatizar y acelerar el proceso de descubrimiento científico. Su enfoque sistemático, que combina el diseño computacional inteligente, la experimentación automatizada y la gestión precisa de datos, mejora la eficiencia y la efectividad en la generación de proteínas con funciones mejoradas o novedosas.
4. ¿Cuáles son las aplicaciones potenciales de la ingeniería de proteínas?
La ingeniería de proteínas tiene diversas aplicaciones en campos como la química, la energía y la medicina. Por ejemplo, puede ser utilizada para desarrollar enzimas más eficientes en la producción industrial, diseñar proteínas terapéuticas para el tratamiento de enfermedades y crear biocombustibles a partir de fuentes renovables.
Fuentes:
– Universidad de Wisconsin-Madison: https://www.wisc.edu/
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