predicción del plegamiento de proteínas

Un corte fino de eucalipto yace bajo el objetivo del microscopio, y la luz blanca, tras atravesar dos filtros polarizadores, convierte la madera en un mosaico de manchas púrpuras, amarillas y azules. Estos colores no son aleatorios: como letras en un mapa, indican hacia dónde apuntan los hilos de celulosa, invisibles al ojo, dentro de las paredes celulares.

Una proteína en la célula no permanece inmóvil, como un maniquí en un escaparate. Sus átomos tiemblan, se estiran y se doblan constantemente, como una cuerda de guitarra tensa que sigue sonando después de que la rozas con el dedo. Para entender cómo funciona una proteína, hay que saber con qué firmeza cada parte se aferra a sus vecinas.

Bajo el microscopio electrónico, una proteína se ve como una serie de sombras borrosas: cientos de miles de imágenes de la misma molécula, pero desde ángulos distintos y con un fuerte ruido. Antes, a partir de esas sombras se armaba primero una 'neblina' tridimensional: un mapa de cómo se distribuye la carga eléctrica dentro de la proteína.

La cadena proteica se pliega en una herramienta funcional en fracciones de segundo, y casi nunca se equivoca. Durante mucho tiempo se pensó que la evolución pulía específicamente las secuencias de aminoácidos para que la proteína no solo funcionara, sino que también encontrara fácilmente su forma única. Un nuevo trabajo da la vuelta a esta idea.

Una proteína en la célula no es una escultura congelada, sino un mecanismo inquieto. Sus partes vibran sin cesar, y son precisamente esos movimientos los que determinan cómo captura moléculas, transmite señales o construye el andamiaje celular. Pero filmar la vida de una única proteína se topaba con dos interferencias.

Una biblioteca enorme donde cada libro es una instrucción precisa para ensamblar una molécula de proteína. La red neuronal AlphaFold2 ha leído millones de estos libros y ha aprendido a generar al instante un modelo tridimensional ya terminado.

Un jardinero quiere cultivar una flor rara. No se trata de regar y abonar de cualquier manera, sino siguiendo un horario estricto: un poco más de calor por la mañana, un poco menos de humedad por la tarde. De lo contrario, el bancal lo invaden las malas hierbas comunes. Algo muy parecido ocurre con las moléculas sobre una superficie metálica.

La célula se parece a una biblioteca donde cada día se copian miles de libros. Las máquinas moleculares —polimerasas y ribosomas— se deslizan a lo largo de la cadena plantilla y ensamblan una copia, eslabón por eslabón. Estas máquinas tienen varios estados: pueden frenarse, equivocarse o cambiar de modo.

Una red neuronal, como una hoja de papel cuadriculado, recibe señales homogéneas en su entrada y, por sí misma, traza una cuadrícula de coordenadas. Primero, las conexiones entre las entradas y las células de la red se asemejan a una colina suave: en el centro la respuesta es más fuerte y hacia los bordes se atenúa.

Durante mucho tiempo, solo veíamos las proteínas en su posición final, como fotografías de bailarines congelados en una pose hermosa. Programas como AlphaFold aprendieron a predecir esta pose a partir de la cadena de eslabones de carbono. Pero la verdadera magia está en cómo la proteína encuentra esta forma más rápido de lo que parpadeas, ejecutando una danza vertiginosa.

Un garaje enorme con cientos de plazas de aparcamiento. Llegas en un cochecito diminuto —la molécula del futuro fármaco— y quieres encontrar el único hueco libre donde encaje perfectamente. Solo que estos huecos no son de hormigón, sino que están tejidos con cadenas de ADN o ARN, y las reglas de aparcamiento no están escritas en ninguna parte.

Una proteína en la célula se parece a una pequeña máquina: cada una tiene su propio plano y su tarea. Unas proteínas cortan moléculas, otras transportan oxígeno, otras captan la luz. Para crear tal mecanismo desde cero, hay que resolver dos problemas a la vez: idear qué trabajo hará y cómo, mientras tanto, se plegará en el nudo correcto.

Un largo hilo de cuentas se acomoda en una cajita diminuta: unas cuentas se aprietan entre sí, otras se separan. Ese es el problema que resuelve una proteína cuando se pliega en una molécula funcional. Solo que las cuentas —los aminoácidos— pueden ser cientos, y cada contacto entre ellas altera toda la estructura.

La bombilla se enciende solo en la habitación adecuada. Así funcionan aproximadamente los fármacos fotoactivables: se "encienden" únicamente donde se dirige la luz y no tocan el resto del organismo. Esto es especialmente importante en el tratamiento del cáncer: la quimioterapia convencional golpea a todas las células en división por igual, causando graves efectos secundarios.

El protón parece una bolita compacta, pero en su interior hierve la actividad: los quarks intercambian gluones, las partículas que los mantienen unidos. Los gluones aparecen y desaparecen, y su distribución dentro del protón no es un mero detalle curioso, sino la clave para hacer predicciones en el Gran Colisionador de Hadrones.

La enfermedad de Alzheimer comienza de forma silenciosa: en lo profundo del cerebro se acumulan dos proteínas, tau y beta-amiloide. Se comportan como semillas de maleza: un pequeño cúmulo hace que las células vecinas produzcan más cúmulos.

En las entrañas de cada disco duro o memoria USB se esconde un material que sabe "recordar" el campo eléctrico. Ese material se llama ferroeléctrico. Si se le aplica un voltaje, dentro del cristal se giran diminutas regiones: los dominios, como las agujas de una brújula. Giraste la aguja: escribiste un uno; la giras de vuelta: cero.

El tentáculo de un pulpo se dobla, agarra y se estira, todo sin un solo hueso. El secreto está en que en su interior se alternan zonas que se contraen y zonas que permanecen pasivas. Los científicos llevan tiempo intentando replicar este truco en materiales artificiales, pero hasta ahora no podían precisar exactamente cómo cambiaría de forma el material.

La vejiga urinaria se parece a un globo: mientras se llena, la pared se estira y la forma cambia. Los médicos suelen controlar la presión interna y la cantidad de líquido que entra, pero casi no prestan atención a la geometría en sí: cómo se curva exactamente la superficie.

El cerebro de cada persona está cubierto de circunvoluciones, como una huella dactilar, con un patrón irrepetible. Con la demencia, ese patrón cambia, pero en dos enfermedades parecidas, el Alzheimer y la demencia con cuerpos de Lewy, los cambios son casi indistinguibles a simple vista. Los médicos necesitan un método fiable para separarlas, porque el tratamiento es distinto.

Buscar un nuevo fármaco es como encontrar la llave de una cerradura. La proteína en la célula es la cerradura y la molécula candidata, la llave. Hay que saber si la llave encaja y con qué firmeza se asienta. Antes, la computadora revisaba cada átomo de la cerradura y de la llave para comprobarlo. Una sola cerradura podía tomar horas e incluso días.

En una fina película de aluminio, millones de diminutos granos de metal están apretados entre sí, como granos en un granito. Donde se encuentran tres de estos granos, surge un punto triple: una línea a lo largo de la cual se unen tres bordes.