¿Cómo ayudará el plegamiento rápido de proteínas, como el realizado en la computadora cuántica de D-Wave, a la investigación médica?

Es un camino muy, muy, muy largo desde este documento hasta cualquier aplicación médica. Es un estudio de viabilidad para una idea experimental que podría abrir nuevas vías de investigación, cuyo producto final podría ser una droga experimental (de la cual la mayoría se descarta). Así que no te excedas en esto.

La esencia es esta: el ADN, como usted sabe, codifica las proteínas. La secuencia de bases describe una serie de aminoácidos, que el cuerpo fabrica.

Las proteínas se pliegan sobre sí mismas. Es un poco como tomar una cuerda y hacer una variedad de mellas en ella, y colocar imanes en varios puntos. Se pliega en las hendiduras, y los imanes se atraen y repelen entre sí. Esto ocurre más o menos de la misma manera en cada copia de la proteína, lo que le da una forma distintiva. Realmente es la forma de la proteína, más que la química de sus aminoácidos, la que produce la función de la proteína.

El estudio de la función proteica, “proteómica”, es el siguiente paso ahora que hemos descubierto el genoma. Los genes en sí mismos no nos dicen qué está pasando. Las proteínas interactúan entre sí en vastos y desconocidos números de maneras de ceder el funcionamiento real del cuerpo. Y si sabemos cómo se supone que debe funcionar, tenemos alguna posibilidad de solucionarlo cuando sale mal.

Hay formas básicas en que el plegamiento de proteínas puede ayudar. Una de ellas es un plegamiento erróneo: algunas enfermedades (incluida la enfermedad de Alzheimer y algunos cánceres) pueden deberse a un plegamiento incorrecto. Si aprendemos las formas en que las proteínas se pliegan y se doblan incorrectamente, podríamos solucionar los problemas.

Otra es en diseño de drogas. Las proteínas constituyen tanto los receptores como las cosas que los unen. Podríamos utilizar el conocimiento de cómo se pliegan las proteínas para descubrir cómo tocar algunos receptores pero no a otros, bloquear el acceso de virus y bacterias, etc.

Eso está muy lejos. Antes de que podamos siquiera mirar “muy lejos”, descubrir el plegado es una tarea difícil. Tienes miles o decenas de miles de aminoácidos cada uno repelente, atrayente, retorcido, doblado, etc. Simular eso es un problema computacional monstruoso (aunque notablemente, algo que los humanos realmente hacen sorprendentemente bien a veces, por ejemplo, Fold.it (Solve Puzzles) para la ciencia)).

Si bien este avance en particular es un pequeño paso interesante, no está claro que ofrezca una ventaja computacional real, y aunque lo haga, hay muchos más pasos largos para una aplicación médica real. Este es un trabajo importante, pero la relevancia inmediata es insignificante.

El documento en cuestión es una prueba de concepto. Usar una computadora para simular el plegamiento de una proteína es muy intensivo en términos computacionales. Se cree que problemas como el plegamiento de proteínas se pueden resolver en tiempos mucho más cortos utilizando algoritmos de computación cuántica. El documento anterior no logra esta hazaña, pero muestra que las computadoras cuánticas podrían ser útiles para hacerlo.

La pregunta principal es, ¿por qué querríamos poder calcular el plegamiento de una proteína en un corto período de tiempo? La respuesta es bastante simple. La proteína plegada es la estructura activa que es relevante para la medicina (y la biología en general). Actualmente, la única forma de conocer la estructura de una proteína es medir una estructura cristalina o, para proteínas pequeñas, usar medidas especializadas de resonancia magnética nuclear. Si pudiéramos calcular una estructura tan confiable como las estructuras experimentales, podríamos investigar mucho más fácilmente las miles de proteínas que aún no han determinado sus estructuras. Es probable que muchas de esas proteínas tengan implicaciones para la salud y, por lo tanto, médicas.

Siempre siento que estamos haciendo la tarea de alguien para ellos con estas preguntas.

Hmm …

OK, la razón por la cual el plegamiento de proteínas es importante es que las cosas que hacen las proteínas se deben principalmente a la forma plegada de la proteína. El ADN es un código lineal, pero se usa para hacer objetos tridimensionales, y la forma en que esto sucede es mediante el plegamiento de proteínas.

Comprender cómo se pliegan las proteínas es útil porque, desde hace unos 20 años, ha sido muchísimo más fácil de entender y reproducir y engañar con secuencias de ADN que trabajar directamente con las proteínas mismas. Si tienes algo de ADN, puedes hacer todo lo que quieras y puedes expresar las proteínas tanto como quieras.

Si solo tienes algo de proteína, es más difícil. No hay una manera fácil de producir más proteínas a partir de algunas proteínas. Y luego, cuando lo tienes, tienes que esperar que se cristalice (lo que no siempre sucede). Y luego tienes que tomar rayos X en él y obtener estas imágenes extrañas y obtener estos planos en ángulos, y luego tienes que adivinar qué diseños de átomos harán los mismos planos, lo cual es muy, muy difícil de hacer.