Oxford crea proteínas con funciones cuánticas y abre una frontera biotecnológica
Un equipo de investigación encabezado por el Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford (Reino Unido) ha verificado que resulta posible plantear un proceso mecanocuántico dentro de proteínas, un avance que abre la vía a una nueva categoría de tecnologías biológicas basadas en la cuántica.
El trabajo, publicado en 'Nature', describe la generación de una nueva familia de biomoléculas: proteínas fluorescentes magnetosensibles (MFP, por sus siglas en inglés). Estas proteínas pueden interactuar con campos magnéticos y con ondas de radio a partir de interacciones mecanocuánticas internas que se activan al exponerlas a luz con una longitud de onda adecuada.
- Avance cuántico en proteínas
- Proteínas fluorescentes magnetosensibles (MFP)
- Aplicaciones en biomedicina e imagen
- Evolución dirigida y enfoque interdisciplinario
- Declaraciones y siguientes líneas de trabajo
Avance cuántico en proteínas
La investigación sitúa el foco en la posibilidad de diseñar un proceso cuántico funcional dentro de una proteína, en lugar de limitarse a identificar efectos cuánticos ya presentes en sistemas biológicos. Según el estudio, este paso permite plantear tecnologías prácticas basadas en ese tipo de interacción.
Hasta ahora, los efectos cuánticos se habían mostrado como esenciales para algunos procesos biológicos, como la navegación en las aves. En este caso, la novedad señalada por el equipo es el tránsito desde la observación de esos efectos en la naturaleza hacia su diseño deliberado con fines aplicables.
Proteínas fluorescentes magnetosensibles (MFP)
El artículo informa de la creación de proteínas fluorescentes magnetosensibles, denominadas MFP, con capacidad de responder a campos magnéticos y a ondas de radio. La respuesta se produce por mecanismos internos que conectan propiedades mecánicas y cuánticas dentro de la propia proteína.
De acuerdo con el estudio, la interacción se desencadena bajo iluminación con una longitud de onda adecuada. En ese contexto, las MFP actúan como biomoléculas diseñadas para vincular señales físicas externas con un comportamiento detectable.
Interacciones mecanocuánticas y luz
El trabajo atribuye el funcionamiento de estas biomoléculas a interacciones mecanocuánticas que ocurren dentro de la proteína. Estas interacciones aparecen cuando la proteína se expone a luz con la longitud de onda requerida, según la descripción del estudio.
Con ese mecanismo, las MFP pueden relacionar la activación por luz con la capacidad de interactuar con campos magnéticos y ondas de radio. El resultado es una base operativa para tecnologías biológicas cuánticas orientadas al uso en condiciones experimentales y, potencialmente, aplicadas.
Aplicaciones en biomedicina e imagen
El equipo ya explora usos en biomedicina. Como parte del trabajo, se desarrolló un prototipo de instrumento de imagen que localiza proteínas modificadas mediante un mecanismo comparable al de la resonancia magnética (RM), técnica ampliamente utilizada en hospitales.
Según lo descrito, a diferencia de la RM, este enfoque podría permitir el rastreo de moléculas específicas o de la expresión génica en un organismo vivo. El estudio enmarca estas mediciones como relevantes para retos médicos como la administración dirigida de fármacos y la monitorización de cambios genéticos en tumores.
Evolución dirigida y enfoque interdisciplinario
Para obtener las proteínas modificadas, la investigación empleó una técnica de bioingeniería conocida como evolución dirigida. El método introduce mutaciones aleatorias en la secuencia de ADN que codifica la proteína, lo que genera miles de variantes con propiedades distintas.
De esa colección, se eligen las variantes con mejor rendimiento y el ciclo se repite. Tras numerosas rondas sucesivas, las proteínas seleccionadas mostraron una sensibilidad a los campos magnéticos significativamente mayor, conforme a lo comunicado en el estudio.
Selección de variantes y mejora de sensibilidad
El procedimiento descrito se basa en iteraciones: mutación, generación de variantes y selección de las más eficaces. Con la repetición del proceso, se consolidan cambios que mejoran el comportamiento buscado, en este caso la sensibilidad magnética.
El avance se asocia también a un planteamiento interdisciplinario que reunió biología de ingeniería, cuántica e inteligencia artificial. El estudio lo presenta como el primer caso en el que se aprovecha su intersección para desarrollar una nueva tecnología.
Declaraciones y siguientes líneas de trabajo
Gabriel Abrahams, primer autor del artículo y estudiante de doctorado del Departamento de Ciencias de la Ingeniería, describió el trabajo como "un descubrimiento enormemente emocionante". "Lo que me asombra es el poder de la evolución: aún no sabemos cómo diseñar un sensor cuántico biológico realmente bueno desde cero, pero al dirigir cuidadosamente el proceso evolutivo en bacterias, la naturaleza encontró una solución para nosotros".
El autor principal del estudio, el profesor asociado Harrison Steel del Departamento de Ciencias de la Ingeniería, apunta: "Nuestro estudio pone de relieve la dificultad de predecir el sinuoso camino que lleva de la ciencia fundamental al avance tecnológico. Por ejemplo, nuestra comprensión de los procesos cuánticos que ocurren dentro de las MFP solo se logró gracias a expertos que han dedicado décadas a estudiar cómo las aves se orientan utilizando el campo magnético terrestre. Mientras tanto, las proteínas que sirvieron de punto de partida para la ingeniería de las MFP se originaron en la avena común".
Tras los resultados obtenidos, el equipo está acelerando el trabajo para concretar aplicaciones del hallazgo y para ampliar la comprensión de los efectos cuánticos en la naturaleza. Esta línea se integra en un importante proyecto reciente del BBSRC dirigido por el Departamento de Química de Oxford.