Evolución en un matraz

Como lo había prometido, y catalizado por cierta petición les hablaré hoy a grandes rasgos de lo que hago acá en el Instituto de Biotecnología.

La ingeniería de proteínas es una rama relativamente reciente de la biotecnología, que persigue el fin de crear precisamente nuevas proteínas "a la medida" para el beneficio de los humanos (usualmente para su aplicación en procesos industriales, medicamentos, etc.), usualmente y de acuerdo con el actual estado de la ciencia usualmente se busca más modificar a las enzimas (que son un tipo de proteínas con capacidades catalíticas) o determinadas características (inhibición, termoresistencia, especificidad, etc.) que crear nuevas enzimas de novo.

Actualmente existen dos grandes enfoques dentro de la ingeniería de proteínas:
el enfoque de "diseño racional" y el de "evolución dirigida".

En el enfoque del "diseño racional" la idea es modificar la secuencia de nucleótidos en un gen para modificar la estructura (o parte de la estructura) para en ultima instancia modificar alguna propiedad de la enzima de interés, el problema es que se tiene que tener muchísima información acerca de la estructura de la proteína y la relación secuencia-estructura-funcionalidad-propiedades, lo cual vuelve más complicada la tarea que en principio es relativamente sencilla.

Por otro lado la estrategia de la "evolución dirigida" es más sencilla ya que no precisa un entendimiento tan profundo de la enzima aunque puede resultar bastante laboriosa, y es precisamente en una serie de proyectos dentro de este enfoque de la ingeniería de proteínas que yo estoy metido...

La evolución dirigida, como pueden imaginarse funciona imitando un proceso que ocurre en la naturaleza: la evolución, así es. La evolución se supone funciona mediante el siguiente principio: poblaciones de la misma especie se ven separadas por alguna barrera natural, luego como ocurre todo el tiempo por distintas razones, ocurren mutaciones, que son cambios en la secuencias de nucleótidos en los genes, con el tiempo hay mutaciones que de alguna manera resultan benéficas para el organismo y la naturaleza mediante la selección natural le da preferencia a estas mutaciones sobre los genes originales, y eso continua ocurriendo hasta que una especie es diferente a la otra (espero no haberla regado con este breve resumen de como ocurre la evolución).
Pues en la evolución dirigida se trata de emular el fenómeno antes descrito:

-Primero se crean variantes mutantes del gen de interés los cuales son introducidos en algún microorganismo (como una bacteria por ejemplo), usualmente estos genes mutantes se crean mediante una técnica llamada PCR mutagénica, la cual crea muchas copias del gen, pero comete “errores” durante el proceso.

-Luego estos microorganismos son puestos bajo alguna "Presión ambiental" (como temperatura, otro pH, etc.) aquí se recrearía el fenómeno de la selección natural (los más aptos sobreviven); claro que el mecanismo de selección no es algo así como tan simple, usualmente se crea una proteína hibrida al unir al nivel de los genes la proteína de interés con alguna proteína cuyo malfuncionamiento sea fatal para el organismo, bajo la premisa de que ya traducidos los genes en proteínas si la proteína de interés no mantiene su estructura bajo las condiciones de presión ambiental desestabilizará a la otra proteína y entonces el organismo en cuestión se morirá.

-Los mutantes sobreviven son o pueden ser pasados por varias ronda adicionales de multiplicación y presión ambiental hasta que se encuentre el producto ideal.

Cabe mencionar que el enfoque de la evolución dirigida presenta una serie de retos para el investigador: siempre habrá de tenerse mayor éxito en cuanto la cantidad de posibles variantes sea mayor (y mantener una “librería” de genes mutantes demasiado grande puede presentar problemas prácticos) ya que como en la naturaleza la mayoría de los mutantes o no presentan cambios dramáticos o hasta perjudican al organismo, establecer métodos de sección fiables también puede ser otro problema, ya que depende mucho de que propiedad de la enzima de interés se desee modificar e incluso de la proteína de interés, su tamaño y esas cosas (usualmente cuando se busca modificar por ejemplo la resistencia a temperaturas se busca que el método de selección sea independiente de la función de la enzima).

Actualmente algunos científicos están buscando emplear (ya hacerlo con éxito) el método de la evolución dirigida para darle un enfoque practico-experimental a las investigaciones en el campo de la evolución de los organismos; si me lo preguntan esto me parece más interesante que solo buscar variantes de proteínas que tengan tal o cual propiedad, pero por algo se empieza ¿no?....

Bueno, espero que esta entrada les haya resultado interesante y no muy confusa ni tediosa… las preguntas, comentarios y aclaraciones como de costumbre se aceptan.