(EUROPA PRESS) – Un equipo de investigación dirigido por el Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford (Reino Unido) ha demostrado que es posible diseñar un proceso mecánico cuántico dentro de las proteínas, abriendo la puerta a una nueva clase de tecnologías biológicas basadas en la cuántica.
El estudio, publicado en ‘Nature’, informa sobre la creación de una nueva clase de biomoléculas, proteínas fluorescentes magnetosensibles (o MFP), capaces de interactuar con campos magnéticos y ondas de radio. Esto se logra mediante interacciones mecanocuánticas dentro de la proteína, que ocurren cuando se expone a luz de una longitud de onda adecuada.
Si bien los efectos cuánticos se han demostrado previamente como fundamentales para algunos procesos biológicos (como la navegación en las aves), esta es la primera vez que se han diseñado para crear una nueva familia de tecnologías prácticas. Esto marca un cambio: de la observación de los efectos cuánticos en la naturaleza al diseño deliberado de estos para su uso en el mundo real.
Los investigadores ya están explorando las aplicaciones de estas tecnologías en biomedicina. Como parte del estudio, el equipo creó un prototipo de instrumento de imagen que puede localizar las proteínas modificadas mediante un mecanismo similar al de la resonancia magnética (RM), ampliamente utilizado en hospitales.
Sin embargo, a diferencia de la RM, podría rastrear moléculas específicas o la expresión génica en un organismo vivo. Estas mediciones son fundamentales para abordar desafíos médicos como la administración dirigida de fármacos y la monitorización de cambios genéticos en tumores.
Para generar las proteínas modificadas, el equipo de investigación empleó una técnica de bioingeniería conocida como evolución dirigida. En este método, se introducen mutaciones aleatorias en la secuencia de ADN que codifica la proteína, creando miles de variantes con propiedades alteradas. De esta colección, se seleccionan las variantes de alto rendimiento y el proceso se repite. Tras numerosas rondas consecutivas de evolución dirigida, las proteínas seleccionadas mostraron una sensibilidad a los campos magnéticos considerablemente mejorada.
Lograr este avance requirió un ambicioso enfoque interdisciplinario que vinculara la experiencia en biología de ingeniería, cuántica e inteligencia artificial. Se cree que este estudio es el primero en el que se ha aprovechado su intersección para crear una nueva tecnología.
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 el éxito de este proyecto, el equipo está acelerando ahora el trabajo para hacer realidad las numerosas aplicaciones de su descubrimiento y para mejorar la comprensión de los efectos cuánticos en la naturaleza como parte de un importante proyecto reciente del BBSRC dirigido por el Departamento de Química de Oxford.
