Un equipo de científicos del Instituto Scripps ha desarrollado una innovadora estrategia para comprender el comportamiento de las proteínas de membrana a nivel atómico. Estas proteínas, que juegan un papel crucial en numerosas funciones biológicas, desde el transporte de sustancias hasta la transmisión de señales celulares, se convierten en dianas atractivas para el desarrollo de fármacos, especialmente cuando su mal funcionamiento puede llevar a enfermedades graves como el cáncer.
El estudio, publicado el 7 de octubre de 2025 en Proceedings of the National Academy of Sciences, presenta un enfoque impulsado por computadoras para diseñar proteínas sintéticas de membrana que son más estables y más fáciles de estudiar en laboratorio. Esta investigación no solo proporciona nuevas perspectivas sobre la estructura de estas proteínas, sino que también abre la puerta al diseño de nuevos medicamentos y terapias biotecnológicas dirigidas específicamente a ellas.
Avances en el estudio de las proteínas de membrana
Las proteínas de membrana están compuestas por múltiples hélices que se pliegan y se agrupan de manera compacta, similar a los hilos de una cuerda trenzada. Para que estas proteínas mantengan su arquitectura compleja y funcionen adecuadamente, diferentes partes deben unirse más fuertemente entre sí que a la membrana lipídica en la que están incrustadas. Marco Mravic, autor principal del estudio y profesor asistente en el Departamento de Biología Estructural y Computacional del Instituto Scripps, destaca que “miles de millones de dólares se invierten anualmente en el desarrollo de moléculas que modulan el comportamiento de las proteínas de membrana para combatir enfermedades. Pero para lograr esto, es fundamental entender primero cómo funcionan”.
El equipo de investigación se centró en un patrón común que se observa en muchas proteínas de membrana: un pequeño aminoácido que se repite cada siete aminoácidos en las cadenas proteicas que atraviesan la membrana lipídica de la célula. Este patrón sugiere que existen puntos «pegajosos» que ayudan a las hélices de las proteínas de membrana a unirse entre sí y organizarse dentro de sus pliegues en la membrana.
Para investigar cómo este patrón contribuye a la estabilidad de las proteínas, los científicos utilizaron un programa informático que les permitió diseñar versiones idealizadas de este motivo para ser estudiadas en el laboratorio. “Normalmente es muy difícil estudiar cómo se comportan las proteínas de membrana en nuestros cuerpos, ya que tienden a descomponerse tan pronto como las extraemos de la célula”, explica Mravic. “Nuestro enfoque es único, ya que diseñamos nuevas proteínas sintéticas desde cero con programas informáticos para aproximar los comportamientos y estructuras atómicas de las proteínas de membrana de la naturaleza”.
Kiana Golden, autora principal del trabajo, desarrolló un software para identificar secuencias de aminoácidos que contenían este motivo y utilizó esta información para diseñar proteínas sintéticas optimizadas con una estabilidad mejorada. Cuando se produjeron estas proteínas sintéticas en el laboratorio, se pliegaron como se esperaba, confirmando la hipótesis de que los motivos crean puntos de unión entre las hélices adyacentes que mantienen unidas a las proteínas de membrana en el lípido.
Además, Golden demostró que al proporcionar las secuencias más óptimas, se lograron proteínas sintéticas extremadamente estables, que incluso permanecieron intactas bajo condiciones de ebullición. “Descubrimos que la estabilidad del motivo se debe a un tipo inusual de enlace de hidrógeno que suele ser muy débil, pero que, al repetirse, se convierte en una interacción muy estable”, afirma Golden, quien trabajó en el proyecto como estudiante de pregrado en la Universidad de California en San Diego y ahora es estudiante de posgrado en la Universidad de Princeton.
Con la evidencia de cómo este motivo contribuye a la estructura de las proteínas de membrana, los investigadores apuntan a que esta información ayudará a los científicos y médicos a identificar y comprender mutaciones genéticas que podrían contribuir a diversas enfermedades. “Nuestro enfoque acelera en gran medida lo que podemos descubrir sobre el funcionamiento interno de las proteínas de membrana y cómo desarrollar mejores terapias”, concluye Mravic.
