Un equipo de Oxford diseña proteínas con capacidad cuántica, abriendo una nueva frontera en la biotecnología

La reciente creación de un prototipo de instrumento de imagen capaz de localizar proteínas modificadas en organismos vivos empleando un mecanismo similar a la resonancia magnética representa una innovación tecnológica que podría transformar la medicina personalizada. Según informó la Universidad de Oxford a través de un estudio publicado en la revista 'Nature', este avance permitiría rastrear moléculas específicas o monitorizar la expresión génica en tiempo real, un salto frente a las capacidades de la resonancia magnética tradicional en hospitales.

El medio 'Nature' detalló que el equipo de investigación dirigido por el Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford diseñó moléculas proteicas capaces de detectar señales magnéticas y ondas de radio. Estas biomoléculas, denominadas proteínas fluorescentes magnetosensibles (MFP), interactúan con campos magnéticos y responden a ondas de radio cuando son expuestas a luz con una longitud de onda concreta. El proceso se basa en interacciones dinámicas de mecánica cuántica en el interior de las proteínas, diseñadas deliberadamente a partir del conocimiento sobre cómo algunos organismos usan efectos cuánticos en la naturaleza, pero nunca antes para aplicarlos en tecnología práctica.

Según lo consignado por 'Nature', los investigadores utilizaron una técnica de bioingeniería llamada evolución dirigida para crear las nuevas proteínas. Este procedimiento introduce mutaciones aleatorias en el ADN de la proteína, generando miles de variantes con propiedades alteradas. Tras numerosas rondas de selección y nuevas mutaciones, se identificaron versiones de la proteína con una mayor sensibilidad frente a campos magnéticos. El resultado implica una capacidad inédita para que moléculas diseñadas por el ser humano actúen como sensores cuánticos dentro de sistemas vivos.

El equipo logró este avance combinando especializaciones en biología de ingeniería, física cuántica e inteligencia artificial. Esta convergencia disciplinaria permitió alcanzar una meta que no se había conseguido previamente: la ingeniería controlada de efectos cuánticos en biomoléculas diseñadas para aplicaciones médicas y biotecnológicas.

El primer autor del estudio, Gabriel Abrahams, explicó en declaraciones recogidas por 'Nature' que la evolución dirigida fue esencial en el proceso. “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”, afirmó Abrahams.

El autor principal, Harrison Steel, también destacó la complejidad de transformar conocimientos científicos básicos en desarrollos aplicados. Steel señaló que la comprensión de los procesos cuánticos que operan en estas nuevas proteínas fue posible gracias a décadas de estudio sobre mecanismos de orientación magnética en aves. Además, añadió que las proteínas utilizadas como base para la ingeniería molecular provienen de la avena, subrayando la diversidad de orígenes de los recursos biológicos empleados, informó 'Nature'.

La trascendencia del estudio reside en el desplazamiento desde la mera observación pasiva de efectos cuánticos en sistemas biológicos naturales, como ocurre en la navegación de ciertos animales, a la manipulación intencionada de estos efectos para crear herramientas y tecnologías útiles. Según describió el estudio en 'Nature', se trata de la primera ocasión en que los efectos cuánticos en proteínas han sido diseñados expresamente para abrir nuevas oportunidades tecnológicas.

El equipo ya explora aplicaciones posibles de esta tecnología en campos como el diagnóstico y tratamiento oncológico. Una de las aspiraciones principales consiste en desarrollar métodos para la administración dirigida de medicamentos o la monitorización precisa de alteraciones genéticas asociadas a progresión tumoral. Según el trabajo publicado en 'Nature', las partículas diseñadas aportan datos sobre su ubicación y actividad en el cuerpo, lo que podría favorecer tratamientos más personalizados.

La metodología de evolución dirigida adoptada por el grupo de Oxford implica la repetida generación de cambios genéticos controlados y la selección sistemática de las variantes funcionalmente más prometedoras. Según detalló el medio 'Nature', cada ciclo refuerza las capacidades de las proteínas, convirtiéndolas en sensores de alta precisión para campos magnéticos y ondas de radio, sistemas que resultan esenciales en el rastreo biomédico.

El proyecto forma parte de una iniciativa más amplia promovida por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido (BBSRC), que colabora con el Departamento de Química de Oxford. Según publicó 'Nature', estas actuales líneas de investigación pretenden ahondar tanto en el desarrollo de aplicaciones tecnológicas como en la comprensión de cómo los procesos cuánticos inciden en la vida natural.

Al abordar las implicaciones del hallazgo, los responsables del proyecto recalcaron en sus declaraciones recogidas por 'Nature' que el camino de la ciencia básica hasta las aplicaciones prácticas suele describir rutas imposibles de prever. Los expertos que han intervenido en esta investigación confían en que los resultados actuales facilitarán la aparición de nuevas opciones diagnósticas y terapéuticas en el ámbito biomédico, así como una mayor integración de la física cuántica en la biotecnología aplicada.