5 challenges we could solve by designing new proteins | David Baker

Traductor: Claudia Viveros Revisor: Eduardo Sierra

I'm going to tell you about the most amazing machines in the world

Voy a hablarles de las máquinas más maravillosas del mundo

and what we can now do with them.

y de lo que podemos hacer con ellas hoy en día.

Proteins,

Las proteínas,

some of which you see inside a cell here,

algunas visibles dentro de esta célula,

carry out essentially all the important functions in our bodies.

llevan a cabo todas las funciones importantes en nuestro cuerpo.

Proteins digest your food,

Las proteínas digieren la comida,

contract your muscles,

contraen los músculos,

fire your neurons

estimulan las neuronas

and power your immune system.

y activan el sistema inmune.

Everything that happens in biology --

Todo lo que ocurre en la biología,

almost --

casi todo,

happens because of proteins.

ocurre gracias a las proteínas.

Proteins are linear chains of building blocks called amino acids.

Las proteínas son cadenas formadas por bloques llamados aminoácidos.

Nature uses an alphabet of 20 amino acids,

La naturaleza utiliza un alfabeto de 20 aminoácidos,

some of which have names you may have heard of.

seguramente han oído los nombres de algunos.

In this picture, for scale, each bump is an atom.

En esta foto a escala, cada puntito es un átomo.

Chemical forces between the amino acids cause these long stringy molecules

Las fuerzas químicas entre los aminoácidos hacen que esas conexiones moleculares

to fold up into unique, three-dimensional structures.

formen estructuras tridimensionales únicas.

The folding process,

Las formas que adquieren,

while it looks random,

aunque parezcan azarosas,

is in fact very precise.

de hecho, son muy precisas.

Each protein folds to its characteristic shape each time,

Las proteínas adquieren su forma característica siempre,

and the folding process takes just a fraction of a second.

y el proceso de formación toma solo una fracción de segundo.

And it's the shapes of proteins

La forma de las proteínas

which enable them to carry out their remarkable biological functions.

les permite llevar a cabo sus excepcionales funciones biológicas.

For example,

Por ejemplo,

hemoglobin has a shape in the lungs perfectly suited

en los pulmones, la hemoglobina toma una forma perfectamente apta

for binding a molecule of oxygen.

para unirse a una molécula de oxígeno.

When hemoglobin moves to your muscle,

Cuando la hemoglobina llega al músculo,

the shape changes slightly

su forma cambia ligeramente

and the oxygen comes out.

y el oxígeno es liberado.

The shapes of proteins,

La forma de las proteínas,

and hence their remarkable functions,

y, por ende, sus excepcionales funciones,

are completely specified by the sequence of amino acids in the protein chain.

están determinadas por la secuencia de aminoácidos en la cadena proteínica.

In this picture, each letter on top is an amino acid.

En esta foto, las letras de arriba representan un aminoácido.

Where do these sequences come from?

¿De dónde provienen estas secuencias?

The genes in your genome specify the amino acid sequences

Los genes en los genomas determinan las secuencias de aminoácidos

of your proteins.

de sus proteínas.

Each gene encodes the amino acid sequence of a single protein.

Los genes codifican la secuencia de aminoácidos de cada proteína.

The translation between these amino acid sequences

El desplazamiento entre las secuencias de aminoácidos,

and the structures and functions of proteins

las estructuras y las funciones de las proteínas,

is known as the protein folding problem.

es conocido como el problema del plegamiento de proteínas.

It's a very hard problem

Es un problema complicado

because there's so many different shapes a protein can adopt.

porque las proteínas pueden adoptar muchas formas diferentes.

Because of this complexity,

Por esta complejidad,

humans have only been able to harness the power of proteins

solo hemos podido aprovechar el poder de las proteínas

by making very small changes to the amino acid sequences

haciendo pequeños cambios en las secuencias de aminoácidos

of the proteins we've found in nature.

de las proteínas encontradas en la naturaleza.

This is similar to the process that our Stone Age ancestors used

Esto es similar al proceso usado en la Edad de Piedra

to make tools and other implements from the sticks and stones

para construir herramientas y otros instrumentos con piedras y palos

that we found in the world around us.

encontrados en nuestro entorno.

But humans did not learn to fly by modifying birds.

Sin embargo, no pudimos modificar aves para aprender a volar.

(Laughter)

(Risas)

Instead, scientists, inspired by birds, uncovered the principles of aerodynamics.

En cambio, inspirados en las aves, los científicos,

descubrieron los principios de la aerodinámica.

Engineers then used those principles to design custom flying machines.

Los ingenieros usaron esos principios para diseñar máquinas voladoras.

In a similar way,

De forma similar,

we've been working for a number of years

hemos estado trabajando varios años

to uncover the fundamental principles of protein folding

para descubrir los principios básicos del plegamiento de proteínas

and encoding those principles in the computer program called Rosetta.

y codificar esos principios en el programa de computadora llamado Rosetta.

We made a breakthrough in recent years.

Hace unos años logramos un avance.

We can now design completely new proteins from scratch on the computer.

Ya podemos diseñar en la computadora proteínas completamente nuevas desde cero.

Once we've designed the new protein,

Una vez diseñada la nueva proteína,

we encode its amino acid sequence in a synthetic gene.

codificamos su secuencia de aminoácidos en un gen sintético.

We have to make a synthetic gene

Necesitamos hacer un gen sintético

because since the protein is completely new,

dado que la proteína es completamente nueva,

there's no gene in any organism on earth which currently exists that encodes it.

y no hay ningún organismo en el planeta que la codifique.

Our advances in understanding protein folding

Nuestros avances en el conocimiento del plegamiento de proteínas

and how to design proteins,

y en el diseño de estas,

coupled with the decreasing cost of gene synthesis

gracias a un descenso en el costo de la síntesis de genes,

and the Moore's law increase in computing power,

junto con el aumento en el poder computacional con la ley de Moore,

now enable us to design tens of thousands of new proteins,

nos permite, ahora, diseñar decenas de miles de proteínas nuevas,

with new shapes and new functions,

con nuevas formas y funciones,

on the computer,

en la computadora,

and encode each one of those in a synthetic gene.

y codificarlas todas en genes sintéticos.

Once we have those synthetic genes,

Una vez codificados,

we put them into bacteria

los colocamos con bacterias

to program them to make these brand-new proteins.

para que se programen y puedan crear nuevas proteínas.

We then extract the proteins

Luego extraemos las proteínas

and determine whether they function as we designed them to

y determinamos si su diseño funciona como lo planeado

and whether they're safe.

y si son seguras.

It's exciting to be able to make new proteins,

Es emocionante poder crear proteínas nuevas,

because despite the diversity in nature,

porque, pese a la diversidad en la naturaleza,

evolution has only sampled a tiny fraction of the total number of proteins possible.

la evolución solo ha muestreado una pequeña fracción de las proteínas.

I told you that nature uses an alphabet of 20 amino acids,

Ya les mencioné que la naturaleza usa un alfabeto de 20 aminoácidos,

and a typical protein is a chain of about 100 amino acids,

y una proteína promedio es una cadena de alrededor de 100 aminoácidos,

so the total number of possibilities is 20 times 20 times 20, 100 times,

así que el total de posibilidades es de 20 x 20 x 20, 100 veces,

which is a number on the order of 10 to the 130th power,

ese número en el orden de 10 a la potencia 130,

which is enormously more than the total number of proteins

es muchísimo más que el total de proteínas

which have existed since life on earth began.

que han existido desde que la vida comenzó.

And it's this unimaginably large space

Este espacio inimaginablemente grande

we can now explore using computational protein design.

podemos explorarlo usando diseños de proteínas por computadora.

Now the proteins that exist on earth

Las proteínas que existen en la Tierra

evolved to solve the problems faced by natural evolution.

evolucionaron para resolver los problemas afrontados por la evolución natural.

For example, replicating the genome.

Por ejemplo, la duplicación del genoma.

But we face new challenges today.

Pero ahora enfrentamos nuevos retos

We live longer, so new diseases are important.

Vivimos más años, las nuevas enfermedades son importantes.

We're heating up and polluting the planet,

Estamos calentando y contaminando el planeta,

so we face a whole host of ecological challenges.

ahora enfrentamos una multitud de retos ecológicos.

If we had a million years to wait,

Si esperáramos un millón de años,

new proteins might evolve to solve those challenges.

evolucionarían nuevas proteínas para resolver esos retos.

But we don't have millions of years to wait.

Pero no podemos esperar millones de años.

Instead, with computational protein design,

En cambio, con el diseño computacional de proteínas

we can design new proteins to address these challenges today.

podemos diseñar nuevas proteínas para afrontar esos retos ahora.

Our audacious idea is to bring biology out of the Stone Age

Nuestra idea más audaz es sacar a la biología de la Edad de Piedra

through technological revolution in protein design.

mediante la revolución tecnológica del diseño de proteínas.

We've already shown that we can design new proteins

Hemos demostrado que es posible diseñar nuevas proteínas

with new shapes and functions.

con nuevas formas y funciones.

For example, vaccines work by stimulating your immune system

Por ejemplo, las vacunas estimulan el sistema inmune

to make a strong response against a pathogen.

para producir una reacción fuerte ante un patógeno.

To make better vaccines,

Para mejorar las vacunas,

we've designed protein particles

hemos diseñado partículas de proteínas

to which we can fuse proteins from pathogens,

en las cuales fusionar proteínas de patógenos,

like this blue protein here, from the respiratory virus RSV.

como esta proteína azul aquí, del virus respiratorio VSR.

To make vaccine candidates

Para producir candidatos a vacuna

that are literally bristling with the viral protein,

que reaccionen rápido con la proteína viral,

we find that such vaccine candidates

descubrimos que esos candidatos de vacuna

produce a much stronger immune response to the virus

producen una respuesta mucho más fuerte al virus

than any previous vaccines that have been tested.

que cualquier vacuna anterior que se haya probado.

This is important because RSV is currently one of the leading causes

Esto es importante porque el VSR es actualmente una de las principales causas

of infant mortality worldwide.

de mortalidad infantil en todo el mundo.

We've also designed new proteins to break down gluten in your stomach

Además, hemos diseñado nuevas proteínas que descomponen el gluten en el estómago

for celiac disease

en los enfermos celíacos,

and other proteins to stimulate your immune system to fight cancer.

así como otras proteínas que estimulan al sistema inmune para combatir el cáncer.

These advances are the beginning of the protein design revolution.

Estos avances son el principio de la revolución del diseño de proteínas.

We've been inspired by a previous technological revolution:

Nos inspiramos en una revolución tecnológica anterior:

the digital revolution,

la revolución digital,

which took place in large part due to advances in one place,

la cual ocurrió en gran parte por los avances en un lugar:

Bell Laboratories.

los laboratorios Bell.

Bell Labs was a place with an open, collaborative environment,

Estos laboratorios contaban con un ambiente colaborativo abierto,

and was able to attract top talent from around the world.

y lograron atraer a los mejores talentos de todo el mundo.

And this led to a remarkable string of innovations --

Y esto produjo una serie de innovaciones extraordinarias:

the transistor, the laser, satellite communication

el transistor, el láser, la comunicación satelital,

and the foundations of the internet.

las bases del internet.

Our goal is to build the Bell Laboratories of protein design.

Nuestra meta es construir los laboratorios Bell del diseño de proteínas.

We are seeking to attract talented scientists from around the world

Buscamos atraer a científicos talentosos de todo el mundo

to accelerate the protein design revolution,

para acelerar la revolución del diseño de proteínas,

and we'll be focusing on five grand challenges.

y nos enfocaremos en cinco retos mayores.

First, by taking proteins from flu strains from around the world

El primero, tomaremos proteínas de cepas de gripe de todo el mundo

and putting them on top of the designed protein particles

y las pondremos en las partículas de proteínas que diseñamos

I showed you earlier,

que les mostré hace un momento,

we aim to make a universal flu vaccine,

nuestro objetivo es crear una vacuna universal contra la gripe.

one shot of which gives a lifetime of protection against the flu.

una inyección que proporcione protección de por vida contra la gripe.

The ability to design --

La habilidad para diseñar...

(Applause)

(Aplausos)

The ability to design new vaccines on the computer

La habilidad para diseñar nuevas vacunas por computadora

is important both to protect against natural flu epidemics

es importante tanto para protegernos de las epidemias naturales de gripe

and, in addition, intentional acts of bioterrorism.

como de actos deliberados de bioterrorismo.

Second, we're going far beyond nature's limited alphabet

El segundo, estamos rebasando el limitado alfabeto de la naturaleza

of just 20 amino acids

de solo 20 aminoácidos, para diseñar nuevos candidatos terapéuticos,

to design new therapeutic candidates for conditions such as chronic pain,

y tratar condiciones como el dolor crónico,

using an alphabet of thousands of amino acids.

usando un alfabeto de miles de aminoácidos.

Third, we're building advanced delivery vehicles

El tercero, estamos construyendo vehículos avanzados de entrega

to target existing medications exactly where they need to go in the body.

para llevar las medicaciones a donde el cuerpo las requiere.

For example, chemotherapy to a tumor

Por ejemplo, la quimioterapia para un tumor

or gene therapies to the tissue where gene repair needs to take place.

o terapia de genes para los tejidos que necesitan ser reparados.

Fourth, we're designing smart therapeutics that can do calculations within the body

El cuarto, estamos diseñando terapéuticos inteligentes que hagan estimaciones

and go far beyond current medicines,

y rebasen medicinas actuales,

which are really blunt instruments.

los cuales son instrumentos imprecisos.

For example, to target a small subset of immune cells

Por ejemplo, para dirigirse a un subconjunto de células inmunes

responsible for an autoimmune disorder,

responsables de un desorden autoinmune,

and distinguish them from the vast majority of healthy immune cells.

y distinguirlas de la vasta mayoría de células inmunes saludables.

Finally, inspired by remarkable biological materials

Por último, inspirados en materiales biológicos sin igual,

such as silk, abalone shell, tooth and others,

como seda, concha de abulón, dientes y otros,

we're designing new protein-based materials

estamos diseñando nuevos materiales de proteínas

to address challenges in energy and ecological issues.

para afrontar los desafíos en energías y ecología.

To do all this, we're growing our institute.

Para lograr todo esto, nuestro instituto está creciendo.

We seek to attract energetic, talented and diverse scientists

Deseamos atraer diversos científicos talentosos y llenos de energía

from around the world, at all career stages,

de todo el mundo, en cualquier etapa de su carrera,

to join us.

para que se nos unan.

You can also participate in the protein design revolution

También pueden participar en la revolución del diseño de proteínas

through our online folding and design game, "Foldit."

a través de nuestro juego en línea de plegamiento y diseño "Foldit".

And through our distributed computing project, Rosetta@home,

Y a través de nuestro proyecto difundido de computadora "Rosetta@home",

which you can join from your laptop or your Android smartphone.

al cual pueden acceder desde su laptop y celular inteligente Android.

Making the world a better place through protein design is my life's work.

Mi trabajo es hacer del mundo un lugar mejor a través del diseño de proteínas.

I'm so excited about what we can do together.

Estoy tan entusiasmado de lo que podemos lograr juntos.

I hope you'll join us,

Espero que se nos unan,

and thank you.

y gracias.

(Applause and cheers)

(Aplausos y ovaciones)