Hasta ahora, los efectos cuánticos se han observado principalmente en procesos biológicos como la navegación de las aves migratorias. Un estudio publicado el miércoles (22 de enero) en la revista Nature revela que un equipo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Oxford ha logrado, por primera vez, generar procesos mecánicos cuánticos dentro de proteínas utilizando técnicas de bioingeniería. Este avance ha permitido el diseño de biosensores cuánticos, abriendo una nueva era en la biotecnología impulsada por la cuántica.
La investigación fue liderada por la Universidad de Oxford, con la colaboración de su Departamento de Química, así como de la Universidad de Aarhus (Dinamarca), el Instituto Real de Tecnología de Melbourne (Australia), la Universidad Sungkyunkwan (Corea del Sur) y Calico Life Sciences LLC (una empresa de biotecnología propiedad de Google) en Estados Unidos.
La convergencia de la bioingeniería, la ciencia cuántica y la IA: la primera aplicación práctica de los efectos cuánticos
El equipo de investigación utilizó una técnica de bioingeniería conocida como “evolución dirigida” para introducir mutaciones aleatorias en la secuencia de ADN que codifica las proteínas. Esto generó miles de variantes proteicas con diferentes características, de las cuales se seleccionaron las de mejor rendimiento.
Después de varias rondas de evolución dirigida, crearon una nueva biomolécula llamada Proteína Fluorescente Magnetosensible (MFP). Estas proteínas interactúan con campos magnéticos y ondas de radio, una interacción impulsada por procesos mecánicos cuánticos dentro de la proteína, que se producen cuando se exponen a una longitud de onda de luz adecuada.
Este es el primer logro en la creación de una serie de nuevas tecnologías prácticas a través de métodos de bioingeniería. Este avance marca la transición de la simple observación pasiva de los efectos cuánticos en la naturaleza a la capacidad de diseñarlos activamente para aplicaciones tecnológicas en el mundo real.
Este avance también combina sin precedentes la experiencia en bioingeniería, ciencia cuántica e inteligencia artificial. Estas tres áreas innovadoras han sido consideradas centrales para la estrategia industrial del Reino Unido en los últimos años, y esta investigación se considera el primer ejemplo exitoso de la combinación de estas tres áreas de especialización para crear nuevas tecnologías.
Evolución precisa de biosensores cuánticos, explorando posibilidades en biomedicina
Gabriel Abrahams, estudiante de doctorado en Ingeniería de la Universidad de Oxford, describe este estudio como un “descubrimiento revolucionario”. Afirma que, aunque actualmente no saben cómo diseñar desde cero un biosensor cuántico verdaderamente óptimo, la naturaleza finalmente les ha mostrado el camino a través de la evolución dirigida precisa en bacterias.
El profesor asociado Harrison Steel, del Departamento de Ingeniería, señala que su comprensión de los procesos cuánticos dentro de la proteína fluorescente magnetosensible se debe a los expertos que han dedicado décadas a estudiar cómo las aves utilizan el campo magnético de la Tierra para navegar. Además, la proteína de la que partieron para diseñar la proteína fluorescente magnetosensible se obtuvo de la avena común.
Los investigadores ahora están explorando las posibles aplicaciones de estas tecnologías en biomedicina. Como parte de la investigación, el equipo ha creado un prototipo de dispositivo de imagen que puede localizar estas proteínas modificadas utilizando un mecanismo similar al de la resonancia magnética (MRI) utilizada habitualmente en los hospitales. A diferencia de la MRI, este dispositivo puede rastrear moléculas o la expresión génica específicas dentro de organismos vivos. Este tipo de medición podría ser de gran ayuda para avanzar en la investigación de desafíos médicos como la administración dirigida de fármacos y el seguimiento de los cambios genéticos dentro de los tumores.
Oxford Team Engineer Quantum-enabled Proteins, Opening a New Frontier in Biotechnology
(Imagen de cabecera: University of Oxford)
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