La química Sílvia Osuna ha guanyat el premi de la Fundació Banc Sabadell de Ciències i Enginyeria pel seu treball pioner en el disseny computacional d’enzims. Investigadora Icrea a la Universitat de Girona, combina mètodes químics clàssics amb intel·ligència artificial per dissenyar nous enzims (proteïnes naturals que acceleren reaccions químiques) capaços de transformar la indústria química i farmacèutica.
Potencial ecològic
Els enzims són ideals per substituir processos industrials contaminants”
Com va néixer el seu interès per la bioquímica computacional?
Tot i que la meva primera opció va ser Belles Arts, també m’interessava la bioquímica. Com que no podia accedir directament a Bioquímica, vaig començar Química amb la idea de canviar-me, però em va agradar. Durant el doctorat a l’UCLA [ Universitat de Califòrnia de Los Angeles] em vaig retrobar amb la bioquímica des del vessant computacional. Llavors vaig saber que aquest era el meu camí.
La faceta artística influeix en la seva tasca científica?
La ciència també exigeix creativitat. L’art m’aporta una sensibilitat visual que m’ajuda a presentar resultats de manera atractiva i a proposar projectes innovadors. En el meu camp, entendre visualment com es comporten les molècules és clau.
Com ha canviat el disseny d’enzims els últims anys?
Els mètodes computacionals han suposat una revolució. Fa 15 anys, simular una proteïna era un procés molt lent. Necessitàvem generar milers de variants per trobar-ne una d’útil. Ara, combinant models físics clàssics amb IA, en dissenyem cinc i quatre funcionen.
Ara es poden “veure” els enzims per modificar-los?
Gràcies a la computació, ara sí que els veiem. Eines com AlphaFold2 ens permeten construir models moleculars precisos i observar com interaccionen les molècules i com petits canvis estructurals poden modificar la seva funció.
Com es dissenya un enzim?
Hi ha dues estratègies, l’experimental i la computacional. L’evolució dirigida, premiada amb el Nobel el 2018, és la tècnica experimental més potent, però molt costosa i poc racional: s’obté un enzim actiu sense saber exactament per què funciona. En canvi, el disseny computacional ens permet entendre quines mutacions concretes milloren un enzim. Simulem el comportament molecular, identifiquem quins aminoàcids cal canviar i prediem com això afectarà la seva activitat.
És un mètode més ràpid i racional?
Si sabem què cal optimitzar, al cap de poques setmanes podem tenir resultats. El nostre objectiu és que els protocols computacionals siguin no només precisos, sinó també ràpids, per obtenir prediccions en qüestió d’hores o dies.
Què és Shortest Path Map?
És la feina de la qual estic més orgullosa. Parteix de la idea que els enzims no són rígids, sinó flexibles, i que no tenen una sola estructura. Al principi només es modificaven regions pròximes al centre actiu. Avui sabem que mutacions llunyanes també poden ser clau. Shortest Path Map analitza simulacions de dinàmica molecular i detecta moviments correlacionats entre aminoàcids, cosa que ens permet identificar posicions clau per millorar la funció de l’enzim.
Ja ha tingut impacte real?
Durant la meva estada a l’UCLA vam analitzar un enzim modificat mitjançant evolució dirigida que fabricava simvastatina, un fàrmac contra el colesterol. A través de simulacions, vam entendre com funcionaven mutacions llunyanes que milloraven la seva activitat. A Girona, ja al nostre laboratori, hem dissenyat nous enzims i hem millorat més de 1.500 vegades la seva activitat. Tot i que encara no són aplicats industrialment, aquests desenvolupaments proven la potència de les nostres eines.
Quin impacte ambiental té el disseny d’enzims?
Els enzims són els millors catalitzadors que coneixem. Són naturals i han estat millorats al llarg de l’evolució. I són ideals per substituir processos industrials contaminants. Dissenyar enzims eficients té un enorme potencial ecològic.
Què poden aportar els enzims a la producció de fàrmacs?
Fins ara hem dissenyat enzims per fabricar fàrmacs. Però volem anar més enllà i desenvolupar enzims que siguin el medicament. M’agradaria dissenyar enzims que tinguessin un impacte rellevant, per exemple, en càncer. És un repte majúscul, però em sembla una direcció molt prometedora per al futur del grup.