Científicos de la EPFL han desarrollado una técnica llamada optovolución, que utiliza la luz para evolucionar proteínas que cambian de estado, detectan entornos y realizan cálculos. Al ingeniar células de levadura para que sobrevivan solo si las proteínas se comportan de manera dinámica, el método selecciona variantes óptimas rápidamente. El enfoque, publicado en Cell, avanza la biología sintética y la optogenética.
La evolución en la naturaleza da forma a los sistemas biológicos mediante la selección de variaciones efectivas en ADN, ARN y proteínas. Los humanos han influido en este proceso durante mucho tiempo, desde la cría selectiva en la agricultura hasta la evolución dirigida moderna en laboratorios, que mejora proteínas como enzimas y anticuerpos para la medicina e industria. Tradicionalmente, la evolución dirigida aplica una presión constante, favoreciendo proteínas activas todo el tiempo. Esto pasa por alto las necesidades dinámicas de muchas proteínas, que actúan como interruptores o compuertas lógicas en respuesta a condiciones cambiantes. Tales métodos a menudo degradan las capacidades de conmutación, complicando la creación de proteínas multiestado. Para abordar esto, Sahand Jamal Rahi y colegas del Laboratorio de Física de Sistemas Biológicos de la EPFL introdujeron la optovolución. Publicado en Cell el 9 de marzo de 2026, el estudio detalla cómo la luz dirige la evolución de proteínas para funciones dinámicas. Usando la levadura de gemación Saccharomyces cerevisiae, los investigadores rediseñaron el ciclo celular para que la división dependa de la capacidad de una proteína para conmutar entre estados activo e inactivo. Un regulador ligado a la proteína controla el ciclo: esencial en una fase pero tóxico en otra. Las proteínas que no conmutan correctamente detienen o matan la célula. La optogenética entrega pulsos de luz temporizados para alternar estados, con cada ciclo de 90 minutos probando el rendimiento. Las proteínas exitosas permiten la supervivencia y reproducción, automatizando la selección sin intervención manual. La optovolución produjo 19 variantes de un factor de transcripción controlado por luz, mostrando mayor sensibilidad a la luz, menor actividad en la oscuridad o respuesta a luz verde —desafiante para colores más cálidos—. También evolucionó un sistema de luz roja independiente de cofactores químicos, mediante una mutación que desactiva una proteína de transporte de levadura para utilizar moléculas internas. Además, el equipo creó un factor de transcripción que actúa como una compuerta lógica, activando genes solo con señales de luz y químicas simultáneas. Esto permite que las proteínas detecten cambios, tomen decisiones celulares y controlen la división, abriendo vías en biología sintética, biotecnología e investigación evolutiva. Colaboradores incluyen el Laboratorio de Ingeniería de Proteínas y Células de la EPFL, la Universidad de Bayreuth y el Hospital Universitario de Lausana. La referencia de la revista es Vojislav Gligorovski et al., 'Light-directed evolution of dynamic, multi-state, and computational protein functionalities,' Cell, 2026, DOI: 10.1016/j.cell.2026.02.002.
