El biólogo computacional Sergei Kotelnikov desarrolla nuevos métodos de modelado de proteínas en el MIT, con aplicaciones en medicina y agricultura, utilizando aprendizaje automático para comprender mejor la estructura biomolecular.
Hace miles de millones de años, simples moléculas orgánicas flotaban en el paisaje primitivo de la Tierra, compuestos químicos básicos que, con el tiempo y las fuerzas naturales, comenzaron a interactuar y formar estructuras cada vez más complejas. De este proceso surgió algo extraordinario: la vida.
“La vida es, hasta cierto punto, mágica”, afirma el biólogo computacional Sergei Kotelnikov. Estos compuestos orgánicos se agrupan en polímeros, que se ensamblan en células vivas y, finalmente, en organismos; un todo que es mayor que la suma de sus partes.
“Se pueden escribir fórmulas sobre cómo se comporta una molécula”, añade Kotelnikov al referirse al mundo de la mecánica cuántica. “Pero de alguna manera, a una escala mucho mayor, surge un misterio.”
Kotelnikov está desarrollando modelos para analizar y predecir la estructura de biomoléculas, especialmente proteínas, los bloques fundamentales de todos los organismos. Este año se unió al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) como parte de la Beca Postdoctoral del Decano de la Escuela de Ciencias, trabajando con el Keating Lab, donde los investigadores se centran en la estructura, función e interacción de las proteínas. Utilizando aprendizaje automático, su objetivo es crear nuevos métodos en el modelado de proteínas con aplicaciones potenciales que abarcan desde la medicina hasta la agricultura.
Una sed insaciable por resolver problemas
Nacido en Abakan, Rusia, una pequeña ciudad situada en el centro de Eurasia, Kotelnikov recuerda que uno de sus pasatiempos favoritos durante su infancia era jugar con bloques de Lego.
“Me animó a construir cosas nuevas en lugar de seguir solo instrucciones”, comenta. “Puedes hacer cualquier cosa.”
Su padre, con formación en ingeniería y economía, solía desafiarlo con problemas matemáticos. “Tu cerebro —puedes sentir una especie de expansión del entendimiento sobre cómo funcionan las cosas; y esa es una sensación muy satisfactoria,” dice Kotelnikov.
Esa inquietud por resolver problemas lo llevó a participar en olimpiadas científicas y posteriormente a asistir a una escuela pública enfocada en ciencias cerca de la Academia Rusa de Ciencias. “Era como una tienda de golosinas,” recuerda sobre esa etapa transformadora.
En 2012 comenzó su licenciatura en física y matemáticas aplicadas en el Instituto Estatal de Física y Tecnología de Moscú —una institución reconocida entre las mejores universidades STEM tanto en Rusia como a nivel mundial— donde también completó su maestría. Fue allí donde se interesó por la biología.
A través de un curso sobre física estadística, Kotelnikov fue introducido al concepto de “emergencia de complejidad”. Se sintió fascinado por esta manifestación “misteriosa y atractiva” que impulsa la evolución biológica para crear y dar forma a la vida tal como la conocemos hoy. Al finalizar su maestría, comprendió que apenas había arañado la superficie del campo de la biología computacional.
En 2018 inició su doctorado en Stony Brook University en Nueva York bajo la dirección del reconocido Dima Kozakov, líder mundial en predicción de interacciones proteicas y estructuras complejas.
Los ladrillos fundamentales del organismo
Las proteínas actúan como los ladrillos que construyen un organismo, sustentando casi todos los procesos celulares desde la reparación tisular hasta la producción hormonal. Al igual que piezas en una torre Lego, sus estructuras e interacciones determinan las funciones que desempeñan dentro del cuerpo.