Un atlas genómico para entender las enfermedades raras, una nueva generación de vidrios diseñados a la carta, miles de Universos simulados para resolver preguntas pendientes de la cosmología y nuevas formas de utilizar la computación cuántica. Son los objetivos de cuatro proyectos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) que han recibido ayudas del Consejo Europeo de Investigación (ERC).
Cada iniciativa recibirá hasta 1,5 millones de euros, lo que supone cerca de 6 millones de euros en financiación para el CSIC. Los proyectos abordan algunos de los grandes retos de la investigación actual: comprender qué ocurre cuando las mutaciones provocan enfermedades genéticas, controlar las propiedades de nuevos materiales, obtener más información sobre la evolución del Universo y superar las dificultades que plantea la simulación cuántica de la materia.
Por segundo año consecutivo, el CSIC es el organismo español que más talento joven con líneas de investigación innovadoras y de alto impacto acoge en esta convocatoria europea.
Un atlas para descubrir qué mutaciones provocan enfermedades raras
Uno de los proyectos, dirigido por Antoni Beltran, investigador del CSIC en el Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), pretende crear un atlas experimental capaz de mostrar cómo las mutaciones afectan a la estabilidad de las proteínas humanas.
El genoma funciona como un manual de instrucciones para fabricar las proteínas que permiten funcionar a las células. Cuando una mutación altera esas instrucciones, algunas proteínas pueden plegarse de manera incorrecta y volverse inestables. Los sistemas de control de calidad de la célula pueden entonces eliminarlas, y esa pérdida de proteína puede contribuir al desarrollo de determinadas enfermedades genéticas.
La investigación busca estudiar este proceso a una escala mucho mayor de la habitual.
“Para atender a este proceso, nuestro proyecto utilizará una tecnología que permite medir en el laboratorio el efecto de cientos de miles de mutaciones a la vez, en lugar de analizarlas individualmente”, explica Beltran.
Con los datos obtenidos, el equipo construirá una serie de mapas o atlas experimentales que permitirán determinar, para cientos de proteínas humanas, qué mutaciones afectan a su estabilidad y cuáles no.
El objetivo es que esta información pueda utilizarse posteriormente para interpretar mutaciones detectadas en pacientes y desarrollar herramientas capaces de predecir sus efectos.
“Todos los datos que generemos serán abiertos y gratuitos. Queremos que se conviertan en un recurso duradero, tanto para los médicos que interpretan mutaciones detectadas en pacientes como para quienes desarrollan herramientas para predecirlas”, señala el investigador.
Vidrios híbridos que podrían diseñarse a la carta
Otra de las investigaciones, liderada por Celia Castillo, investigadora del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), busca comprender cómo funcionan internamente determinados materiales híbridos para poder diseñar una nueva generación de vidrios con propiedades específicas.
Estos materiales podrían tener aplicaciones que van desde el bloqueo de radiación ultravioleta hasta la captura de gases. “Mi objetivo es entender qué hace que ciertos materiales híbridos, como los MOFs, puedan fundir y transformarse en una nueva clase de vidrio, conocido como vidrio híbrido”.
Los MOFs son redes metal-orgánicas formadas por una parte orgánica, basada en carbono, y otra inorgánica, que contiene iones metálicos. Son materiales cristalinos y porosos cuya estructura puede proporcionar propiedades de gran interés para diferentes aplicaciones.
La investigación pretende comprender qué ocurre dentro de estos materiales cuando pasan de su estructura cristalina a un estado vítreo. Ese conocimiento podría permitir controlar sus propiedades y diseñar materiales adaptados a usos concretos.
Se trata, además, de una familia de materiales relativamente reciente. Sus principales desarrolladores, Susumu Kitagawa, Richard Robson y Omar M. Yaghi, recibieron el Premio Nobel de Química en 2025.
“Son una de las familias de materiales más fascinantes desarrolladas en las últimas décadas dentro de la química de materiales”, continúa la investigadora, que señala que, dada la novedad de esta clase de estructuras, muchos de sus procedimientos internos aún no se comprenden.
Miles de Universos simulados para resolver preguntas de la cosmología
El proyecto de Marco Gatti, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE), se centra en uno de los mayores desafíos de la cosmología moderna: obtener una imagen cada vez más precisa de cómo se distribuye la materia y cómo ha evolucionado el Universo.
Para ello utilizará miles de Universos simulados y combinará mediciones procedentes de distintos instrumentos y observatorios, entre ellos el telescopio espacial Euclid, el South Pole Telescope y Planck.
La estrategia permitirá reunir información que procede de diferentes épocas de la historia cósmica y de distintas escalas físicas.
Los estudios cosmológicos actuales producen mapas cada vez más detallados de la distribución de la materia en el Universo. Pero las diferentes técnicas de observación proporcionan información complementaria.
La lente gravitacional débil, por ejemplo, permite cartografiar la materia a partir de diminutas distorsiones en la forma de galaxias lejanas. La lente del fondo cósmico de microondas permite rastrear la distribución de materia a mayores corrimientos al rojo, mientras que el efecto térmico Sunyaev-Zel’dovich aporta información sobre el gas caliente que rodea especialmente a grupos y cúmulos de galaxias.
“Al reunir estas mediciones, nuestro proyecto conectará información a través de una amplia gama de corrimientos al rojo y escalas físicas, al tiempo que vinculará la distribución de la materia con los procesos astrofísicos que moldean el gas en las estructuras cósmicas”, explica Gatti.
La combinación de estas observaciones con miles de simulaciones busca extraer mucha más información que los análisis cosmológicos convencionales y contribuir a responder preguntas que todavía no tienen una explicación completa.
Nuevas formas de utilizar la computación cuántica para estudiar la materia
El cuarto proyecto, dirigido por Daniel González-Cuadra, investigador del CSIC en el Instituto de Física Teórica (IFT), aborda otro de los grandes retos de la ciencia actual: cómo utilizar la computación cuántica para estudiar sistemas formados por fermiones.
Los fermiones son las partículas que constituyen buena parte de la materia que nos rodea, entre ellas los electrones, protones y neutrones. Muchos de los fenómenos más interesantes de la naturaleza surgen de las interacciones entre grandes cantidades de estas partículas, pero todavía existen problemas que no pueden explicarse completamente.
La dificultad está, en parte, en la enorme complejidad de simular estos sistemas mediante métodos convencionales. “El problema es que las técnicas de cálculo convencionales tienen enormes dificultades para simular estos sistemas. Incluso en el caso de los ordenadores cuánticos, los fermiones poseen unas propiedades particulares que hacen que representarlos en estos dispositivos resulte especialmente costoso”, indica el investigador.
Por ello, el proyecto no pretende únicamente desarrollar ordenadores cuánticos más grandes, sino buscar nuevas maneras de programarlos para representar y estudiar estos sistemas. “Por eso, no basta con construir ordenadores cuánticos más grandes: necesitamos nuevas formas de programarlos”, añade.
El equipo trabajará simultáneamente en el diseño del hardware, la forma de representar los fermiones y los algoritmos empleados. El objetivo final es conseguir que los simuladores cuánticos puedan abordar problemas que actualmente quedan fuera del alcance de la computación clásica.
Cuatro caminos para afrontar grandes preguntas científicas
Los cuatro proyectos financiados por el ERC exploran áreas muy diferentes, pero comparten una misma característica: intentan superar límites actuales del conocimiento.
Mientras el proyecto de Antoni Beltran busca convertir cientos de miles de mediciones de mutaciones en un atlas que ayude a comprender las enfermedades raras, Celia Castillo pretende controlar mejor una nueva generación de materiales híbridos. Marco Gatti utilizará simulaciones y observaciones para extraer más información sobre la evolución del Universo y Daniel González-Cuadra buscará nuevas estrategias para que los ordenadores cuánticos puedan estudiar sistemas complejos formados por fermiones.
