La supercomputadora, capaz de simular el comportamiento de las proteínas

25 de Agosto de 2017

La supercomputadora, capaz de simular el comportamiento de las proteínas


* El método de microscopía electrónica crio permite calcular con precisión la distancia entre átomos de una molécula

El uso de la tecnología –en particular la supercomputadora– es relevante para el conocimiento de la geometría y el comportamiento de las proteínas, así como de la interacción con iones y moléculas, afirmó Diego Prada García, investigador en el diseño de fármacos y soluciones médicas para pacientes de edad pediátrica del Hospital Infantil de México.

En años recientes se ha perfeccionado un método llamado “microscopía electrónica crio” con el que puede lograrse el descenso de la temperatura de las moléculas hasta congelarlas para retratarlas y calcular con precisión la distancia entre los átomos y su reacción en condiciones diferentes, explicó.

En la conferencia Proteínas dentro de la computadora dictada en la Unidad Iztapalapa de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) expuso que son moléculas de gran tamaño que cumplen con reacciones químicas para el metabolismo; control del paso de sustancias a través de las células; recepción de señales y eliminación de toxinas, entre otras funciones.

Pueden compararse con un cuerpo elástico que si se tomara de sus extremos para ser estirado semejaría un collar de perlas, cuyas cuentas serían un cúmulo de aminoácidos de los 20 tipos que existen y que, al unirse unos con otros, crearían enlaces peptídicos en cuya secuencia homogénea radica su fórmula.

Además se sabe que un mínimo cambio en los aminoácidos puede alterar la estructura de la proteína, explicó durante el ciclo Lunes en la ciencia.

En las décadas de 1980 y 1990 fue discutido el “paradigma de la estructura” que consistió en predecir la geometría de las moléculas, basándose en la secuencia de aminoácidos, sin embargo estudios más recientes demostraron que no sólo se trata de una secuencia uniforme, pues su forma se puede alterar por la fluctuación de temperatura, la estructura de la salinidad y la adhesión de otras sustancias a ellas.

El doctor Prada García subrayó la relevancia de la tecnología en el estudio de la biología molecular y las proteínas, en particular el uso las supercomputadoras conformadas por varios ordenadores interconectados por cable de red con un software que las hace trabajar a la vez, generando cálculos extensos y útiles para la predicción de movimientos en función de elementos externos como los antes mencionados.

Las supercomputadoras pueden calcular la forma, la caracterización del ángulo, la fuerza electrostática, la presión e incluso el grado de eficiencia en la combinación de proteínas, simulando con ello las condiciones del laboratorio y el comportamiento que tendrían en condiciones específicas.

Estos equipos pueden elaborar miles de cálculos por segundo, ayudando a descubrir la evolución de reacción en relación con el tiempo, es decir, que formulando combinaciones puede conocerse cómo reaccionarán las proteínas transcurridos microsegundos o nanosegundos.

Con esa información los científicos tienen bases de datos con las coordenadas de cada átomo en simulación de sistemas biológicos útiles para generar nuevas proyecciones, que en algunos casos son compartidas de manera gratuita en sitios web, por ejemplo, Protein Data Bank.

El especialista comentó que el doctor David S. Goodsell coordina un laboratorio en el estado de California, Estados Unidos, en el que han sido trabajados cientos de dibujos a escala y que en poco más de tres décadas ese esfuerzo incrementó considerablemente el registro gráfico de proteínas: de diez a más de 130,000, de las que se conoce con exactitud dimensión, forma y estructura tridimensional.

Prada García es licenciado en ciencias físicas por la Universidad de Zaragoza, España, con estudios doctorales en biofísica computacional y se ha desarrollado como investigador en biología computacional en la Escuela Icahn de Medicina del Hospital Monte Sinaí de New York.