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Excelenciencia

Ver para simular

CIENCIA     |    BIOINFORMÁTICA    |    29/11/2013

La biosimulación informática encara ya lo que a todas luces parece ser su punto de inflexión. El nivel de detalle que está consiguiendo es tan alto que abordar sistemas complejos con garantías de éxito está dejando de ser una quimera. El objetivo es experimentar in silico.

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Xavier Pujol Gebellí

En unos años, probablemente pocos a la luz de avances recientes, una parte nada desdeñable de la química experimental se escribirá in silico. “Estamos en un punto de inflexión”, explica Modesto Orozco, responsable del área de Modelización Molecular y Bioinformática del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRB Barcelona). El paso al nivel superior vendrá dado por la aplicación de técnicas de simulación informática que aporten suficiente nivel de detalle. De acuerdo con el investigador, esto “ya está pasando”.

Una muestra representativa de ello pudo verse recientemente en la conferencia internacional “Frontiers in dynamics simulations of biological molecules”. La reunión, organizada por IRB Barcelona con la colaboración de la Fundación BBVA, aportó múltiples experiencias que avalan que la representación in silico de sistemas moleculares está lo suficientemente maduro como para que una reacción química catalizada por un enzima, pongamos por caso, se ajuste plenamente a la realidad.

“Todo cuanto pueda ser reducido a una ecuación matemática puede ser representado”. Y en dinámica molecular eso ya ocurre, considera Orozco. Alguno de los proyectos de investigación presentados en la reunión internacional detallan qué ocurre a escala atómica; otros simulan con precisión el comportamiento molecular en una escala temporal que se expresa en milisegundos.



Moléculas en reacción

Jiali Gao, investigador de la Universidad de Minnesota, y uno de los principales expertos en simulación de catálisis enzimática, coincide con Orozco. Los modelos son una “representación realista” del sistema de moléculas, defiende. Los modelos en los que trabaja Gao permiten representar a las moléculas en “en reacción”, lo cual significa poco menos que simular los átomos y su comportamiento durante fracciones de segundo en una reacción química.

Su interés se centra en reacciones catalizadas por enzimas. “Algunos enzimas aceleran hasta 30 veces una reacción”, expone. La dinámica molecular y la mecánica cuántica son las herramientas de este experto para tratar de modelizar el sitio activo donde se produce la reacción. “Se trata de entender el enorme poder de los enzimas y su mecanismo de aceleración de las reacciones químicas”.

Buena parte de estas investigaciones están relacionadas con el diseño y desarrollo de fármacos, lo que se conoce informalmente como diseño racional. “Aunque no creo que desaparezcan las librerías de moléculas –razona Orozco- sí que es probable que lo hagan los screening masivos”. El estudio de la reactividad química, añade Gao, “aportará soluciones” al diseño de la mejor molécula para la mejor diana.


Predictibilidad

Con todo, explica Paolo Carloni, de la German Research School for Simulation Sciences, de Jürlich, Alemania, de lo que se trata es de predecir qué ocurrirá en un sistema dado durante una fracción de tiempo. Es decir, ver el sistema como lo que es, tercia Orozco, como un ente dinámico, algo que lo complica todo. Se trata de ver la película en lugar de un simple fotograma.

Ver la película puede ser útil, de nuevo, para el diseño y desarrollo de fármacos pero interesa sobre todo para tratar de entender la enfermedad a nivel molecular, señala Carloni. “Para el diseño de nuevos fármacos es muy importante entender primero qué ocurre en el sistema biológico”, dice. En todo caso, dependerá de la entidad del sistema. “No es lo mismo un hepatocito que una neurona”.

Carloni dirige uno de los muchos grupos integrados en el Human Brain Project. La iniciativa europea que tiene por objetivo desarrollar tecnologías para el avance del conocimiento del cerebro. Mediante técnicas de dinámica molecular, trabaja en el estudio de neurotransmisores y las rutas que se establecen en un evento determinado, particularmente los relacionados con la memoria. “Buscamos cómo y dónde se unen las moléculas en la transmisión de la señal nerviosa”, aclara. Estableciendo las bases moleculares, puede aportar datos a grupos especializados en rutas subcelulares y estos, a su vez, harán lo propio con los que trabajan con neuronas y escalas superiores.


Experimentar in silico

La simulación en biomedicina, insiste Modesto Orozco, marcará el futuro del estudio de patologías y la puesta a punto de terapias. “Con la simulación podremos eliminar 30.000 neuronas de una tacada y ver cómo responde el cerebro”, dice. O planificar una intervención quirúrgica o bloquear una familia de genes para ver sus consecuencias.

“Se puede llegar a entender cómo funcionan las proteínas y la catálisis enzimática”, cita, “o cómo se genera energía a partir de la comida que ingerimos”. La simulación, con distintos niveles de resolución, “da la oportunidad de ver cómo funcionan los sistemas y predecir el impacto de alteraciones debidas a mutaciones o al efecto de fármacos”.
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Excelencia Severo Ochoa

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