Investigadores del IRB Barcelona y otros centros internacionales han creado un método y una plataforma pionera para realizar simulaciones del ADN. La técnica permite estudiar cambios estructurales de esta biomolécula, así como su interacción con proteínas y fármacos, con una exactitud sin precedentes.
La dinámica molecular es una técnica que permite simular el movimiento del ADN, su plegamiento en doble, triple o cuádruple hebra, o incluso su interacción con proteínas y fármacos. Los científicos estudian así procesos que ocurren en escalas de tiempo que van de los picosegundos a los minutos, y que aplican a sistemas moleculares de diversos tamaños.
Ahora, el laboratorio de Modelización Molecular y Bioinformática del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona), liderado por Modesto Orozco ha desarrollado una metodología teórica para entender mejor el comportamiento de las biomacromoléculas y, en particular, de los ácidos nucleicos, en una amplia escala espacio-temporal, enfocado hacia las aplicaciones biomédicas y bionanotecnológicas.
El grupo ha publicado esta semana en Nature Methods un nuevo modelo creado en colaboración con el Barcelona SuperComputing Center (BSC) y laboratorios de Inglaterra y Estados Unidos, que permite simular la dinámica del ADN a nivel atómico “con una exactitud excepcional”, celebran los investigadores, tras cinco años de trabajo y habiéndolo testado en más de 100 sistemas de ADN.
Los datos están alojados en un sitio web público que suma ya más de 4 Terabytes de información. Es accesible a través del Instituto Nacional de Bioinformática (INB) y de la red ELIXIR-Excellerate, la mayor infraestructura de datos de ciencias de la vida en Europa, a la cual el IRB Barcelona contribuye.
Los científicos han desarrollado lo que se denomina un campo de fuerza, un conjunto de funciones matemáticas que describen el movimiento de los átomos que integran la molécula de ADN. “Nunca antes un campo de fuerza permitió el estudio de estructuras tan diversas, en tiempos relevantes para entender fenómenos biológicos”, asegura Pablo Dans Puiggròs, investigador del IRB Barcelona y primer firmante del artículo junto a Ivan Ivani, estudiante de doctorado en el mismo laboratorio.
A su vez, los autores presentan la primera plataforma dedicada a simulaciones de ácidos nucleicos, de la cual enfatizan que “permite predecir propiedades del ADN que pueden ser luego contrastadas directamente con experimentos”. “Esperamos que la plataforma desarrollada permita abrir nuestro trabajo y metodología a una amplia comunidad de usuarios”, afirma Orozco, director del proyecto.
Simulación de mini-plásmido (ADN circular). / P Dans. IRB Barcelona
Las posibles aplicaciones abarcan la biomedicina y las nanotecnologías, proporcionando información sobre los mecanismos íntimos de regulación del ADN y contribuyendo a mejorar fármacos que directa o indirectamente tienen el ADN como diana. “Damos un salto cuantitativo en la calidad de las simulaciones atomísticas del ADN”, afirma Dans Puiggròs.
“Los avances en simulación nos están acercando a definir un modelo teórico que permita simular los aspectos claves de la vida celular y, por tanto, nos aproximan al sueño de describir el comportamiento de los seres vivos a partir de las reglas básicas de la física y la química”, destaca Orozco, también catedrático de la Universidad de Barcelona y director del departamento de Ciencias de la Vida del BSC.
El trabajo ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC Advanced Grant), el Ministerio de Economía, la Generalitat de Catalunya y el Instituto Nacional de Bioinformática. y es fruto de la colaboración entre el IRB Barcelona y el BSC dentro del programa conjunto de investigación en Biología Computacional.
Referencia bibliográfica:
I Ivani, P D. Dans, A Noy, A Pérez, I Faustino, A Hospital, J Walther, P Andrio, R Goñi, ABalaceanu, G Portella, F Battistini, J LlGelpí, C González, M Vendruscolo, C A. Laughton, S A. Harris, D A. Case,and M Orozco. "Parmbsc1: as refined force-field for DNA simulations" Nature Methods, 16 de noviembre de 2015. Doi: 10.1038/nmeth.3658
La Fundación BBVA ha galardonado al informático japonés, de la Universidad Carnegie Mellon (EE UU), por crear los algoritmos que permiten a las máquinas comprender las imágenes y procesar los movimientos. Sus técnicas están presentes en los coches autónomos, los drones y todos los robots con capacidad de visión, como los que se usan en cirugía.
Investigadores de la Universidad de León han aplicado redes neuronales artificiales a imágenes captadas con drones para reconocer, con un 95 % de acierto, la huella que dejaron las explotaciones auríferas de los romanos en el noroeste peninsular. El sistema se puede aplicar para reducir los riesgos asociados a las minas abandonadas, que causan pérdidas humanas y económicas en todo el mundo.
