Un equipo de investigadores liderado por el CSIC ha ideado un algoritmo que extrae y analiza los datos sobre estructuras tridimensionales que contiene el Banco de Datos de Proteínas. El trabajo abre la puerta a determinar conformaciones cristalográficas y entender mejor la información de este repositorio.
Un estudio que lidera el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha permitido desarrollar un nuevo software capaz de analizar, extraer y explotar los datos sobre la estructura tridimensional de las proteínas contenido en el Banco de Datos de Proteínas (PDB por sus siglas en inglés).
El programa, bautizado como Borges y detallado en la revista Nature Methods, tiene una aplicación directa en la resolución de estructuras macromoleculares y servirá para profundizar en el plegamiento de las proteínas, el proceso por el cual alcanzan su estructura tridimensional.
La cristalografía de rayos X es una herramienta esencial en el campo de la biología estructural. A través del estudio del patrón de difracción de los rayos X en un cristal es posible determinar las posiciones de los átomos que componen moléculas biológicas y complejos proteicos.
“Conocer la estructura tridimensional, y sobre todo, con el detalle que esta técnica permite, es imprescindible para su comprensión funcional, lo que implica, por ejemplo,la posibilidad de diseñar fármacos, medicamentos y terapias biomédicas o catalizadores en biotecnología”, explica Isabel Usón, investigadora del CSIC en el Instituto de Biología Molecular de Barcelona.
Para poder reconstruir la estructura tridimensional de cualquier macromolécula, es necesario resolver el denominado “problema de la fase”, una carencia que normalmente se suple mediante métodos que resultan costosos en tiempo,instalaciones y materiales.Según sus creadores, el nuevo programa “ofrece una vía computacional, mucho más sostenible, de llegar al mismo resultado sin conocimiento previo de la estructura y a partir de un conjunto único de datos de difracción tomados en el cristal no modificado:lo que se conoce como resolución de estructuras ab initio”.
El algoritmo lleva a cabo una nueva caracterización geométrica de los fragmentos de estructuras secundarias, basada en lo que los científicos llaman vectores característicos, que identifican y localizan los fragmentos y permiten que sea posible describir la geometría compleja y detallada con muy pocos parámetros.
“El estudio es importante porque lleva al terreno de la computación problemas que, por su complejidad, venían requiriendo mucha más experimentación práctica en el laboratorio y en el sincrotrón”, agrega Usón.
El trabajo ha logrado resolver estructuras desconocidas que no se habían obtenido por los métodos clásicos. Además, servirá para conocer en detalle cómo es la relación entre los pliegues locales de las proteínas, su funcionalidad estructural y homología.
En una investigación anterior, el equipo del CSIC ya había desarrollado un método para determinar estructuras de proteínas con una rapidez inédita. Bautizado en honor al pintor Arcimboldo, el sistema ofrece imágenes reconocibles de proteínas a partir de unos fragmentos, de forma similar a los bodegones del artista, que permiten adivinar rostros humanos a partir de unos pocos elementos vegetales.
Referencia Bibliográfica:
Massimo Sammito, Claudia Millán, Dayté D. Rodríguez, Iñaki M. de Ilarduya, Kathrin Meindl, Ivan DeMarino, Giovanna Petrillo, Rubén M. Buey, José M. de Pereda, Kornelius Zeth, George M. Sheldrick eIsabel Usón. "Exploiting tertiary structure through local folds for crystallographic phasing". Nature Methods. DOI: 10.1038/nmeth.2644.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido la mitad de este galardón al bioquímico estadounidense David Baker por diseñar desde cero nuevas proteínas mediante su programa RoseTTAFold. La otra mitad la comparten el británico Demis Hassabis y el también estadounidense John M. Jumper, ambos de la empresa DeepMind de Google, que lograron predecir las estructura proteicas con IA.
Un estudio internacional con participación del CSIC ha demostrado que reemplazar un solo átomo en posiciones estratégicas de la secuencia genética puede revertir su dirección de rotación. Según los autores, el hallazgo podría convertirse en una importante diana terapéutica al desempeñar un papel importante en diversos procesos biológicos.
