Proteïnes i superordinadors

La maquinària de la vida depen de les proteïnes, que fan funcions vitals en l'organisme: contribueixen a mantenir l'estructura de la cèl·lula, són les responsables dels treballs mecànics cel·lulars, actuen com agents decisius en la comunicació interna i externa de la cèl·lula, regulen l'expressió de gens, constitueixen els elements clau del sistema immunitari i actuen com catalitzadors de les reaccions que tenen lloc a l'organisme.

Les proteïnes són molècules orgàniques compostes per desenes, centenars i fins i tot milers d'aminoàcids organitzats en llargues cadenes, que es pleguen sobre sí mateixes en estructures específiques. Durant dècades, els científics han sabut que la seqüència d'aminoàcids que conforma una proteïna determina la seva estructura i funcionalitat. El què encara no se sap és quina part de la informació continguda en l'interior d'aquesta seqüència produeix la pròpia estructura.

Entendre els mecanismes de fabricació de proteïnes, com i per què es pleguen d'una manera específica, com actuen i interactuen,  i en darrera instància, comprendre millor com funcionen és un dels reptes més apassionants que té actualment la biomedicina. Certament, la biocomputació, amb els supercomputadors com eines clau, està permetent revelar molts dels enigmes encara oberts sobre aquests actors essencials per a la vida.

La flexibilitat de les proteïnes i la tècnica de dinàmica molecular

En els darrers anys, els científics han descobert que la funció de la proteïna ve determinada tant per la seva estructura estable com pels canvis conformacionals ocurreguts en ella en funció d'estímuls externs. És el què s'anomena flexibilitat molecular de la proteïna. Així, entendre com i per què canvien la seva conformació i reaccionen a alteracions del seu entorn és de vital importància en l'intent d'entendre el funcionament de les biomolècules.

Descriure la flexibilitat és una cosa molt complicada a nivell experimental i és necessari recórrer a tècniques de simulació per ordinador que permetin descriure el movimient de tots els àtoms de les proteïnes al llarg del temps. La dinàmica molecular (DM) és la tècnica de simulació més eficaç que existeix i un dels tipus de càlcul que més recursos de supercomputació està demandant avui en tot el món.

L'equip dirigit per Modesto Orozco, investigador de l'IRB Barcelona, líder del grup de Bioinformàtica i Modelització Molecular i director del programa de Biologia Computacional en el Barcelona Supercomputing Center, està creant una gran “biblioteca” de 1.900 proteïnes en moviment amb l'ajuda del supercomputador MareNostrum. La base de dades, denominada MODEL, permetrà als usuaris observar com les estructures tridimensionals de proteïnes representatives es mouen en el seu entorn. Així, el supercomputador MareNostrum, el més potent d'Europa i el cinquè del món, és l'instrument clau per realitzar el què fins ara és un dels projectes més importants sobre dinàmica de proteïnes en el món.

Un impuls per al disseny de fàrmacs

La informació sobre l'estructura i la dinàmica de proteïnes és fonamental pel disseny a nivell molecular de fàrmacs basados en estructura que siguin capaços d'interactuar amb la proteïna escollida per anular la seva funció biològica.

Els científics creuen que en els pròxims cinc anys la capacitat dels superodinadors i els programes de càlcul hauran evolucionat prou per obtenir informació a escala real de les activitats de plegament, desplegament, dinàmica i interrelació lligants-proteïnes. Aquests avançaments permetran comprendre les bases moleculars de malalties  que s'associen a proteïnes plegades de manera anòmala, com per exemple, malalties neurodegeneratives, com l'Alzheimer, el mal de les vaques boges, o alguns tipus de càncer.

Notícia relacionada:
Científics espanyols revelen el mapa dinàmic de les proteïnes