Utilizando la computadora más grande de Japón, una de las más poderosas del mundo, la investigación dirigida por un científico de MSU ha logrado avances en la comprensión de cómo las proteínas se ven afectadas por entornos biológicos realistas. El trabajo, publicado en la edición actual de eLife , es un avance significativo en la simulación de biología en una computadora.
"Los procesos biológicos que hacen que la vida suceda y causan enfermedades en gran parte tienen lugar dentro de las células, que se pueden estudiar con microscopios y otras técnicas, pero no con suficiente detalle", dijo Michael Feig, profesor de bioquímica y biología molecular de la MSU que dirigió laproyecto de investigación. "Nuestra investigación ha revelado detalles sin precedentes sobre lo que ocurre exactamente dentro de las células biológicas y cómo las proteínas en particular se comportan en su entorno natural".
El equipo se propuso examinar si el hacinamiento en las células biológicas altera las propiedades de las moléculas biológicas y su capacidad para llevar a cabo su función. Armado con acceso a la "computadora K", una supercomputadora ubicada en el Instituto Avanzado de Ciencias Computacionales RIKENen Kobe, Japón, el equipo de investigación pudo realizar simulaciones por computadora que modelan el interior celular de una bacteria y muestran una vista detallada de cómo interactúan los diversos componentes moleculares en un ambiente muy denso.
"Nuestras simulaciones por computadora no estaban muy lejos de simular una célula completa con todos los detalles atomísticos", dijo Feig. "Estas simulaciones que superan los 100 millones de átomos son las simulaciones más grandes de este tipo y son varios órdenes de magnitud más grandes que lo que es típicotrabajo de investigación hoy. "
La poderosa simulación por computadora llevó al descubrimiento de que algunas proteínas pueden no ser tan estables en ambientes muy densos, perdiendo las estructuras necesarias para la función biológica. La investigación también encontró que este ambiente celular podría acercar las proteínas involucradas en procesos biológicos relacionados a cada uno de ellos.otro, lo que mejoraría la eficiencia general de la célula para convertir los alimentos en energía.
"Las proteínas en las células se aprietan como las personas en el metro de Tokio durante la hora pico, donde el enamoramiento viola el espacio personal. Pero para las proteínas esto a veces es más bienvenido de lo que pensamos", dijo Feig.
Un tercer hallazgo importante es que las moléculas más pequeñas, como las que proporcionan alimentos y transportan energía, parecen distraerse con las muchas oportunidades de interactuar con las proteínas más grandes, lo que afecta su función biológica.
"Este es un gran logro en la comprensión de cómo las moléculas que los bioquímicos normalmente estudian interactúan en condiciones de la vida real", dijo Thomas Sharkey, presidente del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de MSU. "Proporcionará información crítica que se utilizarápor personas que trabajan para curar el cáncer y otras enfermedades que dependen de los procesos celulares que ahora se comprenden mucho mejor ".
Pero este es solo el comienzo de las simulaciones detalladas de células completas, según Feig.
"Los estudios futuros tendrán como objetivo alcanzar escalas de tiempo más largas y avanzar hacia células más grandes y complejas, especialmente células humanas, para relacionarse mejor con las enfermedades humanas", dijo Feig.
Feig colaboró con Yuji Sugita, un bioquímico computacional del Instituto RIKEN, en la investigación.
"El profesor Feig y sus colaboradores en Japón han vinculado la actividad molecular con la actividad celular, y esto será crucial para la próxima ola de comprensión de la biología", dijo Sharkey.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Michigan . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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