Un equipo internacional de investigadores dirigido por el químico de la Universidad Carnegie Mellon Roberto R. Gil y el químico de la Universidad Federal de Pernambuco Armando Navarro-Vázquez ha desarrollado un programa que automatiza el proceso de descifrar la estructura tridimensional de una molécula. La técnica, descrita enun papel en Angewandte Chemie , comprime un proceso que generalmente demora días en minutos y podría acortar el proceso de descubrimiento de fármacos al reducir el error humano.
Determinar la estructura química de una molécula desde cero es una parte esencial de la investigación de productos químicos que provienen de la naturaleza, o "productos naturales". Para sustancias con posible uso farmacéutico, esa estructura puede revelar cómo la sustancia podría interactuar con el cuerpo humano.
"Si la molécula va a ser una droga, necesita saber la forma de la molécula para saber cómo va a interactuar con un receptor", dice Gil, profesor del Departamento de Química del Colegio de Mellon de Carnegie Mellon.Ciencias.
El primer paso para determinar la estructura de una molécula es determinar sus bloques de construcción atómicos, seguido de descubrir su estructura bidimensional, que muestra cómo cada átomo está conectado entre sí. Mientras que algunos enlaces atómicos son rígidos, otros pueden rotar alrededor de unconjunta, lo que hace posible que las moléculas con los mismos componentes y estructuras bidimensionales 2D tengan diferentes formas tridimensionales 3D.
Pequeñas diferencias en la forma pueden traducirse en grandes cambios en la forma en que actúan las drogas en el cuerpo. Por ejemplo, rotar un enlace en el popular analgésico ibuprofeno lo hace completamente inactivo. Del mismo modo, el almidón y la celulosa comparten la misma estructura 2D pero tienen 3D diferenteformas. Esa diferencia es la razón por la cual los humanos pueden digerir los granos y no la madera.
Gil y Navarro-Vázquez han estado trabajando durante ocho años para simplificar el proceso de encontrar y clasificar las formas 3D posibles para cualquier estructura 2D dada. Y con las herramientas de laboratorio para recopilar datos sobre la estructura 3D de una molécula cada vez más generalizadas y disponibles, era el momento adecuado para desarrollar un método para automatizar y agilizar el proceso.
Los investigadores crearon un programa, escrito en el lenguaje de programación Python, que utiliza información de Acoplamiento Dipolar Residual RDC, una medida de la distancia entre los átomos que se extienden desde los enlaces rotativos. Alimentado con datos sobre una molécula dada de experimentos RDC,el programa genera posibles formas en que la molécula puede existir en tres dimensiones y selecciona la opción más probable.
La técnica es más efectiva para abordar la estructura 3D de moléculas orgánicas que son de tamaño pequeño a mediano y relativamente rígidas, con átomos de carbono empaquetados en anillos en lugar de enlazados en largas y flexibles cadenas. El equipo probó su programa en seistales moléculas, incluida la naltrexona, un medicamento utilizado para bloquear los efectos de los opioides, y la estricnina, un pesticida.
Primero, determinaron la estructura 2D de cada molécula utilizando un programa de aclaración de estructuras asistido por computadora CASE, ayudado por una colaboración con Clemens Anklin, vicepresidente de aplicaciones de RMN y capacitación en Bruker Corporation.con datos RDC sobre la molécula, en su nuevo programa. En cada caso, su programa pudo seleccionar la estructura 3D correcta.
"Presionas un botón, y con poca o ninguna intervención humana, pasas de la estructura 2D a la 3D de una sola vez", dice Gil.
Pero tan importante como la velocidad del programa es su minuciosidad.
"La cantidad de productos naturales que se informa erróneamente, donde la estructura informada no se corresponde con la estructura real, es realmente grande", dice Navarro-Vázquez, profesor de química en la Universidad Federal de Pernambuco en Brasil. Este programa podría seruna forma valiosa de verificar posibles estructuras que los investigadores podrían perder, ayudándoles a evitar sus propios sesgos inherentes
Gil remonta su visión de este proceso a su tiempo como estudiante de posgrado y una conversación con un mentor hace 30 años sobre la idea de que los químicos algún día podrían poner una sustancia en una máquina y ver su estructura con solo presionar un botónPronto, espera, programas como el suyo y la creación de Navarro-Vázquez integrarán los primeros pasos del proceso, acercando esa visión aún más a la realidad.
"Estamos muy cerca", dice Gil. "Este es el sueño de cualquier químico".
El estudio fue apoyado por la National Science Foundation CHE-0130903, CHE-1039870 y CHE-1111684 y Fundação do Amparo a Ciência e Tecnologia APQ-0507-1.06 / 15.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Carnegie Mellon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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