Imagínese si un matorral denso no obstruyera su camino, sino que lo recogiera y lo llevara a través del bosque. Eso es lo que el ADN compacto podría estar haciendo con las moléculas de vida importantes para llevarlas a donde se necesitan a tiempo.
Las nuevas simulaciones del ADN como conducto de transporte podrían romper la forma en que los científicos han pensado sobre cómo las moléculas grandes llamadas factores de transcripción se difunden en su camino para llevar a cabo misiones genéticas, según un estudio realizado por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia. Las simulaciones añadenpinceladas importantes para nuestra imagen de la elusiva mecánica interna de las células.
Las simulaciones apoyan firmemente la hipótesis de que, en una célula viva, el ADN está en constante movimiento, lo que lo convierte en el motor dominante de los factores de transcripción, hacia sus sitios objetivo en el ADN. Allí, los factores regulan la transcripción del código genético a la vida.sostener la acción.
jaula de gorila de ADN
La forma en que los factores de transcripción viajan a través del ADN ha sido un misterio, porque las moléculas de proteína son tan grandes y el ADN natural está tan enredado. Los espacios dentro de los devanados suelen ser mucho más pequeños que los factores de transcripción que necesitan pasar a través de ellos.
"Si la espesura es tan espesa, y además no se mueve, entonces debería ser impenetrable. Entonces, ¿cómo se llevan las cosas al sitio correcto?", Preguntó Jeffrey Skolnick, profesor de la Escuela de Tecnología de Georgia.de Ciencias Biológicas.
Si el ADN fuera realmente inmóvil, la molécula de proteína aparecería atascada en la maraña de ADN como un gorila en una jaula de perro.
muelles de reloj de ADN
Pero Skolnick y su colaborador Edmond Chow, un científico informático especializado en algoritmos que abordan cuestiones científicas muy importantes, creen que la suposición generalizada de que el ADN natural es rígido como barras es falsa. Sus simulaciones convierten las barras en cables, tensos como resortes de reloj, que se flexionan y traquetean con movimientos de serpiente.
"El movimiento del ADN es de lejos la fuerza dominante que mueve las moléculas a través de su matorral", dijo Skolnick. "El ADN es un matón".
Skolnick, quien dirige el Centro para el Estudio de Biología de Sistemas de Georgia Tech, y Chow, profesor asociado de la Escuela de Ciencias e Ingeniería Computacional de Georgia Tech, publicaron un artículo sobre sus simulaciones el 6 de junio en Revista biofísica .
Chow y Skolnick modelaron la simulación en un factor de transcripción llamado LacI moviéndose a través del ADN de una célula bacteriana de Escherichia coli. LacI es una molécula inhibidora que depende de la lactosa, pero esa función no jugó ningún papel en el estudio. El conocido factor de transcripción es un pilar en muchos estudios experimentales sobre el movimiento del factor de transcripción.
deslizarse, saltar y rayuela
En las simulaciones, las hebras de ADN se flexionan LacI 's camino y también hacer malabares con la molécula grande hacia el siguiente bolsillo en el matorral, y así sucesivamente.
Las hipótesis basadas en ADN rígido dejarían a los factores de transcripción moviéndose más lentamente de lo que realmente parecen. Pero las simulaciones onduladas de Chow y Skolnick cuadran con las tasas de difusión establecidas en experimentos de laboratorio y explican por qué son tan rápidos.
Se sabe que los factores de transcripción se deslizan a lo largo de las hebras de ADN, como imanes por cables resbaladizos, hasta que hacen clic en una ranura específica donde encajan perfectamente, que es donde hacen su trabajo. Y se sabe que saltan del ADNhebra y luego vuelva a unir.
"Pero el deslizamiento y el salto combinados aún no tienen en cuenta la velocidad de difusión", dijo Chow.
Volver a unir después de un salto en realidad puede reducir la velocidad del factor de transcripción a través del ADN, al volver a colocarlo en un lugar de la hebra donde ha estado antes. El bamboleo simulado de la espesura del ADN mueve a los transcriptores para hacerlos ir a la rayuela cada vez más, aumentandosu velocidad de difusión.
cálculos hercúleos
Las simulaciones ayudarán a otros investigadores a comprender los procesos celulares importantes y potencialmente ayudarán a aumentar la velocidad y la precisión en la investigación biológica y médica. El cálculo detrás de la dinámica simulada fue hercúleo.
"Estas simulaciones son exclusivas de este problema debido a su enormidad y las técnicas informáticas avanzadas utilizadas. Algoritmos muy eficientes se ejecutaron en paralelo en computadoras potentes y, aún así, las simulaciones tardaron tres semanas en completarse", dijo Chow.
La computación en paralelo divide un problema en partes que se pueden ejecutar simultáneamente o en paralelo, en lugar de en un proceso largo y que requiere mucho tiempo. Esto permite a los programas explotar muchos procesadores al mismo tiempo, multiplicando la velocidad de computación.
Incluso con ese poder, para que la simulación fuera computable, los investigadores tuvieron que reducir el modelo del ADN y LacI para revelar la dinámica del movimiento sin disfrazar todos los detalles del ADN celular. "Tienes que elegir qué partes ignoras y qué partes colocas", dijo Skolnick. "Si pones todo, no puedes hacerlo,incluso con los códigos más rápidos ".
Tierra de juguete celular
Los investigadores quieren asumir desafíos mucho más difíciles que podrían, dentro de unos años, conducir a un modelo simplificado similar a un juguete de una célula completa.
"El objetivo final es poner una célula completa en una computadora. Déjela vivir. Déjela dividirse y comprender los procesos", dijo Skolnick. "Quizás incluso deje que la célula mute y evolucione".
La ciencia de la computación detrás de eso sería una aspiración. "Cuando el tamaño de un problema crece, los costos de computación para resolverlo pueden crecer desproporcionadamente", dijo Chow. "Tienes que construir algoritmos que puedan funcionar de manera eficiente incluso cuando escalas eltamaño del problema. "
Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation subvención ACI-1147843. Tadashi Ando de la Universidad de Ciencia de Tokio contribuyó con ideas que ayudaron en esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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