Los científicos de la Universidad de Groninga han desarrollado un método que combina diferentes niveles de resolución en una simulación por computadora de membranas biológicas. Su algoritmo crea un mapa de fondo de un modelo a gran escala que incluye características, como la curvatura de la membrana, a su modelo molecular de grano grueso correspondienteEsto les ha permitido acercarse a la gemación de membrana inducida por toxinas y simular una membrana lipídica mitocondrial de tamaño completo. Su enfoque, que fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 8 de mayo, abre el camino a las simulaciones de células enteras a nivel molecular.
Las simulaciones de dinámica molecular son una herramienta poderosa para estudiar los movimientos e interacciones de átomos y moléculas. Sin embargo, en muchos procesos biológicos, los cambios a gran escala en, por ejemplo, la forma de la membrana son importantes. 'Estos cambios de forma son de importancia fundamental parael funcionamiento de la célula ", explica Siewert-Jan Marrink, profesor de Dinámica Molecular de la Universidad de Groningen." Sin embargo, la escala de tiempo y longitud de estos cambios en la forma de la membrana son demasiado grandes para simulaciones a una resolución molecular ".
desafiante
Aunque un aumento en el poder de cómputo permite simulaciones más complejas y más largas, las estructuras celulares como las mitocondrias aún están fuera de alcance. Es por eso que el grupo Molecular Dynamics ha desarrollado un algoritmo que vincula los cambios a gran escala con las simulaciones de nivel molecular., comenzaron con un mapa de densidad de micrografías de electrones. Las densidades se tradujeron en estructuras lipídicas y se utilizaron como entrada para una simulación de dinámica molecular con el campo de fuerza Martini de grano grueso CG, previamente desarrollado por Marrink.
"La parte difícil es colocar los lípidos en la orientación correcta en este mapa de densidad, que es especialmente difícil en las áreas dobladas", agrega Wria Pezeshkian, investigadora postdoctoral en el equipo de Marrink y coautora del artículo. El algoritmo permiteusuarios para agregar diferentes tipos de lípidos a la membrana, a un nivel de empaque realista. Usando este enfoque, Marrink y sus colegas pudieron simular toda la membrana lipídica de una mitocondria durante dos nanosegundos. Pezeshkian: 'Esta estructura contenía más de cinco milloneslípidos, lo que significa que la simulación tuvo que lidiar con 80 millones de partículas, ya que cada molécula de lípido consiste en múltiples partículas ''.
triángulos
Teniendo en cuenta el tamaño y la forma, la complejidad de esta simulación es mayor que cualquier simulación realizada anteriormente. 'Hubiera sido posible una simulación de microsegundos pero, como no teníamos información sobre la localización de las proteínas en la membrana mitocondrial, solo contenía lípidosy, por lo tanto, es inestable ", explica Marrink. Agregar esta complejidad adicional a la simulación es ciertamente posible y actualmente está en progreso.
En lugar de un mapa de densidad, la entrada para el sistema también podría ser un modelo continuo, que representa la superficie de la membrana como triángulos formados por nodos que están conectados por 'resortes'. Tal modelo puede calcular las fuerzas generadas por la deformación de la membrana.El mapeo de los lípidos y las proteínas de las toxinas en las partes correspondientes de este modelo permitió a Marrink y sus colegas ampliar el comportamiento molecular en el tallo de un brote de membrana que fue inducido por la acción conjunta de muchas toxinas.
célula sintética
"Nuestro objetivo final es simular una célula eucariota completa y hacer zoom en partes específicas de este objeto", dice Marrink. Esto está actualmente fuera del alcance, aunque el sistema actual ya permite la simulación de objetos grandes dentro de una célula, comoel retículo endoplásmico o el aparato de Golgi. "Y probablemente podríamos simular un glóbulo rojo".
Una célula sintética simple puede estar pronto al alcance. Marrink está involucrado en un proyecto destinado a crear una célula sintética y poder simular procesos como la división celular ayudaría a su diseño. "Realmente nos gustaría saber qué lípidos y proteínaspodría desempeñar un papel en la constricción celular durante la división '.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :