Las proteínas son moléculas que intervienen en la mayoría de los procesos biológicos que tienen lugar en los organismos vivos. En muchos casos es necesario que cambien de forma, que se muevan, para llevar a cabo muchas de sus funciones. Todos los métodos disponibles hasta ahora para analizar estos movimientos son sumamente caros: se necesitan superordenadores y muchas horas de cálculos. El Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao ha desarrollado ahora un nuevo método más rápido y preciso basado en la semejanza de los movimientos de robots y proteínas.

Actualmente, el estudio de las proteínas es una de las áreas científicas más activos. Cada vez se incorporan más disciplinas al estudio de la naturaleza y estructura de estas moléculas. Además de la química, la física, la biología, las matemáticas y ahora la ingeniería han encontrado aplicación en este estudio. Gracias a la cooperación del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y CIC bioGUNE, centro de investigación en biociencias, en esta ocasión se han obtenido resultados interesantes: los ingenieros han desarrollado un software capaz de analizar el movimiento de las proteínas más rápido y barato que los programas empleados anteriormente.

Algunas proteínas son estáticas. Son, digamos, los ladrillos que que forman la base estructural de tejidos. Otras, en cambio, trabajan en movimiento, son dinámicas e intervienen en la funcionalidad de las células. La cristalografía de rayos X o la resonancia magnética nuclear son los métodos empleados para analizar las estructuras estáticas. Pero estos métodos no sirven para el estudio de la dinámica de las proteínas, que requieren métodos analíticos y numéricos lo que se traduce en simulaciones por ordenador. Para ello se necesitan superordenadores, y realizar todos los cálculos conlleva días o incluso meses.

La dificultad estriba en la naturaleza del movimiento de las proteínas. Para hacernos una idea, las estructuras de las proteínas poseen una capacidad de movimiento similar a la de un brazo. Pero, mientras el brazo tiene tres articulaciones, las proteínas pueden llegar a tener cientos o miles de ellas, y eso es lo que hace extremadamente compleja la simulación. El grupo de investigación COMPMECH, del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao, ha desarrollado un programa que simplifica el procedimiento. Han observado que el movimiento de las proteínas se asemeja al de un robot, sobre todo al tipo de robot que se emplea en las cadenas de montaje. Precisamente, el grupo de investigación COMPMECH posee gran experiencia en el estudio y simulación de esos mecanismos y ha aplicado los teoremas y algoritmos que usa en ingeniería robótica. Para llevar a cabo el proyecto, los ingenieros han contado con la ayuda de Luis-Alfonso Martínez Cruz, jefe del laboratorio de cristalografía de rayos X del CIC bioGUNE. El objetivo ha sido simular el movimiento de las proteínas con el menor coste computacional posible. Han trabajado con cuatro proteínas para las que han realizado dos tipos de cálculos. Por una parte, cómo se mueven las proteínas mientras cumplen sus funciones, y, por otra, cómo llegan a su estructura tridimensional característica, ya que es esta estructura propia de cada proteína la que le confiere sus propiedades funcionales y a la que se llega por un plegamiento complejo de secuencias de aminoácidos lineales.

El hecho de haber simplificado el método para analizar el movimiento de las proteínas facilitará el trabajo de los investigadores. Por ejemplo, tras observar mediante una simulación cuánto se expande o contrae una proteína al interaccionar con una determinada molécula, se puede saber qué otros compuestos tienen la geometría adecuada para producir la misma interacción. Así, se podrían encontrar nuevos compuestos que en esa interacción bloqueen la proteína, evitando con ello que ejecute su función, como hacen algunos medicamentos. Un mejor conocimiento de la dinámica de las proteínas permitirá conocer con mayor detalle los procesos biológicos en general y desarrollo de ciertas enfermedades como el cáncer o el alzhéimer.

Referencia:

Mikel Diez, Víctor Petuya, Luis Alfonso Martínez-Cruz, Alfonso Hernández (2011) A biokinematic approach for the computational simulation of proteins molecular mechanism. Mechanism and Machine Theory DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2011.07.013

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa