Los investigadores desarrollaron el primer modelo computacional de una célula humana y simularon su comportamiento durante 15 minutos, el tiempo más largo logrado para un sistema biológico de esta complejidad. En un nuevo estudio, las simulaciones revelan los efectos de la organización espacial dentro de las células en algunosde los procesos genéticos que controlan la regulación y el desarrollo de los rasgos humanos y algunas enfermedades humanas.
El estudio, que produjo una nueva plataforma computacional que está disponible para cualquier investigador, se publica en la revista PLOS Biología Computacional .
"Este es el primer programa que permite a los investigadores establecer una célula humana virtual y cambiar las reacciones químicas y las geometrías para observar los procesos celulares en tiempo real", dijo Zhaleh Ghaemi, investigadora científica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign yautor principal del estudio.
A partir de la idea de que el interior de las células está lleno de varios orgánulos y moléculas, el grupo, dirigido por la profesora de química de la U. de I. Zaida Luthey-Schulten, se centra en cómo el movimiento de las moléculas individuales alrededor de los muchos obstáculos afecta a la sustancia químicareacciones dentro de las células.
Para probar el nuevo modelo, el equipo realizó simulaciones de un proceso llamado empalme de ARN, que es uno de los procesos celulares más complejos y un sello distintivo de la biología celular humana, dijeron los investigadores.
"El empalme de ARN cambia las moléculas de ARN mensajero que transportan la información necesaria del ADN para formar proteínas", dijo Ghaemi. "El proceso utiliza una máquina celular compleja, llamada un empalme, que requiere el tráfico de componentes precursores y maduros alrededor delpartes altamente compartimentadas de una célula. Esto hace que el empalme de ARN sea ideal para estudiar cómo la disposición espacial afecta las diversas reacciones químicas que tienen lugar en las células ".
Las nuevas simulaciones revelaron una razón por la cual los precursores del empalme se mueven entre los núcleos y los compartimentos del citoplasma, dijeron los investigadores.
"A pesar de que este movimiento parece algo ineficiente y contradictorio a primera vista, nuestras simulaciones indican que son esenciales para el empalme de ARN adecuado y, por lo tanto, la síntesis de proteínas", dijo Martin Gruebele, profesor de química y coautor del estudio. "Cuandola síntesis de proteínas sale mal, puede provocar enfermedades, incluido el cáncer "
Los investigadores diseñaron la plataforma computacional para modelar una variedad de procesos celulares mientras el investigador la personalizaba completamente. "Por ejemplo, podríamos usar este modelo para observar qué tipos de proteínas se formarían si el proceso de empalme de ARN fuera aeliminar solo dos partes de una secuencia de ADN en lugar de tres ", dijo Luthey-Schulten." Esto podría proporcionar información sobre cómo se forman las diferentes proteínas e influyen en el desarrollo de las células cancerosas ".
Aunque el modelo de células humanas más completo hasta la fecha, el modelo computacional todavía tiene un amplio espacio para el avance y la personalización para estudiar otros procesos celulares, dijeron los investigadores.
"Esta simulación nos permitió observar el empalme de ARN durante 15 minutos", dijo Gruebele. "En última instancia, nos gustaría poder ejecutar el programa durante mucho más tiempo e incluir todas las proteínas necesarias para la replicación génica, permitiendoobservar la división celular en tiempo real. Las posibilidades para nuestro grupo, y otras porque el programa es de acceso abierto, son infinitas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de Noticias . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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