Un grupo de investigadores de RIKEN y la Universidad Estatal de Michigan han utilizado la poderosa computadora K para mostrar cómo las moléculas se mueven dentro del interior extremadamente lleno de una célula bacteriana.
Los estudios in vitro, estudios realizados en tubos de ensayo, nos han dado una gran comprensión de cómo las moléculas interactúan entre sí. Sin embargo, se sabe muy poco de cómo interactúan in vivo, en células reales, porque debido aapiñados, pueden actuar de formas difíciles de modelar en tubos de ensayo: aproximadamente el 70 por ciento del citosol está compuesto de agua, y el 30 por ciento restante está formado por macromoléculas como los ribosomas, biomoléculas como las proteínas y el ADN, metabolitoscomo ATP y aminoácidos e iones.
Para el estudio, publicado en eLife, el grupo modeló el interior de la bacteria más pequeña conocida, Mycoplasma genitalium, que tiene una longitud de aproximadamente 400 nanómetros, un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro, y modeló dinámicamente aproximadamenteun billón de átomos dentro de la célula, haciendo de esta una de las simulaciones dinámicas moleculares más grandes realizadas hasta la fecha. La simulación se realizó con GENESIS, un programa de dinámica molecular masivamente paralelo desarrollado en RIKEN. Los cálculos, que utilizaron 65.536 núcleos de procesamiento de la computadora K, tardó varios meses en completarse a pesar del poder de la supercomputadora.
Los resultados del estudio ponen en tela de juicio la suposición predominante de que en el entorno celular lleno de gente, las interacciones entre las moléculas se rigen principalmente por un fenómeno conocido como el "efecto de exclusión de volumen", lo que significa que las moléculas monopolizan un cierto volumen del disolvente.- en este caso, agua - en la solución a su alrededor, evitando que otras moléculas ocupen ese espacio. Por el contrario, la simulación encontró que otras interacciones, como la electrostática entre moléculas cargadas, juegan un papel importante.
Isseki Yu de RIKEN iTHES, el primer autor del estudio, dice: "Este trabajo nos ha demostrado que existen grandes diferencias entre las condiciones in vitro y las condiciones in vivo en la célula. Hemos encontrado evidencia de interacciones más allá del""efecto de exclusión de volumen", incluidas las interacciones proteína-proteína y las interacciones electrostáticas con iones y metabolitos. Estos deben tenerse en cuenta al interpretar los estudios in vitro ".
Según Yuji Sugita, uno de los líderes del equipo de investigación, que tiene laboratorios en iTHES, así como el Centro de Biología Cuantitativa RIKEN y el Instituto Avanzado de Ciencias Computacionales RIKEN, "esta investigación nos ha acercado un paso más al sueño desimulando una célula completa a escala molecular. El trabajo también contribuirá al desarrollo de fármacos, ya que los estudios previos generalmente analizaron las interacciones entre proteínas y un solo compuesto candidato dentro del agua. Ahora, también podremos analizar las interacciones entre el compuesto candidatoy otras moléculas dentro del entorno celular lleno de gente ". Sugita continúa:" Una limitación de este estudio es que debido a la enorme potencia de cómputo requerida, solo pudimos realizar simulaciones cortas. Creemos que aún es preciso, pero esperamos poderpara realizar este trabajo en computadoras futuras aún más potentes para reducir las incertidumbres estadísticas e incorporar otras interacciones en la simulación como gADN enómico y elementos del citoesqueleto "
Michael Feig, el líder del proyecto en la Universidad Estatal de Michigan, quien también está afiliado al Centro de Biología Cuantitativa de RIKEN, dice: "Este trabajo es un gran paso adelante hacia el modelado de una célula completa con detalles atomísticos que finalmente nos permitirá conectarnoslo que sabemos a nivel molecular con función biológica a nivel celular "
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Materiales proporcionado por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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