Donde una vez estuvo la herrería del pueblo ahora se encuentra un algoritmo, su poderoso martillo matemático golpeando proteínas en forma.
La profesión del herrero es una analogía digna de lo que los científicos de la Universidad de Rice han forjado: un nuevo método para hacer modelos estructurales precisos de proteínas que requiere mucho menos poder computacional que los enfoques existentes de fuerza bruta.
El objetivo de los modelos estructurales producidos por la computación, según el físico Peter Wolynes del Centro de Física Biológica Teórica CTBP de Rice, es ser tan detallado y útil como los producidos por medios experimentales laboriosos, particularmente la cristalografía de rayos X, queproporcionar ubicaciones detalladas para cada átomo dentro de una proteína.
El nuevo método se inspira en la metalurgia. Al igual que el herrero que no solo debe calentar y enfriar un metal, sino también golpear el metal justo para acercarlo a un producto útil, se aplica el proyecto Rice liderado por Wolynes y el ex alumno Xingcheng Linfuerza en puntos estratégicos durante la simulación de modelos de proteínas para acelerar el cálculo.
"Una gran pregunta es si alguna vez podríamos tener más confianza en la precisión de los resultados de una simulación que el resultado de los experimentos de rayos X", dijo Wolynes. "Estoy a punto de decir que es donde estamos ahorapero, por supuesto, el tiempo lo dirá "
El estudio aparece esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Los investigadores han utilizado la cristalografía de rayos X durante más de un siglo para aprender las posiciones de los átomos dentro de las moléculas de sus estructuras en los cristales de proteínas. Esta información es el punto de partida para los estudios de biología estructural, y se cree que la precisión es esencial para diseñarmedicamentos para interactuar con proteínas específicas.
Pero las estructuras cristalinas proporcionan solo una instantánea de una proteína que en realidad cambia su forma global y posiciones atómicas detalladas a medida que la proteína realiza su trabajo en la célula.
Wolynes y sus colegas han sido pioneros en los métodos computacionales para predecir estructuras plegadas a partir del paisaje energético codificado en los aminoácidos de la proteína. En el nuevo trabajo, abordan la colocación detallada de las cadenas laterales de los aminoácidos que se pueden empujar de esta manerao que mediante un algoritmo que comience desde una vista de resolución moderada de la estructura global.
"Para alcanzar la resolución que queremos comenzar a partir de los modelos iniciales de grano grueso, normalmente necesitaríamos ejecutar la computadora durante dos meses", dijo. "Pero descubrimos que primero podíamos simular los movimientos del modelo de grano grueso".para encontrar esos movimientos que cambiarían los patrones de unión en la molécula más sustancialmente.
"Algunos movimientos no hacen nada en absoluto: puede que estés moviendo la mano, pero el movimiento importante es doblar el codo", dijo Wolynes. "Entonces, se nos ocurrió una receta para seleccionar los movimientos más significativos ylos usamos para sesgar otra simulación realizada en alta resolución. Usamos deliberadamente la fuerza para empujar las proteínas solo en esas direcciones, luego observamos las estructuras que resultaron para ver si eran más estables de lo que comenzamos ".
Como un herrero que martilla arena de una pieza de metal, el equipo de Rice también encontró métodos para eliminar el "grano" de sus modelos: cadenas laterales voluminosas y de movimiento lento cuya dinámica lenta absorbió el tiempo de la computadora como una proteína plegada.la eliminación no cambió el resultado, pero hizo que el cálculo fuera mucho más rápido.
"Los metalúrgicos calientan y enfrían cosas para recocerlas, pero también descubren cómo hacer los grandes movimientos que no sucederán espontáneamente si solo mantienes el metal a una temperatura alta", dijo Wolynes ".Hemos estado recociendo con modelos de grano grueso durante mucho tiempo. Pero los herreros también golpean el metal para sacar la arena o la escoria, y eso nos inspiró a deformar mecánicamente las proteínas ".
Wolynes dijo que el CTBP ha actualizado metódicamente sus modelos para el plegamiento de proteínas y la predicción de la estructura utilizando nuevos lenguajes informáticos a lo largo de los años, lo que a su vez ha ayudado a los investigadores a atacar problemas más sofisticados.
"Recodificar los modelos nos ha permitido observar moléculas que son 10 veces más grandes que antes", dijo. "No hay física nueva, solo nueva programación y mejores computadoras paralelas, pero está haciendo una diferencia real en los problemas prácticos que tenemos".ahora puede abordar "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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