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Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, dirigido por Frauke Gräter, ha desarrollado un nuevo método de simulación que funciona con extrema rapidez y puede predecir con gran precisión los procesos químicos en las células.
Las reacciones químicas son el motor de la vida. Garantizan que las células obtengan energía, las proteínas realicen sus funciones y el ADN cambie en determinadas condiciones. Sin embargo, muchos de estos procesos ocurren a escalas extremadamente pequeñas, tan pequeñas y tan rápidas que son difíciles de observar directamente mediante experimentos.
Por ello, los investigadores llevan años utilizando simulaciones por ordenador para estudiar el comportamiento de las moléculas. Sin embargo, hasta ahora se ha omitido una propiedad importante para mantener las simulaciones dentro de los límites de lo que es factible en los superordenadores actuales: Aunque las moléculas se mueven de forma realista en muchas simulaciones, los enlaces químicos no pueden romperse ni formarse de nuevo.
En ete sentido, el nuevo software KIMMDY (abreviatura de KInetic Monte Carlo MolecularDYnamics) combina varios enfoques computacionales y utiliza métodos de aprendizaje automático para calcular cuándo y dónde pueden producirse reacciones químicas.
"Esto nos permite no sólo seguir cómo se mueven las moléculas, sino también cómo reaccionan entre sí", afirma la profesora Frauke Gräter, directora del departamento de "Mecánica Biomolecular" del MPI-P. "Esto, a su vez, abre posibilidades totalmente nuevas para investigar procesos biológicos complejos en un ordenador".
El nuevo método permite simular sistemas moleculares muy grandes -como proteínas o ADN en su entorno natural- y seguir cadenas de reacción en las que un paso químico desencadena el siguiente. Estos procesos intervienen en muchos contextos biológicos, como el daño a biomoléculas o las modificaciones químicas en proteínas o ADN.
Para demostrar las capacidades del método, los investigadores examinaron varios ejemplos de la biología. En simulaciones del colágeno, una proteína crucial para la estabilidad de nuestra piel, huesos y tejido conjuntivo, pudieron seguir la migración de fragmentos moleculares reactivos a través de la proteína y su acumulación en lugares específicos. Ahora también pueden investigarse los daños en el ADN, como los causados por la radiación UV.
El nuevo método destaca porque permite calcular sistemas con millones de átomos con más eficacia que los métodos de la competencia. Esto significa que KIMMDY podría ayudarnos a comprender mejor los procesos biológicos y químicos en el futuro.
Al mismo tiempo, KIMMDY abre nuevas posibilidades para interpretar los resultados experimentales y planificar nuevos experimentos.
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