21.09.2009 - Georg-August-Universität Göttingen

Un equipo del CSIC ha desarrollado un nuevo método para detectar las estructuras de las proteínas por ordenador

El programa reduce la duración actual del proceso y utiliza ordenadores en red como si fueran un supercomputador

Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un nuevo sistema por ordenador que permite reconstruir la estructura de las proteínas partiendo de un pequeño conjunto de datos que no necesitan ser excepcionalmente buenos y ahorra meses de trabajo. El sistema, bautizado con el nombre ARCIMBOLDO en honor al pintor italiano Giuseppe Archimboldo, ofrece imágenes reconocibles de proteínas a partir de unos fragmentos, de forma similar a los bodegones de vegetales del pintor, en los que se puede ver rostros humanos a partir de unos pocos elementos bien ubicados.

ARCIMBOLDO usa 100 ordenadores en red como si fueran un supercomputador. Los resultados han sido publicados en Nature Methods. La investigadora del CSIC y directora de la investigación, Isabel Usón, señala las ventajas del sistema: “Es un método computacional que permite resolver estructuras macromoleculares por difracción de rayos-X a partir de un pequeño conjunto de datos y sin necesidad de efectuar laboriosas modificaciones Funciona con datos de una calidad normal cuando, hasta la fecha, únicamente con muchos datos se podía resolver”.

Para entender el funcionamiento de una proteína o un conjunto de proteínas es importante poder verlas con detalle. Hasta ahora, uno de los métodos habituales para hacerlo es la cristalografía de rayos-X, que consiste en hacer pasar un haz de rayos X a través de un cristal de la sustancia estudiada. El haz se escinde en varias direcciones al atravesar el cristal y, por difracción, se genera un patrón de intensidades que puede interpretarse según la ubicación de los átomos en el cristal.

Esta técnica, que ofrece una imagen tridimensional de las proteínas con un alto grado de detalle y precisión, no consigue calcular directamente las fases. Llegar a establecer esos detalles y resolver la estructura de la sustancia puede suponer muchos meses de trabajo experimental adicional.

El método

“Esta técnica, que ofrece una imagen tridimensional de las proteínas con un alto grado de detalle y precisión, no consigue calcular directamente la estructura, sino que precisa una hipótesis inicial muy completa y exacta o apoyarse en las diferencias de varios conjuntos de datos medidos en cristales modificados. Llegar a interpretar los resultados de las modificaciones y resolver la estructura de la sustancia puede suponer muchos meses de trabajo experimental adicional”, destaca la investigadora del CSIC.

En un primer momento, el número de hipótesis es muy elevado, por lo que deben ser sometidas a cálculos de modificación de la densidad electrónica. Se trata de imponer condiciones de contorno a la estructura basadas en que la imagen tridimensional de una proteína debe tener las propiedades típicas de una proteína. Como en los cuadros de Archimboldo, se trata de modificar el cuadro para que la colección de frutas y hortalizas sea menos evidente y el aspecto sea más humano.

“Pero esto no sería posible para cualquier imagen, un bodegón dejará de ser tal y se transformará en un rostro humano si los fragmentos originales son correctos. Por lo que al final del proceso se puede distinguir numéricamente la estructura sin tener que examinar una por una las soluciones correctas de entre una gran cantidad de intentos fallidos”, señala Usón.

El sistema será accesible y gratuito para cualquier investigador que trabaje en un centro sin fines lucrativos. La investigación ha sido desarrollada por el equipo coordinado por Usón en el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC), y ha contado con la colaboración de investigadores de la Universidad de Göttingen y del Max-Plank Institut de Química Biofísica de Alemania, y con el apoyo del Instituto Catalán de Estadística.

Dayté D Rodríguez, Christian Grosse, Sebastian Himmel, César González, Iñaki M de Llarduya, Stefan Becker, George M Sheldrick e Isabel Usón. "Crystallographic ab initio protein structure solution below atomic resolution."; Nature Methods.

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