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ERIKLINDAHLERC2007 Resultado resumido

Project ID: 209825
Financiado con arreglo a: FP7-IDEAS-ERC
País: Suecia

Nueva técnica puntera para la simulación molecular

Las simulaciones biomoleculares se emplean en muchos ámbitos de la investigación dedicada a las ciencias de la vida. Ofrecen una suerte de microscopio virtual revolucionario, pero todavía queda mucho camino por recorrer para que permitan conocer las enfermedades a nivel molecular y, así, facilitar el diseño de medicamentos eficaces.
Nueva técnica puntera para la simulación molecular
El equipo del proyecto ERIKLINDAHLERC2007 (Multiscale and distributed computing algorithms for biomolecular simulation and efficient free energy calculations), financiado con fondos europeos, ha realizado importantes progresos en el campo de las simulaciones biomoleculares. Se logró aumentar el rendimiento de estas herramientas en varios órdenes de magnitud y optimizar la precisión de la predicción.

Se realizaron grandes avances como el desarrollo de la versión 4.6 de GROMACS. Este programa puede analizar diferentes tipos de biomoléculas (p. ej.: proteínas, lípidos y ácidos nucleicos) junto con sus correspondientes campos de fuerza mediante características específicas de CHARMM27. Se logró un rendimiento cuarenta veces mayor y una mejora diez veces mayor en paralelización para simulaciones. Además, este código de simulación de acceso libre era cinco veces más rápido que el más moderno disponible.

La introducción del cálculo de la energía libre basado en la «Bennett Acceptance Ratio» permitió el análisis instantáneo, con mayor precisión incluso en entornos informáticos en la nube y distribuidos. Además, se automatizó la entrada de datos sobre energía libre, mientras que el análisis estadístico proporcionaba una estimación de error estándar para todos los cálculos de energía libre.

No obstante, la guinda del pastel fue el desarrollo de un marco novedoso que permitía una «dinámica molecular adaptativa paralela» que combina la computación distribuida con las simulaciones de la dinámica molecular. Disponible en el sitio web de Copernicus, esta herramienta de fuente abierta programa automáticamente miles de simulaciones acopladas estrechamente, mientras que la computación distribuida aumenta varias veces la eficacia del muestreo.

Las simulaciones adaptativas para los cálculos de energía libre y la generación automática de parámetros de simulación para pequeñas moléculas han permitido reducir el número de simulaciones necesarias. Como resultado, Copernicus puede determinar, en unas horas, las energías libres de solvatación y unión de numerosos compuestos. Además, el coste es menor que un euro por compuesto.

Estas herramientas nuevas facilitan las simulaciones de sistemas biológicos importantes como los canales iónicos y las proteínas de membrana. Los descubrimientos clave se publicaron en revistas científicas y serán de utilidad en el campo de diseño de fármacos. Por ejemplo, el estudio de los canales iónicos activados por ligando arrojó luz sobre el mecanismo de modulación alostérico con dos sitios de unión. Esto puede resultar útil en el diseño de parejas novedosas de fármacos anestésicos on/off.

En conjunto, las herramientas y los resultados del proyecto ERIKLINDAHLERC2007 podrían mejorar el conocimiento sobre las enfermedades degenerativas como la de Creutzfeldt-Jakob y contribuir al diseño racional de medicamentos. La aplicación de estas técnicas podría ampliarse más allá de la biomedicina, por ejemplo a la ciencia de los polímeros y la nanotecnología.

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Palabras clave

Simulación biomolecular, medicamento, GROMACS, cálculo de la energía libre, computación distribuida, Copernicus
Número de registro: 188500 / Última actualización el: 2016-09-09
Dominio: Biología, Medicina
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