Pruebas virtuales, avances reales

Modelos moleculares y simulaciones por computadora están revolucionando la manera en que se hace investigación

Lunes 17 de enero de 2011 Guillermo Cárdenas Guzmán | El Universalguicardenas@hotmail.com

Tres siglos antes de nuestra era Aristóteles afirmó que “el arte imita a la realidad”. Y en forma creciente, gracias al desarrollo de los sistemas de cómputo y redes, en el siglo XXI la ciencia también tiende a emular la realidad, o al menos intenta reproducir fielmente algunos de sus aspectos mediante modelos virtuales que han dado paso a una nueva forma de experimentar: ya no sólo in vivo o in vitro, sino también in silico.
Los escenarios de realidad virtual se han convertido en una de las más poderosas herramientas para realizar en forma práctica, relativamente económica y más rápida simulaciones y experimentos que, en su formato convencional (ya sea dentro de un ser vivo o en un cultivo celular de laboratorio) consumirían mucho más tiempo, recursos y esfuerzo por parte de los científicos. Sin embargo, sus ventajas aún no son ampliamente explotadas.
La palabra ciencia in silico fue concebida por Pedro Miramontes, biomatemático de la UNAM y su profesor de tesis, Germinal Cocho Gil. En una charla de laboratorio, el primero exponía la forma en que efectuaba experimentos virtuales en una computadora. Cuando quisieron hallar una definición, ambos coincidieron en el término, que el entonces estudiante utilizaría luego en una ponencia pública en Nuevo México, EU, para describir su trabajo con la inducción de mutaciones en genes que sólo existían virtualmente.
"Las principales ventajas de los experimentos in silico son el tiempo y el dinero. Seguir la historia de un gen que se ha sometido a cientos de mutaciones puede llevar semanas de trabajo en un laboratorio de biología molecular, mientras que el mismo experimento es prácticamente instantáneo en una computadora”, explica Miramontes sobre la herramienta, usada también en el análisis celular, diseño de fármacos y visualización de cúmulos de datos como los de los genomas.
“En este país los recursos son limitados y esta tecnología permite optimizarlos; no necesitamos gastar enormes sumas de recursos para sintetizar 100 fármacos en el laboratorio y al final seleccionar sólo 5 en un lapso de varios años. Con los diseños virtuales podemos elegir a los mejores candidatos en forma preliminar en sólo 15 días”, comenta por su parte José Correa Basurto, líder del grupo de Modelado Molecular y Bioinformática de la Escuela Superior de Medicina del IPN.
Junto con sus colaboradores, el doctor Correa, farmacólogo y maestro en bioinformática, se ha enfocado a diseñar en 3D por computadora diversos tipos de proteínas para analizar sus características físico-químico-estructurales (como cargas eléctricas, sus cavidades y superficie), cómo serán asimiladas y excretadas en el cuerpo y determinar si es viable desarrollarlas en el laboratorio para obtener nuevos o mejores fármacos contra trastornos comunes en México, como Mal de Alzheimer, cáncer, VIH e influenza H1N1.
Plegamiento y acoplamiento
Para conseguir este objetivo, Correa Basurto y sus colegas utilizan varios programas computacionales que permiten hacer numerosos tipos de proyecciones virtuales, como el plegamiento (folding) y el acoplamiento (docking) de moléculas de interés, que son seleccionadas de bases de datos en Internet. En el primer caso, el software permite visualizar el proceso físico mediante el cual una proteína dada adquiere su estructura tridimensional característica a partir de una espiral simple.
En el caso del acoplamiento, el programa proyecta virtualmente la orientación predominante que tendrá una molécula respecto a otra cuando ambas se liguen y cómo se organizarán espacialmente para formar un complejo estable. Por ello, es una herramienta vital para el diseño racional de medicamentos, pues permite predecir la actividad y afinidad que existirá entre dos o más grupos de átomos al interactuar dentro del cuerpo humano para generar los efectos terapéuticos buscados.
Los científicos del IPN han modelado cómo se acoplan la integrasa (enzima del VIH, que le permite integrar su material genético en el ADN de la célula huésped humana y por ende replicarse) y otra sustancia que actúa como inhibidora de la misma. Con estas simulaciones y el apoyo de expertos en bioquímica, pueden decir con anticipación si será viable sintetizar una molécula en el laboratorio o si resultará inestable o difícil de absorber en el organismo.
También evalúan la dinámica e interacciones de otros inhibidores que actúan sobre la enzima acetilcolinesterasa (relacionada con el Alzheimer) y sobre la histona desacetilasa, proteína involucrada en el desarrollo de leucemia. “Sabemos que hay varios fármacos inhibidores de esta (última) enzima, pero no son tan potentes y resultan muy tóxicos para el hígado. Entonces estamos implementando una modificación estructural para eliminar esta toxicidad”, anota Correa Basurto.
Una vez concluido el diseño virtual de la nueva sustancia con las propiedades buscadas, aún tiene que fabricarse en la vida real (sintetizarse) y someterse a una serie de pruebas clínicas convencionales (in vitro e in vivo, con modelos animales y humanos) para evaluar su eficacia. “Para desarrollar los fármacos tendrán que transcurrir todavía unos 15 años, siempre y cuando se patenten y la industria farmacéutica esté interesada e inyecte dinero a los proyectos", aclara el académico del IPN.
“Las proyecciones de evolución biológica, tanto a nivel molecular como de organismos, son de lo más interesante. También las simulaciones computacionales de redes de genes, proteínas e incluso de interacciones de comunidades ecológicas tendrán resultados espectaculares en los próximos años”, anticipa Pedro Miramontes.