Publicado en Science: Anton, un supercomputador de propósito específico para estudiar el plegamiento de proteínas

 

David Shaw, informático y especialista en supercomputadores, desarrolló algoritmos para inversión bursátil en Wall Street. Tuvo tanto éxito que fundó su propia hedge fund y alcanzó un puesto en la lista Forbes de los 400 hombres más ricos de EE.UU. Aburrido con las finanzas decidió retornar a la ciencia, la biología computacional. Ha diseñado un supercomputador de propósito específico para el estudio del plegamiento de proteínas. Hoy publica en la revista Science su primer gran éxito, Anton, un supercomputador de propósito específico (fabricado por su compañía D.E. Shaw Research o DERES) que es 100 veces más rápido que el supercomputador de propósito general más rápido del mundo. Eso sí, 100 veces más rápido en la única tarea que sabe hacer, estudiar el plegamiento de una proteína. Anton es un supercomputador con 512 procesadores diseñado para acelerar las simulaciones de dinámica molecular, la determinación de las interacciones entre los átomos de una proteína, y ha sido capaz de estudiar la evolución de 13564 conformaciones de una pequeña proteína (FiP35), con 35 aminoácidos, y seis de sus mutaciones. David Shaw y sus colegas han fabricado 11 copias de este supercomputador con 512 procesadores (uno de ellos ha sido donado al Centro de Supercomputación Biomédica de Pittsburgh, Pennsylvania, EE.UU.). El objetivo de Shaw es fabricar una nueva máquina con 1024 procesadores y diseñar una máquina futura con 2048. Shaw, tras su retorno a la ciencia ha afirmado: “Me encanta esto. Es la cosa más divertida que he hecho jamás. Es muy satisfactorio para mí” [“I love this. It’s just the most fun I’ve ever had. It’s very satisfying“]. Nos lo ha contado Robert F. Service, “Computational Biology: Custom-Built Supercomputer Brings Protein Folding Into View,” News of the Week, Science 330: 308-309, 15 October 2010. El artículo técnico, para los interesados en más detalles, es David E. Shaw et al., “Atomic-Level Characterization of the Structural Dynamics of Proteins,” Science 330: 341-346, 15 October 2010. Abajo, el plegamiento de una cadena de 6 aminoácidos (arriba, izquierda), la forma final de la proteína FiP35, llamada WT (arriba, derecha), y la forma final de los 6 mutantes estudiados (abajo). Estas proteínas fueron seleccionadas porque son pequeñas y porque su plegamiento es uno de los más rápidos conocidos (uno de los más difíciles de estudiar). El artículo técnico será de interés para todos los interesados en el plegamiento de proteínas, que no son pocos en España y en el resto del mundo.

Para qué sirve el ADN basura y por qué las células fabrican ARN a partir de él

Sólo del 1-2% del ADN humano produce ARN que codifica proteínas. El resto era calificado como ADN “basura” (junk), ¿sirve para algo? Anna Petherick trata de contestar a las preguntas del título en Nature News, Nature 454, 1042-1045 ( 2008 ), published online 27 August 2008 .

En el cromosoma humano 12 se encuentra un trozo de ADN llamado HOTAIR (HOX antisense intergenic RNA), que no codifica ninguna proteína, luego no corresponde a un gen, aunque sí produce una molécula de ARN de unos 2.200 nucleótidos, llamada STAR por su descubridor, que afecta a ciertos genes del cromosoma humano 2 relacionados con el crecimiento de células de la piel. HOTAIR fue descubierto por John Rinn, quien lo califica como una “joya en el mar de los ARN largos.” Esta gran molécula de ARN no codificante es similar a Xist, el ejemplo más famoso de ARN largo no codificante, descubierto en 1991, que tiene 17.000 nucleótidos.

Hace sólo una década el ARN era considerado un mero intermediario entre el ADN y la maquinaria molecular de fabricación de proteínas, sin embargo, hoy las cosas han cambiado. Thomas Gingeras en 2005 demostró que en algunas células el 80% del ADN produce moléculas de ARN. En 2008, se ha demostrado que el 74% del genoma de la levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae) y el 90% de la levadura Schizosaccharomyces pombe producen ARN no codificante. ¿Para qué sirven todos estos “genes de ARN”? Actualmente no se sabe para qué sirven, ni siquiera se sabe si todos sirven para algo o sólo algunos. En especial, la polémica está servida para los trozos grandes de ARN no codificantes, algunos de más de 10.000 nucleótidos. De hecho, hay investigadores que creen que son “errores” que han permanecido en el genoma durante la evolución.

¿Cómo se puden saber para qué sirven? Lo más fácil es alterar genéticamente el ADN y ver qué pasa. Por ejemplo, en ratones, Jürgen Brosius de la University of Münster, Alemania, ha eliminado 150 nucléotidos que gneran ARN no codificantes en neuronas de ratones. Como resultado, aparentemente, nada ha pasado. Eso sí, el comportamiento de los animales parece “ligeramente” alterado en ciertos test de inteligencia. pero los cambios son muy sutiles para poder asociarlos completamente a dicha alteración genética.

Los investigadores que creen que estas cadenas largas de ARN no sirven para nada ponen siempre como ejemplo ciertos estudios de levaduras que muestran que muchas cadenas largas de ARN son rápidamente destruidas por el exosoma nuclear, un complejo protéico que degrada el ARN. En dicho caso, es difícil suponer que tienen alguna función específica. Gingeras contesta a dichos investigadores que dos tercios de los ARN largos portan una etiqueta molecular que hace que sean rápidamente degradados, pero el tercio restante no la porta, al menos que se sepa, luego puede tener algún tipo de función específica.

La cuestión está abierta actualmente. Futuros estudios decidirá si los ARN largos forman parte del transcriptoma, las redes de señalización celular que determinan cuándo se debe expresar o reprimir la producción de genes, o por el contrario son en su mayoría meros “errores” de transcripción que se han propagado gracias a la evolución.