Proteinen mugimendua simulatzeko programa bat garatu du UPV/EHUk

Lehenengo argitaratze data: 2013/09/11

Irudia
UPV/EHUko Mikel Diez ikerlaria

Gure gorputzeko proteinek eta robotek mugitzeko duten antzekotasuna baliatu du horretarako UPV/EHUko ingeniaritza mekanikoko sailak.

Proteinak gure gorputzean gertatzen diren prozesu biologiko gehienetan parte hartzen duten molekulak dira. Dituzten funtzioetako asko betetzeko mugitu egin behar dute. Adibidez, zabaldu edo itxi egiten dira, barnean molekulak gorde eta garraiatzeko. Orain arte mugimendu hauek ikertzeko metodo garestiak besterik ez ziren aukeran: superordenagailuak behar ziren eta egun askotako kalkuluak. Bilboko Ingeniaritza Goi Eskola Teknikoko mekanika sailak bide laburragoa garatu du orain. Robotek eta proteinek mugitzeko duten antzekotasuna oinarri hartuta, mekanismoen azterketa eta simulazioan erabiltzen dituzten teorema eta algoritmoak egokitu dituzte. Horrela, azkarrago eta beharrezko zehaztasunez jakin dezakete proteinen mugimenduak nola funtzionatzen duen eta molekula hauek parte hartzen duten prozesuetan eragiteko bidea erraztu dute. Proiektu honetan bidelagun CIC bioGUNE zentroa izan dute, biozientzien ikerketa eta ingeniaritza mekanikoa hain urrun ez daudela frogatuz.

Proteinen ikasketa gaur eguneko zientzia-arloen artean interesgarrienetarikoa da. Geroz eta diziplina gehiago ari da biltzen da arlo honetara. Fisikak, biologiak, matematikak eta orain ingeniaritzak, euren ikerketa-zatia aurkitu dute bertan. Bilboko Ingeniaritza Goi Eskola Teknikoko mekanika saila eta biozientzien arloa ikertzen duen CIC bioGUNE zentroaren diziplina arteko elkarlanak emaitza oparoa ekarri du oraingoan: proteinen mugimendua aztertzeko software bat garatu dute ingeniariek, aurrez erabiltzen ziren programak baino azkarragoa eta merkeagoa.

Proteina batzuk estatikoak dira. Gorputzak, azala edo muskuluak sortzeko erabiltzen dituen adreiluak dira. Beste batzuk, aldiz, mugimenduan egiten dute lan, dinamikoak dira. Adibidez, osagai kimiko batekin elkartu behar dute euren funtzio betetzeko. Egitura estatikoak ikertzeko metodo esperimentalak erabili izan dira orain arte, tartean X-izpien kristalografia edo erresonantzia magnetiko nuklearra. Bide hauek ez dute ordea balio mugimenduan dauden proteinentzat, metodo analitikoak erabili behar dira, ordenagailuetako simulazioak. Superordenagailuak behar dira eta egunak edo hilabeteak ematen du kalkulu guztiak egiteak.

Zailtasun horren atzean proteinen beraien mugimenduaren izaera dago. Modu errazean azalduta, proteinen egiturek, beso baten antzeko mugimendu-gaitasuna dute. Baina, besoak hiru artikulazio dituen moduan proteinek ehunka, milaka izan ditzake eta horrek ematen dio simulazioari konplexutasuna. Bilboko Ingeniaritza Goi Eskola Teknikoko mekanika saileko COMPMECH ikerketa-taldeak lan hori sinplifikatzen duen programa bat garatu du. Proteinen mugimenduak eta robotenak antz handia dutela ikusi dute, autoen muntaia-kateetan erabiltzen diren bezalako robotena bereziki. COMPMECH ikerketa taldeak, hain zuzen ere, esperientzia handia du mekanismoen azterketan eta simulazioan eta ingeniaritzan erabiltzen dituen teoremak eta algoritmoak proteinetan aplikatu dituzte. Helburua izan da proteinen mugimenduak koste konputazional txikiarekin simulatzea, beti ere proteinaren izaera biologikoa mantenduz. Lau proteinekin egin dute lan eta bi egoera ezberdinetan. Bata, funtzioa betetzean nola mugitzen ziren, eta bestea, hiru dimentsioko egiturara nola iristen ziren simulazioa, izan ere, proteinak hasieran kate luzeak dira eta tolestu egiten dira gero.

Diziplina artekotasuna

Proiektua burutzeko, Luis-Alfonso Martinez Cruz, CIC bioGUNE-ko X-izpien kristalografia laborategiko burua izan dute ondoan ingeniariek, ikerketan egindako hipotesi guztiak berresteko. Proteinen mugimendua ezagutzeko metodoa sinplifikatzeak proteinen ikerketan dabiltzan ikertzaileen lana erraztuko du. Hala nola, molekula jakin baten eta proteina baten arteko elkarrekintzan proteina nola ireki edo ixten den aztertuta, jakin daiteke, adibidez, beste zein konposatuk duen geometria egokia elkarrekintza bera eragiteko. Hala, konposatu berriak bila daitezke elkarrekintza horren bitartez proteina blokeatzeko, bere funtzioa bete ez dezan, sendagaiek egiten duten moduan. Esan bezala, biomolekula hauek gure gorputzean gertatzen diren prozesu biologiko gehienetan parte hartzen dute, baita zenbait gaixotasunetan ere, minbizia edo alzheimerra kasu, eta proteinen mugimenduaren kontrolak ate asko zabal ditzake. CIC bioGUNEn bide honetan dabiltza. Proteinen mugimendua hobeto ulertuta zer konposaturekin lotu daitezkeen jakin daiteke edo zer nolako funtzioa bete lezakeen beste egoera batean, eta simulazio tresna berriak bide hori soilduko die.

Ikerketa-taldea:
COMPMECH Research Group, Ingeniaritza Saila. Ingeniaritza Goi Eskola Teknikoa (Bilbo) www.ehu.eus/compmech. Luis Alfonso Martinez Cruz. X-Izpietako laborategiko burua, CIC bioGUNE

Argitalpenak.
Mikel Diez, Víctor Petuya, Luis Alfonso Martínez-Cruz, Alfonso Hernández, A biokinematic approach for the computational simulation of proteins molecular mechanism Original Research Article. Mechanism and Machine Theory, Volume 46, Issue 12, December 2011, Pages 1854-1868. 1.214 impact factor.
Mikel Diez, Víctor Petuya, Luis Alfonso Martínez-Cruz, Alfonso Hernández, Biokinematic protein simulation by an adaptive dihedral angle approach Original Research Article. Mechanism and Machine Theory, Volume 69, November 2013, Pages 105-114. 1.214 impact factor.