La «papiroflexia» de las proteínas

Entre todas las moléculas de las que están formados los seres vivos las proteínas son, probablemente, las más importantes. De hecho, prácticamente todos los procesos biológicos dependen de la acción de una o varias proteínas, que pueden adoptar las formas más variadas. Básicamente, una proteína es una cadena de aminoácidos (hay veinte diferentes), que se alinean en fila en distintos órdenes según cuál vaya a ser la función final de la proteína.

Al plegarse, los aminoácidos de la cadena "encajan" como las piezas de un rompecabezas y forman la clase de proteína concreta que se necesita para cada función biológica. Si una proteína no se pliega de la forma correcta, no será capaz de cumplir su función. Por eso el estudio de las formas finales que pueden adoptar las proteínas resulta tan importante.

Plebiotic, una compañía española de biotecnología que nació en 2009, ha conseguido solucionar una buena parte de los problemas que hoy tiene la simulación computacional del plegamiento de proteínas. Una tarea muy compleja que necesita ordenadores con una gran capacidad de cálculo, y muchas horas de computación para conseguir simulaciones muy cortas. De hecho, hoy por hoy resulta imposible estudiar por entero el proceso de plegamiento de proteínas.

Para solventar estas dificultades, Plebiotic, que mantiene una estrecha colaboración con el grupo de Biología Estructural (Departamento de Bioquímica y Biología Molecular) de la Universidad de Zaragoza, ha desarrollado un sistema que combina hardware y software y que consigue agilizar las tareas de simulación del plegamiento de proteínas. El método permite conocer cuál será la forma de las proteínas en determinadas situaciones, entre ellas las alteraciones causadas por una enfermedad.

Esta clase de simulaciones informáticas resulta de gran interés para la investigación científica y es ampliamente utilizada por distintos sectores. La industria farmacéutica invierte, como media, más de 350 millones de dólares en las fases preclínicas de un medicamento , donde llega a usar más de 10.000 moléculas diferentes. Una cifra que el sistema desarrollado por Plebiotic puede reducirse a menos de la mitad. En la actualidad, desde que es concebido hasta que consigue fabricarse, un fármaco tarda unos 15 años en salir al mercado. Un tiempo que implica un coste medio de 800 millones de dólares.

La dinámica molecular permite acortar los tiempos de estudio empleados en el diseño de nuevos fármacos, ahorrar costes en farmacología, desarrollar vacunas y mejorar su eficacia, identificar marcadores de diagnóstico o respuesta a tratamiento, investigar disfunciones congénitas o innovar en sector de la agrobiología. También ofrece ventajas en el campo de la alimentación, pues se pueden mejorar las características fenotípicas de los productos que se incorporan al mercado (color, sabor…), sirve para investigar organismos genéticamente modificados y estudia las enzimas como aditivos en los alimentos.

La solución de Plebiotic para agilizar las simulaciones de dinámica molecular se basa en una aplicación informática que permite el uso simultáneo de varias unidades gráficas o GPUs. Gracias a ese software, los expertos de la compañía española han conseguido, utilizando una serie de unidades gráficas de computación de bajo coste, capacidades de cálculo similares a las que se obtendrían utilizando superordenadores. Lo cual reduce significativamente el tiempo que se necesita invertir en investigación.

En concreto, el sistema se ha demostrado capaz de reducir entre 10 y 100 veces el tiempo de computación actual para esta clase de investigaciones, algo que repercute de forma directa en los costes. De hecho, según Álvaro López-Medrano, fundador y máximo responsable de Plebiotic, " de los 800 millones que por regla general cuesta el proceso se puede ahorrar, como mínimo, un 20%".

Estudios realizados con proteínas reales han demostrado que el uso de 4 GPUs simultáneos controlados por el software asociado generan una capacidad de computación equivalente a un clúster de unos cien ordenadores estándar.