La ciencia detrás de Folding@home

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¿Qué son las proteínas?

Las proteínas son collares de aminoácidos --- moléculas de cadenas largas. Las proteínas son la base de como la biología hace las cosas. Como enzimas, son la fuerza motora detrás de todas las reacciones bioquímicas que hacen funcionar la biología. Como elementos estructurales, son los constituyentes principales de los huesos, músculos, cabello, piel y vasos sanguíneos. Como los anticuerpos, reconocen a los elementos invasores y permiten al sistema inmunológico deshacerse de los no deseados. Por estas razones, los científicos han secuenciado el genoma humano -- el plano de todas las proteínas en la biología -- pero ¿cómo podemos entender lo que hacen las proteínas y como trabajan?

¿Porqué se "pliegan" las proteínas?

Sin embargo, el solo conocimiento de la secuencia del genoma nos dice poco sobre lo que la proteína hace y del como lo hace. Para poder llevar a cabo sus funciones (por ejemplo como enzimas o anticuerpos), deben alcanzar una forma determinada, conocida también como "pliegue". Las proteínas son por tanto, máquinas realmente maravillosas: antes de hacer su trabajo, ¡se ensamblan a si mismas!. Al proceso de autoensamble se le llama "plegamiento". Uno de los objetivos de nuestro proyecto es llegar a simular el plegamientos de las proteínas para poder entender como las proteínas logran plegarse de forma tan rápida y fiable y aprender lo que ocurre cuando este proceso se descontrola (cuando la proteína se pliega de forma incorrecta).

El plegamiento de las proteínas y las enfermedades: EEB (la enfermedad de las vacas locas), Alzheimer, Huntington ...

¿Que pasa si las proteínas no se pliegan correctamente? Se cree que enfermedades como el Alzheimer, la cistitis fibrótica, la EEB (mal de las vacas locas), una variante hereditaria de enfisema, e incluso muchas formas de cáncer son provocadas por el plegamiento incorrecto de las proteínas. Cuando las proteínas no se pliegan bien, pueden apelotonarse ("agregarse"). Estos apelotonamientos pueden acumularse en el cerebro, donde se cree que causan los síntomas de las enfermedades de Alzheimer o del mal de las vacas locas.

¿Porqué es tan difícil entender el plegamiento de las proteínas?

No es sólo sorprendente que las proteínas se autoensamblen - plieguen - sino que lo hagan tan rápidamente: a veces tan rápido como una millonésima de segundo. Aunque este intervalo es muy pequeño en la escala humana de tiempo, es considerablemente grande para que los ordenadores lo simulen, se necesita casi un día para simular un nanosegundo (1/1.000.000.000 parte de un segundo). Desafortunadamente, las proteínas se pliegan en el orden de las decenas de microsegundos (10.000 nanosegundos). Por tanto se tardaría 10.000 días de CPU para simular todo el plegamiento -- es decir ¡se emplearían 30 años de CPU¡ Es mucho tiempo para conseguir un único resultado.

Nuestra solución: utilizar nuevos algoritmos de computación distribuida para simular lo que antes no era posible

Nuestro grupo ha desarrollado formas nuevas de simular el plegamiento de las proteínas que rompen la barrera temporal en las simulaciones experimentales al dividir de manera innovadora el trabajo entre múltiples ordenadores con una progresión casi lineal con el número de procesadores. De este modo, con el poder de Folding@home (más de 100.000 ordenadores), hemos destrozado la barrera del microsegundo, simulando plegamientos de milisegundos de duración y ayudado a desvelar el misterio del plegamiento de las proteínas.

¿Qué hemos hecho hasta ahora y a donde vamos?

Folding@home ha sido un éxito. Durante 2000-2001, hemos simulado varias proteínas pequeñas de plegamiento rápido, validando experimentalmente nuestra metodología. Ahora estamos trabajando para seguir desarrollando nuestro método, y aplicarlo a proteínas más interesantes y complejas y a las cuestiones del plegamiento y plegamiento incorrecto de las proteínas. Desde entonces (2002-2006), Folding@home ha estudiado proteínas más complejas, notificando la simulación del plegamientos de muchas proteínas en el orden del microsegundo, incluyendo entre ellas la BBA5, la diadema villina y la caja Trp.

Más recientemente (2006-hasta ahora), hemos dedicado mucho esfuerzo al estudio de las proteínas relacionadas con enfermedades, como el Alzheimer y la enfermedad de Huntington. Puede ponerse al corriente de nuestros resultados y logros científicos evaluados por iguales en nuestra página de Resultados.

¿Cómo puedo enterarme de más sobre como funciona Folding@home y lo que ha conseguido hasta ahora?

Un buen sitio para enterarse de nuestros éxitos con Folding@home y también de como funciona es con nuestros artículos científicos más recientes o las últimas notas de prensa. Por favor, consulte también nuestra sección de preguntas y respuestas (FAQ) y en concreto muestra página sobre las enfermedades y temas biomédicos que estamos estudiando.

¿Puede decirme donde encontrar más información sobre las matemáticas detrás de Folding@home, en concreto los tipos de cálculos que se están realizando?

Las secciones de Wikipedia sobre estos temas están bien escritas, por tanto es probablemente el mejor lugar para empezar. Le aconsejamos las secciones de Mecánica Molecular, Dinámica Molecular, Campos de Fuerza y los Solventes Implícitos