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Las simulaciones por computadora arrojan luz sobre la prevención del cáncer

Hola, un placer verte por aquí. Te escribe Simón Sánchez y en esta ocasión te voy a hablar sobre Las simulaciones por computadora arrojan luz sobre la prevención del cáncer

Los carcinógenos parecen estar en todas partes, desde los escapes de los automóviles hasta el humo de segunda mano. Dado que el cáncer es la segunda causa principal de muerte en los Estados Unidos, la investigación de varios carcinógenos puede ser el primer paso para prevenir el desarrollo del cáncer. Ahora, con la ayuda de los investigadores de la NYU, HPC podría brindarnos las herramientas necesarias para frenar el desarrollo del cáncer.

Los recursos informáticos de alto rendimiento ayudan a los investigadores a modelar esas sustancias químicas cancerosas en el aire, conocidas como hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), y su efecto sobre las cadenas de ADN en las células humanas. Los carcinógenos, o sustancias químicas que manipulan el ADN de las células de tal manera que las células se replican sin control y conducen a tumores, se pueden dividir en dos categorías. Algunas de estas sustancias químicas desestabilizan las cadenas de ADN reales, lo que las hace más fáciles de defender. Otros, sin embargo, crean vínculos más fuertes entre las cadenas que los que existen entre el ADN normal, lo que los hace particularmente efectivos en la propagación.

Como dijo Suse Broyde, profesor de biología en la NYU, “Algunas lesiones provocan una desestabilización local del ADN, pero hay lesiones que en realidad estabilizan el ADN de modo que las dos hebras se separan con gran dificultad. A veces son incluso más estables que el ADN intacto. «

Computación de alto rendimiento facilitado el proceso de determinar qué carcinógenos manipularon el ADN con tanta eficacia. El laboratorio de Broyde utilizó los sistemas Longhorn, Lonestar y Ranger en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) para ejecutar estas simulaciones, junto con recursos en el entorno de Descubrimiento de Ingeniería y Ciencia Extrema.

La clave fue comprender las fuerzas de Van der Waals, fuerzas químicas que determinan cómo las sustancias químicas interactúan entre sí a nivel atómico. Modelar estas fuerzas le daría al grupo una idea de cómo un carcinógeno particular se mueve en una hebra de ADN y la energía involucrada.

«Puede hacer películas de trayectoria dinámica que le permitan ver la movilidad real de todo el sistema», dijo Broyde. Esta cantidad de resolución ayuda a indicar qué tan bien reacciona la sustancia química en particular con el ADN. “Puede ver el ADN flexionándose y la columna vertebral moviéndose dinámicamente y el carcinógeno entrando y saliendo. No es rígido, se nota su vitalidad. «

Modelar esas fuerzas e interacciones complejas no es poca cosa, ya que fue necesario recopilar las coordenadas de las estructuras durante un período de tiempo. El equipo de Broyde necesitaba determinar la dinámica molecular. Aquí es donde entró en juego el TACC.

Utilizando los recursos del TACC, Yuqin Cai, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Broyde, desarrolló una serie de simulaciones por computadora. El trabajo de Cai, combinado con HPC, permitió visualizar y analizar correctamente cada simulación. «Las simulaciones por computadora revelaron las propiedades estructurales, energéticas y dinámicas del ADN que contiene las lesiones derivadas de PAH», dijo Broyde.

Después de simular tres carcinógenos diferentes en dos configuraciones diferentes cada uno, el equipo de Broyde determinó que dibenzo[a,l]el pireno tenía más probabilidades de causar tumores. Según Broyde, ese carcinógeno en particular contiene una estructura de cinco anillos que se presta a un fácil «apilamiento», lo que estabiliza artificialmente el ADN y desarma su mecanismo de reparación.

Determinar qué carcinógenos representan el mayor riesgo es importante para la medicina preventiva, ya que los médicos pueden advertir a los pacientes sobre qué sustancias químicas deben tener más cuidado, especialmente, como señaló Broyde, en el caso de los fumadores. La investigación también podría conducir al desarrollo de medicamentos de quimioterapia más efectivos.

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