Nuevo modelo simplificado de ADN para simulaciones computacionales avanzadas

El ADN es la molécula que contiene toda la información genética necesaria para el desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos. Está organizada en una estructura llamada «cromatina», que se encuentra dentro del núcleo de las células. La forma que adopta la cromatina afecta directamente a la actividad de los genes y, por ello, es importante conocer en detalle la estructura del ADN y poder predecir sus variaciones.

Ahora, unos científicos han presentado un modelo simplificado de ADN llamado «CGeNArate», que permite llevar a cabo simulaciones computacionales rápidas y precisas. El trabajo lo ha liderado Modesto Orozco, catedrático de la Facultad de Química de la Universidad de Barcelona (UB) y jefe del Laboratorio de Modelización Molecular y Bioinformática del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRB Barcelona), ubicado en el Parque Científico de Barcelona (PCB).

El método utiliza un enfoque específico que consiste en simplificar un sistema complejo reduciendo su número de grados de libertad y agrupando átomos en unidades superiores llamadas «grandes» (en inglés, coarse-graining). Además, utiliza algoritmos de aprendizaje automático para reconstruir la resolución atómica de las trayectorias simuladas. Esto permite estudiar la estructura y el comportamiento del ADN sin necesidad de aplicar modelos complejos y lentos, lo que facilita unas investigaciones más rápidas y accesibles.

«Este nuevo modelo puede ser muy útil para proyectos que requieren estudiar la estructura del ADN de forma detallada y ágil. Aunque el modelo ya es funcional, estamos trabajando para mejorarlo y aplicarlo a otros componentes del núcleo celular, lo que podría abrir nuevas oportunidades en la investigación biomédica», explica Orozco.

El equipo de investigación puso a prueba la nueva herramienta y validó su potencial para obtener simulaciones de cromatina a gran velocidad. El modelo permitió la observación del comportamiento de una sección específica del ADN en un gen de levadura, además de la modelización de la estructura del ADN en la mitocondria y la reproducción de la flexibilidad de diferentes estructuras de ADN en diversos contextos. «También pudo simular la formación de unas pequeñas estructuras circulares de ADN conocidas como minicírculos», detalla David Farré-Gil, primer autor de la investigación y estudiante de doctorado en el mismo laboratorio. Estos resultados demuestran la eficacia del método para analizar detalladamente el ADN y la cromatina.

El método CGeNArate permite realizar simulaciones rápidas y precisas de la cromatina y facilita la observación detallada de las modificaciones estructurales del genoma. (Imagen: UB)

El trabajo se ha realizado en colaboración con la Universidad de Nottingham en el Reino Unido.

Orozco, Farré-Gil y sus colegas exponen los detalles técnicos de su modelo en la revista académica Nucleic Acids Research, bajo el título «CGeNArate: a sequence-dependent coarse-grained model of DNA for accurate atomistic MD simulations of kb-long duplexes». (Fuente: UB)