Desde que Linus Pauling sentó las bases de la biología estructural, la cristalografía de rayos X ha sido el método fundamental para determinar la estructura tridimensional de las biomoléculas, los compuestos químicos encontrados en los organismos vivos.

Consecuentemente, el conocimiento de las interacciones entre las biomoléculas con su entorno cristalino y las fuerzas moleculares que estabilizan los cristales, serviría para optimizar esta útil y ampliamente utilizada técnica.

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Simulaciones estables

En este sentido, un estudio realizado por investigadores del Instituto de Investigación en Biomedicina (IRB) en Barcelona, es el primero en lograr simulaciones estables de cristales de ADN, un logro que permite a los científicos explicar la importancia de los aditivos químicos utilizados experimentalmente para lograr condiciones de cristalización adecuadas y cristales estables en el laboratorio.

Los tres sistemas de cristales examinados en este estudio. Estos sistemas contienen (de izquierda a derecha) 27, 24 y 36 ADN de doble cadena respectivamente.

Los autores del estudio manifiestan que su trabajo presenta la descripción atómica más detallada de las propiedades de los cristales de ADN disponible hasta la fecha.

Al respecto, el investigador Pablo D. Dans, académico en el IRB y coautor del estudio, expresó:

“Entre los mayores beneficiarios de este estudio se encuentra la comunidad de biofísicos y físicos y químicos computacionales, que ahora tienen una referencia y protocolos claros a través de los cuales lograr simulaciones estables de cristales de ADN”.

En la actualidad, casi el 90 por ciento de las estructuras biomoleculares depositadas en bases de datos públicas han sido determinadas por cristalografía de rayos X. El método debe su éxito al hecho de que muchos materiales pueden formar cristales; sin embargo, es difícil saber de antemano qué condiciones específicas podrían facilitar su formación.

Conocer el efecto de las condiciones externas

Por lo tanto, las condiciones óptimas de cristalización se determinan probando gradualmente la composición del tampón, la temperatura y la presión de una manera de ensayo y error.

Imagen conceptual de la molécula de ADN.

Teniendo en cuenta el tiempo y el costo de este enfoque, el campo se beneficiaría enormemente de saber cómo las condiciones externas determinan la estabilidad y la simetría específica de los cristales biomoleculares dados, lo que tendría un efecto positivo en la eficiencia del proceso de cristalización.

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Los métodos computacionales, como las simulaciones de dinámica molecular, muestran un gran potencial a este respecto, y al estudiar el comportamiento del ADN en los cristales y los efectos que los aditivos de cristalización tienen en la estabilidad de los cristales, el avance alcanzado en esta investigación sienta las bases para futuros estudios.

En ese escenario, se podrían usar simulaciones de cristales para anticipar y predecir los efectos de un aditivo dado, reduciendo el número de iteraciones de ensayo y error que generalmente participan en la obtención experimental de cristales de ADN estables.

Referencia: An In-Depth Look at DNA Crystals through the Prism of Molecular Dynamics Simulations. Chem, 2019. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.007

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