¿Cómo es la dinámica molecular importante para la biología hoy?

Al menos para mis estudios, la dinámica molecular es biología. 😀

La limitación a la dinámica molecular (simplemente lo llamo simulación química) es que es un problema de n cuerpos y a medida que aumenta el recuento de moléculas o átomos, la potencia de procesamiento necesaria para calcularlo aumenta exponencialmente. Pero una vez que una reacción se ha simulado suficientes veces para producir un resultado consistente, se convierte en una “búsqueda de biblioteca”, lo que significa que si tengo una concentración de X de la molécula A e Y de la molécula B en un espacio dado, puedo buscar en el pasado si esas moléculas reaccionan a esas concentraciones dadas, y si lo hacen, cuál es la salida y su concentración. Esto permite que se realicen muchas reacciones rápidamente porque se han simulado anteriormente. Esto también introduce suposiciones, por lo que los modelos deben ser muy estrictos. No puedo hacer una suposición sobre las moléculas A y B si la molécula C también está presente a menos que tenga eso en mi biblioteca. También debe tener en cuenta la presión y la temperatura (combine O2 y H2 y no obtendrá mucha agua hasta que la encienda). En este momento, nuestras bibliotecas de reacción son pequeñas y no tenemos un repositorio abierto centralizado para cosas tales como los datos a menudo están estrechamente vinculados al motor de cálculo de todos modos.

Pero con los procesadores gráficos disponibles en la actualidad y el uso de la multitud de núcleos matemáticos en una CPU para hacer cálculos paralelos, las bibliotecas de reacción se están haciendo más grandes. Con la llegada de OpenCL (y CUDA para Nvidia) ahora es mucho más fácil programar una GPU para ayudar en la dinámica molecular. Las supercomputadoras ahora se están construyendo para realizar modelos de “biofísica” que simplemente se organizan y, a menudo, se dirigen, modelos atómicos.

La biología, en este momento, apenas comienza a sentir el impacto de la dinámica molecular. Muchos resultados de los experimentos biológicos pueden eliminarse utilizando dinámicas moleculares, reduciendo así el nivel de trabajo húmedo real necesario para probar la hipótesis. Esto continuará, y a medida que las computadoras se vuelvan más potentes y las bibliotecas más grandes, el trned continuará aún más hasta que el posible conjunto de solución se elimine a 1 (la solución). Pero esto aún requerirá mucho trabajo para probarlo.

El mayor uso de la dinámica molecular en biología en este momento es en las simulaciones de sondas de fuerza (un subconjunto de dinámica molecular dirigida) que estudia cómo las proteínas se pliegan, estiran y despliegan (desnaturalizan). La mayor parte de la dinámica molecular en la que he estado involucrado ha sido en 1) biología evolutiva donde la simulación podría ser la única vía de estudio o 2) plegamiento de proteínas que a menudo se usa para el desarrollo de medicamentos (donde hay mucho dinero).

Probablemente podría escribir un libro sobre este tema, y ​​me encantaría hacer exactamente eso, pero dudo que alguien lo publique porque nadie lo leería.

La dinámica molecular nos ayuda a comprender los mecanismos de trabajo de las proteínas. Junto con la estructura 3D determinada con rayos X o RMN. Además, la dinámica molecular es una forma de generar los conjuntos necesarios para determinar las estructuras de RMN.

La estructura y dinámica 3D son claves para comprender los procesos químicos y físicos en los que las proteínas están involucradas. La dinámica molecular es una excelente manera de modelar los movimientos de proteínas y ADN, dentro de las limitaciones.

Supongo que está hablando sobre el modelado informático de interacciones biológicas. No me gusta mucho el modelado por computadora, por lo que esta respuesta puede ser ingenua. Asistí a una charla sobre dinámica molecular en la que el presentador hablaba sobre cómo puede predecir las interacciones entre proteínas y otras biomoléculas en sílice . Todo fue bastante impresionante. El agujero evidente en todo el asunto fue que era solo un modelo y asumía muchos parámetros.

Las interacciones moleculares tienen lugar de tal manera que no solo las moléculas interactúan entre sí, sino también con el entorno y la composición del entorno. Parámetros como el pH, la temperatura y la concentración son muy importantes durante la interacción de las biomoléculas, que no creo que puedan replicarse fácilmente en sílice.

Claro que puede ejecutar un programa para ver si es probable observar las interacciones entre dos proteínas. Creo que reduciríamos mucho tiempo si pudiéramos hacerlo. Pero usar estos modelos para establecer definitivamente la relación entre dos o más moléculas sería un poco arriesgado con la tecnología y el estudio actuales. Soy biólogo de laboratorio húmedo y mi opinión puede ser parcial.