Del microscopio a la supercomputadora

Cada vez más sectores industriales introducen en sus procesos la computación de alto rendimiento, también la industria farmacéutica y, en general, todo el espectro de las biociencias. Aplicando ciclos de cálculo, los superordenadores reducen muy significativamente el tiempo y el coste de los ensayos de fármacos en su fase de investigación. Pero aún hay más. Una nueva línea de investigación utiliza la supercomputación para el diseño de enzimas para la síntesis de nuevos medicamentos. Estas proteínas especializadas, capaces de acelerar la velocidad de una reacción química, tienen cabida en todos aquellos sectores industriales en los que esté involucrada al menos una reacción química en el proceso de transformación de las diferentes moléculas en productos. Este estudio puede aportar a la industria farmacéutica la posibilidad de contar con una enzima adecuada para cada reacción química, reduciendo tiempo, coste y residuos en relación a los ensayos de laboratorio. La joven investigadora Sílvia Osuna, galardonada con el Premio Fundación Princesa de Girona 2016 en la categoría de investigación científica, por este proyecto, nos habla de su investigación, focalizada en abaratar los costes de fabricación de los fármacos mediante la química computacional.

Sílvia Osuna, investigadora de la Universitat de Girona.

En efecto… Hoy en día, diseñar una enzima a la carta es un proceso muy caro porque se tienen que hacer millones de ensayos en el laboratorio. Pero ¿y si pudiéramos predecir con una simulación qué cambios son necesarios? El diseño sería un proceso mucho más rápido y barato, porque con muy pocos ensayos en el laboratorio se tendría una enzima para el proceso. Pues bien, ésta es la línea de investigación en la que nosotros trabajamos. Para determinar qué cambios se tienen que introducir en las enzimas, usamos la química computacional, que consiste en la aplicación de métodos matemáticos para resolver problemas químicos. Mediante diferentes programas se pueden calcular las estructuras, propiedades y reactividad de moléculas, como por ejemplo de las enzimas. En este proyecto usamos programas para realizar simulaciones de dinámica molecular, ya que con esta técnica podemos analizar las diferentes estructuras de las enzimas, y determinar qué cambios son necesarios para acelerar la reacción de interés.

Pues en principio para cualquier enfermedad, una vez se conoce qué molécula es activa se puede diseñar una enzima para fabricarla. Algunos medicamentos no acaban prosperando porque su fabricación es dificultosa y cara; con una enzima se podría solucionar el problema de la síntesis.

La imagen muestra la analogía entre el microscopio del laboratorio y el ‘microscopio computacional’; éste consiste en utilizar superordenadores para simular los procesos bioquímicos en diferente nivel de detalle: si queremos estudiar sólo unos pocos átomos podemos usar un método computacional más preciso (sería equivalente a una lente más precisa en el laboratorio), o si queremos estudiar toda la enzima usamos métodos de menos precisión pero que permiten estudiar sistemas más grandes incluyendo, por ejemplo, el solvente (agua).

La realidad es que cada vez hay más químicos computacionales trabajando en las industrias farmacéuticas, especialmente en el campo de descubrimiento de nuevos fármacos. El progreso de la química computacional ha venido dado por el gran avance en la computación, cada vez tenemos ordenadores más potentes y algoritmos más elaborados para calcular cualquier propiedad o simular diferentes procesos. Yo creo que la química computacional cada vez tendrá más peso, aunque aún estamos lejos de que la química computacional se imponga a la experimental. Desde mi punto de vista la química computacional es muy potente porque es racional, es decir, te permite entender el porqué de lo que está pasando, y además como sabes qué está pasando puedes predecir qué cambios son necesarios para tener más actividad o qué fármacos pueden ser más activos para determinadas enfermedades.

Yo creo que la tendencia del sector farmacéutico a incorporar a sus plantillas bioinformáticos, químicos teóricos y computacionales, matemáticos, etc., se mantendrá, sobre todo teniendo en cuenta la enorme cantidad de datos que hoy en día se generan. Cada vez más se están haciendo actividades en las escuelas e institutos para promover la ciencia y acercar la investigación a la sociedad en general. Es positivo que los jóvenes vean ejemplos de científicos actuales, y vean que ellos también pueden serlo. Necesitamos que los jóvenes tengan como referentes a científicos, y que se interesen por entender el porqué de las cosas que ocurren a su alrededor. Este horizonte se puede lograr con la implicación de todos. Una mayor implicación de los medios de comunicación sin duda contribuiría de forma significativa a ello.

Este estudio puede aportar a la industria farmacéutica la posibilidad de contar con una enzima adecuada para cada reacción química, reduciendo tiempo, coste y residuos en relación a los ensayos de laboratorio.

“Algunos medicamentos no acaban prosperando porque su fabricación es dificultosa y cara; con una enzima se podría solucionar el problema de la síntesis”