Un manual para visualizar biomoléculas con computadora

Investigadores del Laboratorio de Biología Molecular perteneciente a la Universidad del Papaloapan (Unpa), campus Tuxtepec, publicaron un manual que facilita la enseñanza y comprensión de biomoléculas, a través del uso de novedosas herramientas computacionales. Este manual, dirigido a estudiantes y profesionales en la materia, permite la investigación científica de estructuras como metabolitos, proteínas y ácidos nucleicos.

El Manual de visualización de biomoléculas con herramientas computacionales es producto del trabajo en conjunto del ingeniero en biotecnología Walter Hernández Santos y los doctores Blanca Barrera, Noé Mendoza y Julián Peña. Desde su publicación en 2016, ha respaldado la investigación e instrucción sobre biomoléculas en la Universidad del Papaloapan, facilitando la compleja tarea de exponer el mundo atómico.

La apreciación de moléculas es de vital importancia para el desarrollo de distintas disciplinas científicas como biología, química y física, pues en ellas reside la información que constituye a todos los seres vivos del planeta. Tal como lo explica el manual, la observación tridimensional de macromoléculas, como proteínas y ácidos nucleicos, permite conocer las áreas en donde se encuentra codificada la información.

El manual integra información acerca de herramientas gratuitas en la red, además de bases de datos internacionales, para el modelado y visualización de biomoléculas, ya sea con fines educativos o de investigación.

La importancia de las biomoléculas

Doctor Julián Peña y el ingeniero Walter Hernández.

El doctor Julián Mario Peña Castro, especialista en biotecnología y catedrático de la Unpa, fungió como uno de los directores del proyecto. Tal como él lo explicó, su trabajo consistió en coordinar al equipo de investigadores para desarrollar el manual.

Comentó que desde su paso como estudiante en la licenciatura en farmacología, notó las dificultades para la enseñanza sobre las estructuras de las biomoléculas, información que es básica para la formación de profesionales. Por tal motivo, inició junto a sus colaboradores el desarrollo de un manual con instrucciones elementales para que estudiantes y profesores se acercaran al uso de herramientas computacionales para el entendimiento de las moléculas, pues ayuda a comprender conceptos bioquímicos básicos, hasta la preparación de imágenes para publicación científica formal.

“Conocer las estructuras de las moléculas como el ADN y las proteínas es muy importante en la ciencia y tecnología modernas. Es un paso esencial en el desarrollo de medicamentos, vacunas, insecticidas y antídotos”, precisó el investigador.

La visualización molecular es el primer paso para el desarrollo de investigaciones que dan lugar a resultados tangibles y de beneficio para el ser humano, además de ser una cualidad profesional valiosa que abre las puertas al siguiente nivel de estudio, que es la simulación molecular.

Macromoléculas como los ácidos nucleicos poseen en su estructura información sobre la constitución de los seres vivos, pues en su tridimensionalidad está almacenada la información genética.

¿Qué herramientas contempla el manual?

El manual tiene por propósito el uso de herramientas computacionales para la visualización de representaciones en escalas adecuadas, que van desde bases de datos hasta programas gratuitos disponibles en la red. En esta obra, los lectores pueden encontrar las instrucciones para la descarga e instalación de paquetes informáticos, detalles sobre su funcionamiento y explicación sobre las moléculas.

“Las herramientas de software que revisamos en el manual son las más comunes y las más potentes; sin embargo, en México, prácticamente no se emplean en el aula por falta de entrenamiento y se usan solo por científicos muy especializados”, indicó Julián Peña.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el ingeniero Walter Hernández Santos, creador del manual, precisó que las herramientas informáticas contempladas son la Protein Data Bank (PDB), PyMol y Marvin Suite. Enfatizó que las bases de datos y programas sugeridos en el manual poseen licencias gratuitas, lo que se traduce en un beneficio para los aprendices.

Las coordenadas atómicas tomadas en cuenta para ser interpretadas por los paquetes de software son coordenadas obtenidas a partir de moléculas existentes por métodos experimentales como difracción de rayos X (DRX) o resonancia magnética nuclear (RMN). De acuerdo con el autor, los estilos de visualización de biomoléculas más populares son: puntos, palos, líneas y esferas.

“Estos archivos contienen una lista de cada átomo en la molécula y su posición relativa con respecto al resto de los átomos o de un punto de referencia. Los datos de los archivos de coordenadas pueden ser interpretados por un paquete de software y visualizados de acuerdo a un estilo de referencia”, menciona Walter Hernández en el manual.

La base de datos Protein Data Bank contiene cerca de 11 mil archivos con las coordenadas de moléculas como proteínas y ácidos nucleicos, que cumplen altos parámetros de certeza y calidad. Los investigadores comentaron que se trata de una base de datos gratuita y con información internacional.

Por otra parte, Marvin Suite es un software especializado en la edición digital de estructuras químicas y generación de coordenadas, a partir de estructuras bidimensionales. Otro de los programas contemplados en el manual es PyMol, en el cual se pueden observar las estructuras tridimensionales de moléculas pequeñas y de alto peso molecular, y de acuerdo con la opinión de los expertos es un software fácil de utilizar.

Aplicación del manual

Desde sus versiones preliminares, el manual ha sido utilizado por los alumnos de la Universidad del Papaloapan en las clases de bioquímica y biología molecular. También ha sido implementado en los cursos de actualización en el Instituto de Estudios de Bachillerato del Estado de Oaxaca (IEBO), en donde la reacción positiva de los profesores los incitó a continuar en el desarrollo del manual.

“Son herramientas que se pueden implementar en computadoras ordinarias. A los estudiantes les llama mucho la atención ver estas maravillosas moléculas en su pantalla y jugar con ellas”, resaltó el investigador Julián Peña.

Agregó que imaginar un mundo atómico sin un visualizador es muy difícil, pero cuando el estudiante tiene acceso a esta herramienta de autoestudio sus avances son mayores y elimina la idea de que la bioquímica es una materia abstracta y de memorización.

“El manual me guió paso a paso para producir imágenes de excelente calidad que puse en mi examen final de bioquímica, sin él, me habría tardado meses en lograr entender el software”, detalló Viridiana Rivas, alumna de la maestría en ciencias bioquímicas de la Unpa.