Simulación del movimiento del tRNA dentro del ribosoma durante la decodificación
José Manuel Gimeno, del diario digital «La Flecha», me mandó el enlace a una noticia publicada en su diario («La mayor simulación informática de la biología reproduce la dinámica celular»), basada en un artículo recientemente publicado en la revista PNAS. Intentando indagar en la noticia, me puse a buscar las fuentes de la misma, entre las cuáles está la página web sobre el experimento publicada por el laboratorio de Los Álamos, en cuyos ordenadores fue realizada la simulación. Dicha página explica en lenguaje coloquial el trabajo realizado, el número de ordenadores empleados y la importancia de los resultados conseguidos, pero no proporcionaba otros detalles técnicos como el tiempo simulado. Así que tuve que indagar más.
El artículo que describe en profundidad el trabajo realizado y los resultados obtenidos fue publicado el pasado 1 de Noviembre en la revista PNAS, con el título «Simulating movement of tRNA into the ribosome during decoding». Dicho artículo trata sobre cómo han conseguido realizar una simulación de 20ns del moviemiento del tRNA dentro del ribosoma durante la decodificación, habiendo realizado previamente siete simulaciones de 2ns de prueba. Para ello, los autores de este trabajo emplearon el programa NAMD, que es uno de los estándares de facto de aquellos que trabajan en dinámica molecular por su versatilidad, y un algoritmo de su propia cosecha («targeted molecular dynamics algorithm»).
Aunque una simulación de 20ns puede parecer muy pequeña para las escalas temporales que normalmente manejamos, es un gran logro para una simulación de dinámica molecular, teniendo en cuenta además el número de átomos simulados (2.64×106). Todo el cálculo está basado en ecuaciones diferenciales que representan una simplificación y estimación de los campos de fuerzas y entorno que influyen en las partículas de la simulación, junto con una serie de restricciones. El espacio de tiempo a simular se divide en una serie de iteraciones, y en cada iteración se resuelven las ecuaciones diferenciales que definen el problema para cada uno de los átomos, y cuyos resultados son calibrados y empleados como entrada para el siguiente ciclo de ejecución de las mismas. Toda simulación tiene asociada un error acumulado que es la diferencia entre los resultados obtenidos en la simulación y la realidad, y cuanto más larga es una simulación mayor es el error acumulado. Varias formas de reducir el error es simplificando menos el problema usando un campo de fuerzas simulado más cercano a la realidad, a costa de un tiempo de computación mucho mayor. Otra alternativa es mejorar las restricciones, que son un arma de doble filo porque también son capaces de introducir errores.
Curiosamente, aunque aparece publicado el número de procesadores empleados (768) del ASCI Q (8192) de Los Álamos, no aparece la información del tiempo que llevó realizar la simulación total (posiblemente varias semanas). En cualquier caso, os recomiendo que os leáis el artículo, aunque hay que reconocer que está más cerca de la parte Bio que de la parte Informática.
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