Home

BINDSURF

    .

¿En qué consiste?

Los métodos de Cribado Virtual (CV) pueden ayudar considerablemente en el proceso de descubrimiento de nuevos fármacos y en investigación clínica, prediciendo como los ligandos interaccionan con determinadas dianas terapéuticas. La mayoría de los métodos CV suponen la existencia de un único sitio de unión con la proteína, que normalmente se deriva de la interpretación de la información cristalográfica disponible sobre la proteína. No obstante se ha demostrado que esto es incorrecto y que en muchos casos diferentes ligandos interaccionan con partes distintas de la proteína, y la mayoría de métodos existentes, incluso comerciales, de CV no tienen en cuenta este efecto.

Para solucionar este problema hemos desarrollado BINDSURF, una nueva metodología de CV que analiza detalladamente la superficie de la proteína para encontrar potenciales zonas de interacción donde los ligandos podrían interaccionar, y que ha sido diseñada e implementada en hardware masivamente paralelo tal como GPU, lo cual permite procesar rápidamente y de manera eficiente grandes librerías de ligandos.
Las predicciones obtenidas con BINDSURF pueden además guiar la aplicación posterior de otros métodos de CV a zonas de la proteína ya caracterizadas por éste método, y por tanto su utilización ayuda en el descubrimiento y diseño de fármacos, en el reposicionamiento de moléculas, y en la investigación clínica.

¿Cómo colaboro?

Solo tienes que unirte a Boinc, a través de nuestra web y ahí seleccionar este proyecto en concreto.

Equipo de Investigación

BINDSURF fue desarrollado inicialmente en el Grupo de Investigación de Arquitectura y Computación Paralela de la Universidad de Murcia (http://www.um.es/gacop) y se encuentra actualmente en desarrollo por el Grupo de Investigación de Bioinformática y Computación de Alto Rendimiento de la Universidad Católica de Murcia San Antonio (http://bio-hpc.eu).

Para saber más

Para más información general sobre Descubrimiento de Fármacos se recomienda leer:
http://en.wikipedia.org/wiki/Drug_discovery

Imágenes

Resultados obtenidos tras el barrido de la superficie de la proteína PDB:1QCF. De arriba a la izquierda a abajo a la derecha; a) las esferas representan zonas de interacción en la superficie de la proteína y el color está directamente relacionado con el valor de la función de afinidad de tal modo que valores cercanos a rojo representan escasa interacción y conforme avanzamos a verde y azul, esa interacción aumenta, b) histograma con la distribución de valores de la función de afinidad, c) las moléculas de color rojo y azul representan la pose cristalográfica del ligando y la predicción de BINDSURF, con un valor de RMSD menor que 1 Anstrom, y d) representación de las red de enlaces de hidrógeno establecida por el ligando con sus residuos más cercanos.

Wilson

    .

¿En qué consiste?

Dado "p" número primo, si (p - 1)! ≡ - 1 (mod p^2) p se denomina primo de Wilson, en honor al matemático John Wilson.
Hasta el momento los únicos números primos de Wilson encontrados son el 5,13 y 563, sin embargo, se ha conjeturizado que el número de primos de Wilson es infinito.
Usando esta aplicación trataremos de encontrar el siguiente primo de Wilson. Se ha demostrado que de existir debe ser superior a 5x10^8.
Para facilitar la tarea hemos agrupado en bloques de 300 los primos entre 5x10^8 y 4x10^9, de forma que cada workunit analiza cada uno de estos bloques, comprobando si dichos primos son o no de Wilson.

¿Cómo colaboro?

Colaborar con este experimento es muy fácil, solo tienes que descargarte e instalar BOINC, registrarte a Ibercivis y en tu perfil de usuario seleccionar esta aplicación (esta seleccionada por defecto).

 

En detalle...

¿Qué son los números primos?

Son aquellos números naturales que sólo son divisibles por 1 y por sí mismos.

En la imagen: La criba de Eratóstenes fue concebida por Eratóstenes de Cirene, un matemático griego del siglo III a. C. Es un algoritmo sencillo que permite encontrar todos los números primos menores o iguales que un número dado.

Euclides demostró alrededor del año 300 a. C. que existen infinitos números primos. Se contraponen así a los números compuestos, que son aquellos que tienen algún divisor natural aparte de él mismo y del 1. El número 1, por convenio, no se considera ni primo ni compuesto.
La distribución de los números primos es un tema recurrente de investigación en la teoría de números: si se consideran números individuales, los primos parecen estar distribuidos aleatoriamente, pero la distribución «global» de los números primos sigue leyes bien definidas.

 

Proyecto Primalidad

Existe un gran número de conjeturas abiertas acerca de los números primos, como por ejemplo la hipótesis de Riemann y la conjetura de Goldbach.

En la imagen: Función zeta de Riemann ζ(s) en el plano complejo. El color de un punto s codifica el valor de ζ(s): Colores fuertes denotan valores cercanos a 0 y el tono codifica el valor del argumento. El punto blanco en s=1 es el polo de la función zeta; los puntos negros en el eje real negativo y en la línea crítica Re(s) = 1/2 son sus ceros.

Lo que os proponemos es aprovechar la potencia de cálculo de Ibercivis para saber un poco más de estos números, de cómo están distribuidos y de tratar encontrar contraejemplos a las conjeturas.

En este proyecto el código será publico, de forma que cualquiera de vosotros podrá ver el código e incorporar a él posibles mejoras. De igual forma, hay un foro disponible http://forum.ibercivis.net/index.php en el que intercambiar impresiones acerca de este proyecto.

 

Para saber más

Historia de los números primos

Los números primos y sus propiedades fueron estudiados de manera exhaustiva por los matemáticos de la antigua Grecia. Ya en el año 300 a. C. el matemático griego Euclides demostró, en la proposición 20 del libro IX de los Elementos, la existencia infinitos números primos. Los matemáticos de la Escuela Pitagórica (500 a. C. a 300 a. C.) estaban interesados en los números por su misticismo y sus propiedades numerológicas.
El Teorema de Wilson, es un teorema clásico relacionado con la divisibilidad. Es un resultado de teoría de números relacionado con la primalidad de un número entero positivo. Fue atribuido a John Wilson por su profesor Edward Waring. Éste último comentó que Wilson había dejado anotado este resultado en un cuaderno pero que no lo había demostrado. El propio Waring tampoco pudo hacerlo y tuvo que ser Lagrange en 1773 quien dio la primera prueba.

Los primeros sistemas de transmisión de mensajes secretos se basaban en el intercambio de una clave entre emisor y receptor. Ésto, en comunicaciones a grandes distancias no era muy práctico, ya que hacía necesario que emisor y receptor se juntasen cada vez que obligaran a cambiar la clave por motivos de seguridad.
En 1977, Rivest, Shamir y Adleman, científicos del MIT (Massachussests Institute of Technology) en EEUU, idearon un esquema de cifrado de clave pública. Según este método, llamado RSA por las iniciales de los apellidos de sus creadores, el receptor hace público un número natural "grande", del cual conoce su descomposición en factores primos. Este número es usado por el emisor para cifrar sus mensajes. La idea es que aunque todo el mundo tiene acceso a la clave pública y al mensaje cifrado, éste sólo puede ser descifrado si se conocen los números primos que dividen al número clave.
Para que nos hagamos una idea de qué significa "grande". Actualmente se considera segura una clave pública dada por un número natural de más de 300 cifras. Por supuesto, a medida que evolucionan las capacidades de los ordenadores, la idea de lo que es un número "grande" va cambiando.
Por ejemplo, los creadores del esquema RSA predijeron que un mensaje encriptado por ellos usando un número de 129 cifras como clave, tardaría en descifrarse 40 trillones de años. Sin embargo, a principios de los años noventa, mediante la colaboración de 1.600 ordenadores durante 8 meses, se consiguió descifrar este mensaje encriptado. Ésto, a pesar del error en las predicciones de sus creadores, más que restar validez al método RSA, muestra su fortaleza e ilustra la dificultad de un problema tan aparentemente sencillo como es la descomposición de un número como producto de primos.
 

Células

    .

¿En qué consiste?

La aplicación de imágenes de células pretende implicar a los ciudadanos, para que participen en la investigación del cancer, mediante análisis de las imágenes tomadas a partir de células reales sometidas a tratamiento de administración de fármacos. Esta participación basada en el reconocimiento de imágenes permite avanzar en el estudio de la muerte celular, conocido como apoptosis, presentes en enfermedades como el cáncer.

 

¿Cómo colaboro?

Desde tu casa puedes contribuir al análisis de células tumorales.
Es muy sencillo, la aplicación muestra imágenes de distintos cultivos celulares tomadas al microscopio y, a través de preguntas sencillas como «¿Es la célula circular o alargada?» o «¿Está el núcleo fragmentado?», los ciudadanos participantes determinan el estado de las células. Así, los investigadores podrán conocer qué está sucediendo en cada cultivo y si los medicamentos aplicados a cada uno de ellos están resultando eficaces.
Cada imagen se envía a varios participantes para validar los resultados.

 

En detalle...

Todos los seres vivos están formados por células. Las plantas y los animales están formados por muchas células diferentes. Existen también organismos unicelulares, formados por una única célula, como los protozoos, las levaduras o las bacterias. Todas las células se originan por división de otras células, excepto la primera célula, que se formó hace millones de años, en el origen de la vida.

Los organismos pluricelulares se suelen reproducir sexualmente. Tras la fecundación de un óvulo por un espermatozoide, la nueva célula, denominada cigoto, comienza a dividirse, dando lugar a un agregado de células, inicialmente todas iguales. Durante el desarrollo embrionario esas células se diferencian en distintos tipos celulares, dando forma al embrión a través de movimientos morfogenéticos. Un ser humano contiene unos 200 tipos de células.

Cada tipo celular ocupa un lugar determinado dentro del organismo, especializándose en funciones concretas. Las células que forman un ser vivo se coordinan perfectamente entre sí para permitir la supervivencia del organismo, formando tejidos y órganos. Algunas células, como las neuronas, no suelen reemplazarse por otras cuando mueren. Sin embargo, en la mayoría de los tejidos y órganos las células envejecen, mueren y son reemplazadas por otras, mediante el proceso de división celular. Nuestros órganos funcionan correctamente debido a la coordinación precisa de las células que los forman. Cada célula es un ser vivo complejo que contiene pequeños órganos, denominados orgánulos, como las mitocondrias o el retículo endoplásmico.

Las proteínas son moléculas esenciales para la vida. Muchas de ellas son verdaderas máquinas microscópicas especializadas en tareas concretas.
Algunas proteínas funcionan copiando fragmentos de moléculas de ADN que contienen información genética, los genes, sintetizando otra molécula informativa, el ARN mensajero.

Los ribosomas, complejos formados por proteínas y ARN, traducen la información del ARN mensajero a moléculas de proteína, ensamblando aminoácidos, que luego ejecutan esa información en forma de tareas concretas. La información genética, organizada en forma de secuencias determinadas de letras, los nucleótidos, puede alterarse cuando alguna de esas letras cambia, produciéndose una mutación. Ese cambio de nucleótidos en el ADN puede dar lugar a cambios en los aminoácidos que forman las proteínas, alterando sus funciones y pudiendo producir patologías de origen genético, incluido el cáncer.



Un cáncer se origina por la división incontrolada de un determinado tipo celular, lo cual da lugar a un tumor. En los tumores malignos algunas de esas células pueden abandonar el tumor original y desplazarse, a través del torrente sanguíneo, a otras partes del cuerpo. Aunque muchas de éstas mueren, algunas son capaces de establecerse en otros tejidos, dando lugar a nuevos tumores. Es lo que se conoce como metástasis.

Uno de los abordajes actuales para luchar contra el cáncer consiste en identificar sustancias, posibles fármacos, que eliminen selectivamente a las células tumorales, ensayándose miles e incluso millones de candidatos usando sistemas robotizados.

El efecto de esas sustancias sobre las células tumorales se puede estudiar utilizando microscopía óptica multidimensional. Para llevar a cabo este tipo de estudios se utilizan sistemas de microscopía automatizados que nos permiten observar a lo largo del tiempo la respuesta a distintos tratamientos de modelos celulares tumorales cultivados in vitro, adquiriendo imágenes a intervalos definidos. La observación de distintos orgánulos celulares marcados con moléculas fluorescentes de diversos colores nos permite determinar el tipo de respuesta de la célula a una sustancia.

Las distintas imágenes adquiridas se pueden combinar en imágenes compuestas que nos permiten observar varios orgánulos a la vez. Por ejemplo, núcleos azules y mitocondrias verdes combinados con microscopía de campo claro (tonos de gris) para observar la célula en su conjunto.
Así podemos observar el proceso de división celular, que comienza con el redondeamiento de la célula. El núcleo, redondeado inicialmente, se compacta en una banda que posteriormente se divide en dos, antes de redondearse cada nuevo núcleo. Podemos observar también los cambios en las mitocondrias o en la célula entera durante el proceso.

Existen dos tipos principales de muerte celular, la apoptosis y la necrosis. La apoptosis es un tipo de muerte celular fisiológica durante la cual la célula se encoge, su superficie se arruga y su núcleo se encoge y/o fragmenta. Las mitocondrias, que suelen tener forma de gusano, se fragmentan en pequeñas bolitas.
Durante la necrosis, un tipo de muerte celular que ocurre normalmente por daño físico o químico intenso, el núcleo no se encoge ni fragmenta, pero se libera contenido celular, que se observa como burbujas que crecen alrededor de la célula. La liberación de contenido celular en la necrosis produce una respuesta inflamatoria.

Un compuesto antitumoral debería idealmente inducir muerte celular selectiva por apoptosis, puesto que las células apoptóticas son eliminadas por el sistema inmune sin producir inflamación del tejido sano circundante.

 

Equipo de investigación

José Alberto Carrodeguas Villar
Patricia Martínez Alonso
María Alejandra Nelo Bazán
Alan Eduardo Vigueras Ceballos

 

Para saber más

Información
http://bifi.es/en/research/biochemistry-and-mcb/stem-cells-and-apoptosis

Aplicación
http://pybossa.socientize.eu/pybossa/app/cellsimages

 

Vídeos