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Bioquímica y biofísica computacionales Jordi Villà-Freixa

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Bioquímica computacional (Jordi Villà-Freixa)

El grupo de bioquímica computacional actualmente está dirigido por Jordi Villà Freixa, profesor asociado de la Universidad Pompeu Fabra. El grupo se creó en 2003, después de que el IP hubiera pasado diversas etapas posdoctorales en el IMIM (Instituto de Investigación del Hospital del Mar) y en los departamentos de química de la Universidad de Minnesota y de la Universidad del Sur de California.

Los miembros del grupo participan en un gran número de proyectos nacionales e internacionales, que van desde la comprensión de la reactividad enzimática a nivel atómico hasta la construcción de sistemas informativos útiles para relacionar a pacientes, médicos e investigadores. Su trabajo se centra en lo que consideramos que son las piedras angulares de la función del grupo de investigación de la universidad:

  • Investigación: mediante el uso de técnicas de simulación para comprender el comportamiento dinámico de los sistemas biológicos tanto a nivel molecular como a nivel sistémico. El objetivo último es desarrollar modelos multiescalares integrados para explicar problemas específicos y complejos del comportamiento de las biomoléculas.
  • Transferencia de tecnología: estamos muy interesados en los aspectos traslacionales de la investigación en bioinformática. Por consiguiente, el creciente interés por participar en el desarrollo de herramientas con impacto biomédico real nos ha llevado a promover la empresa start-up aScidea Computational Biology Solutions, SL, cuya misión se podría resumir en la democratización del aceso a la información genómica.
  • Docencia: como parte del sistema universitario, coordinamos o participamos en la impartición de un gran número de cursos de grado y posgrado en la Facultad de Ciencias de Salud y de la Vida, así como hemos desempeñado un papel activo en cursos externos realizados en muchos lugares.

Principales líneas de investigación

1 . Reactividad bioquímica. En sus orígenes, el grupo dedicaba sus esfuerzos a comprender el efecto de los diferentes grupos químicos en la interfaz de proteína-sustrato y su influencia en la reactividad. Las herramientas básicas para esta investigación son las simulaciones dinámicas moleculares, junto con los enfoques mecánicos moleculares/mecánicos cuánticos híbridos, en especial el simplificado pero extremadamente eficiente método empírico de enlace de valencia (EV) desarrollado por Warshel. Los trabajos sobre diversos sistemas bioquímicos durante la etapa posdoctoral en el laboratorio de Warshel han sido continuados con el trabajo sobre la función de las biomoléculas, desde las enzimas hasta los canales de iones, sobre cómo se mueven y doblan, así como sobre el modo en el que interactúan.

2. Pliegues proteicos y cambios conformacionales. Un ámbito activo de investigación del grupo es el desarrollo de herramientas y su implementación en nuestro software informático Adun para explorar el comportamiento dinámico de las biomoléculas, desde el atomismo al grano grueso. Esto implica el estudio de nuevos algoritmos para la comprensión de los movimientos globales de las proteínas globulares o el uso de técnicas de grano grupo para comprender las entidades supramoleculares de la dinámica, como las estructuras de glicocálix. El fin último del grupo consiste en relacionar el pliegue con la interacción proteica mediante el uso de esquemas de simulación multiescalar.

3. Interacciones moleculares. La electroestática desempeña un papel importante no sólo en la reactividad, sino también en el reconocimiento proteico y la formación compleja. Hemos investigado los efectos de la estabilidad de residuos en la formación de complejos proteicos en diversos sistemas de hidrólisis de fosfatos e intentamos encontrar la relación entre la reactividad y la formación compleja. Esta línea de investigación representa la relación entre las líneas de investigación microscópica y macroscópica del grupo y se espera que pueda beneficiarse de la investigación multiescalar que se lleva a cabo en el marco de algunos proyectos en los que participa el grupo.

4. Biología de sistemas. El grupo se interesa por la modelización tanto estocástica como determinista de las redes biológicas y algunos de los nuevos desarrollos se están llevando a cabo en colaboración con Kevin Burrage. Estamos planteando una integración rápida del problema de modelización estocástica como el primer paso hacia una modelización multiescalar real, que relacione todos los ámbitos de interés del grupo. Todos los desarrollos están dirigidos al ByoDyn.

Motivado por la colaboración con el grupo de Berta Alsina de la UPF, el laboratorio empezó a interesarse por la modelización de la determinación del destino celular y de la formación de patrones durante las fases iniciales del desarrollo. Se ha asumido que la investigación del laboratorio en el ámbito adquirirá más importancia en los próximos años ya que la herramienta ByoDYn, que inicialmente se había diseñado para responder cuestiones simples sobre el problema específico que tratamos, ha crecido en diversas direcciones excitantes y de algún modo sorprendentes, abriendo nuevas posibilidades de investigación en la biología de sistemas tanto a nivel determinista como (últimamente) estocástico.

5. Informática biomédica. Nos hemos dado cuenta de que las TIC constituyen una necesidad apremiante para gestionar los datos biomédicos y son la única forma en la que esto tiene sentido en la actual explosión de las ciencias biomédicas; por ello, el grupo ha contribuido con su experiencia en el desarrollo de dichas herramientas para la comunidad. Aprovechando nuestra experiencia en el desarrollo de sistemas basados en Internet, estamos contribuyendo a desarrollar herramientas integrativas en este ámbito.

Este viaje nos ha llevado a descubrir que no hay límites a las respuestas que uno puede encontrar con las técnicas de simulación. Constituye claramente una oportunidad para introducirnos en nuevos ámbitos de investigación del comportamiento dinámico de los sistemas complejos, pero también es una advertencia ante la necesidad de buscar buenos descriptores de cada uno de los tipos de interacción individual. ¿Un consenso entre los enfoques reduccionista y complejo? Quizás… ¡Seguid atentos!

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