Fue una experiencia bien agradable en la que contamos con la visita de profesionales de Amgen y Abbott ABL, y también aprendimos sobre investigaciones de otros compañeros en el programa.

Para asegurar que participaramos, se nos asignó visitar 3 afiches de otros estudiantes.

Uno de los afiches que visité fue de Laura Almodóvar, también estudiante del RUM. Ella trabaja con el Dr. Massol en las plantas de tratamiento de Mayagüez y Adjuntas. Ellos están buscando la presencia de microorganismos en el proceso del tratamiento del agua y cómo su presencia puede afectar dicho proceso. Aunque aún no tienen idea precisa de qué organismos pueden ser, sí saben que el efecto varía por estación del año especialmente en el porciento de eficiencia de remoción de metales. Es decir, la remoción de metales en el proceso de tratamiento de aguas varía de acuerdo a la estación del año, pues en algunas épocas dominan más microorganismos que otros.

También visité el afiche de Adriana O. Diaz, del recinto de Cayey. Al igual que mi trabajo, el de Adriana es teorico. Ambas utilizamos programas computadorizados en nuestras investigaciones. Ella esta estudiando la posibilidad y como es que la infección del virus del dengue pueda ser por una interacción entre proteínas de la cápsula del virus y proteínas en la membrana de la célula infectada. El conocer como ocurre este proceso puede ayudar a la comunidad científica al diseño de más y mejores medicinas para esta enfermedad.

Finalmente, visite el afiche de una estudiante de ‘la IUPI’. Realmente su investigacioó me parecio bien interesante y considero que el nivel de dificultad era de estudiante graduado! Su categoría era de Biología Molecular y quedé sorprendida con todas las técnicas y la gran cantidad de trabajo que debía llevar a cabo para su proyecto. Aunque no entendí mucho pues no tengo tanto conocimiento de Biología Molecular, si capté que tenía que ver con el cáncer. Al igual que el trabajo anterior, los resultados de su investigación puede aportar un grano de arena para tratar y, más que eso, curar una enfermedad que tantas vidas ha tomado a nivel mundial.

Cuando terminó la actividad quedé satisfecha con el trabajo que he hecho en este último año y medio, y el saber que mis resultados y el de otros pueden ayudar a buscar soluciones para tantos problemas que afectan a la sociedad actual y que en algún futuro afectarán a otros.

Aún me falta calcular la distribución de cargas en la estructura inicial y final. No he podido terminar esta meta ya que conlleva el uso de programas que no había utilizado anteriormente, pero el estudiante graduado me está ayudando a lograrlo. La meta es tener estos resultados para el día de la presentación en el BDTC.

A continuación , mi abstract para el POSTER DAY:

Effects of Organic Solvent in the Structure and Dynamics of Insulin: A Computational Molecular Simulation Study

Insulin is a peptide hormone composed of two peptide chains referred to as the A chain and B chain. A and B chains are linked together by two disulfide bonds, and an additional disulfide is formed within the A chain. In most species, the A chain consists of 21 amino acids and the B chain of 30 amino acids. The optimal activity of a protein often depends on the pH, temperature, and its conformational structure. The solvent environment has profound influences on the structures, thermodynamics and functions of biological molecules. These characteristics and functional three-dimensional structures can be simulated using techniques derived from molecular dynamics (MD). To see how changes in its conformation may have affected its biological function, insulin was studied using MD. It was solvated in H₂O, DMSO and CCl₄ and ran for 100ns. MD analyses were performed using the GROMACS simulation package version 3.2.1. Because insulin’s most important biological function takes place in the blood stream, which is mostly an aqueous solution, the results of the solvation in DMSO and CCl₄ were compared with those in H₂O. To investigate the overall structural behavior of the insulin dimmer, the results were analyzed based on the following properties: Root Mean Square Deviation (RMSD), radius of gyration (Rg), and hydrophobic, hydrophilic and total solvent accessibility surface area (SASA). RMSD indicates the divergence of the protein structure from its initial configuration based on their shape and three-dimensional conformation. RMSD values suggest that insulin’s structural changes occurred mostly in DMSO without reaching a stable state. In CCl₄ and H₂O, insulin suffers slight structural changes with respect to the initial structure before it reaches equilibrium. Rg values suggests that insulin has a dramatic size increase in DMSO, whereas it decreases in CCl₄. Insignificant variation in radius size was observed in H₂O. Total SASA values, which includes hydrophobic and hydrophilic amino acid residues, indicate that insulin has more accessible surface area when solvated in DMSO while less accessible surface area when solvated in CCl₄. Secondary structure changes were analyzed and it was observed that in DMSO, α-helices transitioned into coils. In CCl₄, the protein secondary structures were maintained, while in H₂O were observed small changes. It can be concluded that DMSO causes significant changes in insulin’s structure and, therefore, its function may also be seriously affected.

Con respecto al pasado semestre, estas metas son continuación del trabajo ya realizado. Simplemente, queremos profundizar y tener más detalles de cada trayectoria.

Estas metas no conllevan el aprendizaje de técnicas muy diferentes a las ya aprendidas en los semestres anteriores. Sin embargo, debo aprender a realizar varios cálculos, usando programas y ciertos comandos o funciones que no había utilizado anteriormente.

1. La solvatación de insulina en CCl4 produjo un cambio estructural en el que se observó una disminución en el radio de la proteína. En las figuras 1 y 2, pueden observar las diferencias en estructuras inicial y final de insulina en CCl4 luego de 70ns de solvatación. En la figura 3, pueden observar una comparación directa en el que los cambios ocurren de color azul (inicial) a color rojo (final).

Figura 1. Estructura inicial de insulina en CCl4.

Figura 2. Estructura final de insulina en CCl4.

Figura 3. Cambio estructural de insulina en CCl4 luego de 70ns.

2. Al contrario, insulina en DMSO produjo un aumento en el radio de la proteína. En las figuras 4 y 5, se muestran las estructuras inicial y final de insulina en DMSO luego de 70ns de solvatación. En la figura 6, se observa la comparación directa. De igual manera, los cambios ocurren de color azul (inicial) a color rojo (final).

En esta solvatación pueden observar que la proteína sufre notablemente cambios en su estructura secundaria, específicamente las alfa hélices. Probablemente, algo que ha todavía mantiene la proteína son los puentes disulfuros (amarillo).

Figura 4. Estructura inicial de insulina en DMSO.

Figura 5. Estructura final de insulina en DMSO.

Figura 6. Cambios estructurales de insulina en DMSO luego de 70ns.

3. Mientras que la solvatación de insulina en H2O sería nuestro control pues es el medio en el que se encuentra la proteína funcional. En las figuras 7 y 8, se observan las estructuras inicial y final de insulina en H2O luego de 70ns de solvatación. En la figura 9, se muestra la comparación en los cambios estructurales (azul-inicial, rojo-final).

Se observa que apenas ocurren cambios estructurales. Si ocurre alguno, probablemente se relacione al cambio estructural que debe llevarse a cabo para que a) el centro activo de la proteína interaccione con su sustrato, o, b) sea reconocido por algún receptor, entre muchas otras cosas.

Figura 7. Estructura inicial de insulina en H2O.

Figura 8. Estructura final de insulina en H2O.

Figura 9. Cambios estructurales de insulina en H2O luego de 70ns.

Estos resultados van de acuerdo a lo que se observa en la siguiente gráfica, la cual es una comparación del radio de giro de la proteína en cada solvente durante los 70ns de simulación.

Figura 10. Radio de giro del backbone de insulina en cada solvente durante 70ns.

Para el próximo semestre, espero poder estudiar más detalladamente los cambios en estructura secundaria de cada solvatación. Además, también espero poder estudiar cómo esos cambios estructurales de insulina en DMSO y CCl4 afectan la función de la proteína.

Los resultados de los análisis se presentan en forma de gráfica. Los análisis se hacen en base a cómo cambia el RMSD, el radio de giro y el SASA. El primero, nos dice cómo cambia la estructura con el tiempo con respecto a la estructura original. El radio de giro nos dice cómo cambia el radio de la proteína con el tiempo (si aumenta, disminuye o se queda igual). Por último, el SASA nos dice cómo la exposición de las partes hidrofóbicas e hidrofílicas de la proteínas al solvente cambia. Supongamos que una proteína que tiene residuos mayormente hidrofílicos en la superficie exterior se solvata utilizando un solvente relativamente no polar. El SASA nos dice cómo se afectan las partes hidrofílicas (e hidrofóbicas) de la proteína con la interacción con el solvente no polar.

La gráfica arriba muestra cómo varía el RMSD de la proteína en H2O, DMSO y CCl4 con respecto al tiempo durante 10 ns.

Hemos encontrado que en DMSO, la proteína muestra indicios de denaturalización alrededor de los 70ns. Su RMSD va aumentamenta poco a poco hasta ~60ns y luego disminuye drásticamente. Creemos que algo que ayuda a mantener la proteína sin que se denaturalice aún, son los puentes disulfuros que tiene. Esto nos dice que la encapsulación no debe hacerse en este solvente pues sino la proteína no ejercerá su función. Sin embargo, en CCl4 se ha encontrado que la proteína se estabiliza bastante bien.

El video arriba muestra un ejemplo de las simulaciones que hago pero este ejemplo es solvatación de ciclohexanol en agua.

Aún no hemos podido solvatarla en acetonitrilo debido a que no hemos conseguido los parámetros conocidos como ‘la topología’ para llevar a cabo la simulación.

En cuanto a técnicas aprendidas, aún estoy en proceso de seguir dominando las técnicas aprendidas desde enero como por ejemplo aprender a usar los programas y todos los features que puedo hacer con ellos.

Se espera que en las próximas semanas comienze con un training para aprender a utilizar el equipo del laboratorio en el cual voy a estar trabajando con la encapsulación de insulina, por ejemplo: metros de pH, centrífuga, diferentes microscopios, etc.

Molécula de Acetonitrilo

Luego de esto, mi mentor me informó que estaré trabajando con insulina pero de manera experimental. Queremos observar la formación de fibras amiloides de insulina. Para esto, primero tomaremos información de la literatura y trabajos previos para conocer “la receta” necesaria para inducir estas fibras. Luego, una vez se conozca el mecamismo, generar la formación pero llevando a cabo encapsulamiento a la misma vez.

En relación al semestre pasado y lo que queda por terminar en este semestre, este nuevo proyecto puede utilizar información de cómo la estructura de la insulina varía en diferentes medios ya que el encapsulamiento podría tratarse con uno de los solventes estudiados en el primer proyecto.

En cuanto a técnicas por desarrollar, aún no puedo precisar pero tengo idea de que tendré que aprender a cómo encapsular proteínas y a cómo utilizar microscopios electrónicos.

Ejemplo de encapsulando una proteína

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Esta experiencia me dio la oportunidad de aprender mucho de la industria de la comida, conocer mucha gente de diferentes trasfondos, trabajar con gente de alto nivel profesional y aplicar muchos conocimientos aprendidos en cursos tomados en la universidad. Fue un honor haber trabajado en una de las compañías más grandes a nivel mundial – la 3era. Además estoy muy contenta pues mis supervisora y su equipo de trabajo quedaron muy satisfechos con mi aportación.

]]> http://computersimulations.wordpress.com/2008/08/21/summer-internship-2008/feed/ 3 zuelayenid http://computersimulations.wordpress.com/2008/04/26/4th-post/ http://computersimulations.wordpress.com/2008/04/26/4th-post/#comments Sat, 26 Apr 2008 13:48:00 +0000 zuelayenid http://computersimulations.wordpress.com/?p=16 ]]> Definitivamente con este proyecto he aprendido a utilizar la computadora de una manera diferente. El uso de otro sistema operativo y saber utilizar varios programas en este, ha sido una meta que he podido alcanzar y que sin hacerlo, no hubiera podido ni empezar mi proyecto.

Tengo que darle el credito a los ayudantes de mi mentor, en especial a Anthony Cruz, que sin su paciencia y ayuda no hubiese podido hacer ni la mitad de lo que he hecho este semestre.

Para lo que queda de este semestre espero poder analizar unos resultados y asi el semestre próximo poder terminar mi proyecto de la solvatacion de insulina. Entre los planes de mi mentor, esta hacer el mismo proyecto pero con el glucagon, la hormona cuya funcion es la inversa de la insulina. Asi que si aun queda tiempo, hare de una vez este proyecto.

Con esta visita pude ver que hay una gran variedad de temas en los que pueden hacerse investigacion y, a su vez, sacar provecho y beneficio para el ser humano. Por ejemplo, como es eso de que hay una proteina que es liberada en la sangre a eso de 6 horas antes que una persona sufra un ataque al corazon?? El descubrimiento e investigacion de esto puede traer grandes beneficios y hasta podria salvar vidas de miles de personas que mueren por esta causa…

Por otra parte, el uso de bioremediacion para ‘limpiar’ no es tema nuevo. Sabia del uso de microorganismos para esto, pero especificamente el tema de fitoremediacion no es muy conocido para mi. Que bueno es saber que podemos usar las plantas para ‘limpiar’ ademas de decorar y ademas que hay gente tan cerca haciendo investigacion en esto!

Y hablando ellas, sabemos que las plantas pueden utilizarse para muchas cosas incluyendo propositos medicinales. Pero que tal de utilizar tecnologia biologica a partir de una planta que puede absorber calcio de la piedra de los rinones y a la vez que esta planta pueda utilizarse para biorremediacion de cadmio en lugares contaminados. Una vez mas podemos ver el provecho que podemos sacar de lo que nos rodea, que podemos utilizar la ciencia y la tecnologia a nuestro favor….

Esto fue lo que aprendi en mi visita a otros blogs…