Mexicano en Harvard desarrolla modelo bioquímico de moléculas

Con apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), el estudiante mexicano Adrián Jinich Garza desarrolla en la Universidad de Harvard un modelo que permite conocer las propiedades físico-químicas de los metabolitos, es decir, las moléculas orgánicas que existen dentro de todas las células.

Este modelo servirá para mejorar la eficiencia de diversos materiales, así como para el desarrollo de nuevos fármacos, indicó en entrevista el estudiante del Doctorado en Biología de Sistemas.

Actualmente, señaló, se conocen alrededor de 6 mil reacciones metabólicas que ocurren dentro de las células. Su proyecto de investigación consiste en predecir un parámetro termodinámico fundamental de la mayor cantidad posible de reacciones.

“La termodinámica nos dice, a grandes rasgos, los cambios energéticos que ocurren durante una reacción química, que es cuando una molécula se convierte en otra. Esto nos permite predecir qué tan favorable es una transformación bioquímica, lo cual es útil para los ingenieros metabólicos, los científicos que buscan utilizar bacterias y otros organismos para producir moléculas de utilidad para la humanidad”, explicó.

Destacó que esto se hará a través de herramientas de la química cuántica computacional, que es la rama de la ciencia que utiliza las leyes de la mecánica cuántica para modelar moléculas y sus reacciones químicas a través de sistemas computacionales.

Adrian Jinich 2“La química cuántica computacional nos permite modelar reacciones químicas en la computadora sin necesidad de hacer mediciones experimentales de alto costo, en cuanto a dinero y tiempo. Por ejemplo, comprar los reactivos y equipos necesarios para medir una sola reacción cuesta varios miles de dólares y puede llevar meses de trabajo. Mientras tanto, en cuestión de horas o pocos días, podemos correr cálculos de química cuántica para predecir los resultados de dichas mediciones”, detalló.

El becario del Conacyt explicó que utilizarán distintas aproximaciones dentro de la química cuántica y las mezclarán con técnicas de inteligencia artificial o machine learning.

“En más detalle, exploramos el efecto en la precisión de distintas maneras de modelar los metabolitos: la estructura electrónica de las moléculas, el agua que las rodea, el número de moléculas de agua que incluimos en los cálculos y muchos otros parámetros. Estamos usando machine learning o inteligencia artificial para encontrar la combinación de parámetros que genere los mejores resultados”, abundó.

Destacó que este modelo de química cuántica computacional que se realiza en el laboratorio del prestigiado científico Alan Aspuru-Guzik se podrá utilizar para aumentar la eficiencia de diversos materiales. Asimismo, se podrá mejorar todo tipo de celdas solares.

“También se puede utilizar para diseñar moléculas orgánicas para baterías que permitan almacenar la energía eléctrica generada con energías renovables. Actualmente, compañeros del laboratorio trabajan en el diseño de dichas moléculas orgánicas”, indicó el estudiante mexicano.

Eventualmente, este modelo también podrá tener aplicaciones en el área de la medicina y la farmacología, pues a través de la química cuántica se pueden crear moléculas que interactúen con proteínas y enzimas en nuestro cuerpo, lo cual forma la base del diseño computacional de farmacéuticos, señaló.

Aclaró que este modelo aún está en desarrollo y espera que pronto ya esté finalizado: “Publicamos en la prestigiada revista Scientific Reports un primer resultado donde mostramos que podemos predecir la termodinámica de un gran número de reacciones con un error promedio de aproximadamente tres kilocalorías por mol (kcal/mol)”.

Actualmente, Adrián Jinich Garza trabaja para mejorar el modelo y disminuir el margen de error. “Pronto queremos disminuir este error promedio a menos de 1 kcal/mol”, subrayó.

Resaltó que al terminar su doctorado en la Universidad de Harvard, piensa continuar con sus investigaciones para contribuir al desarrollo científico del país, que a su vez tenga un impacto positivo en la sociedad.

“Al concluir mi doctorado pienso hacer un estancia posdoctoral y continuar involucrado en proyectos de investigación, pues el Conacyt me ha ayudado a hacer ciencia en una de las mejores instituciones del mundo, rodeado de científicos de primera. Espero que mi investigación pueda retribuir a la sociedad este generoso apoyo”, concluyó.

Fuente: Agencia Informativa Conacyt.

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