ContaMiner es un programa de código abierto desarrollado por un equipo interdisciplinario único en la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST), Arabia Saudita. Este programa ya está ahorrando tiempo a los investigadores internacionales.

"¿Cuánto se puede comprender y reparar un automóvil si no se tiene una imagen detallada de lo que sucede debajo del capó?" dijo el profesor asociado de KAUST Stefan Arold. "Las proteínas son los caballos de batalla de la vida:su función y disfunción crean vida y la terminan. La secuencia de aminoácidos de cada proteína se pliega en una estructura tridimensional particular que se requiere para respaldar su función. Si quiere comprender, afectar o diseñar la función de una proteína, necesitas conocer su estructura 3-D, " él explicó.

El proceso para determinar esa estructura comienza purificando y cristalizando la proteína bajo investigación. Luego, el cristal de proteína es bombardeado por rayos X extremadamente poderosos, que difractan en varias direcciones, dando una indicación de su estructura. Luego, los investigadores aplican "reemplazo molecular, "que compara el cristal de la proteína diana con la estructura tridimensional de otras proteínas similares conocidas.

Pero para que los investigadores comparen su proteína con otras similares, primero necesitan saber cómo están ordenados sus aminoácidos. ContaMiner puede ayudar a los investigadores a determinar si están buscando la proteína correcta para empezar.

"La proteína que cristalizamos podría no ser la proteína que pensamos que era, sino un contaminante desconocido, ", explicó Arold. Los contaminantes a base de proteínas pueden, más a menudo de lo que se pensaba, cristalizarse en lugar de, o además de, la proteína en estudio. Estos pueden provenir del organismo que originalmente produjo la proteína u ocurrir durante el proceso de purificación o cristalización.

"Los científicos a menudo pierden meses de trabajo antes de identificar el error y la identidad de la proteína contaminante que habían cristalizado involuntariamente. "dijo Arold.

El equipo de Arold ha trabajado incansablemente para compilar una base de datos preliminar, llamado ContaBase, de 62 contaminantes conocidos. "Los contaminantes eran un problema conocido pero subestimado porque muchos casos no se detectaban, ", dijo Arold. Incluso en los casos en que finalmente se identifican los contaminantes, esta información a menudo no se publica ya que el experimento se consideró un fracaso. A menudo, los investigadores informan sobre problemas de contaminación en foros en línea en lugar de publicaciones revisadas por pares. "Debido a esto, nadie tenía una buena idea de cuántos y qué contaminantes podrían ocurrir y cristalizar, " él continuó.

ContaMiner cambia esto. Ahora, los investigadores pueden enviar sus datos de difracción de rayos X al programa, que lo compara con una base de datos actualizable de contaminantes conocidos. "Si hay un contaminante, ContaMiner normalmente puede detectarlo en solo 5-15 minutos, "dijo Arold.

Varios cientos de investigadores han utilizado el programa desde que se describió por primera vez a finales de 2016 en el Journal of Applied Crystallography. Muchos miembros de la comunidad de cristalografía han ayudado a actualizar ContaBase para que ahora incluya 71 contaminantes. "Es un esfuerzo comunitario continuo, ", dijo Arold. ContaMiner también ha sido seleccionado para ser incluido en un servidor en línea, llamado CCP4, que es una colección altamente selectiva de software relacionado con la biología estructural y es el recurso más utilizado en todo el mundo, explicó Arold.

Si bien tiene un impacto internacional, Arold y su equipo también juegan un papel vital en la comunidad científica local a través de su conjunto único de habilidades. El equipo de KAUST combina experiencia en biología molecular, bioquímica, biofísica, bioinformática y computación para investigar las estructuras y funciones de las proteínas. Es el único grupo involucrado en biología estructural en el reino y, bajo la supervisión del biólogo estructural Stefan Arold, también está estableciendo importantes colaboraciones locales.

Actualmente están colaborando con investigadores del Hospital Especialista y Centro de Investigación King Fahd para identificar mutaciones genéticas que causan enfermedades en la población saudí. Arold usa su experiencia, junto con el modelado computacional, para comprender por qué mutaciones específicas causan disfunciones de las proteínas. "Es intrigante cuánto daño puede causar una sola mutación", dijo. "También nos da una idea de la inimaginable sofisticación y complejidad de nuestros cuerpos.

Arold y su equipo también trabajaron recientemente con el científico de plantas de KAUST Mark Tester y un equipo internacional diverso para comprender la base molecular para la producción de compuestos tóxicos. llamadas saponinas, en algunas cepas de quinua, pero no en todas.

"¿Necesita la región más biólogos estructurales?" preguntó Arold. "En mi opinión sesgada, por supuesto que sí. En particular, expertos en espectroscopia de resonancia magnética nuclear, que es altamente complementario a la cristalografía de rayos X ”. También aboga por que los biólogos desarrollen más conciencia de la importancia de la biología estructural para su investigación.

"Sabiamente, KAUST ha invertido mucho en biología estructural; y la imagenología biológica en general es claramente un área de prioridad. Contamos con recursos sobresalientes, como espectrómetros de resonancia magnética nuclear de 700 y 950 megahercios y el microscopio electrónico TITAN KRIOS.

Y aunque actualmente soy el único biólogo estructural, Puede que no esté solo por mucho más tiempo "Dijo Arold. Las negociaciones ya están en marcha para traer más talento a la institución.