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Adiós al cubismo molecular

  • Angel Herráez

  • Bioquímica y Biología Molecular Dep. de Biología de Sistemas. Universidad de Alcalá (Alcalá de Henares, Madrid)

En las clases, en los materiales elaborados para ayudar a nuestros alumnos con su estudio, en los trabajos académicos… un componente esencial es la representación gráfica, de forma simbólica, de proteínas, otras biomoléculas, membranas celulares, orgánulos, células…

 

En esta entrega de Educación Universitaria quiero traer información sobre dos herramientas que permiten la realización de manera sencilla de esquemas gráficos, a partir de una serie de elementos preelaborados y que van más allá de las meras formas geométricas simples, aproximándose a la estructura ya conocida de muchas biomoléculas.

 

Espero que esta presentación nos incite a realizar una actualización de nuestros documentos de modo que transmitamos a los alumnos una información más fidedigna y, al tiempo, mejore su formación.

 

BIORENDER

Este primer recurso es una herramienta en línea (https://biorender.com/) que se ofrece tanto en versión de pago como en versión gratuita con prestaciones restringidas (figura 1). Básicamente se presenta como un espacio de dibujo donde la paleta de herramientas son varias colecciones de iconos o, más bien, dibujos preelaborados que reproducen la forma de moléculas y estructuras (figura 2). Los esquemas que se elaboren se almacenan en el espacio personal (hay que registrarse con una cuenta, aun gratuita) y pueden descargarse como archivos de imagen para su uso en los materiales personales. La figura 3 muestra un ejemplo del resultado que puede conseguirse. En la sede web se ofrecen varios vídeos instructivos para aprender el uso de la herramienta, e incluso seminarios en línea presentados en directo todos los miércoles.

 

 

 

Además de la colección de dibujos preelaborados se pueden incorporar gráficos propios, generar nuevas formas para una proteína a partir de su identificador en Protein Data Bank o incluso solicitar a los responsables la adición de diseños nuevos a la colección.

 

CELLPAINT

Esta segunda herramienta, también disponible en línea y en este caso totalmente gratuita (https://ccsb.scripps.edu/cellpaint/ y referencias2,3) se ha elaborado en el centro de biología estructural computacional del instituto de investigación Scripps, en California, con la notable participación de David Goodsell, científico e ilustrador de larga experiencia4,5 que ha publicado varios libros dedicados a la visualización de estructura biomolecular y autor durante años de la sección Molecule of the Month en el portal de Protein Data Bank en RCSB. En la plataforma CellPaint se aúna la experiencia con herramientas computacionales de biología estructural con el singular software empleado por Goodsell para sus ilustraciones. Definen su enfoque como una representación en la “mesoescala” celular, un puente entre la estructura molecular de tamaño nanométrico y la estructura celular en micrómetros. En este caso la apuesta es fuerte por una representación más ajustada a la forma de las moléculas, pues los diseños gráficos se trasladan directamente desde las estructuras depositadas en la base de datos PDB. Todos los elementos se dibujan a la misma escala, correspondiente a sus dimensiones reales. Además se incorporan “pinceles” especiales que dibujan membranas con la trayectoria que quiera el usuario, distinguiendo la cara interna de la exterior y permitiendo cerrar vesículas, así como otros para trazar fibras proteicas. El resultado, en resumen, es menos esquemático que en BioRender y más realista, dentro de los conocimientos disponibles sobre la estructura (figuras 4 y 5). Además facilita una representación de la elevada densidad numérica de moléculas en los espacios intracelulares.

 

 

El software tras la plataforma de CellPaint incluye herramientas computacionales que permiten añadir aspectos dinámicos, como dejar que las moléculas dibujadas se muevan de forma aleatoria e incluso se observe su difusión “escapándose” por un hueco dejado en una membrana que no se cerró adecuadamente al dibujarla.

 

También es posible descargar una versión de CellPaint para uso local. El software es de código abierto y se aloja en SourceForge.

 

 

REFERENCIAS CITADAS

1. Scridon A (2020) Efectos de los antipsicóticos en el tráfico intracelular de lípidos. Trabajo de fin de grado en Biología. Universidad de Alcalá, julio de 2020.

2. Gardner, A Autin L, Barbaro, B Olson AJ, Goodsell DS (2018). CellPAINT: interactive illustration of dynamic mesoscale cellular environments. doi:10.1109/MCG.2018.2877076.

3. Gardner A, Autin L, Fuentes D, Maritan M, Barad BA, Medina M, Olson AJ, Grotjahn DA, Goodsell DS (2021) CellPAINT: turnkey illustration of molecular cell biology. doi:10.3389/fbinf.2021.660936.

4. Wikipedia contributors. “David Goodsell” Wikipedia, The Free Encyclopedia, https://en.wikipedia.org/wiki/David_Goodsell (consultado 30 de mayo de 2021).

5. Goodsell DS. “Molecular Art – Molecular Science” https://ccsb.scripps. edu/goodsell/ (consultado 30 de mayo de 2021).

6. Lam-Cabanillas E, León-Risco A, León-Risco K, Llamo-Hoyos G, López-Zavaleta R, Luzuriaga-Tirado E, Mendoza-Blas A, HuamánSaavedra J (2021). Molecular basis of COVID-19 pathogenesis and in silico studies of potential pharmacological treatment. doi:10.25176/ RFMH.v21i1.3327.

7. Center for Computational Structural Biology (CCSB), Imagen original https://ccsb.scripps.edu/cellpaint/wp-content/uploads/sites/30/2021/03/ mRNAvaccine_CellPaint-800x705.jpg en https://ccsb.scripps.edu/ cellpaint/2021-cellpaint-contest/ (consultado 30 de mayo de 2021).

 


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