Mapa a nivel atómico de las conexiones cerebrales

Se trata de un avance que utiliza superordenadores y las leyes del movimiento de Newton

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Esta simulación muestra cómo el glutamato pasa de una neurona a otra. Crédito imagen: Alvin Yu and Albert Lau

Científicos de la Universidad Johns Hopkins han utilizado superordenadores para crear un mapa de escala atómica que rastrea cómo el glutamato químico se une a una neurona en el cerebro. Los hallazgos, señalan en un estudio publicado en Neuron, contribuye a explicar en mayor detalle la vía química, así como la velocidad de las comunicaciones de las células nerviosas.

Hace tiempo que se sabe que las neuronas cerebrales usan el glutamato como una forma de comunicarse entre sí. A medida que una neurona libera glutamato, una neurona adyacente se adhiere al químico a través de una estructura en la superficie de la neurona llamada receptor. La conexión del receptor de glutamato activa una neurona para abrir canales químicos que dejan entrar partículas cargadas llamadas iones, creando una chispa eléctrica que activa la neurona.
"Todo esto ocurre en un milisegundo – explica Albert Lau, líder del estudio, en un comunicado – , lo que no se sabe es la forma en que los receptores se adhieren al glutamato. Nuestros nuevos experimentos sugieren que las moléculas de glutamato deben tomar caminos muy particulares en la superficie de los receptores para entrar en el receptor”.

Para la investigación, el equipo de Lau utilizó el superordenador Anton, del Centro de Supercomputación de Pittsburgh. Con Anton utilizaron una técnica informática llamada simulaciones de dinámica molecular. Estas simulaciones usan las leyes del movimiento de Isaac Newton y un conjunto de reglas matemáticas, o algoritmos, para asignar funciones de energía a los átomos y las sustancias elaboradas a partir de esos átomos. Los científicos Lau sumergieron moléculas de glutamato y una versión modificada del receptor de glutamato en una solución de agua y cloruro de sodio. El superordenador registró dinámicas e interacciones entre casi 50,000 átomos en la solución.
"Se necesita una enorme cantidad de poder de procesamiento para hacer este tipo de simulaciones – concluye Lau –. Hay muchas maneras en que el glutamato se puede conectar con un receptor. Pero algunos caminos son más directos que otros. La diferencia es como tomar la ruta más rápida de la carretera en comparación con las carreteras locales. Será necesario realizar más investigaciones para determinar si otros compuestos que se dirigen al receptor de glutamato, como el ácido quisquálico, que se encuentra en las semillas de algunas plantas con flores, recorren los mismos caminos que tiende a seguir el glutamato”.
Hasta ahora, el equipo de Lau ha centrado sus simulaciones solo en la región de unión principal del receptor de glutamato. El próximo objetivo es analizar otras áreas de los receptores.

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