La biofísica teórica es el campo que emplea leyes de la física para responder preguntas vinculadas a la biología. En esta nota se aborda el caso particular de las simulaciones computacionales para estudiar moléculas de interés biológico.
Componentes. Dos magnitudes importantes juegan su papel en el gol de Di María: la energía cinética y la potencial. Ambas son igualmente relevantes para el estudio teórico de las moléculas biológicas.
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Quiero que nos detengamos, por un momento, en un buen recuerdo que seguro compartimos: el segundo gol de Argentina ante Francia en la final de 2022. Sí, ese que hizo Di María con su zurda prodigiosa, tras una de las más preciosas construcciones de juego colectivo que se hayan visto en la definición de un mundial.
Antes de que “Fideo” impactara con sutileza la pelota para marcar el segundo tanto, era imposible saber lo que iba a hacer. La espontaneidad, la visión y, en definitiva, todo eso que hace que el fútbol sea fútbol y no una fórmula predecible, por suerte escapan aún a los modelos teóricos. Sin embargo, una vez que Di María patea la pelota, ya podemos aventurarnos a pensar qué va a pasar con ella: va a separarse del césped al mismo tiempo que avanza en dirección al arco. En un momento determinado, va a llegar a una altura máxima respecto al suelo del campo de juego, y a partir de ese momento, comenzará a transitar en caída el tramo final de su camino hasta terminar dentro del arco. Todo esto, claro, de no mediar la intervención de algo que modifique la trayectoria del balón como, por ejemplo, una desafortunada intervención del arquero que, por suerte, sabemos que no ocurrió. El fútbol tiene esa combinación preciosa de eventos inesperados, casi mágicos, con leyes consagradas de la física. Esas mismas leyes son, junto a otras, las que operan en mundos mucho más pequeños que los de un estadio de fútbol. Por ejemplo, los de las moléculas biológicas.
Dos magnitudes importantes juegan su papel en el gol de Di María: la energía cinética y la potencial. La primera es la que se debe al movimiento de la pelota tras recibir el puntapié y adquirir una cierta velocidad. La segunda es la que podemos asociar con lo que ocurre cuando la pelota se despega del suelo. Sabemos, por experiencia, que, si tenemos un objeto entre las manos y de pronto lo soltamos, caerá hasta alcanzar el suelo por acción de la gravedad. Una forma más elegante de decirlo es que el sistema (en este caso, la pelota) cambia su posición hasta encontrar un lugar donde posee una menor energía potencial. En el ejemplo del gol de Di María, no necesitamos tener un título en física para saber que la pelota no va a permanecer en el aire para siempre, sino que eventualmente va a impactar el suelo un par de veces hasta quedarse quieta sobre el verde césped. Eso es, precisamente, porque encuentra un mínimo de energía potencial y alcanza un estado de reposo. Un efecto similar, aunque con distintos factores, opera sobre las moléculas biológicas. Y podemos usar el conocimiento que tenemos al respecto para comprender cómo funcionan (y, eventualmente, aprovechar ese funcionamiento con un fin determinado).
En el campo de la Biofísica teórica, solemos adaptar las leyes que operan sobre los objetos de la vida cotidiana para simular computacionalmente cómo cambia con el tiempo la posición de los átomos que conforman moléculas de interés biológico, como el ADN o las proteínas. Normalmente partimos de conocer la estructura de la molécula que queremos estudiar y las coordenadas de sus átomos para predecir qué posición tendrán en un instante siguiente. Y ese cálculo lo repetimos varias veces para obtener una trayectoria; algo así como ver la foto de una película y reconstruir una escena completa a partir de ella. O, volviendo al ejemplo de Di María, como si predijéramos a dónde va a ir la pelota con sólo ver una imagen del instante justo en el que la patea, usando fórmulas de la mecánica clásica. En el gol del Fideo y en la simulación, la evolución de la energía potencial condiciona el curso de la trayectoria. A la técnica con la que modelamos esas trayectorias a nivel atomístico la llamamos Dinámica Molecular.
¿De qué nos sirve recrear el movimiento de las moléculas a lo largo de un (breve) período de tiempo? Básicamente, para conocer los principios a través de los cuales logran ejercer su función biológica. Eventualmente, incluso podemos usar ese conocimiento a nuestro favor para lograr que cumplan nuevas funciones, como, por ejemplo, actuar como antibióticos frente a bacterias multirresistentes, detectar la presencia de marcadores moleculares asociados a determinadas enfermedades, o incluso, potenciar la actividad de otras moléculas y lograr, por ejemplo, el mejoramiento de un cultivo, entre muchos otros ejemplos.
Es importante no perder de vista que las simulaciones no dejan de ser un modelo en el que, si bien intentamos recrear las condiciones en las que las moléculas que estudiamos ejercen su rol en la naturaleza, siempre habrá variables que se nos escapen. La Biología, en definitiva, siempre tiene un grado de complejidad mayor que las reducciones que podamos hacer para entenderla. Siempre puede haber una variable inesperada que nos obligue a repensar nuestro modelo e intentarlo nuevamente. Siempre puede haber, en definitiva, un guante inoportuno desviando la trayectoria de la pelota. Por eso es fundamental la vinculación entre nuestras hipótesis teóricas y experimentos de laboratorio que las validen.
En tiempos de restricción presupuestaria como los que estamos viviendo, el guante que desvía la pelota desgraciadamente poco tiene que ver con la Ciencia. Se trata de un contexto en el que, lastimosamente, quizás nos estemos privando de ver a los futuros Di María, a los futuros Messi de la Ciencia argentina. Qué historias nos habríamos perdido si, tras la derrota en la final de 2014 frente a Alemania, hubiésemos dejado de convocarlos. Probablemente no hubiese existido el gol con el que inicia esta nota ni la tercera estrella.
La cuarta estrella ya la tenemos. Es la que se viralizó tras el streaming del Conicet. Cuidémosla, porque es tan nuestra y tan motivo de orgullo como las otras tres.
(*) A. Ormazábal es doctor en Ciencia y Tecnología (Biofísica), licenciado en Biotecnología (Univ. Nac. Quilmes). Becario postdoctoral de Conicet, docente universitario.
Producción y edición: Miguel Títiro - [email protected]
