El Dr. Christopher Cooper genera en su laboratorio computacional modelos que pueden ser utilizados en otros estudios para fomentar a la cooperación científica.
Estudiar la electroestática de las proteínas con el propósito de contribuir a avances en áreas como la biología, la minería y la energía, es una de las líneas de investigación del académico del Departamento de Ingeniería Mecánica e investigador del Centro Científico Tecnológico de Valparaíso (CCTVal), Dr. Christopher Cooper.
Ligado a lo anterior el profesor desarrolló hace un par de años el estudio de la electroestática en una partícula viral, desarrollando modelos computacionales para entender cómo estos microorganismos comienzan a desensamblar dentro de las células, proceso clave en la infección.
Según comentó el investigador, el proyecto – que se llevó a cabo en el marco de un Fondecyt – tenía como finalidad estudiar el virus Zika, que se transmite por la picadura del mosquito del género Aedes. “De esta forma, vimos por ejemplo que la diferencia de pH del ambiente que se encuentra dentro y fuera del cápside viral es un factor que promueve el desensamblaje y libración de material genético a la célula”.
Asimismo, en este mismo marco, “un grupo de investigadores de España observaron que para una familia de virus que tienen una estructura icosaédrica, una especie de pelota de fútbol con estructuras que se repiten, la fuerza que sentían al acercarle una punta tipo alfiler dependía de la orientación en la que se acercaban. Esto no les hacía sentido para una estructura tan pequeña, de 50 nanómetros, que es veinte mil veces más pequeño que un milímetro, y utilizamos nuestros modelos para determinar que a pesar del tamaño, la fuerza electrostática de la punta era muy local, confirmando que la observación era correcta”, detalló el Dr. Christopher Cooper, añadiendo que este tipo de estudios ayudan para desentrañar ciertos problemas que se generan en algunas partes de los virus.
De la misma forma, el académico precisó que lo anterior “es aplicable para entender los diferentes mecanismos asociados al virus, por ejemplo, qué es lo que hace al virus tan estable, cómo interactúa con otras cosas, para conocer su estructura, entre otras”.
Además del Zika, durante la investigación estudiaron el virus satélite mosaico de la planta de tabaco y el virus triatoma, que genera el Mal de Chagas.
Microscopio computacional
Contrario a todo lo que se pueda pensar, todas estas investigaciones son llevadas a cabo en computadores, utilizando ecuaciones diferenciales que modelan muy bien la electrostática, particularmente la ecuación de Poisson-Boltzmann, “se aplican las ecuaciones diferenciales a estas nanoestructuras, entonces lo que hacemos es asignar cargas a cada átomo, parametrizar el ambiente electroestático con una determinada constante eléctrica, y modelar”, sostuvo el Dr. Cooper. Así, “nuestro objetivo es tener modelos que nos permitan tener un microscopio computacional, que entregue detalles que no son alcanzables con experimentos, y genere colaboraciones con otros investigadores”.
Interacción de proteínas de superficie
Otra línea de estudio del académico junto a su equipo son los cálculos de electroestática para observar cómo interactúa una proteína con una superficie. “Aquí han aparecido diferentes aplicaciones. Un caso es el de un investigador que usó mi código para poder estudiar la interacción entre una hidrogenasa (proteína que tiene la capacidad de generar hidrógeno molecular) y una superficie, lo que es un prometedor mecanismo para generar hidrógeno verde”.
Otra aplicación con proteínas de superficie es en la minería, investigación que está desarrollando en conjunto con Francisca San Martín del Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Materiales, quien trabaja en bioflotación, técnica que se utiliza en minería de cobre para, en términos simples, separar el metal de los desechos.
La académica estudia el integrar bacterias para mejorar el proceso y, según indicó el Dr. Cooper, el rol de las proteínas que están en la superficie celular de la bacteria es clave, por lo que en la actualidad un estudiante de postgrado se encuentra investigando la interacción entre una superficie de pirita y las proteínas de la membrana celular de la bacteria, “porque queremos determinar el real efecto de la electrostática”.
A modo de contexto el profesor de la USM comenzó la línea investigativa de la proteína de superficie cuando hacía su doctorado en Estados Unidos y la Armada de dicho país le entregó un financiamiento para estudiar biosensores para detectar diferentes agentes patógenos, “la idea era poner sobre una nanopartícula alguna molécula que tenga buena afinidad con el patógeno, para detectarlo de manera temprana”.
Desafíos
Los desafíos del Dr. Christopher Cooper están ligados a un área que le apasiona y es la generación de modelos computacionales. En este sentido apuntó a que hoy los softwares que existen para modelar la ecuación Poisson-Boltzmann son muy antiguos y difíciles de mantener, por lo que tienen poca posibilidad de modificar para poder hacer adelantos, “por esto estamos trabajando mucho en nuestro software, que busca ser fácil de usar y extender. Éste se basa en la tecnología que se llama Jupyter Notebook que permite entrelazar códigos ejecutables, interactuar y hacer flujos de trabajo computacionales rápidamente”, puntualizó.
