En riojascience@home se llevan a cabo dos tipos de investigaciones

Estudios de reacciones químicas en fase gas.
Simulaciones de Dinámica Molecular de enzimas.

Las reacciones en fase gas que se estudian son interesantes en procesos de combustión o química atmosférica e interestelar. En los procesos a estudiar participan pocos átomos (¡de 3 a 6 átomos!) esto permite utilizar metodologías de simulación de elevado nivel (mecánica cuántica) y obtener datos acerca de las reacciones estudiadas que ayudan a conocer cómo de producen con un detalle elemental.

Los resultados obtenidos se comparan con medidas realizadas en laboratorios con el fin de comprobar si los cálculos reproducen las medidas experimentales. Si lo hacen, la información que se obtiene explica los resultados del experimento a partir del mecanismo de reacción simulado, además abre la posibilidad de reproducir condiciones experimentales que son difíciles o imposibles de llevarse a cabo en el laboratorio.

¿Como lo hacemos?

La red riojascience@home es una infraestructura óptima para este tipo de simulaciones. En el cálculo se simula cómo colisionan los reactivos y se analiza si esta colisión produce reacción o no, con qué condiciones se producen los productos u otras propiedades interesantes. Esta colisión se repite millones de veces, variando las condiciones iniciales del cálculo, reproduciendo de esta manera, por ejemplo, un experimento de haces moleculares o las condiciones que se dan en la atmósfera o en el espacio.

A cada procesador de la red se le envían paquetes de colisiones a calcular obteniendo en pocos días millones de colisiones simuladas (todo depende del sistema a estudiar). La información recogida dice cómo se produce la reacción a un nivel atómico y molecular.

Reacción O + CH4	Reacción Ne+ + H2	Reacción Hg + OH

Esta parte del proyecto se trata de investigación básica, pero el estudio detallado de reacciones con pocos átomos permite trasladar la información del comportamiento de los enlaces e interacciones entre ellos a moléculas formadas por más átomos.

Uno de los campos más interesantes donde participan “moléculas grandes” es el estudio de sistemas biológicos. La Dinámica Molecular es una herramienta teórica que permite el estudio del comportamiento de, por ejemplo, proteínas, fragmentos de ADN o ARN … Dentro de las moléculas biológicas las enzimas son fundamentales para el desarrollo de la vida, ya que catalizan la mayor parte de las reacciones biológicas.
Sin embargo no siempre es bueno que las enzimas actúen, un ejemplo de esto es cuando la enzima tiene un origen vírico y actúa sobre el cuerpo humano. Un ejemplo de esto es la denominada enzima NS3.

La NS3 es producida por células infectadas con el virus de la Hepatitis C. Esta proteína cataliza una serie de reacciones que provocan la infección de otras células así como los efectos de la enfermedad. El descubrimiento de inhibidores de la acción de la NS3 es un campo de investigación en la lucha contra la enfermedad.
El estudio de esta proteína mediante Mecánica Molecular permite la simulación del movimiento de los átomos que la forman conociendo así su comportamiento a lo largo del tiempo.

Este tipo de experimentos "in silico" dan información útil para la mejora de inhibidores existentes o para el desarrollo de nuevos ya que se analizan las interacciones entre la proteína y los distintos compuestos, pudiendo prever cuáles de éstos pueden frenar de una manera más efectiva las reacciones de la NS3 evitando, así, el desarrollo de la enfermedad.

¿Como lo hacemos?

La red riojascience@home también es una plataforma de cálculo que se utiliza para realizar estos estudios más aplicados. En especial, el uso de las tarjetas gráficas de los ordenadores voluntarios supone una ventaja en el caso de los cálculos de Dinámica Molecular.

En este caso las simulaciones a realizar son más costosas ya que además de la enzima (miles de átomos) y del inhibidor (varias decenas de átomos) hay que simular que estas reacciones se producen en agua así que el sistema a simular puede estar compuesto decenas o cientos de miles de átomos. La particular arquitectura de los procesadores de las tarjetas gráficas (GPUs) los hace muy útiles para la aplicación de la Dinámica Molecular a sistemas con un número de átomos tan grande.

El sistema a simular: enzima en un cubo de agua

La enzima NS3 con un inhibidor

Un inhibidor de la NS3