IMIM - Institut Hospital del Mar d'Investigacions Mèdiques

Bioquímica i biofísica computacionals Jordi Villà-Freixas

Tornar

Bioquímica computacional (Jordi Villà-Freixa)

El grup de bioquímica computacional actualment està dirigit per Jordi Villà Freixa, professor associat de la Universitat Pompeu Fabra. El grup es va crear el 2003, després que l'IP hagués passat diverses etapes postdoctorals a l'IMIM (Institut de Recerca de l'Hospital del Mar) i en els departaments de química de la Universitat de Minnesota i de la Universitat del Sud de Califòrnia.

Els membres del grup participen en un gran nombre de projectes nacionals i internacionals, que van des de la comprensió de la reactivitat enzimàtica a nivell atòmic fins a la construcció de sistemes informatius útils per relacionar a pacients, metges i investigadors. El seu treball se centra en el que considerem que són les pedres angulars de la funció del grup de recerca de la universitat:

  • Recerca: mitjançant l'ús de tècniques de simulació per a comprendre el comportament dinàmic dels sistemes biològics tant a nivell molecular com a nivell sistèmic. L'objectiu últim és desenvolupar models multiescalars integrats per explicar problemes específics i complexos del comportament de les biomolècules.
  • Transferència de tecnologia: estem molt interessats en els aspectes translacionals de la recerca en bioinformàtica. Per tant, el creixent interès per participar en el desenvolupament d'eines amb impacte biomèdic real ens ha portat a promoure l'empresa start-up aScidea Computational Biology Solutions, SL, quina missió es podria resumir en la democratització de l'accés a la informació genòmica.
  • Docència: com a part del sistema universitari, coordinem o participem en la impartició d'un gran nombre de cursos de grau i postgrau a la Facultat de Ciències de Salut i de la Vida, així com hem tingut un paper actiu en els cursos externs realitzats en molts llocs.

Principals línies de recerca

1. Reactivitat bioquímica. En els seus orígens, el grup dedicava els seus esforços a comprendre l'efecte dels diferents grups químics en la interfície de proteïna-substrat i la seva influència en la reactivitat. Les eines bàsiques per a aquesta recerca són les simulacions dinàmiques moleculars, juntament amb els enfocaments mecànics moleculars / mecànics quàntics híbrids, especialment el simplificat però extremadament eficient mètode empíric d'enllaç de valència (EV) desenvolupat per Warshel. Els treballs sobre diversos sistemes bioquímics durant l'etapa postdoctoral en el laboratori de Warshel han estat continuats amb el treball sobre la funció de les biomolècules, des de els enzims fins als canals de ions, sobre com es mouen i dobleguen, així com sobre la manera en què interactuen.

2. Plecs proteics i canvis conformacionals. Un àmbit actiu de recerca del grup és el desenvolupament d'eines i la seva implementació en el nostre programari informàtic Adun per explorar el comportament dinàmic de les biomolècules, des de l’atomisme al gra gruixut. Això implica l'estudi de nous algorismes per a la comprensió dels moviments globals de les proteïnes globulars o l'ús de tècniques de gra grup per comprendre les entitats supramoleculars de la dinàmica, com les estructures de glicocàlix. La finalitat última del grup consisteix a relacionar el plec amb la interacció proteica mitjançant l'ús d'esquemes de simulació multiescalar

3. Interaccions moleculars. La electrostàtica té un paper important no només en la reactivitat, sinó també en el reconeixement proteic i la formació complexa. Hem investigat els efectes de l'estabilitat de residus en la formació de complexos proteics en diversos sistemes d'hidròlisi de fosfats i intentem trobar la relació entre la reactivitat i la formació complexa. Aquesta línia d'investigació representa la relació entre les línies d'investigació microscòpica i macroscòpica del grup i s'espera que pugui beneficiar-se de la investigació multiescalar que es porta a terme en el marc d'alguns projectes en què participa el grup. 

4. Biologia de sistemes. El grup s'interessa per la modelització tant estocàstica com determinista de les xarxes biològiques i alguns dels nous desenvolupaments s'estan duent a terme en col·laboració amb Kevin Burrage. Estem plantejant una integració ràpida del problema de modelització estocàstica com el primer pas cap a una modelització multiescalar real, que relacioni tots els àmbits d'interès del grup. Tots els desenvolupaments estan dirigits al ByoDyn.

Motivat per la col·laboració amb el grup de Berta Alsina de la UPF, el laboratori va començar a interessar-se per la modelització de la determinació de la destinació cel lular i de la formació de patrons durant les fases inicials del desenvolupament. S'ha assumit que la investigació del laboratori en l'àmbit adquirirà més importància en els propers anys ja que l'eina ByoDYn, que inicialment s'havia dissenyat per a respondre qüestions simples sobre el problema específic que tractem, ha crescut en diverses direccions excitants i d'alguna manera sorprenents, obrint noves possibilitats de recerca en la biologia de sistemes tant a nivell determinista com (últimament) estocàstic.

5. Informàtica biomèdica. Ens hem adonat que les TIC constitueixen una necessitat urgent per a gestionar les dades biomèdiques i són l'única forma en què això té sentit en l'actual explosió de les ciències biomèdiques, per això, el grup ha contribuït amb la seva experiència en el desenvolupament d'aquestes eines per a la comunitat. Aprofitant la nostra experiència en el desenvolupament de sistemes basats en Internet, estem contribuint a desenvolupar eines integratives en aquest àmbit.

Aquest viatge ens ha portat a descobrir que no hi ha límits a les respostes que un pot trobar amb les tècniques de simulació. Constitueix clarament una oportunitat per introduir-nos en nous àmbits de recerca del comportament dinàmic dels sistemes complexos, però també és una advertència davant la necessitat de buscar bons descriptors de cada un dels tipus d'interacció individual. Un consens entre els enfocaments reduccionista i complex? Potser ... Seguiu atents!

© Institut Hospital del Mar d'Investigacions Mèdiques Nota legal | Política de cookies | Mapa web | Accessibilitat | Adreça / Accessos | Contacte