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Title: Modelo biofísico para la estimación de las frecuencias naturales de una cápside viral
Authors: Restrepo Castillo, Santiago
Adviser: Cossio, Pilar
Restrepo, Juliana
Keywords : Análisis de modos normales
Biofísica computacional
Frecuencias naturales
Virus
Computational biophysics
Natural frequencies
Normal mode analysis
Viruses
Issue Date: 2018
Publisher: Universidad EIA
Abstract: Los fármacos actualmente disponibles para el tratamiento de infecciones virales presentan las siguientes limitaciones: i) la dependencia del fármaco al metabolismo y el estado del sistema inmune del paciente, ii) la ineficacia del fármaco ante cepas mutadas del virus para el cual fue diseñado, y iii) la selectividad imperfecta del fármaco, lo cual puede ocasionar efectos secundarios indeseados en el paciente. Es evidente la necesidad de un método novedoso que se sobreponga a las limitaciones de los tratamientos antivirales basados en fármacos. En años recientes, se han llevado a cabo investigaciones teóricas para la estimación de las frecuencias naturales más bajas de las cápsides de una gran variedad de agentes virales. Estos estudios giran en torno a la idea de lograr, experimentalmente, acceder a los modos de resonancia de cápsides virales previamente caracterizadas mediante el uso de modelos físicos, con el fin de inducir desplazamientos atómicos en sus estructuras, con suficiente amplitud como para lograr el rompimiento de enlaces intermoleculares, desensamblando así las cápsides virales e inactivando los virus. Estudios experimentales basados en resultados teóricos han verificado la factibilidad de la inactivación viral inducida por medio de resonancia mecánica, lo cual es un método novedoso que podría sobreponerse a las limitaciones principales de los tratamientos antivirales convencionales. Investigaciones en biofísica computacional centradas en la estimación del espectro de bajas frecuencias de cápsides virales, le otorga a Colombia empoderamiento sobre la aplicación novedosa del conocimiento y técnicas de vanguardia para el tratamiento de infecciones virales, además de otro tipo de posibles aplicaciones técnicas y teóricas, como la esterilización de bancos de sangre o el análisis de los cambios conformacionales de una biomolécula. La investigación es teórica, enmarcada en el campo de la biofísica computacional. Se lleva a cabo en cuatro etapas: i) especificación de un virus de referencia, ii) identificación del modelo físico idóneo para la representación de la cápside del virus especificado y la estimación de su espectro de bajas frecuencias, iii) selección de software adecuado para el desarrollo del modelo y iv) la implementación del modelo biofísico. Se llevan a cabo extensas revisiones bibliográficas y se emplea software disponible para el análisis y la visualización de moléculas biológicas. El resultado esperado del proyecto es el espectro estimado de bajas frecuencias de la cápside viral especificada, obtenido a partir de una herramienta computacional desarrollada durante la investigación. Este resultado es un primer acercamiento al análisis de modos normales de cápsides virales, será útil en la creación y continuación de una línea investigativa enfocada en tratamientos antivirales basados en métodos físicos que se sobreponen a las limitaciones principales de los tratamientos farmacológicos.
Abstract (English): Currently available antiviral drugs have the following limitations: i) dependency of the drug on the metabolic activity and the state of the immune system of the patient, ii) the uselessness of the drug towards mutated strains of the virus for which it was designed, and iii) the imperfect selectivity of the drug, which can cause undesired side effects in the patient. It is evident that there is a need for a novel method that overcomes the limitations of the drug-based antiviral treatments. In recent years, theoretical research has been carried out to estimate the lowest natural frequencies of the capsids of a great variety of viruses. These studies revolve around the idea of experimentally accessing the resonant modes of viral capsids previously characterized via physical models, in order to induce atomic displacements in their structures, with such amplitudes that intermolecular bonds break; ergo, disassembling the viral capsids and inactivating the viruses. Experimental studies based on theoretical results have verified the feasibility of mechanical resonance induced viral inactivation, which represents a novel method that could overcome the main limitations of drug-based antiviral treatments. Computational biophysics research that is focused on the estimation of the low-frequency spectrum of viral capsids empowers the region on the novel application of knowledge and cutting-edge techniques for treatments against viral infections, besides other possible technical and theoretical applications, like the sterilization of blood banks or the analyses of the functional motions of a biomolecule. This enhances fields such as biophysical modeling and health biotechnology in Colombia. This research is theoretical, framed in the field of computational biophysics. It is carried out in four stages: i) specifying a reference virus, ii) identifying an appropriate physical model for the modeling of the capsid of the specified virus and the estimation of its low-frequency spectrum, iii) selecting the most adequate software for the development of the model and iv) implementing the biophysical model. An extensive review of available literature is carried out, and available software for the analysis and visualization of biological molecules is used. The expected result of the project is the low-frequency spectrum of the specified viral capsid, obtained from an in-house program. This result is a first approach to the normal mode analysis of viral capsids, it will be useful in the creation and continuity of a research field focused on physical methods based antiviral treatments that overcome the main limitations of pharmacological treatments.
Description: 109 páginas
URI: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/2167
Citation: Restrepo Castillo, S. (2018) Modelo biofísico para la estimación de las frecuencias naturales de una cápside viral. (Trabajo de grado). Recuperado de: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/2167
Autorization: openAccess
Location: BIOM/0295
Appears in Collections:Ingeniería Biomédica

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