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"La Biología debe ser considerada una Ciencia de la Información, y
esto significa un cambio de paradigma." Leroy Hood. Promotor del Proyecto Genoma Humano. Creador de los
secuenciadores automáticos en los 80. AAAS. Univ. Washington La Bioinformática, el campo interdisciplinar que se
encuentra en la intersección entre las Ciencias de la Vida y de la Información,
proporciona las herramientas y recursos necesarios para favorecer la Investigación
Biologica. Este campo interdisciplinar comprende la investigación y desarrollo
de herramientas útiles para llegar a entender el flujo de información desde
los genes a las estructuras moleculares, a su función bioquímica, a su
conducta biológica y, finalmente, a su influencia en las enfermedades y
caracteristicas agronomicas. Una definición generalmente aceptada sería: "Una
disciplina científica que se interesa por todos los aspectos relacionados con
la adquisición, almacenamiento, procesamiento, distribución, análisis e
interpretación de información biológica, mediante la aplicación de técnicas
y herramientas de las matemáticas, de la biología y de la informática, con el
propósito de comprender el significado biológico de una gran variedad de
datos". 2. ¿Disciplina científica o técnica de
apoyo a la investigación? Con el incremento en complejidad y capacidad tanto de las computadoras como de las técnicas de investigación, se necesitan "puentes" humanos que puedan entender ambas disciplinas y sean capaces de comunicarse con los expertos de los dos campos. Históricamente, el uso de las computadoras para resolver cuestiones biológicas comenzó con el desarrollo de algoritmos y su aplicación en el entendimiento de las interacciones de los procesos biológicos y las relaciones filogenéticas entre diversos organismos. El incremento exponencial en la cantidad de secuencias disponibles, así como la complejidad de las técnicas que emplean las computadoras para la adquisición y análisis de datos, han servido para la expansión de la bioinformática. La diferencia entre una disciplina científica y un campo de apoyo es que la primera implica una investigación basada en el planteamiento de hipótesis, mientras que el segundo sólo se encarga de apoyar esa investigación. La bioinformática se ha ocupado desde un principio en realizar investigaciones basadas en hipótesis. Las teorías de la evolución molecular se han estudiado empleando para ello la genómica post-secuenciación. Se han examinado teorías de interacciones y procesos complejos como la excitación nerviosa empleando la modelización molecular. La Bioinformática están comenzando a ser considerada como disciplina científica, como se evidencia en el incremento de publicaciones y reuniones científicas en esta área. Hay mucho campo de investigación basado en hipótesis en el área bioinformática de las bases de datos. El reto en la construcción de bases de datos es el establecimiento de una arquitectura que permita la realización de búsquedas inteligentes, comunicación con otras bases de datos y la unión con herramientas de análisis y minería de datos especificas que permitan dar respuesta a problemas biológicos concretos. Los científicos que se encarguen de la construcción de esas bases de datos deben tener unos conocimientos previos que les permitan determinar qué problemas científicos concretos necesitan una resolución y cuál o cuáles métodos son los mejores para resolverlos.
Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones ayudan a recolectar, organizar y distribuir información sobre el genoma humano, para emplearse en su análisis y en aplicaciones en Salud. Básicamente, los sistemas informáticos se emplean en este campo para:
Genoma de Plantas La investigación agrícola descansa en una serie de disciplinas interrelacionadas, con un eje central en el mejoramiento genético para la obtención de nuevas variedades adaptadas a las condiciones agronómicas y fitosanitarias de cada país o región del planeta. Una de estas disciplinas, que a su vez "infiltra" horizontalmente a las demás, es la biotecnología, aplicable en áreas tales como la selección de genotipos mejorados, la caracterización de patógenos y plagas, el estudio de la diversidad genética de colecciones de germoplasma (especies con potencial uso productivo) y su conservación in vitro, fingerprinting de variedades, etc. Este potencial aporte de la biotecnología es un fenómeno muy dinámico, lo que se ve reflejado en ámbitos que van desde aspectos técnicos hasta la conformación de equipos multidisciplinarios, integrados por diferentes disciplinas de las "ciencias de la vida". No es ocasional que confluyan en un mismo proyecto genetistas, estadísticos, expertos en genética genómica o bioinformática, biólogos moleculares, fisiólogos, fitopatólogos, ecólogos, entre otros. Desde un punto de vista técnico, existe actualmente un tremendo impulso para caracterizar el genoma de las más diversas especies. Por ejemplo, se espera haber completado en un par de años la secuenciación del genoma completo de la planta modelo Arabidopsis thaliana (140 millones de pares de base), al tiempo que se hace lo propio con especies agrícolas, como el arroz; los resultados que se obtengan en esta especie, sólo tres veces mayor a Arabidopsis, se podrán extrapolar a otros cereales mediante mapeo de sintenia (los cereales en conjunto aportan el 48% del consumo de proteínas mundial). Este impulso a los estudios genómicos ha sido producto del desarrollo de nuevas técnicas basadas en el uso de la reacción de PCR, como RAPD, AFLP, STMS, SNIP, etc., que permiten la identificación de diferencias mínimas entre genotipos. Por otra parte, se han optimizado nuevos métodos para detectar diferencias de expresión génica de tejidos específicos, como son los arreglos de microchips o microarrays, lo que a su vez ha llevado a identificar nuevos genes y secuencias regulatorias. Así, somos testigos de un incremento constante de información respecto de genes específicos, algunos de los cuales -especialmente los que se asocian a caracteres monogénicos- son usados para el fitomejoramiento de diferentes especies mediante transformación genética. El progresivo desarrollo de métodos automatizados de preparación de muestras de DNA, su secuenciación y posterior lectura ha permitido afrontar, a lo largo de la ultima década, diversos proyectos de secuenciación a gran escala. Algunos datos para entender la magnitud del proyecto:
Como se puede apreciar en algunos de estos datos, los últimos avances en la investigación en Ciencias Biomédicas están produciendo un enorme crecimiento en el volumen y la complejidad de la información biológica disponible. Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones son cruciales para posibilitar el almacenamiento e interpretación de estos datos en los centros de investigación. La gran magnitud de la información a manejar se incrementa teniendo en cuenta que para llegar a reconocer dónde comienzan y terminan los genes e identificar sus exones, intrones y secuencias reguladoras se requieren comparaciones entre secuencias de diversas especies. El mapa de secuencias generado por el proyecto se utilizará como fuente primaria de información para la biología humana y la medicina. Experimentos, secuencias --> estructura, genes --> pruebas diagnósticas
--> Terapia génica Si la genómica estructural es la rama de la genómica orientada a la caracterización y localización de las secuencias que conforman el DNA de los genes, permitiendo de esta manera la obtención de mapas genéticos de los organismos, la genómica funcional es la disciplina que se orienta hacia la recolección sistemática de información acerca de las funciones desempeñadas por los genes. Para llevar a cabo este trabajo se requiere, mediante el desarrollo y la aplicación de unas aproximaciones experimentales globales, la información procedente de la genómica estructural. Las metodologías experimentales empleadas han de combinarse con estudios computacionales de los resultados debido al gran volumen de información que se genera durante los estudios realizados a gran escala. Con la genómica funcional el objetivo es llenar el hueco existente entre el conocimiento de las secuencias de un gen y su función, para de esta manera desvelar el comportamiento de los sistemas biológicos. Se trata de expandir el alcance de la investigacion biológica desde el estudio de genes o proteínas individuales al estudio de todos los genes y proteínas al mismo tiempo en un momento determinado. 7. La Nueva Generación de Bioinformática Se introduce el concepto de Bioinformática de Segunda Generación caracterizada por:
La bioinformática, en este sentido, ofrece la capacidad de comparar y relacionar la información genética con una finalidad deductiva, siendo capaz de ofrecer unas respuestas que no parecen obvias a la vista de los resultados de los experimentos. Se aprecia una corriente de investigación y desarrollo de nuevas técnicas cuyo objetivo es acelerar el descubrimiento científico, reduciendo costes y aumentando el número de experimentos. Los nuevos equipos analíticos, basados en la ultraminiaturización y paralelismo implícito, se concretan en el diseño de biochips (chips de material biológico de alta densidad de integración). La potencia de estos sistemas trae consigo la obtención, en tiempos muy breves, de grandes volúmenes de información, (secuencias, mutaciones, datos de expresión génica, determinaciones analíticas de interés clínico, screening de fármacos) que necesitan ser gestionados con técnicas bioinformáticas para extraer conocimiento de utilidad en la investigación biomédica. Todas estas tecnologías vienen justificadas por la necesidad de tratar información masiva, no individual, sino desde enfoques celulares integrados (genómica funcional, proteómica, expresión multigénica,...). Los sistemas LIMS permiten la integración y gestión de los datos de laboratorio resultantes del revelado de los biochips y el interfaz con las bases de datos genéticas públicas.
http://www.ibt.lamolina.edu.pe/bioinformática/genoma_vegetal.htm http://www.bioplanet.net/reportajes-bioinformatica.htm
Biotec. Emilio Alfredo Lucas Carrillo
Enviado por Bistec. Emilio Alfredo Lucas Carrillo
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