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¿Resolverán los datos los desafíos del mundo?

Realizado por:
  • Bluemedia Studio

La Bioinformática se conoce ya como la ciencia del futuro. Esta disciplina científica y técnica tiene como objetivo organizar, tratar y entender los datos biológicos y biomédicos para así explicar algunos de los mayores problemas de la Humanidad, desde enfermedades como el cáncer hasta los efectos del cambio climático.

Una especialidad que se presenta alentadora en cuanto a salidas laborales ya que, en áreas como la genómica, la medicina preventiva, el desarrollo de nuevos fármacos, los diagnósticos clínicos, la industria alimentaria y la investigación biomédica en general la capacidad bioinformática es esencial. Una gran oferta de empleo que muchas veces no se cubre. Ante la falta de especialistas, habitualmente, sus puestos los tienden a ocupar biólogos, químicos, informáticos y matemáticos.

Mediante el uso de métodos analíticos, modelos matemáticos y simulaciones, esta disciplina analiza grandes colecciones de datos biológicos, como secuencias del código genético, poblaciones celulares o proteínas, con el objetivo de realizar predicciones y descubrir nueva biología.

Una de las ramas más tratadas por esta ciencia es la genómica y, en concreto, su aplicación en los tratamientos de algunas enfermedades como el cáncer. «Toda la medicina humana, lo que tiene que ver con datos de salud y de enfermedad, cada vez se ha vuelto un área de mayor intensidad. En buena parte, porque la genómica ha avanzado muy rápidamente y nos da cifras de gran cantidad y complejidad sobre procesos biológicos», explica Alfonso Valencia, que dirige el departamento de Ciencias de la Vida del Barcelona Supercomputing Center.

Este centro es uno de los más destacados del país y se ubica en la capital catalana, que también va a ser el destino del próximo gran superordenador europeo. Pese a que Barcelona se ha convertido en un núcleo importante de esta rama científica a nivel nacional, existen diversos proyectos que posicionan al país en el ámbito internacional como el Centro Nacional de Genotipado, el Instituto de Proteómica, el Banco de ADN y el Instituto Nacional de Bioinformática. Además, la Bioinformática se ha consolidado en el ámbito académico. Así, diversas universidades españolas la han introducido en sus currículos académicos, entre las que se encuentra la Universidad San Jorge, que desde el año pasado cuenta con este grado dentro de su amplia oferta académica.

LAS RAÍCES DEL HOMBRE, LEYENDO EL ADN

El estudio del genoma permite saber cómo era el hombre hace millones de años.
El estudio del genoma permite saber cómo era el hombre hace millones de años.

¿De dónde venimos? ¿Quiénes son nuestros antepasados? Estas preguntas, que han estado presentes en la Humanidad desde hace cientos de años, fueron seguramente parte del detonante que hizo que en 1953, James Watson y Francis Crick lograran descubrir la primera estructura molecular en forma de doble hélice del ADN, la molécula portadora del programa genético de los organismos vivos.

Desde estos inicios a mitad del siglo pasado hasta la actualidad, la lectura del ADN ha sufrido una transformación de 360 grados. Tanto es así, que ahora, solo es necesario introducir esta cuestión en un buscador de internet e inmediatamente aparecen multitud de anuncios que aseguran poder descubrir los antepasados del usuario. Unos 'encargos a medida’, que han sido criticados por múltiples expertos por su falta de fiabilidad.

El estudio del genoma permite saber cómo era el hombre hace millones de años, ya que los esfuerzos adaptativos del hombre a su entorno (expuestos por Darwin en su teoría del proceso de selección natural) han dejado huella en el ADN.

Precisamente, este estudio de los antepasados, fue uno de los temas centrales del doctorado de Marta Melé, investigadora principal del Grupo TFGL (Transcriptomics and Functional Genomics Lab) del Barcelona Supercomputing Center (BSC): “Concretamente me dediqué a trazar la ruta que los humanos hicimos hace 50.000 años desde el África subsahariana, la raíz de la Humanidad”. La investigadora apunta que la distribución geográfica también influye en el genoma: “Por eso, si analizamos los genomas europeos, concluimos que los españoles son más próximos a los portugueses, por ejemplo”, explica Melé.

Más allá de las raíces del origen del ser humano

En la actualidad son muchos los proyectos que están trabajando de manera simultánea la lectura del ADN como el Proyecto 1.000 genomas, 10.000 genomas en Reino Unido o Argo. Unas investigaciones en las que se observan esas pequeñas variaciones entre individuos, responsables de que, por ejemplo, una persona sea propensa o resistente a una enfermedad.

“En los últimos 15 años se han desarrollado técnicas muy precisas, que permiten observar el genoma a niveles inimaginables y a un coste mucho más barato. Esta cantidad de información ha sobrepasado los límites de la capacidad que tenemos los humanos de análisis, lo que ha derivado en el desarrollo tecnológico de herramientas informáticas que permiten su gestión análisis y almacenamiento”. Con estas palabras, Beatriz Ranera, docente del grado de Bioinformática de la Universidad San Jorge, explicaba este avance que ha derivado en el auge de la Bioinformática.

Esta rama científica ha sufrido un avance espectacular desde sus inicios en los años sesenta, con las primeras secuencias de primeras proteínas, unas técnicas caras, muy costosas a nivel económico y que no generaban grandes volúmenes de datos. “En 2003 se secuenció por primera vez el genoma humano, un proyecto realizado por organismos públicos y privados que costó unos 3.000 millones de dólares. En la actualidad, se puede secuenciar un genoma por unos 1.000 euros”, afirma Ranera. Quien también destaca la importancia de conocer el genoma de todo lo que nos rodea (bacterias, plantas, animales que sirven para producción) por la repercusión positiva que tiene en el ser humano, por ejemplo, manteniendo la producción vegetal en épocas de sequía.

l0s retos del presente: ¿se ha avanzado en la cura del cáncer?

Presente de la Bioinformática
Presente de la Bioinformática

¿Quién no ha oído eso de que “el cuerpo es una máquina perfecta”? Así lo confirma el hecho de que represente un sistema complejo y perfectamente engranado en el que cada función se desarrolla con un objetivo de forma coordinada. Pero, ¿y cuándo no es así?, ¿qué sucede en el organismo para que se altere su funcionamiento? Lo fácil sería si, como en otro tipo de maquinarias, se pudiera consultar el manual de instrucciones para saber qué sucede detrás de cada avería.

Precisamente eso es lo que se descubrió en el año 2003: el manual de instrucciones del organismo o, lo que viene a ser lo mismo, el mapa completo del genoma humano. Gracias a este hito científico, se pudo secuenciar el ADN de un ser humano e identificar el código genético de cada individuo, en el que se incluye la información que permite que cada organismo se desarrolle y responda a las exigencias impuestas por el medio, además de lo que conocemos como carga hereditaria.

¿Qué tiene que ver la bioinformática con esto? Pues que secuenciar el ADN de las personas se tradujo en un ingente volumen de datos que no podían ser analizados con herramientas y procedimientos científicos habituales, sino que requerían de un sistema computacional complejo: los superordenadores.

“El Proyecto del genoma humano (PGH) fue todo un hito en el desarrollo de la bioinformática”, explica Marta Melé, investigadora principal del Grupo TFGL (Transcriptomics and Functional Genomics Lab) del Barcelona Supercomputing Center (BSC). “Soy licenciada en Biología y doctorada en Biomedicina -señala-. Me puse a programar porque era la única forma de responder a las preguntas que me surgían sobre el genoma”. La bioinformática se convirtió en la única opción para estudiar cómo se regulan los genes en los tejidos y en los organismos: “Así, por ejemplo, sabemos que estos no se comportan igual en hombres que en mujeres -prosigue Melé-. También encontramos diferencias en la regulación genética de las personas mayores, en poblaciones de distintas etnias y entre individuos enfermos y sanos”.

El objetivo último de estos estudios es prevenir las enfermedades y curarlas, tal y como afirma la investigadora del BSC: “Una vez encontramos el gen que provoca la enfermedad, o bien lo utilizamos para crear los fármacos adecuados o bien lo utilizamos como biomarcador para saber a partir de qué número de genes se va a desarrollar una enfermedad”.

Laboratorio de investigación.
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¿Cómo es el trabajo de un equipo de investigación?

Pese a que la Bioinformática es considerada una de las profesiones con más proyección futura y mayor oferta laboral, resulta un término difícil de definir para muchas personas. ¿Qué hace realmente un bioinformático? Seguramente esta pregunta la hayan oído en más de una ocasión los expertos que se dedican a esta rama. Por ello, el investigador principal del grupo EAPM (Modelización electrónica y atómica de proteínas) del Barcelona Supercomputing Centre, Víctor Guallar, nos explica en qué consiste el trabajo de su equipo, un grupo multidisciplinar (profesionales de la rama de ciencias puras o ingeniería que han estudiado computación, ingeniería informática, química, biotecnología o física, entre otros grados).
"Nuestro trabajo consiste en hacer modelos computacionales de moléculas, es decir, en intentar entender cómo las moléculas se mueven e interactúan entre sí. Dentro de este área que tiene diversos campos de aplicación, nos centramos en dos: el diseño de fármacos y la ingeniería de encimas. Dentro de los campos de aplicación con los que trabajamos, hay dos tipos de trabajo. Por un lado, está el desarrollo de software, gente que se pasa el día programando en el ordenador para que los software que estudian esta interacción molecular sean mejores (más rápidos y más exactos).
Por otro lado, el segundo campo sería el de la aplicación: se identifica un problema aplicado y mediante el software que hemos desarrollado y otros de libre uso o que de licencia diseñamos un plan de acción, para resolver el problema. Normalmente hacemos simulaciones y se realizan mejoras en función a las pruebas. En ocasiones, se necesitan varias interacciones hasta que se da con la respuesta positiva o nunca el resultado es negativo. Esta es la parte más práctica y en la que dependemos de un colaborador experimental, alguien que no pertenece al laboratorio y prueba nuestras predicciones".

descifrando el futuro: En qué deparará la bioinformática

Futuro Bioinformática
Futuro Bioinformática

Los superordenadores podrán estar en el móvil en diez años”. Así de rotundo se muestra Jérôme Grimplet, investigador de la Unidad de Hortofruticultura del CITA, al referirse al futuro de la bioinformática. En su caso, el análisis de datos lo aplica al campo de la agricultura, donde estudia la mejora genética de frutos como la almendra o la uva para mejorar su producción y, en consecuencia, su rentabilidad económica:“Trabajamos en la sostenibilidad, concretamente en la resistencia a las enfermedades y al cambio climático de las especies”, señala Grimplet, que se dedica especialmente al ámbito de la genómica y que subraya los avances que ha permitido la bioinformática: “Acorta los estudios y aumenta su alcance”.

De hecho, el investigador confía en un inminente desarrollo de la especialidad a través del uso de sus herramientas: “El análisis del genoma se extenderá a los viveros, no solo se limitará a la labor de investigadores”.

Además, en lo que se refiere a la actividad agrícola, que según Grimplet, va un paso por detrás de la medicina, la bioinformática tiene pendiente analizar la interconexión entre genes y detectar comportamientos de mayor complejidad.

«El futuro de la Bioinformática es espectacular, dentro de veinte o treinta años no se hará ningún experimento ni se tomará ningún fármaco que el ordenador no haya aprobado», explica Víctor Guallar, investigador principal del grupo EAPM (Modelización electrónica y atómica de proteínas) del BSC, quien también hace hincapié en que estos avances de análisis de datos van a suponer el fin de la medicina general. Unas expectativas de cara al futuro que también se tornan muy halagüeñas para Valencia. El experto en medicina personalizada explica que el ideal a conseguir son los ‘gemelos digitales’. «Dentro de 50 años, esta copia virtual personalizada de cada paciente es imaginable. Este clon tendrá todas sus características genéticas y su historial clínico por lo que permitiría ofrecer el diagnóstico más acertado», finaliza.