Bioinformática ¿Qué es, cómo funciona y cuál es su utilidad?

Ya han pasado casi dos décadas desde que los científicos lograron decodificar el genoma humano y, junto con la inteligencia artificial, la bioinformática se ha convertido en una de las disciplinas más utilizadas en diversos ámbitos, entre ellos la medicina, en la que se emplean aplicaciones computarizadas para tratar enfermedades complejas.

Para fortalecer el conocimiento en esta área, universidades de todo el mundo han puesto en marcha postgrados que ofrecen formación para el manejo de datos, dirigido a quienes se han graduado en estudios científicos y desean realizar una especialización, lo que les permite ver de cerca la vinculación que tiene la informática con la medicina, contribuyendo a que los avances se multipliquen.

Todo lo relacionado con la bioinformática lo tienes en este curso que estás comenzando a leer, encontrarás respuesta a preguntas como estas ¿Cuáles son los objetivos de la informática biológica? ¿Qué proyectos hay a futuro? ¿Cuándo nació y quiénes son sus precursores? Si lees hasta el final, te enterarás de eso y más.

¿Qué es la bioinformática?

Es una disciplina en la que la biología y la informática se dan la mano para el tratamiento de datos, permitiendo que las investigaciones médicas sean más fáciles, encontrando tratamientos que puedan salvar la vida de cientos o miles de personas. Igualmente se puede utilizar para tratar la información que se obtiene de estudios epidemiológicos, lo que permite el desarrollo de vacunas.

Además, la bioinformática utiliza las últimas novedades en el campo de la computación e informática para almacenar, organizar, analizar y manipular los datos biológicos obtenidos, con la intención de entender mejor su funcionamiento y composición. Los profesionales que se dedican a esta rama son científicos con amplios conocimientos.

Historia y Origen de la bioinformática ¿Cuándo nació y quiénes son sus precursores?

Todo tiene sus orígenes en la década de 1950, cuando se comenzó a comprender la estructura del ADN. En 1952, Rosalind Franklin obtiene la primera imagen del ADN, un año después, James Watson y Francis Crick describieron que tenía forma de doble hélice o tridimensional como también se le conoce. Pero si se habla del primer proyecto presentado, hay que nombrar a Margaret Dayhoff, quien en 1965 desarrolló una secuencia de proteínas, logrando que cinco años más tarde se creara un banco para almacenar estas estructuras.

¿Cuáles son los objetivos de la informática biológica?

En los actuales momentos, esta ciencia es considerada de suma importancia, puesto que gracias a ella los científicos pueden realizar diversos experimentos que ayudan a avanzar muchas investigaciones.

Algunos de sus principales objetivos se describen ahora:

• Crear bases de datos: esto permitirá tener acceso seguro y rápido a los estudios que se han realizado, lo que ayuda a profundizar en las investigaciones.
• Desarrollar herramientas más potentes: estos recursos contribuirán a un mejor análisis de los datos.
• Mejorar la interpretación de la información: así se completan las lagunas que pueden quedar luego de los experimentos.
• No dejar información descuidada: que todos los detalles de cada estudio realizado queden almacenados de forma segura.
• Crear nuevos algoritmos: lo cual facilitará el cruce de los datos para determinar los que tienen relación entre sí.

Herramientas utilizadas en la informática biológica

Las aplicaciones que se utilizan en esta rama se basan en complejos programas informáticos que contienen algoritmos capaces de identificar las secuencias y ponderar sus similitudes.

Aquí están algunas de las principales herramientas utilizadas en la bioinformática:

• Software libre: los repositorios disponibles de código abierto han permitido que los investigadores realicen aportes importantes. En ellos se incuban las ideas o sirven de complemento a las aplicaciones comerciales. Algunos ejemplos en este campo son Orange, Apache Taverna y GenoCAD.
• Servicios web: el uso de los servidores permite que utilizando interfaces se pueda acceder a la información desde cualquier ordenador sin importar la ubicación. Así, cuando se realiza una actualización, todos los usuarios pueden verlas en simultáneo. Algunas utilidades están relacionadas con las bases de datos, búsquedas de similitudes o investigaciones en libros especializados.
• Desarrollo de flujos de trabajo: los investigadores tienen la posibilidad de crear aplicaciones personales que simplifiquen los procesos al manipular los datos, organizar sus apuntes y ver los resultados al momento.
• BioComputer: se les denomina también cuadernos digitales de laboratorio y hacen posible la difusión, revisión o reutilización de los protocolos empleados en esta ciencia. Todos los registros que allí se guardan pueden ser compartidos entre los integrantes de un equipo sin ningún inconveniente.

Áreas de estudio de la bioinformática

Mayormente los estudios de la bioinformática van dirigidos al ADN y los aminoácidos. En los comienzos solamente se estudiaban teóricamente los procesos biológicos, pero con la modernización se realizan los análisis de las proteínas automáticamente.

Las investigaciones apuntan principalmente a los campos citados abajo:

• Anotación de genomas: identificar la estructura de los genes y colocarle etiqueta a las características más destacadas del ADN. A diario se estudian mejoras y cambios para los programas que efectúan estos análisis.
• Análisis de secuencias: los programas informáticos permiten estudiar automáticamente la estructura de miles de organismos con el objetivo de encontrar las similitudes con otras especies o el funcionamiento de las proteínas.
• Análisis de la expresión génica: permite realizar una comparación de las células para ver cuáles han sufrido daños, para ello se utilizan técnicas que miden los niveles de ácido ribonucleico.
• Predicción de la estructura de las proteínas: es el cálculo de una secuencia de aminoácidos desde su estructura primaria hasta los diferentes niveles que contenga, determinando las partes que son claves en la formación e interacción con otras.
• Medición de la biodiversidad: se almacenan todos los datos de las especies que se encuentren en un lugar determinado o en todo el planeta para estudiar sus propiedades y niveles de conservación.
• Análisis de imagen de alto rendimiento: toda la gran cantidad de información que se encuentra en los sensores es procesada para estudiar partes del cuerpo humano con propósitos médicos, como por ejemplo la recuperación de lesiones, regulación de la temperatura o mejoras en la respiración.
• Integración de datos: se estructuran los conceptos y definiciones para asignarles una categoría, de forma que los sistemas computarizados los puedan estudiar de manera más sencilla.
• Genómica comparada: los científicos comparan de forma detallada las características del genoma de distintas especies para entender mejor su estructura y funcionamiento, lo que permite crear métodos para combatir las enfermedades.
• Análisis de la regulación: este proceso se utiliza para comparar datos obtenidos de un organismo y determinar los genes que se encuentran involucrados en la actividad de las proteínas.

Mayores hitos de la bioinformática y proyectos a futuro

La bioinformática es considerada la ciencia del futuro y como has leído en este curso, su funcionamiento está basado en el análisis de datos biológicos, médicos e informáticos con la tarea de buscarle solución a problemas de salud de la humanidad tales como el cáncer o a situaciones ambientales entre las que se incluye el cambio climático.

Los avances de la bioinformática no se han detenido desde la década de 1950 y han ocurrido acontecimientos importantes que le han dado soporte a esta disciplina, algunos son estos:

• En 1964 se obtuvo la primera secuencia de ácido nucleico.
• En 1965 se creó la primera base de datos de secuencias biológicas de la mano de Margaret Dayhoff y se modernizó ocho años más tarde, manteniéndose vigente hasta la actualidad.
• Para 1981 se creó el algoritmo de almacenamiento local, el cual permite la comparación directa de las secuencias. Los autores de este estudio fueron Temple Smith y Michael Waterman.
• Nueve años después, en 1990, se implementó el algoritmo BLAST, un método informático de exploración de secuencias biológicas.
• Tres años más tarde, en 1993 se inició el proyecto Genoma Humano y se finalizó la secuencia definitiva en 2003.

Hay distintos proyectos que se están desarrollando simultáneamente, uno de ellos es 1.000 genomas en el Reino Unido, en el que se estudian las variaciones que hay entre una persona y lo que le permite ser más o menos resistente a las enfermedades que pueda padecer en determinado momento. Pero también se están realizando estudios para determinar patologías raras que afectan al ser humano, identificando los genes que las causas tal como se hizo con la fibrosis quística.

Finalmente, se espera que en los próximos años el programa AlphaFold siga prediciendo la estructura de las proteínas. A la fecha ha descubierto unas 350 mil, de las cuales 20.000 son de seres humanos. Se espera que con la base de datos que se va a crear se pueda conseguir el tratamiento a enfermedades, pero para ello hace falta una gran inversión de tiempo y dinero.