La bioinformática, según una de sus definiciones más sencillas, es la aplicación de tecnología de computadores a la gestión y análisis de datos biológicos.
Los términos bioinformática, biología computacional y, en ocasiones, biocomputación, utilizados en muchas situaciones como sinónimos,hacen referencia a campos de estudios interdisciplinarios muy vinculados, que requieren el uso o el desarrollo de diferentes técnicas que incluyen informática, matemática aplicada, estadística, ciencias de la computación,inteligencia artificial, química y bioquímica para solucionar problemas, analizar datos, o simular sistemas o mecanismos, todos ellos de índole biológica, y usualmente (pero no de forma exclusiva) en el nivel molecular. El núcleo principal de estas técnicas se encuentra en la utilización de recursos computacionales para solucionar o investigar problemas sobre escalas de tal magnitud que sobrepasan el discernimiento humano. La investigación en biología computacional se solapa a menudo con la biología de sistemas.
Los principales esfuerzos de investigación en estos campos incluyen el alineamiento de secuencias, la predicción de genes, montaje del genoma, alineamiento estructural de proteínas, predicción de estructura de proteínas, predicción de la expresión génica, interacciones proteína-proteína, y modelado de la evolución.
Una constante en proyectos de bioinformática y biología computacional es el uso de herramientas matemáticas para extraer información útil de datos producidos por técnicas biológicas de alta productividad, como la secuenciación del genoma. En particular, el montaje o ensamblado de secuencias genómicas de alta calidad desde fragmentos obtenidos tras la secuenciación del ADN a gran escala es un área de alto interés. Otros objetivos incluyen el estudio de la regulación genética para interpretar perfiles de expresión génica utilizando datos de chips de ADN o espectrometría de masas.
En lo que sigue, y además de los hechos relevantes directamente relacionados con el desarrollo de la bioinformática, se mencionarán algunos hitos científicos y tecnológicos que servirán para poner en un contexto adecuado tal desarrollo.
Arrancaremos esta breve historia en la década de los 50 del pasado siglo XX, años en los que Watson y Crick proponen la estructura de doble hélice del ADN (1953), se secuencia la primeraproteína (insulina bovina) por F. Sanger (1955), o se construye el primer circuito integrado por Jack Kilby en los laboratorios de Texas Instruments (1958). Este texto fue sacado de la pagina Wikipedia.com
Relación entre la biología y la Informática
Se debe distinguir entre tres acepciones en las que se unen la biología y la informática, pero con objetivos y metodologías bien diferenciadas:
Bioinformática o Biología Molecular Computacional: investigación y desarrollo de la infraestructura y sistemas de información y comunicaciones que requiere la biología molecular y la genética (Redes y bases de datos para el genoma, microarrays, ...). (Informática aplicada a la biología molecular y la genética)
Biología Computacional: computación que se aplica al entendimiento de cuestiones biológicas básicas, no necesariamente en el nivel molecular, mediante la modelización y simulación. (ecosistemas, modelos fisiológicos). (Informática y matemáticas aplicadas a la biología)
Biocomputación: desarrollo y utilización de sistemas computacionales basados en modelos y materiales biológicos. (Biochips, biosensores, computación basada en ADN, redes de neuronas, algoritmos genéticos). (Biología aplicada a la computación).
Básicamente, los sistemas informáticos que se emplean en este campo son:
Bases de datos
Software para visualización
Programas para control de reactivos, geles y otros materiales
Generación y ensamblaje de secuencias
Programas para análisis de secuencias
Programas para predicción de estructura de proteínas
Paquetes de integración y ensamblaje de mapas genéticos
Software para clasificación y comparación
Técnicas de Inteligencia Artificial
Gestión de datos
Bases de datos locales o accesibles mediante redes de comunicaciones.
Literatura médica y científica unida a las secuencias.
Distribución de datos
Redes de comunicaciones
Aplicaciones
Gestión de datos en el laboratorio
Automatización de experimentos
Ensamblaje de secuencias contiguas
Predicción de dominios funcionales en secuencias génicas
Alineación de secuencias
Búsquedas en las bases de datos de estructuras
Predicción de genes
Predicción de la estructura de proteínas
Evolución molecular. Árboles filogenéticos
Información Científica
Documentos de difusión y apoyo a la Bioinformática
Este texto fue tomado de la pagina solociencia.com
Biochips
A finales de los años 80, la tecnología que desembocaría en la plataforma GeneChip fue desarrollada por cuatro científicos, en Affymax: Stephen Fodor, Michael Pirrung, Leighton Read y Lubert Stryer. El proyecto original estaba destinado a la construcción de péptidos sobre chips, pero desembocó en la capacidad para construir secuencias de DNA sobre chips. La aplicación práctica de esta idea se llevó a cabo por la empresa Affymetrix, que comenzó a actuar como una compañía independiente en el año 1993.
Los biochips, por tanto, surgieron de la combinación de las técnicas microelectrónicas y el empleo de materiales biológicos. Se basan en la ultraminiaturización y paralelismo implícito y se concretan en chips de material biológico de alta densidad de integración válidos para realizar distintos tipos de estudios repetitivos con muestras biológicas simples.
Si en los microchips empleados en los ordenadores se consigue una alta densidad de integración de circuitos electrónicos en una oblea de silicio, en los biochips se logra una alta densidad de integración de material genético en una oblea de silicio, cristal o plástico.
Los biochips están divididos en unas pequeñas casillas que actúan cada una a modo de un tubo de ensayo en el que se produce una reacción. El número de estas casillas es muy elevado, llegando incluso a los centenares de miles.
Cada casilla del chip posee una cadena de un oligonucleótido, que puede corresponder a una sección del gen de estudio (cuando se conoce su secuencia) o a mutaciones del mismo. Debido a la extrema miniaturización del sistema se pueden analizar en un único chip todas las posibilidades de mutación de un gen simultáneamente. Solo aquellos fragmentos de DNA que hibriden permanecerán unidos tras los lavados y dado que se conocen las secuencias y posiciones de los oligonucleótidos empleados, tras los lavados se produce el revelado que consiste en introducir el chip en un escáner óptico que va a ser capaz de localizar, mediante un proceso similar a la microscopía confocal, las cadenas marcadas con el fluorocromo. Un ordenador analiza la información procedente del escáner y ofrece el resultado.
Otro tipo de diseño permite la cuantificación de la expresión de múltiples genes simultáneamente.
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 con fármacos) que necesitan ser gestionados con técnicas bioinformáticas para extraer conocimiento de utilidad en la investigación biomédica.
Parece que el futuro pasa por la integración de estas nuevas técnicas en el entorno clínico haciendo posible el concepto de análisis y diagnóstico en el "point-of-care". La revista Science destaca esta tecnología como uno de los 10 avances científicos más significativos del año 1998.
La nomenclatura empleada para referirse a estas nuevas tecnologías es diversa y comienza por el término más general que es el de "Biochip" y hace referencia al empleo de materiales biológicos sobre un chip. Otros términos más específicos son: "DNA chip", "RNA chip" (según el material empleado) y "Oligonucleotide chip" o "DNA microarray", que hacen referencia al material y a la forma en la que se construye el chip. Existen también unos términos comerciales con los que referirse a los biochips que varían dependiendo de la tecnología empleada.
Este texto fue sacado de la pagina monografías.com
La bioinformática y su relación con la Industria Farmacéutica
El auge que experimenta la Bioinformática es visible en el surgimiento de
compañías orientadas a prestar esta clase de servicios en el manejo de
información biológica. Los datos en si mismos no son comercializables, pero
la información implícita en ellos si lo es. Una ilustración de este proceso
conceptual es:
BioDatos
BioInformacion
BioConocimiento
Procesos de R&D a nivel de Industria Farmacéutica
Algunos interrogantes quedan aquí planteados, por lo cual se hacen necesarias
algunas precisiones:
Los datos son La información es:
· Hechos almacenados · Hechos patentes, presentes,
latentes
· Inactivos por sí mismos · Activos en la medida en que
permitan hacer algo con ellos
· Sustentados en tecnología,
orientados hacia aspectos más
básicos de la investigación
· Orientados hacia aspectos más
prácticos y tecnológicos
· Tomados de varias fuentes · El producto del procesamiento
de los datos.
A nivel de Industria Farmacéutica donde los procesos de R&D además de
largos son sumamente costosos la Bioinformatica esta llamada a jugar un
papel preponderante en el descubrimiento de nuevo medicamentos. Con el fin
de ilustrar mejor este punto consideremos la Proteasa que es la razón de ser de
muchas compañías farmacéuticas. Las proteasas son enzimas regulatorias
cuya función básicamente es romper proteínas, se encuentran en el cuerpo y a
nivel de enfermedades juegan un papel importante, por ejemplo en el caso del HIV son ellas quienes se encargan de desmantelar proteínas sanas y usarlas
para la construcción de nuevos virus.
Las proteasas juegan también un papel principal en los procesos de
reproducción, la cabeza de cada esperma esta empaquetada con una proteasa
la cual es usada para atravesar el huevo y llevara así a feliz termino el proceso
de fertilización. En este caso en particular como en muchos otros casos las
proteasas se usan para inhibir estas acciones de las proteasas. Sin embargo el
escollo más grande en el desarrollo de esta clase de moléculas esta dado por
gran potencia y la gran variedad de funciones que cumplen las proteasas, es
así como los efectos secundarios son frecuentes con esta clase de medicamentos. Este texto fue sacado de la pagina accefyn.org.co
