La Bioinformática como Nueva Área

de Trabajo en México

Oscar Iván Saucedo Romero

Licenciatura en Informática, Instituto Tecnológico de Durango

Durango, México

osivsaro__79@hotmail.com

La Bioinformática es el conjunto de aplicaciones,

tecnologías y programas informáticos que ayudan a

gestionar, almacenar, organizar, y analizar datos

biológicos, médicos, conductuales o de salud. Es una

disciplina científica de investigación multidisciplinaria,

la cual puede ser ampliamente definida como la interfaz

entre dos ciencias: la Biología y la Computación. Sin

duda, ésta puede convertirse en una importante área de

generación de empleos en nuestro país.

I. INTRODUCCIÓN

La Bioinformática se define como la aplicación de

las tecnologías de las computadoras a la gestión y análisis de

datos biológicos. Incluye aquellas herramientas que sirven

para adquirir, almacenar, organizar, analizar o visualizar

tales datos.

Es importante señalar que para desarrollar el

software que ayuda a solucionar los problemas de estas áreas

de la biología se requiere de diferentes conocimientos que

incluyen, además de la informática, las matemáticas

aplicadas, estadística, ciencias de la computación,

inteligencia artificial, química y bioquímica, entre otros.

II. LA BIOINFORMÁTICA

Y SU SITUACIÓN EN MÉXICO

El desarrollo de la ingeniería genética y las nuevas

tecnologías de la información durante la última década del

siglo XX, condicionaron el surgimiento de una disciplina

que generó vínculos indisolubles entre la Informática y las

Ciencias Biológicas: la Bioinformática. (1)

A. Concepto de Bioinformática, Biocomputación, Biología

Computacional e Informática Médica

La Bioinformática es una disciplina emergente que

utiliza las tecnologías de la información para captar,

organizar, analizar y distribuir información biológica con el

propósito de responder preguntas complejas en biología. Su

objetivo final consiste en utilizar esta información para

desarrollar nuevas formas de tratar, curar o prevenir las

miles de enfermedades que afligen a la humanidad. (2)

Esta disciplina está relacionada principalmente con

las siguientes áreas: biología molecular, genómica,

proteómica, ciencias biomédicas, ciencias de la

computación, matemáticas, física y estadística.

La Biología Computacional comprende la

computación aplicada a la comprensión de las cuestiones

biológicas básicas, a partir de la modelación y simulación -

sistemas de vida artificial, algoritmos genéticos, redes de

neuronas artificiales. (2)

La Biocomputación incluye el desarrollo y

utilización de sistemas computacionales basados en modelos

y materiales biológicos -biochips, biosensores, computación

basada en ADN, entre otros. (2)

La Informática Médica es el campo de las ciencias

de la información que se ocupa del análisis y la

diseminación de datos médicos mediante diferentes

aplicaciones informáticas sobre aspectos del cuidado de la

salud y medicina.

B. Historia de la Bioinformática

Durante la segunda mitad del siglo XX, la

bioquímica mostró un avance acelerado, sobre todo, a partir

del desarrollo de nuevas técnicas como la cromatografía y la

aparición del microscopio electrónico, que abrieron el

camino para el análisis detallado y el descubrimiento de

muchas moléculas y rutas metabólicas de la célula. Con ella,

avanzaron también la biología celular, la biología molecular,

la biotecnología y la genética, entre otras. (3)

Al principio de los años 60, el número creciente de

secuencias de aminoácidos era uno de los factores

principales que contribuyó al desarrollo de la biología

computacional. (2)

En los 70 una perspectiva científica surge con la

idea de que la genética podría estudiarse considerando la

codificación, almacenamiento y el flujo de información entre

las moléculas. También aparecen los primeros signos de una

convergencia entre la biología, bioquímica, ingeniería e

informática que conduciría después al nacimiento de la

Bioinformática.

Hacia finales de los años 80, comenzó a emplearse

el término bioinformática y se desarrollaron programas que

rápidamente se convirtieron en productos comerciales. Sin

embargo, en esta época, el campo de acción de la

bioinformática estaba relativamente limitado, hasta que lo

impulsó la generación de bases de datos para almacenar y

catalogar la información generada. Otro avance importante y

fundamental fue el desarrollo de la WWW, como un medio

universal para acceder a bases de datos biológicas y

programas bioinformáticos.

La bioinformática dio un giro en su enfoque a

mediados de los años noventa, perfilándose como una área

de investigación gracias al desarrollo de proyectos de

secuenciación, como el del genoma humano y de otros

organismos importantes, en las áreas de la salud y la

industria.

En el año 2003, con la conclusión del proyecto

concertado por la Human Genome Organization nacieron la

Medicina Molecular, y la Genómica, que estudia

sistemáticamente, y a escala global, la estructura y función

de todos los genes de una especie. (2)

C. La Bioinformática en la Actualidad

La industria médica se constituye sobre los

conocimientos, los recursos y las tecnologías generadas del

proyecto del Genoma Humano para lograr una mejor

contribución de la genética a la salud humana. Durante los

últimos años, la genética ha adquirido una significación

especial para el diagnóstico, seguimiento y tratamiento de

las enfermedades. (2)

El crecimiento de los datos biológicos, que han

pasado de 606 secuencias de ADN almacenadas en 1982, a

más de 82 millones hoy en día, fue impulsado por el

desarrollo de la técnica Reacción en Cadena de la

Polimerasa (PCR) en el año de 1986, y ahora por la

aparición de las denominadas nuevas tecnologías de alto

rendimiento en experimentación biológica. (3)

El inmenso volumen de datos que se está

generando, una vez almacenados, requiere también de

nuevos modelos de análisis que permitan hacerlos

comparables en la medida que son obtenidos utilizando un

variado conjunto de técnicas y condiciones experimentales.

En las ciencias de la salud comienza a revelarse su

utilidad de forma paulatina, ya que se ha observado un gran

avance en la caracterización de la variabilidad genética en

seres humanos y en la forma en que esta variabilidad se

vincula con determinados riesgos de enfermedades. (4)

Con el crecimiento explosivo de Internet se está

apreciando una tendencia, que corre en paralelo a la del

comercio electrónico, consistente en la aparición de portales

en Internet para facilitar el acceso de los investigadores a

datos genéticos y a herramientas bioinformáticas. (5)

D. Las Barreras de la Bioinformática

Una de las principales limitaciones de la

Bioinformática, es el hecho de que la información que

produce crece a una velocidad muy superior a la que crecen

los recursos necesarios para analizarla. Y no sólo se refiere a

los recursos computacionales,si no también de recursos

humanos. Esto quiere decir que se tiene una escasez de

científicos, investigadores y técnicos interesados en la

utilización y el desarrollo de herramientas computacionales

para el análisis de este tipo de datos.

Aparte, la bioinformática se enfrenta a grandes

problemas para conseguir el reconocimiento académico y

profesional, pues los científicos de la computación

consideran que la informática aplicada es sólo una rama de

un tronco común que soporta todas las teorías y los logros

científicos.

E. El Futuro de la Bioinformática y sus Perspectivas

La comprensión sobre cómo las variantes genéticas

y el medio ambiente regulan el fenotipo de las células,

tejidos y órganos, ocupará la investigación del siglo XXI. (3)

La masiva cantidad de datos que se generarán en un

futuro inmediato por la utilización de las nuevas tecnologías

de secuenciación, conlleva necesariamente al reto de

diseñar procesos que permitan almacenar, actualizar y poner

a disposición de otros investigadores, estos datos de manera

permanente y confiable. (2)

Así mismo, se prevé que se tendrán que

implementar, a través de internet, estrategias de

comunicación con distribuidores de datos cada vez más

eficientes y veloces, para permitir la actualización,

sincronización y consulta permanente de las bases de datos,

que funcionen adecuadamente dentro de las limitaciones de

la Internet, y el enorme volumen de datos que implican las

principales bases de datos biológicos. (2)

En el futuro, se asistirá a una revolución basada en

las tecnologías que posibilitará la “medicina a la carta” o

individualizada, en la que el paciente participe en la toma de

decisiones y tenga acceso a un tratamiento de alta calidad,

adaptado a sus características individuales, peculiaridades de

su desarrollo y condiciones del entorno. (2)

Hay quien prevé que, dentro de pocos años, una

persona podrá pedir su perfil genético en un laboratorio,

obtenerlo en un CD-ROM y contrastarlo vía web con

librerías genéticas que podrán informarle acerca de su

predisposición a padecer ciertas enfermedades o de los

fármacos a los que presente mejor tolerancia. (5)

La computación móvil y la comunicación

inalámbrica, la integración de la telefonía e Internet, la

aparición de nuevas interfaces con voz en lenguaje natural,

el establecimiento de una nueva generación de Internet con

una alta calidad de servicio, la simulación de cirugía y

radiación asistida por imágenes, el progreso de la robótica en

la cirugía, el crecimiento de los sistemas diagnósticos

basados en nanotecnología, la ingeniería microelectrónica,

la creación de tarjetas personales inteligentes, y de nuevos

sensores y biochips para obtener información bioquímica o

genética de forma rápida y costoefectiva, entre otros muchos

avances, propondrán un panorama realmente revolucionario

en el entorno clínico del futuro. (2)

F. La Bioinformática en México

Esta disciplina se está desarrollando en nuestro país

de manera discreta, pero se está trabajando. Algunas de las

instituciones que están desarrollando trabajos en esta área

son: (6)

Centro de Investigación sobre la Fijación del

Nitrógeno (http://www.cifn.unam.mx/), con su

programa de investigación en genómica

computacional y en colaboración con la Red

Europea de Biología Molecular desarrollan el Nodo

Nacional de Bioinformática EMBnet México

(http://embnet.cifn.unam.mx/).

Instituto de Biotecnología y el Instituto de Química

de la UNAM (http://www.ibt.unam.mx/).

Departamento de Biotecnología, UAM-Iztapalapa

(http://www.iztapalapa.uam.mx/iztapala.www/divis

ion.cbs/biotecnolo/).

Unidad Profesional Interdisciplinaria de

Biotecnología (http://www.upibi.ipn.mx/).

ITESM, con su programa de Verano de

Investigación

(http://w3.mor.itesm.mx/~esucar/veraniegos.html).

UAEM, con su especialidad en biología molecular

(http://www.fc.uaem.mx).

En septiembre de 2001 se creó el Nodo Nacional de

Bioinformática EMBnet (European Molecular Biology

Network), cuyo principal objetivo era atender las

necesidades del proyecto genómico titulado: “Desarrollo de

la Ciencia Genómica en México: el genoma de Rhizobium

etli como sistema modelo”, impulsado por el Dr. Juan

Ramón de la Fuente. Este proyecto promovió y ofreció

apoyo, tanto educativo como tecnológico, a la comunidad

científica de nuestro país, razón por la que se obtuvo la

membresía a una de las redes de bioinformática de mayor

importancia a nivel internacional: La EMBnet. Asimismo,

derivado de este proyecto se creó la Licenciatura en Ciencias

Genómicas (LCG) de la UNAM y la Sociedad Mexicana de

Ciencias Genómicas (SMCG). (7)

Para el 2007, la Dirección General de Servicios de

Cómputo Académico (DGSCA) de la UNAM promovió

ampliar su gama de servicios y de esta forma ofrecer

aquellos relacionados con la Bioinformática, para lo cual

solicitó apoyo al CCG y al IBt. Con esta iniciativa se

propuso la creación del Nodo Nacional de Bioinformática de

la Universidad Nacional Autónoma de México (NNB-

UNAM), cuyo objetivo principal es, a través de un sitio web,

ofrecer información, herramientas, bases de datos y foros de

discusión, donde la comunidad científica y académica

pudiera intercambiar opiniones y apoyos en áreas

relacionadas con la bioinformática y las ciencias genómicas.

(7)

III. PRINCIPALES ÁREAS DE INVESTIGACIÓN Y

DESARROLLO

De acuerdo a los resultados de un análisis

bibliométrico hecho a la base de datos Medline, la

principales aplicaciones de la bioinformática fueron: la

gestión de datos en los laboratorios, la automatización de

experimentos, el ensamblaje de secuencias contiguas, la

predicción de dominios funcionales en secuencias génicas, la

alineación de secuencias, las búsquedas en bases de datos de

estructuras, la determinación y predicción de la estructura de

las macromoléculas, la evolución molecular y los árboles

filogenéticos. (1)

A continuación se presentan algunas de las

principales áreas que utilizan la bioinformática como una

importante herramienta en la realización de sus labores.

A. Medicina Molecular, Genómica e Individual

La convergencia entre la medicina y la genómica

está dando lugar a la llamada Medicina Molecular. Ésta

trata de explicar la vida y la enfermedad en el ser humano a

partir de la presencia y la regulación de las funciones

biológicas que realizan de las diferentes entidades

moleculares en los organismos vivos. (2)

La Medicina Genómica es el uso rutinario de

análisis genotípicos para mejorar los cuidados de salud del

individuo.

La Medicina Individual, por su parte, consiste en

la aplicación de la genómica para identificar la

predisposición individual de los seres humanos para

desarrollar una enfermedad y para diseñar terapias adaptadas

a los perfiles genéticos de los pacientes y que, por tanto,

podrían prescribirse con garantías de seguridad y eficiencia.

(2)

B. Análisis de Mutaciones en el Cáncer

Se han realizado esfuerzos masivos de

secuenciación para identificar sustituciones individuales de

bases (o puntos de mutación de nucleótidos) todavía

desconocidos en una variedad de genes en el cáncer. Los

bioinformáticos continúan produciendo sistemas

automatizados para gestionar el importante volumen de

datos de secuencias obtenido, y han estado creando nuevos

algoritmos y software para comparar los resultados de

secuenciación con la creciente colección de secuencias del

genoma humano y de los polimorfismos de la línea

germinal. (8)

C. Epidemiología

La epidemiología comprende el estudio de la

distribución de las enfermedades -según persona, tiempo y

lugar- y las determinantes de los eventos y estados de salud

en poblaciones específicas -grupos de personas con

características identificables- y su uso en el control de los

problemas de salud. (2)

D. Biología Evolutiva Computacional

La Biología Evolutiva es el estudio del origen

ancestral de las especies, así como de su cambio a través del

tiempo. La informática ha apoyado a los biólogos evolutivos

en diferentes campos clave.

E. La Minería de Datos

La Minería de Datos (Data Mining) es el proceso

automatizado de descubrir información desconocida u

oculta, y de presentarla en una forma que se pueda

comprender, a partir de grandes volúmenes de datos, útil

para toma de decisiones críticas.

F. Modelado de Sistemas Biológicos

La biología de sistemas implica el uso de

simulaciones por ordenador de subsistemas celulares, tanto

para analizar como para visualizar las complejas conexiones

de estos procesos celulares. La vida artificial o la evolución

virtual tratan de entender los procesos evolutivos por medio

de la simulación por ordenador de sencillas formas de vida

artificial. (8)

G. e-Salud

Se habla de e-Salud para referirse a la aplicación de

los principios del comercio electrónico en la prestación de

servicios e información sobre salud. El fin de estas

aproximaciones radica en la necesidad de ofrecer una

respuesta, desde las organizaciones sanitarias, a las

crecientes exigencias de un nuevo tipo de consumidor que

demanda una asistencia sanitaria más personalizada, de

mayor calidad y en la que el paciente forme parte del

proceso de toma de decisiones. (5)

H. Medición de la Biodiversidad

La biodiversidad de un ecosistema puede definirse

como el conjunto genómico completo de todas las especies

presentes en un medio ambiente particular, sea este una

biopelícula en una mina abandonada, una gota de agua de

mar, un puñado de tierra, o la biosfera completa del planeta

Tierra. Se utilizan bases de datos para recoger los nombres

de las especies, así como de sus descripciones,

distribuciones, información genética, estado y tamaños de

las poblaciones, necesidades de su hábitat, y cómo cada

organismo interactúa con otras especies. Así mismo, se usa

software especializado para encontrar, visualizar y analizar

la información; y, lo que es más importante, para

compartirla con otros interesados. (8)

IV. RESULTADOS

La Bioinformática es la aplicación de las

tecnologías de la información y comunicación a la gestión y

análisis de datos biológicos. Esta disciplina nace en la

década de los 50 del siglo pasado, y desde aquel tiempo y

hasta la actualidad ha avanzado notablemente, siendo hoy en

día una herramienta vital para la Biología y todas sus sub

áreas.

En México, apenas se está empezando la

exploración de este nuevo campo, por lo que no se cuenta

con mucha información al respecto. Afortunadamente son

muchas las disciplinas en las que se pueden incorporar los

investigadores y egresados de las áreas de las tecnologías y

la computación, interados en estas áreas.

CONCLUSIONES

Sin duda, la Bioinformática es un área que podría

dar grandes oportunidad de desarrollo a nuestro país, debido

a la gran ayuda que proporciona la ciencia de la Biología y a

todas las disciplinas que se derivan de ellas.

Apenas se está empezando, y de forma discreta,

este gran camino, pero si se le invierte el suficiente apoyo

económico y el esfuerzo de los investigadores, México

podría ser un fuerte desarrollador de herramientas y técnicas

para el análisis de datos biológicos.

BIBLIOGRAFÍA

1. Impacto de la Bioinformática en las ciencias

biomédicas. Perezleo Solórzano, Ligeya, y otros. 4, Agosto

de 2003, Acimed, Vol. 11.

2. Bioinformática: en busca de los secretos moleculares de

la vida. Cañedo Andalia, Rubén y Arencibia Jorge,

Ricardo. 2004, Acimed.

3. Bioinformática: una oportunidad y un desafío. Barreto

Hernández, Emiliano. 1, Julio de 2008, Revista

Colombiana Biotecnología, Vol. 10, págs. 132-138.

4. La Bioinformática como Herramienta para la

Investigación en Salud Humana. Martínez Barnetchet,

Jesús. Edición Especial, Cuernavaca, México : s.n., 2007,

Salud Pública de México, Vol. 49, págs. 64-66.

5. Genoma, bioinformática y comercio electrónico (e-

genética): Impactos en salud. Martín Sánchez, Fernando.

[ed.] Jordi Camí. 18, Enero-Junio de 2000, Quark.

6. Hernández Valdelamar, Eugenio Jacobo.

Bioinformática: una nueva área de oportunidad. 2002.

7. Acerca del Nodo Nacional de Bioinformática. [En línea]

1.0, 2010. [Citado el: 8 de Diciembre de 2010.]

http://www.nnb.unam.mx/acercade.

8. Bioinformática - Wikipedia. [En línea] 2 de Diciembre de

2010. [Citado el: 10 de Diciembre de 2010.]

http://es.wikipedia.org/wiki/Bioinform%C3%A1tica