La «cibernética» de la biotecnología

El diseño de nuevos fármacos y la predicción de combinaciones de drogas más efectivas para el tratamiento de enfermedades son parte de una ciencia con prometedores resultados en Cuba. El departamento de Bioinformática del CIGB es un ejemplo de ello

Autor:

Mayte María Jiménez

Cada vez más la ciencia de la computación se hace partícipe de la vida cotidiana de todo ser humano: desde las aplicaciones comunes para el trabajo diario, hasta el impulso de novedosas investigaciones en el hallazgo de secuencias moleculares de diversas enfermedades, y el desarrollo de fármacos efectivos para combatirlas.

Conocida como Bioinformática, en ella confluyen disciplinas tales como la biología, computación y tecnología de la información, para facilitar el descubrimiento de nuevas ideas, entre ellas la «revolución genómica», y el diseño de interfaces complejas, donde los investigadores acceden a datos nunca antes manejados por el hombre.

En Cuba esta práctica —que parece sacada de una novela de ciencia ficción— es ya realidad. Instituciones como el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología (CIGB) han hecho posible el avance de experimentos de microarreglos de ADN y el análisis estadístico e interpretación de perfiles de expresión de los genes, para el desarrollo de nuevos fármacos y la predicción de combinaciones de drogas más efectivas para el tratamiento de diversas enfermedades.

El matemático y Doctor en Ciencias Biológicas Ricardo Bringas, jefe del departamento de Bioinformática del CIGB, explicó a JR que actualmente este polo científico está impulsando investigaciones que permiten perfeccionar la acción de una droga, y desarrollar fármacos cada vez más eficaces.

«Buscamos métodos bioinformáticos que permitan predecir combinaciones de drogas, a partir del análisis de datos, como los microarreglos de ADN, que es una tecnología de amplio uso en la actualidad», señaló.

Comentó que tras los grandes cambios científicos en el mundo, en el país hubo transformaciones revolucionarias en las investigaciones biológicas, y como parte de ellas, en el CIGB adoptaron una estrategia para sumarlas a su quehacer. «Se hizo necesario reorientar el trabajo, para garantizar su impacto en los proyectos de investigación».

Fue así que se dedicaron a desarrollar aplicaciones que incorporaran los nuevos conceptos de la biología de sistemas, para identificar diferencias del funcionamiento de genes y proteínas, entre tejidos sanos y enfermos.

Para ello —precisó el experto—, el CIGB tiene un clúster o conjunto de computadoras construidas mediante la utilización de hardwares comunes, que se comportan como si fuesen una única computadora. En él se almacenan y actualizan datos de alto flujo, tanto de los buscados en Internet, como los generados por proyectos propios, con los que se realizan cálculos y comparaciones complejas. Este gran reservorio de conocimientos se pone a disposición de la comunidad científica de todo el país.

Según expuso, el análisis de datos de microarreglos de ADN ha emergido como la tecnología más utilizada para la cuantificación masiva de la expresión de genes, y es aplicada a temas muy diversos entre las investigaciones biológicas de amplio espectro.

Interacciones de futuro

Otro de los proyectos del CIGB está orientado a lo que se conoce como el análisis de redes de genes y proteínas, con enfoques de la biología de sistemas, que ayudan a descubrir algunos enigmas y tendencias en enfermedades como el cáncer, o padecimientos del sistema inmunológico.

«Tenemos un software respaldado por publicaciones internacionales, que no solo se emplea en el CIGB, sino que se usa en otros lugares del mundo para modelar los datos e informaciones de los microorganismos y sus efectos en el ser humano», precisó.

Tanto para Bringas, como para especialistas de alto prestigio internacional, consultados en varios artículos de la web, el campo de la Informática y la Biología Molecular ha transformado radicalmente las metodologías de obtención de productos biotecnológicos y farmacéuticos.

Las interacciones entre proteínas desempeñan un papel fundamental en varios aspectos de la organización estructural y funcional de la célula.

El análisis detallado, a nivel atómico, de la interfaz de relación entre proteínas se realiza a partir de datos de complejos macromoleculares. Este reconocimiento proteína-proteína está determinado por las propiedades físicas y químicas, las cuales han sido caracterizadas en términos de su geometría y de su naturaleza química.

Los teóricos de este campo definen que en la bioinformática el núcleo principal de las 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. En ella los principales esfuerzos incluyen el alineamiento de secuencias, la predicción de genes, montaje del genoma, alineamiento estructural de proteínas, predicción de estructura de proteínas, de la expresión génica, así como las interacciones proteína-proteína, y modelado de la evolución.

Bioinformática para todos

En el CIGB la prioridad de la bioinformática es proveer los servicios necesarios de las ciencias computacionales a todos los proyectos de investigación desarrollados allí, o en otras instituciones científicas del país, apuntó Ricardo Bringas.

«En esta línea de trabajo vamos desde el análisis de los datos, el desarrollo de un software específico, de herramientas para el desmontaje de estadísticas, tanto del dominio público, como datos propios de la institución, que están subyacentes en el desarrollo de las enfermedades», explicó.

«Aplicamos esta ciencia para la modelación de las estructuras de las proteínas, y el diseño de péptidos que inhiben funciones determinadas», abundó.

Además —comentó— en el caso nuestro desarrollamos software orientado a aplicarlo en lo que se conoce como los conceptos de la biología de sistemas, para las investigaciones en las que se integran gran cantidad de datos.

Uno de los resultados de mayor impacto en los últimos años en el CIGB fue la implementación, en 2010, de un programa para el análisis de espectros de masa. «Este software permitió en el CIGB hacer estudios en proyectos relacionados con enfermedades, que estableció una comparación entre lo que sucede en el organismo de un individuo sano y uno enfermo: buscamos la diferencia de cómo se comporta el sistema biológico en ambas condiciones», destacó.

Esta línea es la que los científicos llaman análisis de datos de Proteómica, o Proteómica cuantitativa, en la que se identifican las diferencias y se desmontan con métodos estadísticos, que integran además los datos de genómica y otros factores biológicos.

Con una visión de futuro, pero con la intención de hacerlo pronto realidad, los científicos de esta institución cubana se proponen integrar mecanismos y programas de análisis, así como softwares que permitan desarrollar novedosas investigaciones.

La identificación de las causas moleculares de las enfermedades, junto al desarrollo de la industria biotecnológica, y dentro de ella la farmacéutica, ayudarán a crear mejores métodos de diagnóstico, la identificación de dianas terapéuticas y el diseño de fármacos personalizados, de la mano de una mejor medicina preventiva.

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