¿Qué es la bioinformática?
La informática es una disciplina científica que se usa para la representación, organización,
manipulación, distribución, mantenimiento y uso de la información, particularmente en forma
digital. Hay más de una interpretación de esta, y la bioinformática es la intersección de la
informática y la biología.
El primer aspecto funcional de la bioinformática es la representación, almacenamiento y
distribución de datos, así como el diseño inteligente de formatos de datos y de bases de
datos para la creación de herramientas de consulta de esas bases de datos, y para el
desarrollo de interfaces de usuario que reúnen diferentes herramientas para permitir al usuario
hacer preguntas complejas sobre los datos. El segundo aspecto, y lo más divertido de la
bioinformática, es el desarrollar herramientas analíticas para descubrir algún conocimiento
en los datos.
Hay muchos niveles en los que usamos la información biológica, si estamos comparando
secuencias para desarrollar una hipótesis sobre la función de nuevos genes descubiertos.
Visualización y análisis de datos e imágenes
En general, la noción de capturar ideas complejas usando imágenes es muy atractiva,
¿serían suficientes tan solo mil palabras para describir lo desconocido en un campo de
investigación como las ciencias de la vida? Las ciencias Químico-Biológicas son uno de los
mayores generadores de enormes conjuntos de datos, principalmente como resultado de los
recientes y rápidos avances tecnológicos. Su complejidad puede hacer que estos conjuntos de
datos sean incomprensibles sin métodos bioinformáticos, como una herramienta para la
visualización, análisis y todos los propósitos a los que sirven.
El término bioinformática se utiliza, principalmente, para referirse a métodos
computacionales para el análisis comparativo de datos genómicos. Sin embargo, el
término se definió, originalmente, como el estudio de procesos informáticos en sistemas
bióticos. El principal elemento que definió la propiedad de la vida fue el procesamiento de
información en sus diversas formas, por ejemplo, acumulación de información durante la
evolución, transmisión de información desde el ADN a los procesos biológicos y la
interpretación de dicha información en múltiples niveles. El procesamiento de la información,
entonces, podría servir como una herramienta útil para comprender los sistemas vivos.
Por lo tanto, con el descubrimiento del genoma apareció el juego y la manipulación de los
datos, principalmente descomponiendo la complejidad de los códigos genéticos para
comprender su funcionamiento, lo que ha dado lugar a una gran expansión de la bioinformática
y de los algoritmos.
Los objetivos de la bioinformática son:
Profundizar en el entendimiento de los seres vivos y sus relaciones con el entorno,
partiendo desde la secuenciación del genoma de diversos organismos hasta su
codificación.
Manejar y analizar grandes volúmenes de datos, producto de las nuevas tecnologías en
biología, química, bioquímica y biología molecular.
Comparar los datos de un nuevo código, a través de un algoritmo, con la de los millones
de datos que se ya conocen, y así realizar, a partir de las semejanzas que se encuentran
en sus códigos, nuevas inferencias.
A pesar de lo mucho que hemos aprendido en las últimas décadas, y de la rapidez con la
que generamos millones de nuevos datos, aún queda mucho camino que recorrer, muchas
incógnitas por resolver, muchas nuevas herramientas que descubrir y nuevas sorpresas con las
que replantearnos nuestra concepción actual de la vida y su funcionamiento. Así pues, los que
hacen uso de esta disciplina científica, la bioinformática, sin duda emplearán ventajosamente la
gran cantidad de información que encierran los nuevos genomas por descubrirse para el bien
de nuestra humanidad.
¿Qué hacen los bioinformáticos?
La bioinformática es una herramienta y no un fin en sí mismo. Los bioinformáticos son
los constructores de herramientas y es fundamental que entiendan tanto de biología como
de química, así como de soluciones computacionales para producir herramientas útiles. La
investigación en bioinformática y biología computacional, puede abarcar desde la abstracción
de las propiedades de un sistema biológico en un modelo matemático o físico, para la
implementación de nuevos algoritmos para el análisis de datos, hasta el desarrollo de bases de
datos y herramientas web para acceder a ellos. Así, el objetivo final de los bioinformáticos
analíticos es desarrollar métodos predictivos que permitan a los científicos modelar la
función y el fenotipo de un organismo, basándose no solo en la secuencia de su genoma,
sino también en la regulación de la información contenida. Este es un gran objetivo global que
es abordado solo en pequeños pasos por muchos científicos trabajando juntos en todo el
mundo.
¿Cómo impacta la informática en nuestras vidas?
La información hereditaria y funcional de un organismo se almacena como ADN, ARN y
proteínas, todos los cuales son cadenas lineales compuestas de moléculas más pequeñas.
Estas macromoléculas son ensambladas a partir de un alfabeto fijo de sustancias químicas bien
entendidas: el ADN se compone de cuatro desoxirribonucleótidos (adenina, timina, citosina
y guanina), el ARN está formado por cuatro ribonucleótidos (adenina, uracilo, citosina y
guanina), y las proteínas se sintetizan a partir de 20 aminoácidos. Debido a que estas
macromoléculas son cadenas lineales de componentes definidos, pueden representarse como
secuencias de símbolos.
Estas secuencias se pueden comparar para encontrar similitudes que sugieren que las
moléculas están relacionadas por forma o función. La comparación de secuencias es
posiblemente la herramienta computacional más útil que ha surgido. Un bioquímico puede
comparar una secuencia de ADN no caracterizada con toda la colección pública de ADN
secuencias, y puede ayudarlo a obtener información sobre alguna enfermedad, detectar
mutaciones, descubrir ADNs fósiles, identificar nuevas especies, controlar las cruzas entre
animales y descubrir las nuevas variantes del SARS-CoV-2.
Fuente de datos para la bioinformática
Como una respuesta a las enormes cantidades de datos que se generan por las
tecnologías de secuenciación de ADN, ARN y proteínas, surgieron las bases de datos
biológicos, que se generan por el envío directo de resultados obtenidos del estudio de una
gran cantidad de organismos. Estos datos se indexan para facilitar su búsqueda,
organización y optimización. Los bioinformáticos pueden encontrar los datos biológicos en un
formato legible utilizando una computadora. La primera base de datos que surgió fue el
GenBank, la cual colecciona todas las secuencias de ADN y proteínas reportadas. Es
financiado por los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) y por el Centro Nacional para la
Información Biotecnológica (NCBI). El GenBank abrió el camino y dio luz para realizar el
Proyecto de Secuenciación del Genoma Humano (HGP), mismo que permitió conocer la
secuencia completa y el mapa genético del ser humano.
¿Cuál es el futuro de la bioinformática?
Después de la pandemia denominada COVID-19, provocada por el coronavirus SARS-
CoV-2, la bioinformática pasó de ser la ciencia del futuro a la ciencia del presente. Aunque
la pandemia estuvo condicionada por la disponibilidad de tecnologías, componentes y sistemas
tecnológicos, la humanidad poseía un sistema de ciencia y tecnología potente como nunca la
había tenido en la historia, lo que permitió obtener conocimiento científico del virus SARS-CoV-
2 en mucho menos tiempo, gracias a las herramientas bioinformáticas avanzadas que
controlaron mejor el curso de la enfermedad. Por lo tanto, debido a la explosión de los datos, la
bioinformática ya es indispensable en muchos campos de la medicina, agricultura,
alimentación e ingenierías.
Por tal motivo, existe una demanda de profesionales que ha puesto de manifiesto la
necesidad de generar una nueva currícula de formación de bioinformáticos, tanto en
universidades públicas como privadas a lo ancho de nuestro territorio.
Pedro Eduardo Lázaro-Mixteco. Investigador posdoctoral del Conacyt en la Planta
Piloto del Posgrado de la Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana de
San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Michoacán.
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Ana Alejandra Vargas-Tah. Profesora e investigadora de la Facultad de Ingeniería
Química, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Michoacán.
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