(*)Raúl Campos Posada 1, Gloria Elisa Campos Posada 1, Alicia Valdez Menchaca 1, Rogelio Ponce Zamora 1

Transcripción

1 Qué hace que sea tan importante la Bioinformática como Tecnologías de Información y Comunicación? What makes Bioinformatics a very important part in the field of Information and Communications Technology? (*)Raúl Campos Posada 1, Gloria Elisa Campos Posada 1, Alicia Valdez Menchaca 1, Rogelio Ponce Zamora 1 1 Univ. Autónoma de Coahuila, México, rcamposposada@hotmail.com Resumen Esta investigación descriptiva tiene por objetivo la difusión de la Bioinformática, donde ADN guarda y transmite de generación en generación la información para el desarrollo de las funciones biológicas de un organismo, lo que hace que el ADN sea tan variado es la posición y cantidad de cuatro nucleótidos, esta secuencia se le llama genoma, el genoma humano es muy parecido a la mosca de la fruta y al gusano de tierra, también se han desarrollado modelos para predecir la forma que adoptará una proteína, por lo que se ha desbordado la información y nuevas preguntas biológicas, explica que de la unión de la Biología y la Computación se han generado la Bioinformática, Biología Computacional y Biocomputación; da definiciones de Bioinformática, siendo la Real Academia Española que la define como la aplicación de las técnicas informáticas al estudio de la información genética. Para la Bioinformática no hay trabajos típicos, todo depende de la pregunta biológica que trate de contestar, sin embargo, se divide en: Genómica (genomics), Genética (genetics), Proteómica (proteomics), Transcriptomics y Metabolomics. Algunos de los sistemas informáticos que se emplean en este campo son: Bases de datos, Software para visualización, Técnicas de Inteligencia Artificial, Redes de comunicaciones, por mencionar algunas. Se ejemplifica al desglosar la genómica en: Análisis de secuencia, Análisis comparativo en par, Análisis de múltiples secuencias y Análisis predictivos, resalta el Software adicional que ha generado. Las bases de datos principales son NCBI, EBI y DNA, y termina con Biochips y la Segunda generación de la Bioinformática. Palabras clave: Bioinformática, Biología, Computación, ADN. Abstract This descriptive research has as its objective the spreading of Bioinformatics, where the DNA saves and transmits information generation after generation for the development of the organism s biological functions, which makes that the position and the amount of four nucleotides generates the variation of the DNA. This sequence is called genome and it is very similar to the common fruit fly or a worm. Also, models have been developed to predict the shape that a protein will adopt. This situation has generated an overflow of new information and biological questions. Thus, the fusion of Biology and Computer Science has generated the field of Bioinformatics, Computational Biology, and Biocumputer Science; Bioinformatics, as the Spanish Real Academy defines it, is the application of techniques of computer science in the study of information on genetics.

2 There are not typical jobs for Bioinformatics because everything depends on the biology-related questions that need to be answered. Nonetheless, bioinformatics is divided into the following fields: Genomics, Genetics, Proteomics, Transcriptomics, and Metabolomics. Some of the computer systems that are used in this field are: databases, visualization software, techniques of artificial intelligence, communication networks, just to mention some of them. Genomics can be exemplified with: sequence analysis, paired comparative analysis, multiple-sequence analysis, and predictive analysis, where the generated software is highlighted. The main databases are NCBI, EBI, and DNA. It ends with biochips and the second generation of Bioinformatics. Keywords: Bioinformatics, Biology, Computer Science, DNA Introducción Esta investigación de tipo descriptiva tiene por objetivo la difusión de la evolución, conceptos básicos, aplicaciones actuales y tendencias de la bioinformática, donde muestra cómo la combinación de diferentes especialidades ha generado este nuevo espacio de la Bioinformática en la ciencia, con gran aceptación en la comunidad científica. El Acido Desoxirribonucleico (ADN), es una molécula guarda y transmite de generación en generación toda la información necesaria para el desarrollo de todas las funciones biológicas de un organismo. El ADN está formado por la unión paralela de dos cadenas, cada cadena se encuentra conformada por 4 diferentes nucleótidos. Lo que hace que el ADN sea tan variado (por ejemplo de peces, plantas, bichos, humanos etc.) es la posición y la cantidad de estos cuatro nucleótidos a lo largo de las dos cadenas, a esta secuencia se le llama código génico o genético, o bien genoma. El ADN de todos los organismos vivos está formado por solo cuatro nucleótidos. Su estructura fue dilucidada en 1953 por los científicos Watson y Crick, descubrimiento que años más tarde los haría ganadores del premio Nobel. Si pudiésemos tomar una cadena de ADN humano y la estiráramos de forma lineal nos daríamos cuenta que el ADN humano tiene una longitud de extremo a extremo de 2 metros, el ADN se enrolla sobre proteínas y se compacta formando los cromosomas. El ADN de manera global dirige la síntesis de todas las proteínas, se podría decir en términos más sencillos que el ADN es una acumulación de genes (fragmentos de ADN) y cada gen es la clave para la producción de una proteína, está formado por: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G), Citonina (C) y columna vertebral del ADN, tal como se muestra en esta figura. Algunos datos importantes que se pueden mencionar para iniciar: El mapa del genoma humano se inició en el 1995 y concluyo en el 2005 al 100% El total de genes humanos son cerca de

3 Los humanos tienen sólo unos genes más que la mosca de la fruta o un gusano de tierra. Los seres humanos comparten el 99,99% del mismo código genético con los demás seres vivos. Un solo gen puede producir diferentes proteínas. El ser humano está formado por menos genes de lo que se creía, son los cientos de miles de proteínas, las que explican la verdadera complejidad del Homo Sapiens. Las personas, capaces de desarrollar un complicado proceso de razonamiento y de creación artística, pueden estar formadas por pocos genes más que un ratón o una lombriz de tierra. Los genes dirigen las proteínas y estas a su vez dirigen a las enzimas que son las que provocan las reacciones químicas de la vida. Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una técnica, para predecir la forma que adoptará una proteína y su relación de los genes y proteínas con las enfermedades. Los científicos del Proyecto Genoma Humano se han visto desbordados por un aluvión de información y nuevas preguntas. Desarrollo 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: 1.- 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, tales como redes y bases de datos para el genoma, microarrays, por mencionar algunos; dicho en otras palabras es la Informática aplicada a la biología molecular y la genética. 2.- Biología Computacional: computación que se aplica al entendimiento de cuestiones biológicas básicas, no necesariamente en el nivel molecular, mediante la modelización y simulación, tales como ecosistemas, modelos fisiológicos, entre otros; puede decirse que es la Informática y matemáticas aplicadas a la biología. 3.- Biocomputación: desarrollo y utilización de sistemas computacionales basados en modelos y materiales biológicos, tales como biochips, biosensores, computación basada en ADN, redes de neuronas, algoritmos genéticos, entre otros; en otras palabras es la Biología aplicada a la computación.

4 Qué es bioinformática? La Real Academia Española define bioinformática como la aplicación de las técnicas informáticas al estudio de la información genética. Si ampliamos esta definición podemos decir que la Bioinformática es una disciplina científica emergente que utiliza tecnología de la información para organizar, analizar y distribuir información biológica con la finalidad de responder preguntas complejas en biología. Bioinformática es un área de investigación multidisciplinaria, la cual puede ser ampliamente definida como la interface entre dos ciencias: Biología y Computación y está impulsada por la incógnita del genoma humano y la promesa de una nueva era en la cual la investigación genómica puede ayudar dramáticamente a mejorar la condición y calidad de vida humana. Avances en la detección y tratamiento de enfermedades y la producción de alimentos genéticamente modificados son entre otros ejemplos de los beneficios mencionados más frecuentemente. Involucra la solución de problemas complejos usando herramientas de sistemas y computación. También incluye la colección, organización, almacenamiento y recuperación de la información biológica que se encuentra en base de datos. Según la definición del Centro Nacional para la Información Biotecnológica "National Center for Biotechnology Information" (NCBI por sus siglas en Inglés) que es parte de la U.S. National Institutes of Health: "Bioinformática es un campo de la ciencia en el cual confluyen varias disciplinas tales como: biología, computación y tecnología de la información. El fin último de este campo es facilitar el descubrimiento de nuevas ideas biológicas así como crear perspectivas globales a partir de las cuales se puedan discernir principios unificadores en biología. Historia de la bioinformática No se puede mirar la historia de la bioinformática sin describir inicialmente la historia de la biología. En realidad son los biólogos y los bioquímicos quienes hacen su primer acercamiento a la tecnología computacional como elemento fundamental para su trabajo diario. La bioinformática ha sido la base para ayudar en las grandes investigaciones sobre la vida; el diagnóstico genético por ejemplo tiene mucha influencia en la vida de todas las personas pero la mayoría de la gente no está enterada de ello. La tecnología proporciona un elemento teórico y proporciona las herramientas prácticas, para que los científicos puedan explorar las proteínas y el DNA. Esas son las moléculas grandes que consisten en un encadenamiento de residuos que son elementos más pequeños llamados los nucleótidos o los aminoácidos, respectivamente. Son los bloques de edificio de la naturaleza, pero estos bloques de edificio no se utilizan exactamente como los ladrillos, la

5 función de la molécula final depende fuertemente del orden de estos bloques. La estructura (tridimensional) 3D de una proteína depende de la secuencia individual de estos residuos numerados. El orden de aminoácidos de una proteína dada se deriva del DNA correspondiente. Este pedazo de DNA consiste en una secuencia ordenada de nucleótidos. Durante los últimos 20 años se ha determinado que muchas proteínas de diverso origen con una función similar, también tienen secuencias similares de los aminoácidos. Así, existen las secuencias correspondientes del DNA que son similares aunque la proteína bajo análisis ocurre en diversas especies tales como ratones y seres humanos. Así pues, se han buscado diferencias y semejanzas en el nivel del DNA entre un ratón y un ser humano para muchas secuencias similares. Desde el principio de los años 90, muchos laboratorios han estado analizando el genoma completo de varias especies tales como bacterias, levaduras, ratones y seres humanos. Durante estos esfuerzos de colaboración, se han generado cantidades enormes de datos los cuales se recogen y se almacenan en grandes bases de datos, la mayoría de las cuales son publicadas y accesibles. Además de recopilar todos estos datos, es necesario comparar estas secuencias de nucleótidos o de aminoácidos a las semejanzas y a las diferencias de cada hallazgo. Puesto que no es muy conveniente comparar las secuencias de varios (cientos) nucleótidos o aminoácidos de manera manual, varias técnicas de cómputo fueron desarrolladas para solucionar este problema. Además, éstos tienen menos errores que un acercamiento de manera manual. El uso de técnicas de cómputo para analizar datos biológicos se refiere como Biocomputing o Biocomputación. Con el incremento en complejidad y capacidad tanto de las computadoras como de las técnicas de investigación, se necesitan "puentes" humanos que puedan entender ambas disciplinas y sean capaces de comunicarse con los expertos de los dos campos. Históricamente, el uso de computadoras para resolver cuestiones biológicas comenzó con el desarrollo de algoritmos y su aplicación en el entendimiento de las interacciones de los procesos biológicos y las relaciones filogenéticas entre diversos organismos. El incremento exponencial en la cantidad de secuencias disponibles, así como la complejidad de las técnicas que emplean las computadoras para la adquisición y análisis de datos, han servido para la expansión de la bioinformática. Para la Bioinformática, 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

6 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 Al comienzo de la "revolución genómica", el concepto de bioinformática se refería sólo a la creación y mantenimiento de base de datos donde se almacena información biológica, tales como secuencias de nucleótidos y aminoácidos. El desarrollo de este tipo de base de datos no solamente significaba el diseño de la misma sino también el desarrollo de interfaces complejas donde los investigadores pudieran acceder los datos existentes y suministrar o revisar datos. Luego toda esa información debía ser combinada para formar una idea lógica de las actividades celulares normales, de tal manera que los investigadores pudieran estudiar cómo estas actividades se veían alteradas en estados de una enfermedad. De allí viene el surgimiento del campo de la bioinformática y ahora el campo más popular es el análisis e

7 interpretación de varios tipos de datos, incluyendo secuencias de nucleótidos y aminoácidos, dominios de proteínas y estructura de proteínas. En la Bioinformática no hay trabajos típicos, todo depende de la pregunta biológica que se trate de contestar, donde se combinan la informática con la biología, permite a la bioinformática la aplicación de la informática en la biología molecular. En esta figura podemos identificar de manera muy general cual es el proceso que se sigue en los trabajos de la bioinformática, donde todo se basa en el Sistema real que es el conocimiento biológico real, que está registrado como contenido en enormes bases de datos, luego trabaja mediante abstracción y formulación de algoritmos para hacer un modelo que finalmente describe o predice información que aún no es conocimiento biológico real, posteriormente el modelo o los algoritmos se pueden validar con los datos conocidos y por ultimo constatar la información obtenida mediante procesos biológicos reales. Divisiones de la Bioinformática La Bioinformática, se divide de manera muy general en algunas ramas. 1. La genómica (genomics) que es el estudio y uso de las secuencias de ADN en los cromosomas, incluyendo la posición, composición y función de los genes de algún organismo. 2. La genética (genetics) que estudia los cromosomas, pero desde el punto de vista de hibridaciones, o sea el cruzamiento genético de organismos, analiza la segregación genética de la población utilizada para intentar hacer una conexión entre alguna característica del organismo con determinada posición en el cromosoma. 3. La Proteómica (proteomics) que estudia las proteínas, la presencia o ausencia de ellas en un organismo, la secuencia, la estructura y la función. 4. Transcriptomics, que estudia cuales genes se expresan en diferentes condiciones o partes del organismo. Esto es algo relativamente nuevo. 5. Y Metabolomics, como última tendencia es la parte de la bioinformática que trata de integrar la información generada por las cuatro anteriores para intentar hacer un modelo del metabolismo de algún organismo. La Bioinformática se puede aplicar en cualquier organismo vivo, aunque por el momento los mayores avances son en humanos, bacterias y levaduras.

8 A manera de ejemplo, se presenta un mayor detalle de la genómica (genomics) como una de estas divisiones de la Bioinformática; El genoma es la totalidad de información genética que posee un organismo, esta información esta codificada en el ADN (Ácido desoxirribonucleico). Contiene la información genética usada en el desarrollo y el funcionamiento de los organismos vivos conocidos y de algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. En la genómica podemos destacar 4 grandes direcciones: Análisis de secuencia, Análisis comparativo en par, Análisis de múltiples secuencias y Análisis predictivos; y resaltar el Software adicional que ha generado. El Análisis de secuencia, como se muestra en la figura de la derecha, es la secuencia de ADN se representa como una sucesión de letras que representan las cuatro subunidades de las bases (nucleótidos): Adenina, Citosina, Guanina y Timina. El Análisis comparativo por par, Es una secuencia de ADN que se representa como una sucesión de letras que representan las cuatro subunidades de las bases (nucleótidos): Adenina, Citosina, Guanina y Timina, tal como se muestra en la siguiente figura. Todo esto para explicar el uso indispensable de la informática en este campo. Las secuencias se almacenan en grandes bases de datos, existe un sinnúmero de bases de datos genómicos, estos análisis comparativos de secuencias de ADN, una secuencia con función conocida contra otra desconocida, para obtener un indicio de la función, estructura o evolución desconocida; se utiliza un Software: BLAST, FASTA, entre otros. 1 GAGAAACCCT AAAACCCTCT CTCTCGTGTC 61 AGAGCCGACA CAGGCAAAAC TTAGAAGAAG 121 ATTGCTTAGA ACTCTCTTCC AATTGTTCCT TCGAAAATGC AGCAAACTTG TGATTTATCA 4081 ACAAGCCTTT GATTGTATCA GGTCATTATG Análisis comparativos de múltiples secuencias, que es para encontrar dominios conservados dentro de familias de genes, como se muestra en la figura de la izquierda y se realiza con la ayuda de Software especializado como ClustalW, T-Coffee, entre otros. Los Análisis Predictivos son en base a hechos conocidos, se intenta pronosticar, la posible proteína en la que se traduciría un gen, predecir la función de un gen basado en las secuencias promotores.

9 En el portal de Emboss ( de una gran lista de programas de open source o gratis para análisis predictivos y comparativos; además la empresa Softberry ( ofrece programas de bioinformática para análisis predictivos. Como Software adicional que ha generado la Bioinformática son muy necesarios como los Navegadores genómicos llamados genome browser; existen muchos y usan diferentes tecnologías, además de los Sequence Viewers que presentan la información de diferente manera. Cuál es la importancia de la bioinformática? Integración es la palabra clave para entender la importancia de la bioinformática, ya que a través de herramientas y utilizando la información ya depositada en bases de datos alrededor del mundo estamos comenzando a descubrir relaciones no triviales escondidas en el código de la vida. La bioinformática ha empezado a ocupar un papel central como "la pega" que une a diversas áreas de la ciencia tales como enzimología, genética, biología estructural, medicina, morfología, y ecología entre muchos otros. La pregunta crítica es cómo conseguir las relaciones importantes entre tanta información? esta pregunta y muchos otros problemas biológicos están siendo respondidos a través de la bioinformática, uniendo o relacionando toda la información que está depositada en las bases de datos a través sus asociaciones con los genes. Como un ejemplo práctico de lo anterior, el Centro Nacional para la Información Biotecnológica "National Center for Biotechnology Information" (NCBI por sus siglas en Inglés), que es el centro de bioinformática del U.S. National Institutes of Health (NIH), reciben y procesan en su sitio Web alrededor de 3 millones de requisiciones al día provenientes de investigadores ubicados alrededor del mundo. Los procesos celulares son gobernados por el repertorio de genes expresados y su patrón de actividad temporal. Se necesitan herramientas para gestionar información genética en paralelo. Para ello se emplean nuevas tecnologías para extracción de conocimiento, minería de datos y visualización. Se aplican técnicas de descubrimiento de conocimiento a problemas biológicos como análisis de datos del Genoma y Proteoma. La bioinformática, en este sentido, ofrece la capacidad de comparar y relacionar la información genética con una finalidad deductiva, siendo capaz de ofrecer unas respuestas que no parecen obvias a la vista de los resultados de los experimentos. Todas estas tecnologías vienen justificadas por la necesidad de tratar información masiva, no individual, sino desde enfoques celulares integrados (genómica funcional, proteómica, expresión multigénica,...). Los sistemas LIMS permiten la integración y gestión de los datos de laboratorio.

10 Quién trabaja en la Bioinformática? Integración es la palabra clave, utilizando la información ya depositada en bases de datos alrededor del mundo estamos comenzando a descubrir relaciones no triviales escondidas en el código de la vida. La bioinformática es "la pega" que une a diversas áreas de la ciencia tales como genética, medicina, ecología, entre muchas otras. Cómo conseguir las relaciones entre tanta información?, uniendo o relacionando toda la información que está depositada en las bases de datos a través sus asociaciones con los genes. Como un ejemplo, la base de datos NCBI del centro de bioinformática del NIH, recibe y procesa en su sitio Web alrededor de 3 millones de requisiciones al día provenientes de investigadores ubicados alrededor del mundo. Emplea nuevas tecnologías para extracción de conocimiento, minería de datos y visualización, compara y relacionar la información para deducir para ofrecer respuestas que no están a simple vista de los resultados de los experimentos. Todas estas tecnologías tratan información masiva, no individual. Qué países están trabajando en esto?, sería más difícil encontrar un país que no tenga investigación en Biología molecular, toda América, Europa, Asia, gran avance en India. Tal vez solo África sin contar Sudáfrica, posiblemente países extremadamente pobres no tienen algún centro de investigación usando bioinformática. Cuantas gran bases de datos existen en el mundo?, existen tres centros principales de colección de datos y software, EUA (NCBI National Center for Biotechnology information), Europa (EBI European Bioinformatics Institute) y el DNA Databank of Japan, siendo los dos primeros los más importantes pero ninguno de ellos cubre el 100 % de la bioinformática mundial. Qué organizaciones trabajan con Bioinformática? Cualquier empresa biotecnológica, universidad o centro de investigación que realice investigación en Biología molecular o genética, necesita forzosamente utilizar la Bioinformática. Ya sea biotecnología en animales, farmacéuticas, hospitales en humanos. Por ejemplo, en Bélgica, una importante empresa trabaja solo con plantas y con un número limitado de ellas y todo está dirigido a producir semillas mejoradas. Hay normas que rigen la información en Bioinformática?, Sí, existe normativas internacionales al respecto, para que todos se puedan comunicar; por ejemplo normas en nomenclaturas, ontologías, entre otras y a diferentes niveles. Te interesa conocer más e iniciar en la Bioinformática?, si quieres introducirte en Bioinformática hay muchas universidades en América, principalmente en EUA y de Europa en España por ejemplo con quien puedes hacer colaboraciones, buscas estudiantes que quieran trabajar en eso y colaboras con la universidad extranjera. Hay un gran auge de publicaciones, todo lo que se publique con la colaboración de tu alumno, lleva tu nombre en la publicación.

11 Y las Bases de datos?, la que se ubica en Estados Unidos NCBI la de Europa EBI y finalmente la que está en Japón DDBJ Te interesa la Bioinformática en España?, la Red Nacional de Bioinformática el Instituto Nacional de Bioinformática y Y donde en México?, en la Universidad Nacional Autónoma de México que el nodo mexicano de Bioinformática EMBNet El Centro de Ciencias Genómicas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) se encuentra ubicado en el Campus Morelos de la UNAM en Cuernavaca, Morelos y Langebio que es el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad que es un centro de investigación ubicado en el estado de Guanajuato en la parte central de México Cuál crees que sea un área de mayor futuro en el a Bioinformática?, Hay una área, en la que tengo mucho interés personal por el futuro que me representa profesionalmente, que no está muy desarrollada en bioinformática, es el estudio de promotores y secuencias que regulan la expresión de genes, es algo en lo que yo me dedicaría si tuviera oportunidad y tiempo. Aquí dos ligas con dos personas que trabajan en eso y hablan español: Jacques van Helden líder de proyecto desde 1997 en el Laboratorio de Biología Computacional de la UNAM, donde desarrolla, evalúa y aplica algoritmos para el análisis de secuencias y redes biológicas, es el líder de este grupo, habla español perfectamente, y creo que esta siempre abierto a colaboraciones en la liga y un amigos de él en España, Ugo Bastolla y Ángel R. Ortiz del Centro de Biología Molecular del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España. Tendencias Mundiales La Medicina molecular y la Biotecnología constituyen dos áreas prioritarias científico-tecnológicas como desarrollo e Innovación Tecnológica. El desarrollo en ambas áreas está estrechamente relacionado. En ambas áreas se pretende potenciar la investigación genómica y postgenómica así como de la bioinformática, herramienta imprescindible para el desarrollo de estas debido al extraordinario avance de la genética molecular y la genómica, la Medicina Molecular se constituye como arma estratégica del bienestar social del futuro inmediato. Se pretende potenciar la aplicación de las nuevas tecnologías y de los avances genéticos para el beneficio de la salud. Las tecnologías de la información jugarán un papel fundamental en la aplicación de los desarrollos tecnológicos en el campo de la genética a la práctica médica como refleja la presencia de la Bioinformática médica y la Telemedicina

12 dentro de las principales líneas en patología molecular. La aplicación de los conocimientos en genética molecular y las nuevas tecnologías son necesarias para el mantenimiento de la competitividad del sistema sanitario no sólo paliativo sino preventivo. La identificación de las causas moleculares de las enfermedades junto con el desarrollo de la industria biotecnológica en general y de la farmacéutica en particular permitirán el desarrollo de mejores métodos de diagnóstico, dianas terapéuticas y desarrollo de fármacos personalizados y mejor medicina preventiva. 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. La Real Academia Española define biochip como circuito integrado compuesto por biopolímeros, como proteínas y ácidos nucleicos, con los que es posible sustituir a los chips semiconductores. Si en los microchips empleados en las computadoras 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, las cadenas marcadas con el fluorocromo. Una computadora analiza la información procedente del escáner y ofrece el resultado. La revista Science destaca esta tecnología como uno de los 10 avances científicos más significativos del año En las aplicaciones de los Biochips, a pesar de ser una tecnología muy reciente y que, por lo tanto, está aún en vías de experimentación, actualmente los biochips están siendo aplicados en: 1. Monitorización de expresión génica: permite determinar cuál es el patrón de expresión génica y cuantificar el nivel de expresión de manera simultánea para un elevado número de genes. Esto permite realizar estudios comparativos de activación de determinados genes en tejidos sanos y enfermos y determinar así la función de los mismos.

13 2. Detección de mutaciones y polimorfismos: Permite el estudio de todos los posibles polimorfismos y la detección de mutaciones en genes complejos. 3. Secuenciación: Mientras que se han diseñado algunos biochips para secuenciación de fragmentos cortos de ADN, no existe aún en el mercado ningún biochip que permita secuenciar de nuevas secuencias largas de ADN. 4. Diagnóstico clínico y detección de microorganismos: Posibilitan la identificación rápida empleando unos marcadores genéticos de los patógenos. 5. Screening y toxicología de fármacos: el empleo de los biochips permite el analizar los cambios de expresión génica que se dan durante la administración de un fármaco de forma rápida, así como la localización de nuevas posibles dianas terapéuticas y los efectos toxicológicos asociados. 6. Seguimiento de terapia: los biochips permiten valorar rasgos genéticos que pueden tener incidencia en la respuesta a una terapia. 7. Medicina preventiva: El conocimiento y posible diagnóstico de ciertos caracteres genéticos asociados a determinadas patologías permite una prevención de las mismas antes de que aparezcan los síntomas. La Genómica funcional, Si la genómica estructural es la rama de la genómica orientada a la caracterización y localización de las secuencias que conforman el ADN de los genes, la genómica funcional consiste en la recolección sistemática de información sobre la función de los genes, mediante la aplicación de aproximaciones experimentales globales que evalúen la función de los genes haciendo uso de la información y elementos de la genómica estructural. Se caracteriza por la combinación de metodologías experimentales a gran escala con estudios computacionales de los resultados. Con la genómica funcional el objetivo es llenar el hueco existente entre el conocimiento de las secuencias de un gen y su función, para de esta manera desvelar el comportamiento de los sistemas biológicos. Se trata de expandir el alcance de la investigación biológica desde el estudio de genes individuales al estudio de todos los genes de una célula al mismo tiempo en un momento determinado. La Proteómica, el proteoma se puede definir como el conjunto de las proteínas expresadas por un genoma. La Proteómica es el estudio de proteomas, así como la Genómica consiste en el estudio de genomas. Configura una disciplina fundamental de la era post-genómica que trata de descubrir la constelación de proteínas que otorgan a las células su estructura y función. Distintas tecnologías permiten obtener y comparar "instantáneas" de las proteínas que se están expresando en un momento determinado en una célula (robótica, electroforesis 2D, espectrometría de masas, chips, bioinformática).

14 La Nueva Generación de Bioinformática Se introduce el concepto de Bioinformática de Segunda Generación caracterizada por los avances en los últimos años, la bioinformática ha trabajado con muchas bases de datos que almacenaban información biológica a medida que iba apareciendo. Esto no sólo ha tenido efectos positivos: muchos científicos se quejan de la creciente complejidad que representa encontrar información útil en este "laberinto de datos". Para mejorar esta situación, se desarrollan técnicas que integran la información dispersa, gestionan bases de datos distribuidas, las seleccionan automáticamente, evalúan su calidad, y facilitan su accesibilidad para los investigadores. Se habla de Bioinformática Integradora. En ella no deben faltar ayudas para la navegación por la información, que cada vez, con más énfasis, reside en Internet y no en bases de datos locales. Conclusiones El cumplimiento del objetivo propuesto de la difusión de la evolución, conceptos básicos, aplicaciones actuales y tendencias de la bioinformática al inicio de este trabajo permitió las conclusiones siguientes: La bioinformática está entrando en auge en el mundo especialmente en Latinoamérica. Esta perspectiva de la Bioinformática dio la oportunidad de mostrar la importancia de: o La secuenciación de genomas para obtener lectura de esos millones de pares de bases o Saber qué codifican y cómo se relacionan o Como regulan la expresión de los distintos productos génicos. o Encontrar la función de proteínas desconocidas La pronta necesidad de generar modelos que permitan estudiar mutaciones puntuales. La necesidad de recursos para invertir en: o Investigación o Bases de datos Es la Bioinformática gran oportunidad profesional para los jóvenes de las nuevas generaciones, para que se interesen por la combinación de diferentes especialidades en el nuevo espacio en la ciencia que ha tenido gran aceptación en la comunidad científica.

15 Referencias - OLENA A. Genetic Atlas. [En línea]. The Scientist-genetics & genomics. 2014, vol. 343, [Consultado el: 18 de Febrero de 2014]. Disponible en: - ENTRALA, C., Técnicas de Análisis del ADN en Genética Forense. [En línea]. Laboratorio de ADN forense. 2000, [Consultado el: 10 de noviembre de 2012] Tema 3. Disponible en: - PANIAGUA, A., Genoma-El Biochip sustituirá los Diagnósticos tradicionales de algunas Enfermedades. [En línea]. Waste. 2012, [Consultado el: 15 mayo de 2013]. Disponible en: - GASULL, R., Biochips para conocer el genoma de una persona. [En Línea]. Barrapunto.com. 2000, [Consultado el: 05 de abril de2013]. Disponible en: - GALVAN, J., La gobernanza de las TIC en salud en Cataluña. [En línea]. SEIS [Consultado el: 24 de Abril de 2013]. Disponible en: