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INTRODUCCIÓN
A LA
BIOINFORMÁTICA
Autor:
Dr. Orlando R. Serrano Barrera
Dr. Orlando R. Serrano Barrera
Doctor en Medicina, 1995.
Especialista de I Grado en Inmunología, 1999.
Especialista de II Grado en Inmunología, 2005.
Profesor Asistente, 2008.
Máster en Ciencias en Enfermedades Infecciosas, 2009.
Investigador Agregado, 2009.
Cursos de postgrado recibidos sobre Bioinformática:
- Análisis de Secuencias Biológicas. CECAM, Cuba, 2011.
- Working with The Human Genome Sequence. The Wellcome
Trust, Uruguay, 2010.
- Working with Pathogen Genomes. The Wellcome Trust,
Uruguay, 2009.
- Bioinformatics: Computer Methods in Molecular Biology.
ICGEB, Italia, 2004.
OBJETIVOS
- Enumerar los principales hechos, hallazgos
y avances que condujeron al Proyecto
Genoma Humano y la aparición de la
bioinformática.
- Definir el concepto y las aplicaciones de la
bioinformática.
- Describir algunas herramientas y recursos
bioinformáticos de utilidad en la medicina y
la salud humana.
EL CAMINO HACIA EL GENOMA
1953: James Watson y Francis Crick
descubren la estructura en doble hélice
del ADN (Nature).
EL CAMINO HACIA EL GENOMA
1975: Allan Maxam y Walter Gilbert (izquierda)
de Harvard University, y Frederick Sanger (der.)
del MRC desarrollan métodos para secuenciar
ADN (PNAS).
1977: Secuenciado el bacteriófago X-174:
primer “genoma completo”.
EL CAMINO HACIA EL GENOMA
1982: Akiyoshi Wada (foto), de
RIKEN, Japón, propone secuenciación automatizada. Hitachi financia los robots para tal fin.
Puesta en marcha del
GenBank.
EL CAMINO HACIA EL GENOMA
1986:
Leroy Hood (foto) y Lloyd Smith, de Caltech,
anuncian primera máquina automática para
secuenciar ADN (Nature).
Charles DeLisi inicia estudios del genoma en
el Departamento de Energía de EEUU, a un
costo de $5.3 millones USD.
EL CAMINO HACIA EL GENOMA
1990:
Los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y el
Departamento de Energía de EEUU declaran
al 1ro de Octubre como inicio oficial del
Proyecto Genoma Humano.
David Lipman, Eugene Myers et al., del NCBI,
publican BLAST, algoritmo para alineación de
secuencias (Journal of Molecular Biology).
EL CAMINO HACIA EL GENOMA
2001: Consorcio internacional publica su
primera versión del genoma humano en
Nature (15 Febrero), y la empresa privada
Celera Genomics lo hace en Science (16
Febrero):
Extensión: 3,2 x 109 pares de bases.
Se predicen entre 20 000 y 30 000 genes.
Secuencias codificadoras son 5 % del genoma.
LIMITACIONES DEL
PROYECTO GENOMA HUMANO
Procesos biológicos son ejecutados básicamente por las
proteínas.
Predicción de secuencias codificadoras completas demorará.
Proteínas pequeñas (< 150 a.a.) no son consideradas por
los programas que predicen regiones codificadoras.
Expansión del número de proteínas diferentes por:
Procesamiento alternativo (aumenta 10 – 25 %).
Modificaciones post-traduccionales (aumenta 5 – 10
veces).
Genes no indican directamente los niveles de proteínas que
se producen en un momento dado, su vida media ni
sus interacciones, naturalmente ni en enfermedad.
Solo un punto de partida
Los biólogos moleculares comenzaron a comprender que
aún después de que encontraran, mapearan, clonaran y
secuenciaran un gen, sus búsquedas sólo habían
comenzado. Todavía no podían hacer nada con el gen
mientras no supieran lo que hacía el gen.
Jonathan Weiner
La secuenciación del genoma humano y
de otras especies generó una enorme
cantidad de información, que ha sido
almacenada en bases de datos.
BIOINFORMÁTICA:
intentando una definición
Biología + Computación
Arthur M. Lesk, Cambridge
Biotecnologías + Tecnologías de información
Mark S. Boguski, NCBI
Biología + Medicina + Matemática + Estadística +
Computación
Janet M. Thorton, University College
Búsqueda y recuperación de información biológica y
bases de datos biológicos. Tecnologías de la
información asociadas con las ciencias biológicas.
Sándor Pongor, ICGEB
BIOINFORMÁTICA:
intentando una definición
Disciplina que incluye todos los
aspectos relacionados con la
adquisición, procesamiento,
almacenamiento, distribución, análisis
e interpretación de la información
biológica.
David Benton
NCHGR
TIBTECH 1996;14:261-272
OBJETOS DE ESTUDIO
DE LA BIOINFORMÁTICA
 Moléculas:
o Secuencia
o Estructura
o Modificaciones
o Interacciones
 Células:
o Expresión génica
o Linajes y muerte
o Complejos macromoleculares
 Poblaciones
 Individuos:
o Genotipo/fenotipo
o Cambios temporales
APLICACIONES
DE LA BIOINFORMÁTICA
Adquisición de datos
Comparación de secuencias
Predicción de estructuras y modelación
molecular
Evolución molecular
APLICACIONES
DE LA BIOINFORMÁTICA
Identificación de genes
Herramientas de búsqueda en bases
de datos
Expresión de genes
Clasificación de proteínas
Farmacogenómica
FUNCIONES
DE LA BIOINFORMÁTICA
PRIMARIA:
Organizar y procesar datos
SECUNDARIA:
Dar sentido biológico a la información
TERCIARIA:
Predicciones diagnósticas o terapéuticas
EXPERIMENTACIÓN IN SILICO
El nuevo paradigma es que todos los genes se conocerán y
el punto de partida para una investigación biológica será
TEÓRICO.
Una década después…
Bases de datos:
nuevas fuentes de
información para la
práctica clínica
KEGG
http://www.genome.jp/kegg/
¿Qué información contiene
KEGG?
OMIM
http://omim.org/
¿Qué información contiene
OMIM?
PDB
http://www.rcsb.org/pdb/
¿Qué información contiene
PDB?
Estructuras tridimensionales
¿Dónde encontrar
más información y
actualizarse sobre
las aplicaciones
médicas de la
Bioinformática?
http://blogs.sld.cu/oserranob/
También disponible:
Información sobre:
- otras herramientas bioinformáticas,
- genomas,
- eventos…
Sus actualizaciones se circulan vía e-mail.
Suscripciones y colaboraciones con:
[email protected]
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UN RESUMEN
A MODO DE CONCLUSIONES,
O VICEVERSA
- La biología y la medicina no son las mismas desde que
tuvieron relaciones con la computación.
- La medicina será aún más diferente en unos pocos años.
- Existe una medicina virtual que es tan real como la que
está allá afuera.
- Se pueden buscar respuestas, formular hipótesis y hasta
hacer experimentos sin un laboratorio ni “salir de casa”.
- El profesional de la salud necesita ineludiblemente de las
herramientas bioinformáticas, no como una habilidad
opcional sino básica, que mejorarán su desempeño
clínico.
ARTÍCULOS RECOMENDADOS:
1. Trends in Biotechnology 1996;14:261-272.
2. Biotech Journal International 2001;12-14.
3. Nucleic
Acids
Research
2010;38
[Database issue]:D1–D4.
4. Briefings in Bioinformatics 2010;2(1):1-2.
5. Genome Medicine 2009;1:77.
6. Pharmacogenomics 2010;11(2):249–256.
7. Nature. 2009;462(7269):21.
AUTOEVALUACIÓN:
1. Mencione los tres hallazgos o avances
que, a su juicio, fueron más relevantes
en la secuenciación del genoma
humano.
2. De las funciones de la bioinformática,
¿cuál considera más cercana a su labor?
¿Por qué?
3. En una de las bases de datos
presentadas busque información sobre
una enfermedad de su interés.