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 La vida en software |
24/07/2012
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El Instituto Venter y la Universidad de Stanford replican por primera vez el ciclo de una bacteria
La tcnica abre la va a ensayos virtuales de frmacos para curar enfermedades
La cada vez ms estrecha relacin entre la biologa y la informtica sigue dando sus frutos. Un equipo de cientficos estadounidenses ha diseado por vez primera un programa capaz de reproducir los procesos biolgicos de un ser vivo, en este caso, el ciclo vital completo de una bacteria unicelular. Nunca hasta ahora se haba conseguido contar con un modelo digital de un organismo completo. Y aunque por s mismo no va a servir para curar a nadie, el anuncio abre las puertas al desarrollo de modelos virtuales ms complejos con los que experimentar posibles terapias mediante los efectos de nuevos medicamentos o profundizar en el conocimiento de los procesos celulares sin tener que pisar el laboratorio. Simplemente bastara con el teclado del ordenador.
La vida es un sistema regido por un software, que es el genoma, ha comentado en alguna ocasin el investigador (y hombre de negocios) Craig Venter. Un artculo publicado en la revista Cell por parte de un equipo de la Universidad de Stanford y del Instituto J. Craig Venter, presidido por el propio bilogo estadounidense, ha llevado estas palabras a una dimensin real al conseguir condensar la vida de la bacteria Mycoplasma genitalum en un programa informtico.
La eleccin de este microorganismo no tiene nada de casual. Esta bacteria unicelular, que se aloja en el tracto urinario, puede ser bastante molesta para los humanos ya que es la responsable de una infeccin de transmisin sexual que, en ocasiones, se confunde con la gonorrea y la clamidia. Pero la particularidad por la que se ha elegido para servir de modelo no est relacionada con su patogenicidad, sino con su simplicidad. Con solo 485 genes (582.000 pares de bases) y un nico cromosoma es la bacteria con vida independiente con el genoma ms sencillo. Gracias a esta estructura tan elemental (una bacteria clsica de la experimentacin cientfica como la Escherichia coli tiene 4.288 genes; el ser humano, 30.000) apenas guarda secretos para los investigadores. Y esta es la clave.
El hecho de conocer de forma detallada el comportamiento molecular de la clula permite trasladar todos estos procesos al programa informtico y poder reproducirlos en el ordenador. Sera como un simulador informtico, del tipo, por ejemplo, que emplean los equipos de frmula 1 para experimentar mejoras en los blidos sin necesidad de salir a la pista. Imaginemos que se desea mejorar el perfil aerodinmico del coche con el uso de un alern diferente. El programa de simulacin incorporara los parmetros de la nueva pieza y arrojara un resultado sobre si compensan o no las variaciones introducidas, relata Dopazo. Algo similar ofrece este modelo ya que se puede analizar cmo reacciona la bacteria al alterar los procesos internos a travs, por ejemplo, del empleo de frmacos.
El modelo presentado por los autores es el primer esfuerzo real destinado a simular de forma integrada los procesos que se desarrollan en un microorganismo vivo, y debera ser elogiado aunque solo fuera por la audacia que demuestra, explican Peter L. Freddolino y Saed Travazoie, ambos profesores de la Universidad de Columbia, en un editorial que acompaa el artculo, tambin en Cell. Es una enorme tarea, tanto en lo que respecta a la interpretacin como la integracin de la cantidad ingente de datos que se ha utilizado, aaden. Pese a todo, los propios autores hablan, de momento, de un primer borrador del modelo.
Joaqun Dopazo, director cientfico del Centro de Investigacin Prncipe Felipe (CIPF) de Valencia y responsable del Instituto de Genmica Computacional del mismo centro, compara con una gigantesca ecuacin esta compilacin y empaquetamiento informtico de procesos que describen cuestiones como la replicacin celular, el metabolismo interno o la generacin de energa.
Hasta el momento, se haba conseguido reproducir en el ordenador procesos celulares aislados.
El hecho de haber creado un modelo informtico integral de un organismo vivo es una prueba para los escpticos de que la modelizacin puede ser un instrumento vlido, explica el investigador. Sin embargo, hasta que se logre conocer, primero, y sistematizar, despus, en una plataforma informtica los procesos que tienen lugar en una clula humana pasar algn tiempo. Ser necesaria mucha capacidad de clculo, advierte.
Por ahora, para dar este primer paso, los autores explican en el artculo que compilaron informacin de ms de 900 publicaciones cientficas, as como, entre otros aspectos, una clasificacin de las interacciones de 28 tipos de molculas (DNA, RNA, protenas y residuos del metabolismo celular conocidos como metabolitos). La informacin que maneja el modelo es tal que reproducir en el simulador el proceso de divisin celular cuesta entre nueve y diez horas, casi el mismo tiempo que necesita la clula para dividirse en el medio natural.
No tan simple
JAVIER SAMPEDRO
La versin biolgica de Mycoplasma genitalium es una de las bacterias ms pequeas conocidas, y por tanto uno de los organismos ms simples del planeta, con solo 485 genes 40 veces menos que una clula humana y poco ms de un centenar de metabolitos, o molculas orgnicas pequeas que se van formando y consumiendo durante la actividad vital de la clula. Incluso es capaz de vivir dentro de las clulas humanas. Desde hace aos no solo se conoce su genoma, sino tambin lo que ocurre cuando se muta cada uno de sus genes. El micoplasma se podra ver como el tomo de hidrgeno de la biologa, su sistema autnomo ms estilizado, y por tanto el ms fcil de modelar.
Su versin virtual, o simulada, es un programa informtico de tal complejidad que necesita un agregado de 128 ordenadores y tarda 10 horas en simular una sola divisin celular, que es la ms simple de las operaciones que cabe concebir en una clula viva. La Escherichia coli que vive en el intestino humano, que es una bacteria mucho ms compleja que el micoplasma, con ms de 4.000 genes, solo tarda 20 minutos en dividirse. Estos simples nmeros revelan que la fuerza bruta de computacin no est ms cerca de emular las operaciones bsicas de la clula viva que Deep Blue de funcionar como un cerebro humano, con perdn de los ajedrecistas.
Pero las clulas simuladas sern de gran utilidad mucho antes de que los bilogos moleculares, los cientficos de la computacin y los filsofos del futuro entiendan las razones profundas de esas odiosas comparaciones. La razn principal es que hacer experimentos es mucho ms rpido en un organismo virtual que en uno real.
Una tcnica esencial en la investigacin de nuevos frmacos es el rastreo de centenares de miles o millones de molculas autnticas bibliotecas combinatorias de compuestos qumicos en busca de una o unas pocas que muestren actividad contra la enfermedad en cuestin. Estos rastreos masivos, como es natural, no se pueden hacer en pacientes humanos, y hasta ahora se han utilizado animales de experimentacin o algn tipo de modelo biolgico, como clulas en cultivo. Ahora se abre la posibilidad de utilizar bibliotecas de molculas virtuales y simuladores de clulas o de organismos para este propsito. No solo la Big Pharma, sino tambin la farmacologa acadmica y la genmica aplicada, se podrn beneficiar de esta estrategia.
Lo mismo vale para la creacin de otras molculas de inters industrial, como nuevos catalizadores y componentes de nanomateriales, y de biocombustibles que no requieran arruinar ms bosques y sean compatibles con la nutricin humana y el cuidado del entorno.
De las nuevas simulaciones de organismos, una parte de la biologa computacional, cabe decir lo mismo que de la biologa de sistemas en su versin tradicional, o basada en bacterias de verdad. La biologa de sistemas y su versin computacional se basan en el conocimiento total de un sistema vivo autnomo. Hasta ahora se haban simulado redes de genes con una regulacin comn, o mdulos del metabolismo, la cocina de la clula. Ahora hablamos de simular un ser vivo completo y autnomo, aunque sea el ms simple imaginable. Tambin Dios tendra que empezar por algo.
(Elpais.com)
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