Aportaciones de la bioinformatica

1. Benemérita universidad
autónoma de Puebla
Facultad en ciencias de la computación
Desarrollo de habilidades en el uso de la
tecnología, la información y la comunicación
Arturo Dawe González
Tarea 4: Ensayando
Ensayo “Bioinformática”

2. Nancy Velázquez Gutiérrez
Resumen
El Proyecto Genoma Humano está produciendo una inmensa cantidad de
secuencias de nucleótidos que contienen genes que codifican proteínas nuevas.
La tarea de la bioinformática es interpretar esos datos. Este trabajo presenta un
repaso de la bioinformática como campo enfocado en una meta central: la
predicción de la estructura de la proteína y el desarrollo de algoritmos rápidos, los
avances y aportaciones para la sociedad, sin dejar de lado el mejoramiento de una
calidad de vida para generaciones futuras. La primera parte de este trabajo
repasará los conceptos de genes y proteínas, se hablara de la historia y en que
consiste la bioinformática. La segunda parte trataremos las tecnologías
computacionales aplicadas a la bioinformática tres diferentes aplicaciones y las
aportaciones que en el futuro ayudara a la sociedad.
Introducción
La Bioinformática es el campo de la ciencia en donde la biología, la informática y
la tecnología se fusionan en una sola disciplina, se ha convertido en una ciencia
que está entrando en auge en Latinoamérica debido a que la tecnología ha tenido
un gran desarrollo. La secuenciación de genomas lleva la necesidad de obtener
conclusiones de la lectura de esos millones de pares de bases, saber qué
codifican, cómo se relacionan y regulan la expresión de los distintos productos
génicos, además de encontrar la función de proteínas desconocidas y de generar
modelos que permita estudiar su secuencia. La rapidez y eficacia de esas
conclusiones se ha generado gracias al desarrollo de la Bioinformática. El ensayo
que se presenta a continuación pretende dar a conocer a la bioinformática como
campo enfocado en la predicción de la estructura de la proteína y el desarrollo de

3. algoritmos rápidos, los avances y aportaciones para la sociedad, sin dejar de lado
el mejoramiento de una calidad de vida para generaciones futuras.
Bioinformática
La Bioinformática es el uso de técnicas computacionales, matemáticas y
estadísticas para el análisis, interpretación y generación de datos biológicos. Hace
algunos años no se escuchaba dicho término, hoy en día la bioinformática es una
ciencia muy joven, si miramos a través del tiempo algunos descubrimientos fueron
de la siguiente manera: 1958 Primera secuencia de proteína, 1975 Primera
secuencia de ADN, 1986 Desarrollo PCR (Polímeros) y por ultimo el inicio de la
era Genómica.
Hay que destacar que el objetivo de la bioinformática es almacenar datos de
genes a través de minería de datos como también observar que hacen los genes,
por otra parte la bioinformática busca llegar a la medicina y ayudar en la obtención
de curas para enfermedades como el cáncer, las enfermedades que se derivan de
mutaciones, etc.
Es por ello que me parece que la definición de la universidad de Colombia
(2008) muestra un mejor panorama acerca del tema. La bioinformática es el
resultado de la unión indisoluble entre las tecnologías informáticas y las
ciencias biológicas. Fue concebida en principio para resolver interrogantes
como los siguientes: ¿cómo almacenar y organizar secuencias de ADN?
¿Cómo hallar intrones y exones en secuencias de ADN genómico? En esta
era postgenómica, la adquisición de nuevas y mejores herramientas
computacionales ha hecho posible que la bioinformática se convierta en
pieza clave para aplicaciones como filtro genético, diagnóstico molecular,
hallazgo de nuevos fármacos y mejoramiento genético de cultivo. (p. 39).
El proyecto del genoma humano

4. En 1988 inició en diversos laboratorios de investigación científica ubicados en
diferentes países del mundo, la aventura biológica más grande: el Proyecto del
Genoma Humano.
Este proyecto representa un esfuerzo de colaboración a nivel internacional y tiene
como objetivo la secuenciación completa de la información genética humana y la
de organismos de relevancia en los campos de la salud y la alimentación.
A siete años del iniciar el Proyecto del Genoma Humano, los científicos han
desarrollado con éxito la primera etapa del mismo: consiguieron la secuenciación
completa del genoma de algunos animal como el gusano Caenorhabditis elegans.
Ahora inicia lo que se considera como la etapa más complicada: la identificación
de todos los genes que forman el ADN humano.
Historia de la bioinformática
La bioinformática es una ciencia de naturaleza interdisciplinaria, cuya historia se
partió en dos después que por vez primera se secuenció en forma completa una
proteína, la insulina, por parte de Frederick Sanger y sus colegas en la
Universidad de Cambridge, durante la década comprendida entre 1945 y 1955
Sanger y su equipo, mediante un laborioso proceso analítico, separaron e
identificaron los fragmentos de la degradación de la proteína y determinaron el
orden de aparición de los aminoácidos, algo que nadie hasta ese momento había
sido capaz de hacer.
La difusión de las nuevas técnicas para secuenciar el ADN y las proteínas, así
como el volumen cada vez mayor de secuencias almacenadas en los bancos de
datos, hicieron necesaria la creación de algoritmos a fin de catalogar y comparar
secuencias, en los que se reconoce como pionera a Margaret Oakley Dayhoff,
connotada investigadora del Centro Médico de la Universidad de Georgetown.
La doctora Dayhoff desarrolló métodos computacionales que le permitieron
comparar secuencias proteicas y a partir de los alineamientos entre ellas
investigar las relaciones y por tanto la historia evolutiva entre los diferentes reinos,

5. phyla y taxa biológicos. Para Higashida piensa que “en la actualidad, existen
bases secundarias, llamadas también bases de conocimiento porque contienen el
conocimiento biológico acumulado necesario para comprender el funcionamiento y
la utilidad en todos los niveles de organización de un ser vivo.” (p. 35).
Para el futuro, se espera disponer de una representación computacional completa
de la célula y del organismo con el fin de entender los principios que determinan el
elevado nivel de complejidad de los sistemas bioló- gicos
Tecnologías computacionales aplicadas a la bioinformática
La biología al igual que todas las ciencias que son base de la investigación
científica, proveen grandes volúmenes de información que requieren de técnicas
computacionales avanzadas para permitir hacer procesamiento en tiempo real.
Muchas de estas técnicas se enmarcan dentro de temas de investigación y
desarrollo informático que tienen que ver con el almacenamiento y procesamiento
de datos, entre las cuales podemos mencionar las bases de datos (BD)
relacionales y semánticas, las bodegas de datos, minería de datos y algunas
técnicas de inteligencia artificial, entre otras.
Base de datos biológicos
Las bases de datos biológicas se pueden dividir en tres categorías: Bases de
datos primarias, las cuales contienen datos biológicos originales. Son archivos de
secuencia en bruto o datos estructurales. Bases de datos secundarias que
contienen información procesada computacionalmente, con base en datos
primarios. Las bases de datos de secuencias de proteínas traducidas contienen la
anotación funcional perteneciente a esta categoría. Bases de datos
especializadas, aquellas que atienden a un interés de investigación en particular.
Muchos de los problemas detectados en las investigaciones científicas, radican en
la necesidad de conectar las bases de datos secundarias y especializadas a las
bases de datos primarias.
Máquinas de aprendizaje

6. Una máquina de aprendizaje es un proceso adaptativo que permite a las
computadoras aprender de la experiencia, aprender con el ejemplo, y aprender por
analogía. Existen dos buscadores de genes más populares que dieron lugar a las
Redes Neuronales Artificiales.
GRAIL es el primer programa buscador de genes, que fue diseñado para
identificar genes, exones, y varias características en las secuencias de ADN. Otro
sistema de buscador de genes es Gene Parser, que fue diseñado para identificar y
determinar la fina estructura de los genes de la proteína en las secuencias de ADN
genómico.
Un sistema neural artificial para clasificación de genes llamado GenCANS fue
desarrollado para analizar y gestionar un gran volumen de datos de secuenciación
molecular del Proyecto del Genoma Humano. El algoritmo genético ha sido
aplicado con éxito para resolver muchos problemas prácticos en muchas
disciplinas, en particular, en la bioinformática, estos se han utilizado para resolver
los problemas de alineación de secuencias múltiples.
Soft Computing en Bioinformática.
Con los avances en la biotecnología, se generan enormes volúmenes de datos
biológicos. Además, es posible que existan importantes relaciones ocultas y
correlaciones en los datos.
Para Dennis Coon (1998)
En bioinformática, los sistemas difusos juegan un papel importante para la
construcción de sistemas basados en el conocimiento. Hay muchas áreas
de aplicación de la ciencia biomédica y la bioinformática, donde las técnicas
de lógica difusa pueden ser aplicadas con éxito. Algunas de las
aplicaciones importantes de la lógica difusa son las siguientes: aumentar la
flexibilidad de los motivos de proteínas, estudiar las diferencias entre
polinucleótidos, analizar los datos experimentales de expresión utilizando la
teoría difusa de resonancia adaptativa, alinear las secuencias basadas en

7. una difusa refundición de un algoritmo de programación dinámica, la
secuenciación del ADN genético utilizando sistemas difusos, analizar los
datos de expresión génica, analizar las relaciones entre los genes y
descifrar una red genética, y clasificar las secuencias de aminoácidos en
diferentes super familias. (p.80)
La ciencia del futuro
Sin duda, la posibilidad de estudiar y manipular los genes representa una
revolución en la ciencia que cambiará nuestra forma de ver el mundo y vivir en los
próximos años, ya que su aplicación en la medicina, la industria y la alimentación
traerá beneficios hasta ahora impensables.
Así como el ADN es la molécula que almacena la información de los sistemas
vivos, las computadoras son los sistemas de información artificiales desarrollados
por los humanos. No es sorprendente que nuestros sistemas digitales de
información sean necesarios para el estudio de los sistemas de información de los
seres vivos. Representan una herramienta que favorece y hace más rápido el
trabajo de los científicos. Por este motivo, en los años recientes se ha desarrollado
el campo de la bioinformática.
Avances y aportaciones tecnológicos en la ciencia
La Bioinformática no sólo se ha convertido en una ciencia esencial para la
genómica básica y la investigación en biología molecular, también está teniendo
un gran impacto en muchas áreas de la biotecnología y las ciencias biomédicas.
Un enfoque basado en la bioinformática reduce significativamente el tiempo y el
costo requerido para desarrollar medicamentos con mayor potencia, con menos
efectos secundarios, y una menor toxicidad que el uso del tradicional ensayo y
error. En medicina forense, los resultados de los análisis filogenéticos moleculares
han sido aceptados como pruebas en los tribunales penales.
Vale la pena mencionar que la genómica y la bioinformática están a punto de
revolucionar los sistemas de salud mediante el desarrollo de la medicina

8. personalizada. La secuencia genómica de alta velocidad junto con la tecnología
informática sofisticada permitirá por ejemplo que un médico en una clínica, pueda
secuenciar el ADN de un paciente de forma rápida, y detectar así posibles
mutaciones dañinas del genoma, convirtiéndose en protagonista para participar en
el diagnóstico precoz y el tratamiento eficaz de enfermedades.
Las bases de datos del genoma de plantas y análisis de expresión génica de este
perfil han desempeñado un papel importante en el desarrollo de nuevas
variedades de cultivos que tienen una mayor productividad y más resistencia a las
enfermedades. En concreto, la bioinformática abarca el desarrollo de bases de
datos o de conocimiento para almacenar y recuperar datos biológicos, algoritmos
para analizar y determinar sus relaciones con los datos biológicos, y las
herramientas estadísticas para identificar e interpretar conjuntos de datos.
Conclusión
La Bioinformática se compone de dos subcampos complementarios entre sí: El
desarrollo de herramientas informáticas y bases de datos, y la aplicación de estas
en la generación de conocimientos biológicos para comprender mejor los sistemas
vivos. El desarrollo de herramientas incluye el software de grabación de
secuencias, el análisis estructural y funcional de estas, así como la construcción y
la conservación de bases de datos biológicas. El análisis de los datos biológicos a
menudo genera nuevos problemas y desafíos que a su vez estimulan el desarrollo
de mejores herramientas computacionales.
La Bioinformática puede considerarse como un pilar imprescindible en los
proyectos de genómica y proteómica en los que es necesario organizar resultados,
analizarlos, generar hipótesis y proponer nuevos experimentos. Esta actividad ha
hecho que la Bioinformática se convierta en un componente básico para el
desarrollo de la biología molecular, la biotecnología y la biomedicina.
Con lo anterior mencionado queda claro que la bioinformática es una nueva
ciencia esencial para el desarrollo de beneficios para al mundo entero y por
consiguiente el mejoramiento de la calidad de vida para generaciones futuras.

9. Bibliografía
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Citas textuales
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