La ciencia aspira a resolver los grandes problemas de la humanidad mediante la Biología Computacional

La ciencia aspira a resolver los grandes problemas de la humanidad mediante la Biología Computacional

Redacción 14.5.2019.- La biología computacional es casi tan antigua como la informática. De hecho, Alan Turing, el matemático y criptógrafo británico considerado unánimemente uno de los padres de la informática, utilizó los primeros ordenadores para desarrollar modelos matemáticos de la morfogénesis, que a grandes rasgos es el proceso biológico que explica cómo un organismo desarrolla una forma determinada.

Este hecho refleja que una de las primeras aplicaciones de la computación tal y como la conocemos fue, precisamente, la biología, pero los mayores avances que está propiciando la alianza entre estas dos disciplinas se han producido durante las últimas dos décadas. Y esto ha provocado que las expectativas de los científicos estén por todo lo alto debido a una razón de peso: la biología computacional aspira a resolver algunos de los mayores problemas a los que se enfrenta la humanidad actualmente.

La biología computacional como la ciencia que recurre a herramientas informáticas para ayudarnos a entender mejor los sistemas biológicos más complejos, y la computación biológica como la rama de la informática que estudia cómo podemos utilizar elementos de naturaleza biológica, como proteínas o moléculas de ADN, para procesar y almacenar información.

La biología computacional, ante todo, es una ciencia interdisciplinar, y se ocupa de desarrollar algoritmos y modelos matemáticos que puedan ayudarnos a entender mejor los sistemas biológicos y las relaciones que existen entre ellos.

El estudio de estos sistemas forma parte del corazón mismo de la biología, pero esta ciencia tiene un alcance más amplio. Y es que también se ocupa del comportamiento de los seres vivos de forma individual, de la evolución de las especies en su conjunto, de la interacción que se produce entre ellas y de su relación con el medioambiente.

Que problemas aspira a resolver la biología computacional

«La biología es la única ciencia capaz de dar respuesta a los problemas fundamentales a los que se enfrenta el mundo, como la salud de los seres humanos o la del propio planeta». Esta declaración que Arvind Gupta, el fundador de la empresa de biotecnología y mecenazgo IndieBio. Esta última empresa defiende que tres de las áreas en las que la biología computacional tiene la capacidad de marcar la diferencia durante los próximos años son las terapias de incremento de la longevidad, la inmunoterapia y las aplicaciones de la técnica de edición genética CRISPR.

Otro campo en el que esta disciplina aspira a alcanzar avances muy significativos es la neurociencia computacional, que se ocupa del funcionamiento de nuestro cerebro analizando la capacidad de procesar información que tienen las estructuras que conforman nuestro sistema nervioso.

Otra área de estudio cubierta por el paraguas de la biología computacional es la farmacología computacional. Se encarga de estudiar el vínculo que existe entre la información genética que posee un organismo concreto (este concepto se conoce como genotipo) y la manera en que le afectan un determinado tipo de enfermedades. También se ocupa de poner a punto los fármacos que son necesarios para tratar esas enfermedades con la máxima eficacia posible.

La anatomía computacional, por su parte, aborda el estudio de la forma que adquieren los seres vivos analizando todas las escalas de su morfología, desde las estructuras más grandes que podemos observar a simple vista hasta las microscópicas. Muchos hospitales utilizan estas máquinas para observar las alteraciones en los tejidos que pueden delatar la presencia de células cancerígenas y otras patologías.

Además, la biología computacional aplicada al tratamiento del cáncer se ocupa de predecir las mutaciones que va a experimentar una determinada manifestación de esta enfermedad con el objetivo de combatirlas con más eficacia. Para hacerlo posible los biólogos computacionales que trabajan en esta área diseñan algoritmos específicos que llevan a cabo estas predicciones a partir de unas colecciones de datos enormes que han recogido previamente gracias al análisis del ADN, el ARN y otras estructuras biológicas de los pacientes que están siendo estudiados.

Muchas de las áreas de estudio abarcadas por la biología computacional aspiran a tener un impacto beneficioso en la salud de las personas, pero esta disciplina también puede ayudarnos a cuidar más y mejor nuestro planeta. Este es, precisamente, el propósito último de la ecología computacional, una rama de la biología computacional que se preocupa de resolver los problemas ecológicos que ponen en aprietos a nuestro planeta, como el calentamiento global o el cambio climático.

La biología computacional en España

Hace trece años el profesor Alfonso Valencia, del Centro Nacional de Biotecnología-CSIC, publicó un artículo en el que analizaba de una forma bastante minuciosa el papel que la biología computacional tenía en España en aquel momento, y el panorama hasta entonces no había sido muy halagüeño. El profesor Valencia hizo hincapié en su texto en la idea de que la ausencia de iniciativas importantes en áreas como la genómica, que se encarga del estudio del material genético de los sistemas biológicos, y la proteómica, que intenta entender mejor la estructura y la función de las proteínas, había provocado un retraso científico y tecnológico en España.

Alfonso Valencia también recoge en su artículo varios proyectos muy importantes que, afortunadamente, ya estaban en marcha en 2006, que fue el año en el que lo publicó, y que pretendían acabar con la situación de desventaja en la que se encontraba España frente a los países punteros en biología computacional. El Centro Nacional de Genotipado, el Instituto de Proteómica, el Banco de ADN y el Instituto Nacional de Bioinformática son algunas de las instituciones que están liderando la actividad en biología computacional en el sector público.

Además, muchas de las universidades españolas que imparten titulaciones en el área de las ciencias biológicas han introducido la bioinformática en sus currículos académicos y han puesto a disposición de sus alumnos másteres específicos en biología computacional. La Universidad Autónoma de Madrid, la Universidad Politécnica de Madrid, la Universidad de Barcelona y el Instituto de Salud Carlos III son algunos de los centros españoles que actualmente imparten formación en las áreas de la bioinformática y la biología computacional.

En cualquier caso, actualmente una de las instituciones españolas punteras en esta materia es el Grupo de Biología Computacional que dirige el profesor Alfonso Valencia dentro del Centro Nacional de Supercomputación, que está ubicado en Barcelona. Este grupo está investigando en áreas tan interesantes como son la predicción de las consecuencias que tienen las mutaciones en la evolución del cáncer; la epigenómica, que estudia cómo la edad y la exposición al medioambiente pueden alterar el comportamiento de los genes; la computación cognitiva, que diseña algoritmos capaces de simular los procesos del pensamiento humano dentro de un ordenador; y la inteligencia artificial, entre otros ámbitos de estudio.

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JULIAN MALAESPINA

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