Simulación y Bioinformática

Uno de los campos en donde se utiliza la simulación es sin lugar a dudas la bioinformática.

Pero qué es la bioinformática? En Internet se pueden encontran una gran cantidad de definiciones, pero una definición sencilla y fácil de entender, para todos biólogos, informáticos, etc., es la que se encuentra en la página Web del NCBI (The National Center for Biotechnology Information) que señala que la bioinformática es el campo de la ciencia en la cual la biología, ciencias de la computación y tecnologías de la información se unen en una sola diciplina.

La Bioinformática, se ha planteado tres objetivos:

  • Desarrollar nuevos algoritmos y estadísticas para acceder a la información existente en bases de datos de gran escala (tales como: US Genbank, EMBL, DDBJ). Éstas bases de datos almacena en sus filas información biológica que se puede accede mediante la Web.
  • Desarrollar herramientas que ayuden en el análisis y la interpretación de la información que se mencionó anteriormente, incluyendo secuencias de animoácidos, nucleótidos o estructuras de proteínas.
  • Analizar los datos de una manera biologicamente significativa. Esto incluye el desarrollo de herramientas que permita predecir y analizar la estructura en el espacio de proteínas y ácidos nucleicos, ya que muchas propiedades biológicas de las proteínas pueden deducirse de su representación en 3D.

Otra forma de pensar acerca de la Bioinformática es verla como una nueva ciencia que unifica temas de cuatro campos de la biología: genómica, transciptomics, proteómica y metabolómica. La primera relacionada con el estudio del material genético presente en los cromosomas de todos los organismos. La segunda, transcriptomics, es el análisis sistemático de las copias acumuladas dentro de una celula o tejido. Para la tercera, las proteinas son las moléculas más importantes en la vida de los organismos y el estudio completo de ellas se conoce como proteómico. Y la cuarta, metabolómica, es modelar y simular complejas redes metabólicas.

A parte de éstos campos establecidos, una nueva ciencia denominada systeomics está surgiendo. También conocida como la biología de sistemas, tiene por objeto el tratamiento de entidades biológicas como los sistemas y sobre todo en la definición de enfoques para comprender la célula, su estructura dinámica y de control o métodos de diseño.

Simulación y modelado en Bioinformática

El modelado y simulación en bioinformática están actualmente involucrado con la metabolómica y systeomics, para estudiar los procesos bioquímicos esenciales como la señalización celular o rutas metabólicas. Estos procesos son generalmente analizados utilizando ecuaciones diferenciales continuas o modelos de simulación discreta. Podemos encontrar, por ejemplo, utilizando enfoques Random Boolean Networks, Redes de Petri, gráfico basado en los sistemas o el pi-cálculo.
Random Boolean Networks, dentro de la bioiformática, se introdujo por Kauffman como una herramienta para el estudio de la dinámica biológica de génes complejos o redes metabólicas. Las bases que sustentan la idea, es que cada parte del sistema puede verse afectado por el comportamiento de otras partes. Se utilizan fundamentalmente para modelar y simular las redes de genes en los que ciertas combinaciones de la actividad de los genes a su vez enciende o apaga otros genes.

Petri Nets, en Bioinformática, se introdujo por primera vez por Reddy para modelar vías metabólicas en relación con la genética y la comunicación celular, para investigar las propiedades cuantitativas de las redes de bioquímica o para modelar sistemas estocástico como el efecto estabilizador de algunas proteínas.
McCaskill presenta el gráfico de sustitución química para procesamiento de ADN. Este tipo de de modelado y simulación gráfica se ha definido con el fin de modificar el cálculo original basada en motivaciones biológicas de los procesos genéricos de rutina.

Más recientemente, Regev propuso en su libro un modelo biomolecular de procesos utilizando el pi-cálculo, un álgebra de proceso originalmente desarrollada para especificar sistemas computacionales actuales.

Algunos projectos de investigacón en curso para el modelado y simulación en bioinformática utilizando los avances descritos pueden ser encontrados en la Literatura o en la Web. Se puede citar por ejemplo, en el campo del modelado y simulación de células, Cell Ilustrator, CyberCell, E-Cell, BioSpice o The Silicon Cell Project.

Existen muchas oportunidades para investigaciones de modelado y simulación, no sólo en bioinformática. Éstas pueden traer un nuevo nivel de abstracción a éste campo, brindando herramientas, que puedan estar disponibles para desarrollar nuevas y adecuadas perspectivas de trabajo.

Nota: Las referencias bibliográficas están marcadas como links en el texto.

Natalia Cristina Ludeña Valle.

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