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La biología molecular está en un momento similar al de la física cuando empezó a conocer el universo y obtuvo grandes cantidades de información de los telescopios”, asegura Julio Collado Vides, investigador de biología computacional del Centro de Ciencias Genómicas de México. Como Galileo observando el firmamento, somos los primeros en ver las maravillas ocultas a los siglos pasados, galaxias infinitas se asemejan a los enormes volúmenes de datos que está produciendo la genómica en la actualidad.

En 1988, el Congreso de los Estados Unidos aprobó el presupuesto para un proyecto comparable con el viaje a la luna, tres mil millones de dólares y 15 años para determinar la secuencia completa de nucleótidos del ADN, localizar los genes, construir mapas físicos, mapas genéticos, analizar genomas de distintos organismos para ser usados como sistemas modelo para entender el humano, debatir las implicaciones éticas y legales en estos avances científicos, y desde luego desarrollar la tecnología necesaria para soportar el estudio. Pocos avances científicos caben en las agendas presidenciales, lo cual confirmaba que se trataba de un evento histórico. El 26 de junio del año 2000, el presidente de los Estados Unidos, Bill Clinton, y el primer ministro de Gran Bretaña, Tony Blair, anunciarían que era posible leer el código genético humano. Con el libro de la vida abierto y con sus páginas completas que parecen infinitas, se inicia una frenética carrera por su lectura e interpretación, una suerte de exégesis de la vida humana.

El reto inmediato como lo recuerda Teresa Reguero Reza, Bióloga de la Universidad Nacional de Colombia, consistió en el abaratamiento del proceso investigativo. De allí nacieron iniciativas como el concurso Archon Genomics, que realizó la fundación X Prize, en la que propuso a sus participantes secuenciar el genoma de 100 personas en menos de 10 días por un costo inferior a 10.000 dólares por genoma, de los 8 inscritos en 2016, ninguno pudo completar las secuencias en el plazo propuesto. Revisando las cifras del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, el costo por procesar un genoma se ha reducido desde los 95.000 dólares en 2001 hasta un poco más de 1.000 dólares en la actualidad.

La barrera económica para la investigación genómica se ha fracturado, y uno de los golpes más fuertes para conseguirlo lo ha dado el avance de la industria del hardware computacional, la cual ha desafiado incluso la ley de Moore, en los últimos 10 años el crecimiento ha sido notablemente mayor, lo que ha resultado en un abaratamiento de la tecnología para el procesamiento de genes y ha abierto una enorme puerta de entrada a la biología computacional.

La relación biología-computación no se reduce al equipamiento necesario para la secuenciación de genomas, “en principio hay una analogía muy cercana entre las cadenas que se trabajan en informática en general y las cadenas que se trabajan en biología”, asegura Clara Isabel Bermúdez, líder del Laboratorio de Biología Computacional de la Universidad Nacional de Colombia, de manera que “se han trasladado muchos algoritmos de la informática clásica a la caracterización de cadenas biológicas”, concluye.

Este aliado que ha adoptado la biología, se hace cada vez más imprescindible. Acorde a la Red de Apoyo a la Investigación de la UNAM, los procesos de secuenciación de última generación no solo procesan, sino también producen una gran cantidad de información al final de cada experimento realizado. Una iteración puede generar imágenes digitales que pueden ocupar hasta 3TB de espacio en disco, resultando en archivos de secuencias de aproximadamente 100GB cada uno. De allí que se haga necesario una infraestructura computacional poderosa y unas técnicas eficientes para recolectar, almacenar y evaluar este volumen de información.

Bermúdez explica, que los genomas “son sucesiones de nucleótidos, que conforman la información genética, y son muy importantes para descifrar la clave de la vida y el funcionamiento de los seres vivos. Por otra parte, existen otras secuencias más pequeñas, subproducto de las secuencias largas o genomas, a estas les llamamos: proteínas, secuencias de transcritos o micro secuencias de ARN, todas en conjunto pueden ser estudiadas por medio de algoritmos”. La investigadora aclara: “La biología computacional, es un poco más amplia en su concepto como disciplina, originalmente se había enmarcado en la bioinformática […], pero se ha consolidado bajo un concepto más amplio”.

Julio Collado Vides | Foto Conogasi

En Chile, Fernando Danilo González Nilo, dirige el Centro de Bioinformática y Biología Integrativa desde el año 2012, adscrito a la Universidad Andrés Bello. El director define este centro como multidisciplinar, pues está “constituido por siete académicos, cada uno experto en un área distinta, desde la biofísica, síntesis química, microbiología, genómica humana y genómica de microorganismos, de tal forma que la interconexión entre los académicos es muy relevante y genera el ambiente propicio para la búsqueda de nuevas preguntas científicas, por encima de preguntas ya instaladas en la comunidad científica”. González-Nilo lleva varios años impulsando la biología Computacional en Chile, pues también fue el fundador del Centro de Bioinformática en la Universidad de Talca en 2004, origen del programa en Bioinformática de la misma Universidad, y pionero en Chile, de allí que “muchos de los bioinformáticos de mi país tengan origen en Talca”, asegura el investigador, y está convencido que “esas carreras, han logrado concretar muy bien el quehacer científico”.

Por su parte Collado-Vides, recuerda los orígenes del Centro de Ciencias Genómicas de México, fundado a partir de la transformación del Centro de Investigación sobre la Fijación del Nitrógeno. Tal mutación no fue genética, se dio más bien por una serie de circunstancias afortunadas: “el Centro de Fijación de Nitrógeno tenía su origen en la investigación en biología molecular de bacterias, y en ese entonces ya se estaba encaminando hacia las ciencias genómicas, a esto se unió la creación de la Licenciatura en estas ciencias en la Universidad de Cuernavaca, lo que requirió el desarrollo de un laboratorio de bioinformática y desencadenó el primer proyecto de secuenciación en México, el de la bacteria fijadora del Nitrógeno, eso nos aglomeró a investigadores y experimentalistas […]. De ese entonces para acá han pasado muchos años, casi 20” recuerda con claridad el investigador. Acepta que el Centro de Ciencias Genómicas ya no es tan pionero como en ese entonces, pues la genómica se ha expandido en México con éxito: el Instituto Nacional de Medicina, y el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad en Irapuato, están adelantando investigaciones de calidad en biología computacional, solo por dar un par de ejemplos.

Tras su regreso a Colombia en 2013, al finalizar su doctorado en biología computacional en la Universidad de Washington, Alejandro Reyes Muñoz se vinculó a la Universidad de los Andes en su área de estudio. “Eran pocos los profesores en el país que tenían como área de estudio la biología computacional en ese entonces, y los que tenían línea de investigación eran menos, no más de siete” estima el investigador, quien recuerda la dificultad de iniciar en solitario los proyectos de investigación, “la gente no sabía bien que era (la biología computacional), cómo se trabajaba o qué se necesitaba, y tomó más de año y medio que estudiantes se vincularan a los proyectos de investigación”, así se dio inicio al grupo Biología Computacional y Ecología Microbiana (BCEM). “Mi formación estaba altamente especializada, me había dedicado de lleno al análisis de genomas microbianos, pues lo que más me ha interesado siempre han sido los virus, pero ante algo tan específico, fue necesario ampliar el espectro para que más estudiantes se vincularan”, concluye Reyes.

En la región cafetera de Colombia, crece junto a los cafetales, una de las apuestas más importantes en biología computacional del país. De ello nos habla Luis Fernando Castillo Ossa, decano de la Facultad de Ingeniería y director de la maestría en bioinformática y biología computacional de la Universidad de Caldas. “Lo interesante de esta maestría, es que el programa se da en conjunto con las cuatro universidades de Manizales (Universidad de Caldas, Universidad Autónoma de Manizales, Universidad de Manizales y Universidad Católica de Manizales), bajo un único registro calificado” cuenta el decano. Este programa cuenta con una ventaja regional, pues allí se encuentra el Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia (BIOS), del cual la Universidad de Caldas es socia fundadora, una respuesta del Gobierno Nacional en cabeza del Ministerio de Tecnologías de la Información y Comunicaciones, Colciencias y la empresa privada representada por Microsoft, para la realización de investigación de alto nivel en el país. “Los estudiantes abordan en el programa el procesamiento de datos biológicos, simulación y algoritmos bio computacionales. Permitiéndole al estudiante por ejemplo hacer simulación de tejidos de cáncer de cérvix, o indagar cómo se propaga el cáncer, todo ello a través de la biología computacional” destaca el también investigador. “La consolidación del programa académico se dio con el centro BIOS, allí se nos permite realizar el procesamiento de datos de los proyectos investigativos de los estudiantes” concluye el decano.

Fernando Danilo González Nilo | Foto Universidad Andrés Bello

Con el crecimiento de las bases de datos de genomas secuenciados, el cuello de botella en el avance científico, para Collado-Vides, “es la falta de desarrollo paralelo e igualmente intenso de tecnología que facilite el análisis e interpretación de esos datos, en eso aún estamos en pañales”. González-Nilo se adhiere: “en este instante el principal reto de la biología es poder transformar los datos en información útil y relevante para el mundo de la biotecnología”. Collado- Vides ve con preocupación la falta de métodos matemáticos que puedan analizar ágilmente los datos de la genómica. “El hecho que tengamos un genoma completo terminado no quiere decir que ya entendemos la biología del organismo” aclara. Sin embargo, ve como una ventaja, los proyectos de secuenciación de genomas de difícil consecución, aquellos que no se pueden cultivar en un laboratorio, o que se encuentran en lugares extremos como en el fondo del mar, y en distintos rincones del planeta. “Por otro lado, un reto mayor a nivel mundial es la carencia de personas altamente calificadas en esta área”. Reyes coincide en esta dificultad y amplía que a pesar de que esta disciplina en su nombre solo lleve la biología y la computación, es también en gran medida matemáticas, y “no es fácil encontrar gente que le gusten esas tres áreas y estén dispuestos a enfrentarlas”. De allí que Collado-Vides llame a la biología computacional una ciencia renacentista, “porque requiere de conocimientos de genómica, informática, estadística, computación, lingüística, y de una diversidad de áreas para avanzar en el entendimiento de los organismos vivos”. Finalmente, González- Nilo identifica el desafío tecnológico de “poder seguir almacenando una enorme cantidad de información que crece año tras año, de forma que se almacene apropiadamente, y pueda ser analizada en un tiempo razonable”.

Leonardo Moreno Gallego | Foto Uniandes

Culminado el proyecto de secuenciación del ADN humano, creímos por un momento que la tarea estaba completa, sentimos saberlo todo y que de allí en adelante no habría enfermedad incurable, y el desencanto se pronuncia con los años. La biología computacional ha heredado estas promesas, para Collado-Vides, estamos aún muy lejos de resolver tajantemente las enfermedades congénitas, y ve a esta disciplina como una herramienta, más que una solución definitiva. Sin embargo, de forma optimista resalta: “lo que sí está pasando, es que en algunas áreas se está pudiendo hacer un diagnóstico más temprano de distintas enfermedades, y mientras más temprano sepamos de un problema, más opciones tenemos”. González-Nilo, por su parte asegura que “la biología computacional está en este aspecto, haciendo aportes significativos al desarrollo de fármacos. De la mano de la genómica es posible definir un target específico para que actúe el medicamento”. Y resalta los avances en genotipificación pues “han contribuido a distinguir, por ejemplo, cómo el microbioma gástrico se relaciona con una serie de enfermedades como la diabetes, y cómo este tiene características en personas que tienen condición de sobrepeso o de baja de peso, hay muchas cosas que están pasando y que están fuertemente ligadas a la bioinformática y la biología computacional”. Leonardo Moreno Gallego, microbiólogo, quien fuera miembro del grupo BCEM en Colombia, el cual ha abandonado para abordar su doctorado en biología computacional, sintetiza: “la biología computacional sola no es la vía para cumplir las promesas heredadas, pero ha dado valiosas herramientas para entender la biología”, y quiere dejar claro que “la ciencia es lenta como tal, cuando uno quiere hacer una investigación tiene que ser consciente que esta no va a curar el cáncer, a lo sumo, va a contribuir a que eso pase y en algún momento se va a lograr curar algún tipo de cáncer, y posiblemente sea gracias a lo que usted estuvo investigando, pero es un camino de pasitos, tú vas armando la escalera hasta que llegas al objetivo”.

Luis Fernando Castillo Ossa | Foto UCaldas

El esfuerzo y el trabajo continuo va dejando frutos, y poco a poco se va armando esa escalera que menciona Moreno. En la Universidad de Caldas, por ejemplo, a través del Sistema Nacional de Regalías, “se están desarrollando proyectos en relación al cáncer de cérvix, de los cuales se han derivado ya algunas patentes” asegura Castillo-Ossa. Así, se están desarrollando modelos matemáticos que expliquen cómo se propaga el cáncer de cérvix. El decano continúa, “estamos haciendo análisis de datos biológicos para hallar la propagación de enfermedades, tenemos modelos 3D del corazón, para estudiar la detección de arritmias, y el proyecto del genoma del café, trabajos muy cercanos al análisis de datos”.

Por su parte, el grupo liderado por Bermúdez, de la Universidad Nacional, está secuenciando genomas de pacientes en Colombia con la enfermedad del Alzheimer, en colaboración con el grupo de neurociencias del Instituto de Genética, construyendo un mapa genómico con las diferentes variantes de la enfermedad.

González-Nilo, resalta un proyecto que mezcla bioinformática y nanotecnología, que contribuye tangencialmente a terapias como las que utilizan las tecnologías tipo CRISPR, el investigador expone que “uno de los problemas que tiene este tipo de terapias es la dificultad de introducir nuevos genes a la célula, para lo cual se requieren agentes de transfección, en ese contexto el Centro de Bioinformática y Biología Integrativa han diseñado “una nanopartícula a partir de información bioinformática, que emula cómo una proteína interacciona con el ADN y una vez que se da esta interacción, le permite ser incorporado dentro de la célula, lo cual permitiría realizar la edición genética” asegura el director. Y añade, “Hemos logrado transfectar células muy complejas, con transfectar me refiero a introducir material genético nuevo en la célula, lo hemos logrado exitosamente con neuronas, y células cancerígenas en una alta tasa, de hecho, este agente de transfección que fue diseñado, sintetizado y probado por nuestro grupo, actualmente se encuentra en etapa de negociación con algunas farmacéuticas”.

En este momento, el centro de investigación chileno se ocupa de varios proyectos: en ingeniería de proteínas, buscan intervenir su diseño con propósitos industriales; en nanotecnología, sistemas de liberación controlada de fármacos, con una línea específica en inhibidores de dolor. González-Nilo resalta el trabajo de Ignacio Poblete, quien está modificando una bacteria con el propósito de que esta se alimente de plásticos contaminantes y los transforme en biopolímeros. González-Nilo reconoce que algunas ideas “son un poco locas pero con tremendo potencial, como por ejemplo el almacenamiento de información digital en ADN con propósitos de crear sistemas contra ciberataques, proyecto de interés para el ejército de Chile y el ejército de los Estados Unidos”. Siguiendo esta línea vanguardista, la astrobiología pone el horizonte mucho más lejano, y retoma el investigador, “es posible que en 20 años podamos llegar a marte, con una cierta probabilidad de encontrar vida, de ser así surgen preguntas sobre estos organismos hipotéticos y si su forma de reproducción será a través de ADN u otro mecanismo molecular, dando uso de los tres telescopios más grandes del mundo, ubicados en el norte de Chile, extraemos información que nos permite elucubrar sobre los tipos de moléculas que existen en estos planetas”.

Alejandro Reyes | Foto Johanna Aguasaco

Reyes-Muñoz reflexiona sobre el modelo capitalista que rige a la ciencia: “sería ideal que a nosotros nos financiaran por lo que queremos, muchas veces hacemos bien el experimento, junto con los pasos sucesivos, y simplemente no da, porque la hipótesis que se planteó no era, y eso está bien, o en otras ocasiones, se quiere estudiar, por ejemplo, la uña del gato, pero no hay nadie dispuesto a pagar por ello. Hace 200 años la ciencia no era así, no necesitabas grandes recursos para los experimentos, no eran muy costosos, las personas se podían dedicar libremente a pensar sin importar nada, ahora por el contrario debes mostrar efectividad, en las publicaciones no te puedes dar el lujo de mostrar algo que no dé o que no tenga impacto, porque no te va a dejar dinero para continuar investigando”. A este descontento, el doctor en biología computacional agrega, “la tergiversación de la ciencia no proviene sólo de los medios, muchas veces también de los científicos que manipulan la forma como se dicen sus resultados, exagerando incluso el impacto que sus avances puedan tener”.

Con esta reflexión en mente, la biología computacional tiene una oportunidad de hacer una ciencia más equitativa. González- Nilo, recuerda como hace cinco años atrás, “los requerimientos de computación eran bastante elevados para ser competitivos internacionalmente, se necesitaba de una inversión cercana al medio millón de dólares, al menos esta fue la inversión que realizó en su momento la Universidad Andrés Bello” recapitula, “con ese dinero se adquirió un clúster de 1536 CPU y 3TB de memoria RAM, en su momento uno de los sistemas de cómputo más grandes, pero ya no lo es”. Y finaliza con un panorama alentador: “actualmente estamos en un periodo de revolución en donde los costos de instalación computacional se han reducido significativamente a través de los nuevos desarrollos en el área de las GPU (Tarjetas de procesamiento de gráficos), potenciado por los nuevos videojuegos, estos elementos se han adaptado a la bioinformática disminuyendo los costos significativamente”.

De lo anterior se espera, que el sueño de la libertad científica no se vea sometido de manera tan fuerte. La biología computacional hoy es una oportunidad para Colombia, con unos costos de investigación reducidos, en un país que no invierte más del 0,67% de su producto interno bruto en ciencia, se abre una puerta para soñar en hacer ciencia de vanguardia, se vale soñar.

Abriendo sus ojos, con la cabeza aún hacia el firmamento, el ciborg melancólico exhala ante la imposibilidad de reconocerse en medio de una selva que no distingue lo natural de lo artificial. Se reconoce inacabado, de material orgánico, pero producto de la técnica, con la añoranza de un nuevo algoritmo que le ayude a conocerse.

“Somos animales simbólicos, somos animales porque estamos regidos por las moléculas igual que cualquier otra especie animal, pero tenemos una gota de divinidad con el aspecto simbólico que nos hace seres humanos.” Collado-Vides.

Imagen de Will Falcon