El paradigma entre las ciencias biológicas en las ciencias de la computación




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fecha de publicación26.10.2015
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El paradigma entre las ciencias biológicas en las ciencias de la computación
Por: Juan Carlos Villalobos Arrieta

"La Biología debe ser considerada una Ciencia de la Información, y esto significa un cambio de paradigma." Leroy Hood. Promotor del Proyecto Genoma Humano. Creador de los secuenciadotes automáticos en los 80. Universidad de Washington.

Hace apenas 8 000 años en las riveras del río Nilo, uno de nuestros antepasados tuvo una idea brillante que significó el cambio de la forma de vida de todos sus descendientes. Este individuo decidió dejar de recolectar y casar sus alimentos, que de cualquier manera ya escaseaban por aquellos días debido al gran número de sus contemporáneos; y cultivó algunos granos. De esta manera se cree que surgió la agricultura y fue la primera expresión del hombre por simular la acción de la naturaleza y cambiar su entorno.

Varios cientos de siglos más tarde en un monasterio, un hombre llamado Gregorio Mendell dedicó toda su vida a experimentar con una especie de frijoles, luego de muchas noches y días de observación y análisis, llegó a una serie de conclusiones que en el futuro se conocerían como las leyes de herencia de Medell. También hubieron otros hombres que observaron directamente la naturaleza, la estudiaron e hicieron grandes descubrimientos, por ejemplo, Louis Pasteur que descubrió la acción de las bacterias o por otro lado Charles Darwin escribió su libro sobre la evolución de las especies.

Pero que tienen todos ellos en común? Bueno a todos los une su observación de la naturaleza y su deseo de aprender de ella, por lo tanto todos son de una u otra manera precursores de las ciencias biológicas actuales.

Y ahora que hemos llegado hasta este punto, tenemos la duda, de cuál es el paradigma descrito en el título de este artículo. Para responder a esto debemos remontarnos a la década de los 70 y 80. Por esas fechas los biólogos realizaban intrincados experimentos siguiendo al pie de la letra el famoso método científico y realizaban algunos cálculos matemáticos utilizando unas rusticas computadoras de circuitos integrados. Por otro lado la computación, que era una ciencia relativamente joven, daba sus primeras incursiones en campos cada vez más complejos, demostrando así su gran potencial. Sin embargo dado el costo y la dificultad de manejo de los poderosos mainframe, que eran las computadoras más apropiadas para los trabajos de alta complejidad; su uso no era muy extendido.

Con la llegada de las microcomputadoras, que contaban entre sus características el aumento de sus capacidades de memoria y procesamiento de datos, la disminución de su tamaño, la reducción de sus precios y su facilidad para manejarlas. Muy pronto muchas personas, compañías e instituciones adquirieron estos equipos. No tardó alguien al que se le ocurrió utilizarla con fines un poco más especializados y fue así como surgieron los programas de computadoras para cada una de las necesidades de los científicos; lo que vino a facilitar bastante su trabajo y les permitió dedicar sus esfuerzos en otras áreas de interés.

Hollywood lleno la cabeza de las personas con ciencia ficción de robots, viajes espaciales y en fin un sin número de fantasías que no era más que las ideas de científicos visionarios un poco exageradas. De esta manera mientras Hollywood ganaba grandes sumas de dinero con sus películas, algunos científicos y otros no tan científicos creaban armazones metálicas, plásticas o de otros materiales fusionados con partes de computadoras tratando de crear un robot cuyo funcionamiento simulara a los organismos biológicos. Esto es lo que se conoce como robótica, que dicho sea de paso a lo largo de todos estos años no ha logrado su objetivo de “crear el hombre bicentenario”.

Sin embargo todo lo anterior no describe el verdadero paradigma, sino que más bien son antecedentes del mismo, que se da realmente hasta hace unos pocos años cuando se inicia con el Proyecto del Genoma Humano a finales de la década de los 90. Y es que como se describió arriba, en la primera etapa del trabajo conjunto de la informática y la biología, las computadoras eran lo que los científicos consideran “tontos útiles” ya que les permitían realizar procesos complejos de una manera más rápida. La principal razón del comentario realizado por Leroy Hood al inicio de este articulo, se debe al gran volumen de datos que son generados por la investigación genética, por ejemplo veamos algunas estimaciones:

  1. Hay 24 pares de cromosomas; el menor tiene unos 50 millones de pares de secciones, el mayor unos 250 millones.

  2. Si se reunieran, los datos del genoma ocuparían 1000 libros de 200 páginas.

  3. La diversidad genética humana: 5.000 millones de personas que se diferencian en un 0,1% de su material genético. Esto genera un catálogo de diferencias en secuencias teórico de 5000 billones de registros.

Aquí únicamente se está tomando en cuenta los datos sobre los cromosomas, también se deben tener en cuenta las proteínas, los aminoácidos y la información genética de otros seres vivos. Por lo anterior verdaderamente la biología está convirtiéndose en un ciencia de la información.

Todo esto que hemos descrito es tan solo la punta del iceberg y antes de ahondar más en este tema, debemos considerar el ADN (ácido desoxirribonucleico) como el escalón fundamental que sirve de base para el resto de reilaciones moleculares. El ADN es una molécula que porta información agrupada en genes que son secuencias de nucleótidos de longitud variable que sirven para la producción de proteínas. El conjunto de todo este material genético presente en los cromosomas recibe el nombre de genoma. La relación entre el ADN (portador de la información) y las proteínas (resultado de su expresión) se lleva a cabo, mediante una molécula intermedia denominada ARN (ácido ribonucleico). El ADN se transcribe a ARN y éste es traducido en una proteína en otro orgánulo celular denominado ribosoma. Las proteínas se constituyen como polímeros formados por combinaciones de 20 aminoácidos codificados en los genes y son las moléculas que realizan la mayoría de las tareas en las células, tienen papel estructural, actúan como catalizadores de las reacciones químicas, transportan, capturan y almacenan otras moléculas, comunican la célula con el exterior y llevan a cabo la replicación de las moléculas de ADN permitiendo así que la información se conserve de una generación a otra.

Veamos ahora las tres grandes áreas en las que podemos agrupar todas los investigaciones y proyectos científicos que implica a la biología y la informática:

Bioinformática (Informática aplicada a la biología molecular y la genética) investigación y desarrollo de la infraestructura y sistemas de información y comunicaciones que requiere la biología molecular y la genética (Redes y bases de datos para el genoma, microarrays,...)

Biología Molecular Computacional (Informática y matemáticas aplicadas a la biología): computación que se aplica al entendimiento de cuestiones biológicas básicas, en el nivel molecular, mediante la modelización y simulación.

Biocomputación (Biología aplicada a la computación)desarrollo y utilización de sistemas computacionales basados en modelos y materiales biológicos. (biosensores, computación basada en ADN, redes de neuronas, algoritmos genéticos). 

Existen una gran cantidad de investigaciones de este tipo por ejemplo podemos mencionar: El proyecto de Nano-partículas que serán cápsulas inyectadas al torrente sanguíneo capaces de eliminar o restaurar células deterioradas con aplicaciones médicas y para eliminar el efecto producido por las radiaciones de los fotones en los viajes espaciales, este proyecto es financiado por la NASA. O el proyecto INFOBIOCHIP que consisten en una base de datos sobre reacciones de tejidos vivos por medio de micro matrices (microarrays), utilizado por los biochip, desarrollado por el Instituto para la Salud Carlos III en España.

Una vez que tenemos claro estos conceptos, nos damos cuenta que para la biología esto es un paradigma; ahora, si lo vemos desde el punto de vista de la informática el panorama resulta aún más complicado. Teniendo en cuenta que la Tecnología de la Información es reciente y aun peor no tiene bases sólidas y formales que la sustenten como ciencia, y si además agregamos que la investigación biológica podría transformar drásticamente el concepto actual de informática, entonces llegamos a la interrogante: Está la informática preparada para absorber a la biología o más bien ocurrirá lo contrario? Personalmente creo que ninguno de estos dos casos se llegará a dar, por un lado la biología comprende campos más allá de generar datos sobres seres vivos y la informática por otro lado se ocupa de gestionar otros tipos de información además de la producida por las investigaciones científicas.

Si creo que este paradigma entre la ciencias biológicas y la informática produzca buenos frutos no sólo para el conocimiento humano, sino también que resultará en la mejora de cada una de las disciplinas implicadas.

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