Unidad profesional interdisciplinaria de ingeniería y ciencias sociales y administrativas
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  INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS Tema: METABOLÓMICA Representante del equipo Díaz Juárez Gerardo Alumnos: Bautista Pérez Aime Viridiana Cabrillas Hernández Jazmín Cruz García Martín Estrada Rodríguez Manuel Alejandro Mendoza Sanlúcar Berenice Unidad de aprendizaje Contexto Nacional e Internacional III Secuencia: 2CM31 Equipo No. 4 ÍNDICE Pág INTRODUCCIÓN 3 CAPÍTULO 1. ¿De dónde parte la metabolómica? 3 1.1 La bioinformática 3 1.2 La biología de sistemas 4 1.3 Las ciencias -ómicas 5 CAPÍTULO 2. ¿Qué es la metabolómica? 5 2.1 Definición 5 2.2 Estudio del metaboloma 6 2.3 Relación existente con la biología de sistemas 6 2.4 Funcionamiento 7 2.5 Aplicaciones 7 2.6 La metabolómica, la química del futuro 9 2.7 La metabolómica en las ciencias ambientales 9 CONCLUSIONES 10 REFERENCIAS 12 INTRODUCCIÓN Las nuevas tecnologías son fundamentales para construir un futuro sostenible y resistente. Sin embargo, sin nuevos conocimientos, herramientas y capacidades, su desarrollo seguro y exitoso está lejos de ser garantizado. En la Cumbre sobre el Programa Mundial de 2011 en Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos, el Consejo del Foro Económico Mundial, Programa Mundial de Tecnologías Emergentes, solicito a algunas de las mentes más importantes del mundo opinión sobre las tendencias tecnológicas que tendrán el mayor impacto en la sociedad en un futuro próximo; a lo que estos respondieron: La Biología Sintética e Ingeniería Metabólica. El mundo natural es un testimonio del enorme potencial inherente en el código genético de todos los organismos vivos. Los rápidos avances en la biología sintética y la ingeniería metabólica están permitiendo que los biólogos y los ingenieros puedan aprovechar este potencial de manera sin precedentes, permitiendo el desarrollo de nuevos procesos biológicos y organismos que están diseñados para servir a fines específicos - ya sea la conversión de biomasa a productos químicos, combustibles y materiales, la producción de nuevas drogas terapéuticas o la protección del cuerpo contra las enfermedades. Además, con la finalización del Proyecto del Genoma Humano, se ha entrado de lleno a la emocionante época de la biología post-genómica. Nuevas disciplinas científicas han emergido, entre las cuales la metabolómica tiene mucha promesa en la comprensión y el diagnóstico de enfermedades, tanto en los seres humanos como en la vida silvestre. CAPÍTULO 1. ¿DE DÓNDE PARTE LA METABOLÓMICA? 1.1 La bioinformática Bioinformática es una disciplina científica emergente que utiliza tecnología de la información para organizar, analizar y distribuir información biológica con la finalidad de responder preguntas complejas en biología. Bioinformática es un área de investigación multidisciplinaria, la cual puede ser ampliamente definida como la interfase entre dos ciencias: Biología y Computación y está impulsada por la incógnita del genoma humano y la promesa de una nueva era en la cual la investigación genómica puede ayudar dramáticamente a mejorar la condición y calidad de vida humana. Avances en la detección y tratamiento de enfermedades y la producción de alimentos genéticamente modificados son entre otros ejemplos de los beneficios mencionados más frecuentemente. Involucra la solución de problemas complejos usando herramientas de sistemas y computación. También incluye la colección, organización, almacenamiento y recuperación de la información biológica que se encuentra en base de datos. Según la definición del Centro Nacional para la Información Biotecnológica "National Center for Biotechnology Information" (NCBI por sus siglas en Inglés, 2001): "Bioinformática es un campo de la ciencia en el cual confluyen varias disciplinas tales como: biología, computación y tecnología de la información. El fin último de este campo es facilitar el descubrimiento de nuevas ideas biológicas así como crear perspectivas globales a partir de las cuales se puedan discernir principios unificadores en biología. Al comienzo de la "revolución genómica", el concepto de bioinformática se refería sólo a la creación y mantenimiento de base de datos donde se almacena información biológica, tales como secuencias de nucleótidos y aminoácidos. El desarrollo de este tipo de base de datos no solamente significaba el diseño de la misma sino también el desarrollo de interfaces complejas donde los investigadores pudieran acceder los datos existentes y suministrar o revisar datos Luego toda esa información debía ser combinada para formar una idea lógica de las actividades celulares normales, de tal manera que los investigadores pudieran estudiar cómo estas actividades se veían alteradas en estados de una enfermedad. De allí viene el surgimiento del campo de la bioinformática y ahora el campo más popular es el análisis e interpretación de varios tipos de datos, incluyendo secuencias de nucleótidos y aminoácidos, dominios de proteínas y estructura de proteínas. El proceso de analizar e interpretar los datos es conocido como biocomputación. Dentro de la bioinformática y la biocomputación existen otras sub-disciplinas importantes: El desarrollo e implementación de herramientas que permitan el acceso, uso y manejo de varios tipos de información El desarrollo de nuevos algoritmos (fórmulas matemáticas) y estadísticos con los cuales se pueda relacionar partes de un conjunto enorme de datos, como por ejemplo métodos para localizar un gen dentro de una secuencia, predecir estructura o función de proteínas y poder agrupar secuencias de proteínas en familias relacionadas." 1.2 La biología de Sistemas La biología sistémica o biología de sistemas es el campo de estudio interdisciplinario de los procesos biológicos en el que las interacciones de los elementos, internos y externos, que influyen en el desarrollo del proceso se representan con un sistema matemático. Este enfoque "holístico" o "global" permite comprender íntegramente el funcionamiento de los sistemas (procesos) biológicos y profundizar en el entendimiento de cómo sus interacciones internas y con otros sistemas conllevan a la aparición (emergencia) de nuevas propiedades. Prácticamente cualquier proceso biológico puede ser objeto de estudio de la biología sistémica, por ejemplo, el crecimiento de una célula, la interacción entre dos bacterias o la circulación sanguínea en un organismo. La biología sistémica comenzó a desarrollarse en los años sesenta del siglo XX, pero se estableció como disciplina académica alrededor del año 2000. 1.3 Las ciencias -ómicas Los avances logrados tanto en el campo de la biología como en el campo de la bioinformática han abierto la puerta a una nueva mentalidad en la que se desarrolla una visión global de los procesos biológicos. Este concepto de globalización, se ve reflejado en el desarrollo de lo que se ha denominado como “La era ómica”. El sufijo “-oma” tiene origen latino y significa “conjunto de”. Es por tanto que, la adición de este sufijo a diferentes estudios en biología, cubre las nuevas aproximaciones masivas en las que se está enfocando la biología recientemente. El concepto de ciencias ómicas recoge aquellas disciplinas como la genómica, la proteómica, la transcriptómica y la metabolómica. Todas ellas aportan grandes avances en el conocimiento básico de los temas biológicos. Además, suponen un enorme desarrollo en el campo del análisis de la funcionalidad celular y en sus aplicaciones biotecnológicas. Las ciencias ómicas tienen en común que se basan en análisis de un gran volumen de datos, por lo que hacen uso de la bioinformática en la interpretación de datos. Su integración genera un conocimiento que permite estudiar organismos que son ahora desconocidos así como sus funciones, todo a través de su rastro genético. CAPÍTULO 2 ¿QUÉ ES LA METABOLÓMICA? 2.1 Definición La metabolómica es el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio completo del sistema constituido por el conjunto de moléculas que constituyen los intermediarios metabólicos, metabolitos, hormonas y otras moléculas señal, y los metabolitos secundarios, que se pueden encontrar en un sistema biológico. La metabolómica es la más novedosa de las ciencias llamadas –omicas. Es la disciplina científica encargada de estudiar los metabolitos, que son pequeñas moléculas orgánicas que intervienen en los diferentes procesos celulares y nos revelan cómo está funcionando el metabolismo de una célula o ser vivo. De hecho, la metabolómica estudia los perfiles metabólicos en muestras biológicas (fluidos, tejidos, cultivos celulares, células etc.) con la finalidad de descubrir enfermedades, factores de riesgo y determinar biomarcadores. Dicho de otro modo, la metabolómica es el estudio y comparación de los metabolomas, es decir, la colección de todos los metabolitos (moléculas de bajo peso molecular) presentes en una célula, tejido u organismo en un momento dado. Estos metabolitos incluyen a intermediarios del metabolismo, hormonas y otras moléculas de señalización, y a metabolitos secundarios. 2.2 Estudio del metaboloma A estudiar el metaboloma se necesita primero separar los metabolitos, y luego detectarlos: Para separarlos se suelen usar las técnicas de cromatografía en fase gaseosa, cromatografía líquida de alto rendimiento (o HPLC), o electroforesis con capilares. Para la detección de los metabolitos, se emplean principalmente la espectrometría de masa y la espectroscopía de resonancia magnética nuclear. 2.3 Relación existente con la biología de sistemas Uno de los últimos eslóganes de las ciencias naturales es la ‘metabolómica’, una parte de la llamada biología de sistemas (systems biology). Con esto se refiere al estudio cuantitativo de todos los metabolitos de un organismo, por ejemplo una planta o un ser humano. En el caso de los humanos, estos estudios nos pueden dar información, entre muchos otros aspectos, sobre la diferencia entre la composición del metabolismo de una persona cuando tiene o no tiene una cierta enfermedad. En el caso de una planta se pueden realizar estudios de la composición química de durante su desarrollo. Esta rama de las ciencias naturales es un pariente cercano de las muchas otras disciplinas ‘ómicas’ como la proteómica, transcriptonómica y genómica. Lo inventivo, nuevo y emocionante de estos estudios es que nos da información muy detallada sobre un gran número de compuestos que se encuentran en un organismo en un momento dado al nivel de proteína, el ADN o los compuestos primarios y secundarios. Lo central es que ya no se aíslan unos compuestos individuales, sino que se realiza un análisis más o menos completo de un organismo. Obviamente, estos informes producen una cantidad de datos que solamente se pueden manejar con sistemas de información muy avanzados . Sin duda eso nos ofrece un avance tecnológico que no había en ese campo desde el desarrollo de métodos en los años sesenta y setenta del último siglo. Es una tecnología muy potente que potencialmente nos puede ofrecer muchísimo y más que nada es una oportunidad tecnológica impresionante. No obstante, ¿cómo lo vamos a utilizar, por ejemplo para los 25,000 a 40,000 plantas medicinales que se utilizan en el mundo y más que nada en sistemas médicos locales y tradicionales? Los avances tecnológicos de los estudios ‘ómicos’ nos dan nuevos métodos, que tenemos que evaluar cuidadosamente y nos ofrecen nuevas oportunidades, pero nos dejan con los viejos problemas socio-culturales. Y así seguimos buscando tecnologías adecuadas para la gran mayoría de la población del mundo. 2.4 Funcionamiento La metabolómica incorpora el uso de la bioinformática, es decir, la aplicación de las computadoras u ordenadores y de las técnicas estadísticas en la comprensión y el manejo de información biológica, con el fin de buscar patrones únicos de metabolitos que pueden ser indicadores de una enfermedad en particular. En otros palabras, la metabolómica es un acercamiento multidisciplinario que involucra a biólogos, científicos de cómputo y químicos analíticos. 2.5 Aplicaciones Como ya se mencionó con anterioridad, la metabolómica estudia los perfiles metabólicos en muestras biológicas con la finalidad de descubrir enfermedades, factores de riesgo y determinar biomarcadores. De tal suerte, que la metabolómica en el campo de la reproducción asistida permite identificar los biomarcadores que nos revelan cuál es el embrión con mayor capacidad de implantación y por tanto con mayores posibilidades de dar lugar a un embarazo. Además, el estudio de todos los metabolitos de un organismo permite tener una instantánea de su estado fisiológico, por lo que se tienen muchas esperanzas en que la metabolómica aporte nuevas ideas para diagnosticar y tratar enfermedades que aún son un reto. Por otro lado, otras de las posibles aplicaciones de la metabolómica son los estudios toxicológicos, ya que se podría estudiar el metaboloma de la orina y otros fluidos corporales para detectar los cambios fisiológicos causados por la exposición a un posible tóxico. Como parte de la genómica funcional, la metabolómica puede ser una herramienta para estudiar la función de los genes, a través de la mutación, deleción o inserción de los mismos. En la nutrigenómica, que relaciona a las “ómicas” con la nutrición humana, la metabolómica podría servir para correlacionar los perfiles de metabolitos de fluidos y órganos con patologías, constitución genética y dietas. Mide la interacción de los genes con el medio ambiente. La ventaja de la metabolómica para el diagnóstico de las enfermedades, radica en el hecho de que este acercamiento mide el fenotipo de un organismo, es decir, las características biológicas de un organismo, que resultan de la interacción de su paquete genético con el medio ambiente. Cuando un organismo se enferma o se estresa, disparando así cambios moleculares específicos, el fenotipo se ve alterado. Este cambio puede ser medido usando la metabolómica. Ayuda a diagnosticar enfermedades del corazón y algunas condiciones neurológicas. o La detección de la presencia y la severidad de la enfermedad coronaria usando metabolómica, identifica a la enfermedad a partir de una muestra de suero de la sangre, y en el futuro puede reducir el uso de los angiogramas, los cuales son altamente invasivos. o La predicción del resultado clínico de una hemorragia repentina en un vaso sanguíneo sobre la superficie del cerebro (llamado hemorragia subarachnoidea), por medio del análisis metabolómico del fluido cerebroespinal. o La clasificación de los pacientes con enfermedades neurológicas progresivas (por ejemplo, la esclerosis amiotrópica lateral, en la cual la pérdida de células nerviosas produce parálisis muscular) en grupos clínicos relevantes sobre la base de perfiles de metabolitos en las muestras de suero. 2.6 La Metabolómica, la Química del futuro La metabolómica está adquiriendo importancia en áreas que van desde la farmacología, monitoreo de trasplantes y química clínica con aplicaciones concretas en toxicología, genómica y nutrigenómica. Científicos de la Universidad de Alberta y la Universidad de Calgary en Canadá ya cuentan con el primer “borrador” del metaboloma humano; han catalogado alrededor de 2.500 metabolitos, 1.200 drogas y 3.500 componentes alimenticios que se encuentran en el organismo. A partir de estos hallazgos surge la metabolómica; esto es el estudio sistemático de las huellas químicas únicas que producen los procesos celulares específicos, umbral en el que su ubicó el doctor Nicholson hace más de 20 años. Si se podía hallar la manera de identificar esas huellas químicas y su significado, entonces se podrían entender las bases moleculares de las enfermedades, sus reacciones químicas erróneas y también identificar señales de advertencia para futuras intervenciones. Estas fueron las bases de la metabolómica. Gracias al metaboloma se podrá en el futuro, realizar terapias personalizadas con drogas específicas para el perfil metabólico de cada paciente, y por supuesto conocer más a fondo la intrincada química de las enfermedades. La importancia de la metabolómica radica entonces en que los químicos producidos por el metabolismo brindan información vital sobre la fisiología de la célula. Esta ciencia ya tiene relevancia en diversas ramas de la salud, incluyendo la farmacología, pruebas pre clínicas de drogas, toxicología, monitoreo de trasplantes, química clínica, entre otras. CONCLUSIONES BAUTISTA PÉREZ AIME VIRIDIANA El constante surgimiento de avances científicos y tecnológicos han permitido enormes logros en diversos sectores tales como educación, comunicación, salud, etc., este último en gran medida, pues gracias a la implementación de nuevos artefactos y métodos con los cuales se pueden diagnosticar, tratar e incluso hasta curar, distintas enfermedades y padecimientos, han hecho que el estudio en diversas áreas de investigación, siendo más específicos en áreas biológicas, se lleve a cabo de una manera más clara,práctica y en consecuencia con mejores resultados.Dentro de este mismo contexto la Metabolómica ( ciencia ómica), ha contribuido con un amplio progreso en cuanto a el estudio, clasificación y cuantificación de moléculas que se encuentran en los sistemas biológicos, teniendo como principal objetivo descubrir enfermedades, factores de riesgo y determinación de biomarcadores, dando como resultado un amplio panorama del funcionamiento de sistemas celulares metabólicos animales y humanos, para el resguardo de futuras investigaciones y hallazgos. CABRILLAS HERNÁNDEZ JAZMÍN CRUZ GARCÍA MARTÍN La vida de cada ser viviente depende de gran cantidad de procesos biológicos que acontecen sin que puedan ser totalmente advertidos. Son estos procesos e interacciones químicas, los que hoy abren una impresionante y nueva gama de posibilidades para beneficio de la salud. En el presente, la metabolómica, surge a partir de los descubrimientos sobre los metabolitos, que son las moléculas producto del metabolismo. La misma promete identificar los metabolitos o huellas químicas específicas del proceso celular e interpretar su significado para llegar a las bases moleculares de las enfermedades. En un futuro cercano, una serie de pruebas a partir de una muestra de sangre u orina, establecerán un perfil único y estrictamente individual para tratar enfermedades y afecciones de una manera absolutamente personal. DÍAZ JUÁREZ GERARDO Las tecnologías de la información jugarán un papel fundamental en la aplicación de los desarrollos tecnológicos en el campo de la genética, en este caso de la metabolómica, además de la práctica médica como lo refleja la presencia de la Bioinformática médica y la Telemedicina dentro de las principales líneas de las ciencias ómicas. La aplicación de los conocimientos en genética molecular y las nuevas tecnologías son necesarios para el mantenimiento de la competitividad de sistema sistemas informáticos que ayuden en el análisis de grandes cantidades de datos que se arrojan con la ayuda de estas recientes ciencias. La identificación de las causas moleculares de las enfermedades junto con el desarrollo de la industria biotecnológica en general permitirán el desarrollo de mejores métodos de diagnóstico, la identificación enfermedades y el desarrollo de una mejor medicina preventiva. MANUEL ALEJANDRO ESTRADA RODRÍGUEZ El mundo natural es un testimonio del enorme potencial inherente en el código genético de todos los organismos vivos. Los rápidos avances en la biología sintética y la ingeniería metabolómica están permitiendo que los biólogos y los ingenieros puedan aprovechar este potencial de manera sin precedentes, permitiendo el desarrollo de nuevos procesos biológicos y organismos que están diseñados para servir a fines específicos, ya sea la conversión de biomasa a productos químicos, combustibles y materiales, la producción de nuevas drogas terapéuticas o la protección del cuerpo contra las enfermedades. MENDOZA SANLÚCAR BERENICE En las últimas décadas, el mundo ha presenciado el surgimiento de las ciencias -ómicas y con ello por supuesto el surgimiento de la metabolómica. La metabolómica es una ciencia en la cual se ha depositado mucha fe para el porvenir de la humanidad y de otras especies, ya que esta ciencia tiene un gran número de aplicaciones; por ejemplo, en el campo de la reproducción asistida, el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, los estudios toxicológicos, la genómica funcional, la nutrigenómica y las ciencias ambientales. Por otro lado, la metabolómica es una ciencia de admirar también por su funcionamiento, ya que ésta se basa en el uso de la bioinformática y además es un acercamiento multidisciplinario que involucra a biólogos, científicos de cómputo y químicos analíticos. REFERENCIAS American Institute of Biological Sciences. (2005). Metabolómica. (En línea) Recuperado el 16 de noviembre de 2012. Disponible en: http://www.actionbioscience.org/esp/genomica/viant.html Recuperado el 20 de noviembre del 2012 de: http://cmpc-consult.com/new/index.php?option=com_content&view=article&id=270:las-10-tecnologias-emergentes-en-el-2012&catid=32:mundo-energetico&Itemid=47 http://www.institutobernabeu.com/es/3-10-136/preguntas-frecuentes/ http://www.argenbio.org/index.php?action=novedades¬e=231 Tregnaghi, P. Metabolómica, la química del futuro: E.U. CEDEPAP TV.Recuperado el 22 de Noviembre del 2012 de: http://www.cedepap.tv/es/?p=4201 http://www.medmol.es/noticias/136/ Heinrich, M. (2005) ¿ESTUDIOS METABOLÓMICOS – NUEVAS OPORTUNIDADES PARA LA FITOQUÍMICA?. Chile: Sociedad Latinoamericana de Fitoquímica. Recuperado el 08 de noviembre de 2012 de: http://redalyc.uaemex.mx/pdf/856/85640603.pdf http://www.solociencia.com/biologia/bioinformatica-concepto.htm |
