La biología computacional, una nueva ventana para la biociencia

La biología computacional, una nueva ventana para la biociencia
La biología computacional, un campo científico que se desarrolla a la velocidad de la informática y de las tecnologías convergentes como la inteligencia artificial, es considerada la base investigativa y experimental biológica del futuro. Este es un campo que ofrece posibilidades para atender necesidades en áreas como la agricultura, la medicina, la farmacología y el medio ambiente.

Esta es una nueva era para la investigación biológica, y en general para el estudio de las ciencias de la vida, que comenzó con el desciframiento de la cadena completa del genoma humano hace 17 años, realizado por un grupo interdisciplinario de científicos y considerado uno de los avances más significativos en los albores del siglo XXI. 
Ese hallazgo colaboró para la comunión entre la biología y las tecnologías convergentes, que ha hecho posible, por ejemplo, el manejo de miles de millones de datos como el ADN humano que contiene una secuencia de más de 3000 millones de nucleótidos (bases o letras). 

“Con los recientes desarrollos computacionales toda esa información generada por las herramientas de secuenciación masiva puede ser utilizada para la construcción de redes de interacción que expliquen las dinámicas fisiológicas de un organismo o una comunidad de organismos. A su vez, esa información convertida en conocimiento le abre puertas al diseño de posibles manipulaciones genéticas que se traduzcan en soluciones inspiradas en la biología”, manifiesta Nicolás Pinel Peláez, doctor en Microbiología y coordinador de la maestría en Biociencias de EAFIT, que se encuentra actualmente con inscripciones abiertas.

Toda la tecnología analítica abre una nueva ventana al estudio de un sistema biológico. Las tecnologías de secuenciación masiva, por ejemplo, han permitido secuenciar de manera relativamente rápida el genoma de animales, plantas y comunidades microbianas complejas. “Permiten explorar cómo los genes contenidos en el genoma se expresan (se convierten en proteínas u otros elementos catalíticos) en respuesta a distintas condiciones ambientales”, complementa el científico eafitense. 
Con el fin de entender el comportamiento de los organismos, desde la estructura de una sencilla bacteria hasta un complejo ecosistema, el modelado matemático y las herramientas de simulación computacional sirven para producir y analizar los grandes volúmenes de datos con los que trabajan las ciencias naturales. El modelado molecular, la biología evolutiva, la genómica, la biotecnología y la farmacología, entre otras líneas de investigación, son algunos de las posibles aplicaciones de este conocimiento académico.

"Hoy existen proyectos como los mil genomas humanos, el Atlas del cáncer y todo esto gracias a este hito. La biología computacional en el mundo, donde más se ha visto que se aplica, es la medicina. Si se va a diagnosticar una enfermedad rara lo primero que se hace es secuenciar el genoma para encontrar una cura más direccionada", dice Javier Correa Álvarez, doctor en Genética y Biología, y uno de los docentes de la maestría en Biociencias de EAFIT. 
"Con la biología computacional se puede hacer una biotecnología moderna, donde específicamente modifico un gen a través de la edición genética, que es una de las herramientas más importantes que tenemos: la tecnología Crispr. Para hacer esto se necesita la biología computacional", añade el profesor del Departamento de Ciencias Biológicas de EAFIT.

En ese sentido, desde el año 2013 con la creación del pregrado de Biología en la Universidad se han adelantado experimentaciones con el conocimiento aplicado de la biología computacional. Un ejemplo son los desarrollos biotecnológicos orientados al sector agrícola donde se mejoran cultivos productivos como el maíz, el café o la higuerilla.
“Durante mucho tiempo las ciencias biológicas se estudiaron a través de un acercamiento reduccionista, en gran parte respondiendo a limitaciones instrumentales y analíticas. En los años tempranos del siglo XXI desarrollos tanto analíticos como de capacidad de cómputo comenzaron a permitir un acercamiento más integrador al estudio de la biología, en el que un sistema puede empezar a ser estudiado realmente como un sistema, y no como suma de elementos, abordado desde múltiples dimensiones”, comenta Nicolás Pinel.

El medio ambiente es otra de las áreas beneficiadas con el desarrollo académico de esta extensión de la biología, destacan los investigadores eafitenses. Para situaciones complejas como la contaminación del aire por la concentración de material particulado, se podrían encontrar soluciones con la biología computacional que permite hacer modelos de simulación a partir de los datos que se generan día a día y las variables ambientales de las ciudades. 
Aunque en el país se desarrolla cada vez más este tipo de conocimiento a través de los programas académicos, señalan los investigadores, el fortalecimiento del ecosistema de innovación necesita mayor experticia con recurso humano y una infraestructura especializada como el desarrollo de supercomputadores capaces de modelar fenómenos biológicos. 

"En la actualidad las herramientas de la bioinformática son trascendentales para el entendimiento de los fenómenos biológicos, problemas que implican un gran procesamiento de datos y la agilidad en el análisis de la información. Para la cantidad de variables que afectan un experimento es fundamental apoyarnos en las ciencias computacionales para llegar a obtener respuestas más acertadas. En la maestría tener este desarrollo en la biología computacional va a ser fundamental para la formación de nuevos graduados con habilidades más precisas", dice Diego Fernando Villanueva, doctor en Biotecnología y jefe del Departamento de Ciencias Biológicas de EAFIT.

La maestría en Biociencias de EAFIT

La biociencia busca integrar las diversas áreas de las ciencias en un acercamiento sistémico hacia la biología. Grandes avances en este campo científico, desde el descifre de la estructura del ADN hasta la secuenciación del primer genoma humano, han requerido la cercana colaboración de equipos interdisciplinarios.

Esta es una de las principales características de la nueva maestría en Biociencias de EAFIT, en la que confluyen distintas disciplinas del conocimiento para investigar problemas científicos de vanguardia: la química, la bioquímica y la biofísica, la biotecnología, la genética, la microbiología, la biología humana y biomedicina, la ecología y evolución, la biología computacional, el modelado ambiental y la astrobiología.

“El curso en Ciencia de datos para biólogos expone al estudiante a una disciplina desarrollada dentro de las ciencias computacionales. Presenta herramientas y perspectivas analíticas y computacionales al desarrollo de investigaciones en biología. El curso en Biología de sistemas busca infundir en el estudiante una visión de multidisciplinariedad como estrategia fundamental de un acercamiento holístico al estudio de fenómenos y procesos biológicos”, concluye Nicolás Pinel, coordinador de la maestría en Biociencias.

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