Importancia de la Bioinformática

La secuenciación del ADN mediante la tecnología Sanger (uso de di-deoxinuclueótidos como terminadores) es una técnica a la que cualquier persona puede acceder en cualquier momento y a un precio extremadamente asequible. Basta aislar un fragmento de PCR o aislar un plásmido y mandarlo a cualquiera de los servicios de secuenciación disponibles hoy día. El precio de la secuenciación está por debajo de los 10 euros. Estas empresas te recogen su muestra, las secuencian, y te envían los resultados mediante correo electrónico en unos pocos días. El usuario final solo debe procesar los archivos enviados, que son normalmente lo que llamamos un cromatograma proveniente de la electroforesis capilar y la secuencia analizada y extraida por el propio equipo.

Muchos de los avances que se producen hoy día provienen de la información obtenida a partir de la secuenciación de los ácidos nucleicos. Al principio, ya seamos expertos o no en el área de la Biología Molecular, estas secuencias no representan más que un galimatías incomprensible formado por un abecedario de solo 4 letras (A, C, G y T). Aquí teneis un ejemplo

Estas "letras" son las bases contienen un importante mensaje: los genes. Es esencial aprender a extraer información a partir de las bases de datos de ácidos nucleicos. Por ejemplo, no es fácil identificar la presencia y los límites de un gen, qué cadena de DNA es la que tiene sentido (es decir, reconocer la orientación del gen dentro del fragmento de ADN), que región del gen corresponde al promotor, a la zona codificante, a las zonas UTR, etc.

Tras el descubrimiento reciente de que el ADN "basura" no es tal, sino que hay más ARN no codificante expresado en un organismo complejo (como el ser humano) que genes que codifican proteínas, el análisis bioinformático cada vez es mas relevante: hay necesidad de descubrir secuencias que pueden actuar como silenciadores (RNAi), lncRNA (RNA largo no codificante), y un largo etc, que dada la complejidad y tamaño de nuestros genomas, se deben abordar desde la perspectiva de la bioinformática.

Además, mucha de la información presente en las bases de datos, ya ha sido analizada por terceros. Existen instituciones públicas y servidores en Internet que contienen una información extremadamente útil. Pero hay que saber encontrarla y como procesarla. Como ejemplo, decir que existen bases de datos de genes implicados en enfermedades humanas (base de datos OMIM), de proteínas que han sido cristalizadas cuya estructura es conocida (PDB, ya conocida por vosotros), de geles de electroforesis realizadas en 2 dimensiones de extrema utilidad en el campo de la proteómica, de las enzimas de restricción que indican no sólo el punto de corte, sino donde pueden llegar a adquirirse, etc. Son tantas, que es absolutamente imposible mencionarlas todas aquí.

Además, la importancia de esta Asignatura es creciente conforme se siguen desvelando la secuencia de nuevos genomas completos. El número de secuencias que están a nuestra disposición en las bases de datos esté aumentando a un ritmo exponencial. Esto hace que sea muy complejo su manipulación.

Ahora esbozaré algunas de las posibles aplicaciones que podemos realizar si somos capaces de aprovechar la disponibilidad de estas bases de datos de secuencias. Estoy seguro que deberé actualizar esta lista con mucha frecuencia.

EN LA INVESTIGACIÓN BÁSICA

• Encontraremos instrumentos que facilitarán nuestra labor de investigación diaria. Así, podemos analizar los puntos de corte por enzimas de restricción de nuestras secuencias, predecir el tamaño de las bandas de DNA en una electroforesis en gel, identificar los posibles puntos de interacción con factores de transcripción, etc.
• Además de las técnicas de la clonación de genes usando librerías de plásmidos, cósmidos o fagos, ahora se abre la posibilidad de clonar las secuencias presentes en las bases de datos públicas de una manera mucho más fácil: mediante el uso del PCR. Accediendo a las secuencias ya presentes en las bases de datos, podemos diseñar oligonucleótidos cebadores que nos permitirá tener nuestro gen clonado en pocos días.
• Si queremos clonar nuevos genes en especies poco o no representadas en las bases de datos, podemos comparar secuencias similares que pondrá de manifiesto la presencia de secuencias conservadas donde pueden llegar a diseñarse oligonucleótidos degenerados o no para clonar el gen de interés mediante PCR. Es posible alinear las secuencias de un dominio de muchas proteínas diferentes para encontrar nuevas proteínas.
• Se puede estudiar la filogenia o evolución de las proteínas.
• La información obtenida a partir de los genes ya clonados por uno u otro método facilitará el uso masivo de las modernas técnicas de hibridación usando los micro o macro chips. El uso de ésta tecnología puede representar una magnifica alternativa a la aplicación de técnicas actuales como el Differential Display o el uso de escrutinios diferenciales.
• Podemos reconocer si hemos sido capaces de clonar un gen que está siendo expresado.
• Un diseño racional de oligonucleotidos permite que ya no usemos experimentos de hibridación con RNA marcados (técnica Northern), sino que podemos sustituirlo por el análisis cuantitativo de reacciones de RT-PCR en tiempo real. De esta forma, muchos genes pueden ser analizados sin que se requiera acceder a las tediosas y expuestas técnicas de hibridación con isotopos radioactivos u otros marcadores como digoxigenina.
• Ahora es posible bloquear la expresión de un gen mediante las técnicas de RNAi (interferencia de RNA) como un modo de obtener información de cual podría ser la posible función de un gen que hayamos clonado: Ya no es necesario la obtención de mutantes, y estamos avanzando a pasos agigantados gracias a ésta nueva aproximación experimental.
• La comparación de secuencias de ácidos nucleicos entre estirpes silvestres y mutantes nos pueden proporcionar una valiosísima información de cuales son los resíduos implicados en la actividad de una determinada macromolecula. Nos permite reconocer dominios conservados y cuales son las partes más relevantes de una determinada secuencia.

EN RELACIÓN CON LA IDENTIFICACIÓN DE PROTEINAS

• Se desconoce la función biológica de muchos de los genes que han sido secuenciados. Esto representa el siguiente reto una vez que un genoma completo ha sido secuenciado. Un análisis exhaustivo de los mismos mediante la Bioinformática facilitará la identificación de fases de lectura abiertas, de intrones y exones, de cajas consenso donde interaccionen factores de transcripción, y de los diferentes dominios que dicha proteína puede contener, e incluso de su posible estructura tridimensional. Es incluso posible hoy día investigar sobre la posible interacción de dos proteínas entre sí, o de una proteína con el DNA o el RNA. Esta información puede arrojar luz sobre la posible función biológica de dicha proteína.
• Podemos analizar la presencia de zonas conservadas en las proteínas, determinar su posible destino (citoplasma, membrana, núcleo), su posible función biológica, etc. Esto es así porque hay publicadas bases de datos con:

  • factores de transcripción
  • moleculas señales
  • de dominios conservados con funcionalidad conocidas en las proteínas
  • muchas otras bases de datos
• Podemos tratar de determinar la estructura tridimensional de nuestra proteína, y realizar estudios sobre estructura y función. Podemos hacerlo con bases de datos cristalográficas, en las que podemos valorar la función que desempeñan determinados residuos. Hoy día es posible deducir la estructura tridimensional de una proteína o bien directamente, o bien comparandola con la de una proteína cuya estructura ya es conocida.

EN EL CAMPO SANITARIO

• Se podrá acceder a bases de datos que indican las bases moleculares de las enfermedades humanas.
• Esta información será utilizada al mismo tiempo tanto para aplicarlas en el diagnóstico como para la terapia.
• Se pueden sentar las bases de un procedimiento de asesoramiento genético.
• Se racionaliza el descubrimiento y el diseño de nuevas drogas y medicamentos, al ser capaz de analizar las interacciones de éstos con las proteínas diana.
• Se pueden construir nuevos vectores de transformación que ayuden a paliar o incluso curar algunas de las enfermedades más comunes.