Secretos de la naturaleza a partir de un mar de datos

 

A través de herramientas de informática, estadística e inteligencia artificial, el análisis sobre la secuenciación de genomas proporciona información valiosa para la ciencia y múltiples industrias. Investigadores uniandinos han trabajado proyectos con osos de anteojos, cacao y corales, entre otros.

Por Juan Manuel Velasco Cepeda

El 26 de junio del 2000, el expresidente estadounidense Bill Clinton y el ex primer ministro británico Tony Blair anunciaban la finalización del primer borrador del genoma humano. Era el resultado de un poco más de una década de trabajo colaborativo entre cientos de científicos, con una inversión cercana a los 300 millones de dólares, según el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano de Estados Unidos.

Dos décadas después, el desarrollo de tecnologías de secuenciación cada vez más potentes y la disponibilidad de la información obtenida han permitido que los genomas (conjunto completo de ADN en un organismo) sean más completos y accesibles para investigaciones a gran y pequeña escala.

Ahora, con la secuenciación es posible diseñar métodos de diagnóstico y de supresión de tumores cancerígenos, mejorar especies vegetales cultivables a partir de cruces resistentes a enfermedades propias de la agricultura o proporcionar una dieta adecuada a las especies en cautiverio analizando sus excrementos. Todo gracias a los datos.

“El borrador del genoma humano contó con la colaboración de 17 centros de investigación a nivel mundial. Fue un estudio que implicó mucho dinero para sacar un solo genoma. Es una tarea que ahora se puede hacer con menos de 10.000 dólares y con mejores herramientas. Es un bajón de costos exponencial que ha originado una revolución de datos”.

Estas palabras son del profesor Jorge Duitama, coordinador de la Maestría en Biología Computacional de Los Andes. “El problema es que si usted no tiene quien analice ese montón de datos, no sirven para nada. Muchas industrias tarde o temprano requieren de biólogos computacionales que analicen la información genómica”, agrega.

Un supermán para la biodiversidad

La biología computacional es un coctel poderoso que precisa mezclar conocimiento en programación, manejo de estadística y biología.

“La combinación de esos tres perfiles nos da como resultado un supermán. Eso es básicamente lo que intentamos hacer desde la biología computacional —dice Alejandro Reyes, profesor asistente del Departamento de Ciencias Biológicas de Los Andes—. Utilizamos métodos computacionales eficientes para extraer la información biológica”.

Justamente el trabajo del profesor Reyes lo ha convertido en ese supermán. Su trayectoria lo llevó a adentrarse en técnicas moleculares y de secuenciación y en metodologías computacionales para el análisis de los datos.

Entre las decenas de proyectos en los que ha trabajado, se encuentra uno adelantado en conjunto con la corporación colombiana de investigación agropecuaria Agrosavia. Aquí estudia la dinámica de las comunidades microbianas responsables de la fermentación del cacao y cómo se ve afectada por diversas variables. Los datos recopilados y analizados han ayudado a mejorar las tecnologías de fermentación y a producir cacao de calidad.

También basándose en la investigación de la microbiota (comunidad de microorganismos presentes en un entorno definido), Reyes y sus colaboradores han hecho hallazgos importantes para la biodiversidad.

Un trabajo en corales del Pacífico evidenció que las alteraciones ambientales están causando cambios fisiológicos en algunas especies. Según el análisis, las bacterias normalmente estables en los corales empiezan a mermar en abundancia, dándoles paso a patógenos que se aprovechan del daño y comienzan a afectar el coral, al punto de necrosarlo por partes.

Y como pasa en algunas películas, hay superhéroes que funcionan mejor en dupla. La caracterización de la biodiversidad no sería completa sin un coequipero capaz de encontrar soluciones para extraer los datos y facilitar su interpretación.

“Históricamente ha existido un poquito más de interés en biólogos que, sabiendo algo de scripting y programación, resolvían cosas con las herramientas que tenían a la mano —acota el profesor Jorge Duitama—. Pero en ingeniería de sistemas no diseñamos soluciones de desarrollo de software en el aire, sino para un cliente. Desde esa perspectiva, somos receptivos a trabajar en lo que sea para dar una solución efectiva”.

Como bióloga, Silvia Restrepo sabe del poder de la computación y el pensamiento crítico. Considera que Colombia tiene el talento humano para ser líder en TIC y biología computacional.

“Somos uno de los países más biodiversos del mundo, pero no contamos con las máquinas para extraer toda esa información y caracterizar nuestra biodiversidad. Podríamos explotar mucho ese campo y ser un repositorio mundial de genes”, concluye la vicerrectora de Investigación y Creación.

Imagen de un soso de anteojos

Por los osos de anteojos

Uno de los proyectos más interesantes en los que ha participado Reyes, junto con la microbióloga Andrea Borbón y otros expertos de Los Andes, ha sido una investigación sobre el oso de anteojos.

“En el pantano de Martos (reserva situada en Guatavita) fuimos a estudiar las heces de los osos de anteojos silvestres y las comparamos con las heces de osos que estaban en cautiverio —recuerda el profesor—. Cambia mucho la dieta. No les dan las plantas que comen en el páramo, sino que terminan alimentándolos con fruta e incluso les dan carne”.

La microbiota intestinal de estos mamíferos está adaptada para comer plantas, y gran parte de las bacterias de su tracto digestivo está presente en otros animales herbívoros.

A través de los métodos de secuenciación, Reyes y su equipo analizaron las heces de los osos en estado silvestre. “En la mayoría de los casos encontramos que la dieta predominante es la puya (bromelia gigante). También identificamos los insectos que están en su dieta, precisamente porque están ahí parados en la planta en el momento de la ingesta”.

Comparando las bacterias, la variación es grande entre los osos silvestres y los cautivos. Esto tiene un impacto en el momento de regresarlos a su hábitat natural, porque no van a tener las bacterias que les ayudan a degradar las plantas.

“Parte de este estudio lo que busca es mostrar que, si queremos hacer una conservación real, en particular de una especie tan delicada como el oso, necesitamos darles una dieta similar a la que ellos consumen en su estado silvestre”, explica el investigador.

El trabajo también desmitifica el ataque de los osos al ganado y a otros animales domésticos, ya que “no había evidencia de rastros de una dieta carnívora de algún mamífero pequeño o grande. Los contados ataques de los osos se han dado porque su espacio ha sido invadido”

Imagen de un genoma
Así se ve la secuenciación de un genoma.

Examinando datos biológicos

Investigador, experto en microbiomas, virus y bioinformática, el profesor Alejandro Reyes siempre ha sentido fascinación por el mundo de las comunidades microbianas. En su continuo trabajo para entender cómo funcionan dichas comunidades fue madurando una idea: Biome Acuity.

Este emprendimiento, que nació de investigadores uniandinos y cuenta con clientes en Estados Unidos y otros países, proporciona análisis confidenciales de datos del microbioma (microorganismos y su material genético) para empresas y organizaciones relacionadas con la salud humana y animal y las industrias medioambientales.

“La idea nació de ver que había un interés en Colombia y en el exterior, en particular en Estados Unidos, de hacer análisis bioinformáticos similares a los que hacíamos en las investigaciones con la Universidad —explica Reyes—. Eso, sumado a la falta de financiación de proyectos de ciencia en Colombia, nos llevó a idear algo que pudiéramos ofrecer como servicio y, con esos recursos, poder patrocinar a estudiantes y las investigaciones que veníamos adelantando”.

Desde su concepción, Biome Acuity contó con el apoyo de Los Andes. “Siempre he pensado en Alejandro como un gran científico y he tenido mucha fe en él —recalca Silvia Restrepo, vicerrectora de Investigación y Creación—. La Vicerrectoría con su programa de innovación y emprendimiento le consiguió unas asesorías en Estados Unidos, que le ayudaron a poner su idea en una incubadora de negocios y llevarlo a donde está ahora”.