Biología computacional – Seminario de Ingeniería

Tema de investigación: Biología computacional – Seminario de Ingeniería

Cubillos Luis Fernando.

Código: 20171020113

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Resumen— Una de las ramas de la ciencia de la     informática es la biología computacional, la cual se encarga del estudio de los sistemas biológicos por medio del diseño, manejo informático y aplicación de algoritmos computacionales enfocados al mejoramiento de las tecnologías  usando el entendimiento de campos de la ciencia como la química, bioquímica, genética, matemáticas, física, ingeniería de sistemas, etc.

Índice de Términos—  ADN, genoma, neurología, ARN, software libre, NIH (National Institutes of Health).

1. INTRODUCCIÓN

Como bien se sabe, son varias los enfoques en los que se deriva la informática por su gran versatilidad y flexibilidad de acuerdo a la evolución-desarrollo de los estudios que abarca esta ciencia, la facilidad de su uso y los aspectos técnicos que ofrece la tecnología con el paso del tiempo. Dentro de estas ramas está la biología computacional, enfoque de las ciencias que estudia sistemas biológicos mediante el diseño, estudio y aplicación de algoritmos computacionales. Este estudio relativamente nuevo focaliza el análisis de datos, modelado matemático y simulación computacional para el entendimiento de los problemas biológicos; los sistemas estudiados abarcan desde la escala molecular a los ecosistemas, pasando por las células, el sistema nervioso, y los sistemas sociales. La NIH (National Institutes of Health), define a la biología computacional como el estudio por medios computacionales de sistemas biológicos para su entendimiento, diferenciándose de la bioinformática ya que está más relacionada con el desarrollo de herramientas computacionales con el fin de analizar y procesar datos, pero como se observa, ambas van de la mano pues complementan su desarrollo y realización de procesos óptimos.

1. SUBCAMPOS

1.  Biomodelado computacional:

Según la Real Academia de Ingeniería es el campo de biocibernética que busca construir modelos computacionales de sistemas biológicos.

1. Genómica computacional:

Es el uso de análisis computacional para descifrar la biología de las secuencias del genoma y de datos, así como el ADN y la secuencia de ARN, así como otros "post-genómica" de datos (es decir, datos experimentales obtenidos con tecnologías que requieren la secuencia del genoma, tales como micro-arrays de ADN genómico).

1. Neurología computacional:

Aplicación de la tecnología y sistemas de información para el tratamiento y análisis sobre las afasias, los accidentes cerebrovasculares, la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, la esclerosis múltiple, las epilepsias, etc.

Como se puede observar, el avance tecnológico permite el estudio de ramas de la medicina para la eliminación de problemas de salud que afectan diariamente a miles de seres vivos; a través de las técnicas de biología computacional y de aproximaciones manuales se pueden evaluar las mutaciones originadas y enfermedades desarrolladas en órganos vitales del el cuerpo para luego observar su rendimiento al volver a secuenciarlas, para el control o eliminación de los problemas presentados y el mejoramiento de la salud.

1. Software y herramientas

Los profesionales de la biología computacional usan un variado rango de herramientas computacionales que  va desde programas que se ejecutan en la línea de comandos a programas con entorno gráfico y aplicaciones web desarrolladas gracias al estudio de los sistemas informáticos, programación y preparación para la solución de problemas enfocados a los problemas biológicos.

Es común que los biólogos computacionales escriban su propio software por las capacidades que estos poseen por su formación académica y experiencia laboral; la complejidad de este software varía ampliamente desde pequeños scripts para facilitar la comunicación entre programas o el análisis de datos a programas más complejos con gran  cantidad de líneas de código. Detallando cada uno de los procesos que emplean estos profesionales se evidencia la aplicación del estudio de la ingeniería de sistemas en un campo específico en el que, de acuerdo a las necesidades, se debe dar solución de la manera más eficaz y lógica, además de la unión de  conceptos de ciencias naturales, química, física, matemáticas y demás, que se emplean para proceder a la ejecución de este tipo de software.

Este tipo de Software es considerado de código abierto, y es la mejor opción para el trabajo y ejecución de aplicativos y/o programas que den solución a los problemas planteados en el estudio biológico.

Los programas de Código abierto (Software libre) proveen de una plataforma ideal para el desarrollo de métodos biológicos. El código abierto permite que cualquier persona tenga acceso y pueda corregir y modificar el código fuente de un programa.

 La revista PLOS cita cuatro principales razones para utilizar código abierto en ciencia:

• Reproducibilidad: Esto permite a los investigadores usar exactamente los mismos métodos para el análisis y/o modelado de datos biológicos.
• Desarrollo más rápido: En vez de re-inventar la rueda las científicas pueden hacer uso de código pre-existente y adaptarlo a sus necesidades.
• Mayor calidad: Al hacer el código accesible a terceros, se hace más fácil que se encuentren y corrijan errores, que de otra forma podrían pasar inadvertidos.
• Disponibilidad a largo plazo: El código abierto (y el software libre) no están atados a una empresa en particular o a patentes, lo que fomenta su diseminación a lo largo de la web y aumenta las chances de que el código esté disponible en el futuro.

1. Centros e instituciones proveedores de recursos en Biología computacional

Entre las instituciones con mayor influencia y participación en el campo de la biología computacional a nivel mundial se encuentran:

• National Center for Biotechnology Information (NCBI)
• European Bioinformatics Institute (EBI)
• European Molecular Biology Laboratory (EMBL)
• Whitehead Institute
• The Institute for Genomic Research
• Center for Biomolecular Science and Engineering
• Netherlands Bioinformatics Centre
• COSBI - The Centre for Computational and Systems Biology

1.  Sociedades y organizaciones

En cuanto a las organizaciones formadas por el mundo, son dos las principales entidades con énfasis en la biocibernetica o biología computacional:

• International Society for Computational Biology
• bioinformatics.org 

1. Revistas científicas especializadas

Las revistas encargadas de la publicación de información sobre este tema son:

• (BMC) Algorithms for Molecular Biology
• Bioinformatics (formerly Computer Applications in the Biosciences)
• BMC Bioinformatics
• BMC Systems Biology
• Genome Biology
• Genomics
• Journal of Computational Biology
• Nucleic Acids Research
• PLoS Computational Biology
• PLoS ONE
• Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology

1. Campos de énfasis

Algunos de los campos de estudio relacionados a la biología computacional son:

• Bioinformática 
• Biomodelado computacional 
• Genómica computacional
• Modelado molecular
• Sistemas biológicos
• Predicción de estructura de proteínas

1.    Bases de datos relacionadas con la biología computacional

Al poseer un componente de énfasis de informática y  tecnología, presentar resultados a estudios y análisis de problemas científicos, este estudio presenta bases de datos en las que se recopila trabajos, experimentos con sus dichos resultados, etc.

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