Boletín N˚ 95 – Junio 2010

Bioinformática Microbiana: Información  rápida y precisa al servicio de la investigación

·         Permite detección temprana de patógenos, identificación de proteínas de uso industrial y el estudio de las respuestas en las  comunidades de microorganismos ante cambios ambientales

Silvia Arias

Periodista CONICIT

sarias@conicit.go.cr

La Dra. Andrea Porras-Alfaro, expuso la metodología y algunos de los resultados de sus  estudios sobre la Muerte masiva de árboles de Piñón-Juniper en América del Norte y Europa que están siendo afectados por insectos.

En el ambiente existen inmensas comunidades muy complejas de diminutos  organismos que incluyen un gran número de especies de bacterias y hongos, de los cuales se conoce muy poco. Algunas especies tienen gran potencial para usos terapéuticos, industriales y ecológicos. Del 95 al 99% de estos microorganismos no se pueden cultivar para su estudio y es por esto que la única forma de identificarlos y caracterizarlos es  secuenciando sus genes para conocer su ADN.

En días pasados, la Dra. Andrea Porras-Alfaro, impartió el primer curso del programa de la Universidad de Naciones Unidas/BIOLAC (Biotecnología para América Latina y el Caribe), titulado: “Bioinformática Microbiana Aplicada”. El CONICIT es el punto focal de esta iniciativa para Centroamérica.

La Dra. Porras explicó cómo funcionan los métodos para estudiar genomas de microorganismos (Metagenomas Microbianos) a partir de muestras ambientales y utilizando nuevas tecnologías de secuenciación. Se discutió el uso revolucionario de la Bioinformática que permite el descubrimiento de nuevos genes y un mayor entendimiento del papel que cumplen los microorganismos en el ambiente, lo que abre una ventana hacia una nueva era de investigación.

En la conferencia inaugural se explicó que con las “nuevas tecnologías de secuenciación masiva”, es posible secuenciar los genes y genomas completos de muchos microorganismos y por ende el uso de métodos computacionales para el análisis de esta información aspecto considerado como prioritario en el campo de la investigación en el área de las ciencias biológicas. “Cuando la información sale de los secuenciadores, consiste es una mezcla de sólo ‘letras’ (nucleotidos que son los pilares del ADN), por lo que es necesario utilizar la bioinformática para poder transformar estas `letras’ en información que nos es útil y que puede ser interpretada con el fin de entender la función y potencial de diferentes microorganismos”.

La bioinformática es el uso de computadoras para hacer el análisis de toda esta información que sale de los secuenciadores. Por ejemplo, se puede sacar información para identificar especies de bacterias u hongos que hay en el suelo, sin cultivarlos, se puede conocer  cuál es la diversidad de esos microorganismos, lo que no se podrían estudiar por los métodos tradicionales debido a que  sólo aproximadamente 1% de estos crecería en cultivo y nos perderíamos de la información generada por el otro 99%, afirma Porras.

“Otras aplicaciones incluyen el estudio de genes que son importantes para la degradación de celulosa u otros desechos importantes y las proteínas, que se van a producir a partir de esos genes, que podrían ser utilizadas en aplicaciones industriales como por ejemplo en la producción de bioetanol”.

La bioinformática  permite usar toda la información que está en un código genético, para hacerla aplicable y poder  usarla tanto para diversos procesos industriales como  para entender cómo las comunidades responden a cambios ambientales, específicamente, estos recursos dan información directa y más certera de cómo el organismo se está comportando y respondiendo al ambiente. “Hemos llegado a un punto en el que se están descubriendo miles de nuevas proteínas que pueden ser utilizadas en investigación o para procesos industriales pero al mismo tiempo es posible realizar detección temprana de patógenos, y otras aplicaciones médicas como es el estudio del metagenoma microbiano que se están estudiando en los humanos, esto realmente facilita el proceso de investigación ya que podemos obtener información rápida y más certera del papel que tienen los microorganismos en el ambiente y en nuestra salud”, comentó la doctora costarricense.

Investigaciones:

Con respecto, a sus investigaciones más recientes con el uso de la bioinformática, la Dra. Porras Alfaro está estudiando dos hongos patógenos diferentes que están atacando los murciélagos y poblaciones de árboles como el Piñón en Estados Unidos. Entre otros proyectos la Dra. Porras también está estudiando el efecto de CO2 y nitrógeno en comunidades de hongos y plantas en diferentes ecosistemas. Al final de su conferencia inaugural dijo que el estudio de microorganismos permite entender como ningún hecho en nuestro entorno es independiente  o está separado de otro y el daño en un ecosistema tendrá un efecto directo en otro. Con esto recordó la frase de  Linn Margulis “Vivimos en un planeta simbiótico”. Estamos contaminando el ambiente con insecticidas, CO2 y los cambios en las temperaturas podrían estar están afectando directamente comunidades de hongos que son importantes en el mantenimiento de ecosistemas ya que estos facilitan procesos de descomposición y la transferencia de nutrientes. Al mismo tiempo, estamos viendo la aparición de patógenos emergentes que podrían tomar ventajas de los daños causados por contaminación.

Estudio de comunidades de hongos asociados con murciélagos que atacan a los murciélagos (aparentemente por medio de una infección sistémica).

En la charla de apertura se explicó como un gran número de los murciélagos están siendo afectados por un hongo patógeno.  Los cambios en el ambiente también están directamente afectando a través de la sequía a los árboles y por ende estos son más suceptibles al ataque de patógenos. El uso de métodos moleculares y bioinformática no sólo facilita la identificación de estos microorganismos, sino que podría brindar soluciones a estos problemas.

Evolución de la Bioinformática Aplicada

En los ochentas se iniciaron los trabajos en esta área y  las técnicas del PCR y secuenciación empezaron  a hacerse más populares, ya que anteriormente era muy caro y muy difícil de hacer debido a que se  requerían  demasiados pasos y equipo costoso. En los años noventas, la técnica  tuvo una gran revolución. Para el  año dos mil se empezó aumentar la capacidad de secuenciación de genomas, genomas humanos pueden secuenciarse en días. Al respecto  explica la Dra. Porras: “algo que nos tomó diez años a la humanidad junta secuenciar, ahora puede hacerse en días. Podemos secuenciar cientos de de bacterias, y los genomas completos para descubrir genes nuevos que se pueden utilizar en la industria”.

¿Qué se necesita para hacer Bioinformática Microbiana Aplicada?

Porras explica que desde el punto de vista informático lo que se requiere es una  computadora pero que lo principal es gente capacitada y actualizada en los procesos. Esta es ciencia que realmente se puede hacer con pocos recursos por que la mayoría de información es gratis y está disponible en el internet. “Yo creo que lo que principalmente es el recurso humano capacitado para poder usar estos recursos y así poder hacer ciencia de primer mundo en países que todavía están en vías de desarrollo porque lo que se necesita es una conexión a Internet y una computadora. Las computadoras ahora tienen la capacidad para hacer análisis básicos. Esto es ciencia gratis, porque está accesible a la mano de todos los países simplemente necesitamos ese recurso humano capacitado”.

Es por esto que este curso, organizado en asocio con el CONICIT brinda capacitación en el uso de estas herramientas básicas que están disponibles y gratis.  “Todos los recursos que se explican en el curso son recursos gratis que se pueden bajar o utilizar del Internet. A veces no conocemos qué está disponible, debido a que esto es tan nuevo que por ejemplo, no hay muchos libros que le digan a uno cómo empezar, y la mayoría de la información está en revistas científicas y muchas veces no tenemos acceso en el país a esas revistas. Yo traté de incorporar toda esta información en el curso”. Finalmente, la doctora Porras indicó que la mayoría de estos programas tienen “ayudas” que guían al usuario y lo entrenan con el fin de aprender a utilizarlos de la mejor manera. “Este es  un aprendizaje continuo, uno puede entrenarse continuamente y seguir entrenándose. Hay diferentes recursos en el internet y videos de conferencias para capacitarse” concluyó:

El Máster  Giovanni Garro Monge, Profesor e Investigador y Coordinador del Centro de Investigación en Biotecnología del Instituto tecnológico de Costa Rica, dijo sobre el curso Bioinformática Microbiana Aplicada que la Bioinformática está tomando un auge mundial muy alto, realmente es una de las áreas que se está desarrollando de forma exponencial, logarítmica y, por tanto, hay que insertarse, hay que capacitar nuestro personal y dar mucho apoyo a todos los profesionales.

Estudiantes del curso impartido en el ITCR.