Colombia: a la colonización de nuevos campos científicos

Con la bioinformática el Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia (Bios), busca revolucionar la ciencia, la tecnología y la innovación del país.

Colombia es un país donde la investigación científica que finalice en inventos o patentes producto de la innovación todavía es incipiente, y lo poco que se hace al respecto no es conocido por los colombianos.

En la actualidad hay importantes centros de investigación que con el apoyo gubernamental, están tratando de cambiar la historia de la ciencia en el país al promover la innovación como motor de desarrollo, sin embargo es muy poco lo que se sabe sobre ellos. Tal es el caso del Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia (Bios) que funciona en Manizales desde junio de 2013.

Este instituto surgió para fortalecer las capacidades de investigación e innovación en las áreas de biotecnología, biodiversidad, salud, medio ambiente, energía, industria, agrícola y pecuaria, entre otras. Colombia como muchos otros países de América Latina, cuenta con un potencial biológico megadiverso, así como con grupos de investigación con gran capacidad de generar información biológica. Sin embargo, estos grupos carecían de la infraestructura computacional necesaria para acelerar la generación de conocimiento científico en biodiversidad que permitiera el uso de organismos, sustancias y la naturaleza en general, para mejorar la calidad de vida del ser humano y desarrollar nuevos negocios de alto valor agregado.

Para solucionar este problema era necesario crear un gran centro de bioinformática. En un principio, la idea de crear un instituto de bioinformática y biología computacional con tecnología de punta parecía una aventura quijotesca. Sin embargo, el liderazgo de Colciencias y el Ministerio de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, apoyados desde el sector empresarial por Microsoft y Hewlett-Packard, y con el acompañamiento de universidades como la Nacional y las universidades del Eje Cafetero, lograron desde junio de 2013 poner en funcionamiento el Bios, que tiene una de las infraestructuras computacionales para investigación y desarrollo más robustas de América Latina.

En este instituto, se podría cooperar con la creación de un nuevo medicamento para el cáncer en mucho menos tiempo. En el campo de la agroindustria los aportes de Bios pueden ser grandísimos. Con su ayuda los empresarios rurales podrían identificar con mayor rapidez, por ejemplo, los genes de las plantas que mejorarían la productividad de sus cultivos.

Con un poco más de un año de funcionamiento Bios lleva a cabo interesantes proyectos que seguramente revolucionarán el mundo de la ciencia, la tecnología y la innovación en Colombia. Uno de ellos es una lengua electrónica con interfaz cerebral que permita la caracterización, manipulación y mejoramiento de productos alimenticios basadas en el registro de sensaciones experimentadas por sus consumidores. Otro es una neuroprótesis que se utilizaría en la rehabilitación no quirúrgica de invidentes y discapacitados visuales.

Con todas estas investigaciones El Centro de Bioinformática y Biología Computacional de Colombia es la iniciativa más ambiciosa del sector público, privado y académico, a través de la cual se trabaja para darle un vuelco a la economía y la competitividad del país, aprovechando la biodiversidad y las materias primas con las que cuenta Colombia para convertirlas en conocimiento al servicio del desarrollo y al mejoramiento de la calidad de vida de sus habitantes. La sinergia entre la ciencia, la tecnología y la innovación es la punta de lanza del desarrollo económico y social del mundo actual.

En este sentido, a través de Bios se busca promover una cultura de innovación empresarial basada en la cooperación, alianzas estratégicas y la ciencia y tecnología. Hoy en día, BIOS trabaja en simulaciones por computador de la acción de miles de proteínas obtenidas de varias especies, con el fin de encontrar las que puedan servir para revolucionar la industria agropecuaria, petrolera, de cosméticos, de alimentos, entre otras, algo que parece de ciencia ficción pero que ya es una realidad en el país.

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New form of mRNA regulation characterized

RNA, once thought to be a mere middleman between DNA and protein, is now recognized as the stage at which a host of regulatory processes can act to allow for flexibility in gene expression and thus the functions of cells and tissues.

In a new report in the journal Plant Cell, University of Pennsylvania biologists used material from both humans and plants to examine chemical modifications to messenger RNA, or mRNA, finding that the modifications appear to play a significant role in the process by which mRNAs either survive and become translated into protein or are targeted for degradation.

Their analyses also revealed that mRNAs that encode proteins involved in responses to stress were more likely than other mRNA molecules to be modified, a hint that the modifications may provide a mechanism by which organisms can respond dynamically, at the post-transcriptional level, when confronted with changes to their environment.

The research was led by Brian D. Gregory, an assistant professor in Penn's Department of Biology in the School of Arts & Sciences, and Lee E. Vandivier, a graduate student in Gregory's lab. Coauthors include Rafael Campos and Ian M. Silverman from the Gregory lab, and Pavel P. Kuksa and Li-San Wang from Penn's Perelman School of Medicine.

The snapshot of all RNA sequences present in an organism at one time is known as the transcriptome; in this study, researchers wanted to examine the epitranscriptome, or modifications to the sequences of RNA molecules that may go on to affect gene expression.

Gregory has pioneered new techniques to investigate how RNA is regulated, including a method that identifies the sites of interaction with RNA binding proteins, called PIP-seq. In this study, he, Vandivier and colleagues used another technique that Gregory and Wang together devised, called HAMR, for high-throughput annotation of modified ribonucleotides. The approach allows for the identification of nucleotides in RNA molecules that have been modified after being transcribed from DNA.

"With these changes you're increasing the potential chemical properties an RNA molecule can have," Gregory said. "Instead of just having A, C, U and G, you have almost every variation you can think of. "

Earlier work has found more than 100 of these types of covalent modifications, primarily in RNA molecules that do not code for proteins, such as transfer RNA and ribosomal RNA.

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Agricultura y medio ambiente de la región con nuevo aliado en investigación: Fotónica y Bioinformática en perspectiva

El cambio climático, la dureza de las aguas y la fertilidad de los suelos son algunos de los factores que afectan la productividad agrícola en cualquier rincón del país; la región pacífica, con grandes extensiones de cultivos fundamentales para su desarrollo social y económico, entre las que se encuentran el café, arroz, caña de azúcar, ají, papa, cebolla y una extensa variedad de frutas, legumbres y hortalizas, no escapa de las “dificultades” propias de la agricultura.

Como respuesta a las necesidades en investigación, que permitan sortear dichos factores, y propendan por el mejoramiento de los cultivos en todas sus dimensiones, nació el Centro de Investigación e Innovación en Bioinformática y Fotónica – CIBioFI, un proyecto financiado por el Sistema General de Regalías que promueve la interacción entre distintas áreas del conocimiento, como las ciencias básicas y la ingeniería, mediante la aplicación y el uso de las propiedades de la luz y la biotecnología, para resolver algunos de los problemas que afectan campos prioritarios de desarrollo científico, con impacto directo en la agro-producción regional, la integridad del medio ambiente y el bienestar de los ciudadanos.

CIBioFI es liderado por el docente de Física Dr. John Henry Reina, de la Facultad de Ciencias Naturales y Exactas de la Universidad del Valle y está conformado por nueve grupos de investigación en las áreas de Física, Química, Biología, Bioinformática y Medio Ambiente, de la Universidad del Valle, la Universidad Nacional (sede Palmira) y la Universidad Icesi; esta alianza suma más de treinta estudiantes vinculados a los grupos de investigación y dieciocho profesores-investigadores dedicados a los diferentes proyectos.

El Centro de Investigación contempla, en alianza con la empresa pública y el sector privado, la construcción de cuatro laboratorios y un clúster computacional (estimado como el sexto más grande de Latinoamérica) para la Universidad del Valle. CIBioFI cuenta con el apoyo del Estado y el sector empresarial con aliados como el Servicio Geológico Colombiano, Arrocera La Esmeralda (Arroz Blanquita), Hugo Restrepo y Cia. y Agro AP Agricultura de Precisión.

omo acción estratégica, el centro enfoca parte crucial del trabajo en la producción de soluciones para la agricultura y el medio ambiente, a través de métodos como la prospección atmosférica por medio de dos técnicas: utilizar la luz como un radar para saber qué contaminación hay en el aire y emplear la luz del sol como un excitador de la atmósfera para saber qué partículas y especies moleculares se encuentran en ella.

También trabajan, entre los diferentes proyectos que realizan, en un sistema de medición aérea de los campos en todos los colores del espectro, por medio de análisis fotográficos, utilizando drones para la toma de imágenes, que permitan conocer cuál es el estado de los cultivos y entregar información en tiempo real. Con esas técnicas se mide además la calidad del aire y la producción de gases en los cultivos, para determinar su estado de salud.

Además, se estudian las moléculas involucradas en el proceso de crecimiento de las plantas para conocer cómo pueden absorberlas mejor, cómo modificar genéticamente algunos marcadores y proteínas de una planta para que la absorción de nutrientes aumente, y cómo utilizar fuentes de luz coherente para mejorar esos procesos.

El diseño y control de procesos de absorción, conversión y transferencia eficiente de energía en biomoléculas y sistemas de moléculas sintetizadas por los investigadores en el Centro son un aspecto clave en su desarrollo dados los requerimientos de energía que se proyectan para el planeta si llegasen a agotarse los recursos fósiles, además de la necesidad de encontrar fuentes limpias y alternativas de energía para suplir la creciente demanda energética.

Los desarrollos tecnológicos del Centro de Investigación permitirán entonces optimizar los cultivos y mejorar la productividad de las tierras, entre otras, identificando por qué un lote de un terreno tiene una producción menor que el terreno contiguo, y estableciendo las acciones necesarias para mejorarlo, esto se realiza utilizando medidas satelitales, fotografía aérea y cámaras térmicas; tecnología avanzada de punta que le dice al agricultor en qué está fallando y qué acciones debe realizar para mejorar el sembrado.

CIBioFI es y será un referente importante para el país, no solo por los desarrollos transversales que pueda aportar a las ciencias básicas e ingeniería, y en particular, al agro a través de la fotónica y la bioinformática, sino también porque logra una integración armónica entre la universidad, el Estado y la empresa privada; logrando que las empresas creyeran en los procesos de investigación de las universidades, y que el Gobierno financie los proyectos de manera parcial o completa.

El Centro de Investigación e Innovación en Bioinformática y Fotónica –CIBioFI, representa una de las acciones en Ciencia, Tecnología e Innovación más importantes para el desarrollo del Valle del Cauca, la región pacífica y la nación, y su creación y lanzamiento no podrían haber surgido en mejor momento, cuando la Asamblea General de las Naciones Unidas proclamó (en diciembre de 2013) que el 2015 fuera el Año Internacional de la Luz y las Tecnologías basadas en la luz, reconociendo la importancia que la luz y las tecnologías basadas en ella ha tenido para los campos de la medicina, las comunicaciones, la energía y la agricultura, en pocas palabras, en el bienestar de todos los ciudadanos del mundo.

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Nutrigenética, bioinformática, Big Data y experiencias sensoriales definirán nuestra forma de comer

En el futuro comeremos mejor, con más información, pero muy parecido a cómo lo hacemos hoy, nada de pastillas ni cosas parecidas. Esta es la predicción en la que coinciden tres grande expertos reunidos en el foro El FuturoXvenir, organizado por la Fundación Telefónica. Jose María Ordovás, catedrático de nutrición y pionero en el campo de la Nutrigenética; Alfonso Valencia, director del Insituto Nacional de Bioinformática y Andoni Aduriz, chef responsable del restaurante Aduriz, y colaborador de diversas iniciativas relacionadas con la innovación como el Instituto Ibermática de la Innovación, EuroToques o Barcelona Vanguardia.

LA BIOLOGÍA MODERNA
ES BÁSICAMENTE
BIG DATA

La compañía tecnológica se suma así al interés por analizar diferentes aspectos de sistema de alimentación y cómo la innovación en el campo de la ciencia o la tecnología va a impactar en la forma en la que nos alimentamos.

La humanidad se alimenta bajo una premisa: estar bien nutridos y disfrutar de los alimentos –y desde siempre, no en los últimos tiempos, según se encargó de matizar José María Ordovás. Sin embargo, actualmente hay dos fenómenos que están modelando el mundo y que no podemos obviar: la pirámide poblacional y el calentamiento global. “Son el gran elefante en la habitación que parece que nadie se atreve a afrontar realmente.” Y en ambos casos, tienen importantes efectos sobre nuestra salud. Por ejemplo, la mayor esperanza de vida hace que los hombres y mujeres vayamos a vivir más, pero los últimos 15-20 años con una salud pobre.

USAR LA BIOINFORMATICA PARA PASAR DE LA MEDICINA PERSONALIZADA A LA NUTRICIÓN PERSONALIZADA

La cuestión es, ¿puede la alimentación ayudarnos a envejecer mejor? Pues según Ordovás, rotundamente no, si con ello estamos pensando en algún tipo de dieta o alimento milagro. “No hay balas de plata, solo la opción de una dieta y estilo de vida saludable.”Sin embargo, en lo que sí se está investigando es la relación entre la nutrición y la genética, cómo afecta esta última a nuestra forma de comer, o en sentido contrario, ¿las recomendaciones o dietas son apropiadas para todas las personas por igual?

De eso es precisamente de lo que se encarga la disciplina en la que es experto Ordovás, la nutrigenómica, que la estudia la dieta y los hábitos en la alimentación relacionados con el genoma. La genómica podría conllevar el diseño de una dieta ideal para cada persona a la vista de las características de su genoma. Y el profesor zaragozano lo explicó claramente con el ejemplo del gen causante de la predisposición a la obesidad. “Podemos controlar esa tendencia a través de nuestra dieta, predisposición no es predeterminación. Y se ha demostrado que la educación es el mejor factor para luchar contra ello. Si conocemos nuestro genoma, será posible diseñar una nutrición sana, adaptada y personalizada.”

Pero para llegar a esta idea de la nutrición personalizada es preciso procesar y digerir muchos datos, que es en el fondo en lo que consiste la secuenciación del ADN. Una tecnología que, tal y como explica Alfonso Valencia, “progresa más rápidamente que la microinformática o la tecnología espacial”. Pronto podremos secuenciar el ADN en un chip que podríamos llevar en nuestro teléfono móvil.” Lo difícil, lo complejo, es decodificar esos datos para dar con el fármaco exacto que aplicar en cada caso. Ese es el objetivo de la medicina personalizada. El planteamiento del profesor Valencia es “cómo podemos usar estos mismos procesos para adaptar la alimentación de las personas según nuestro perfil genético, es decir, cómo pasamos a la nutrición personalizada”. Para llegar a ello, hay que barajar tres aspectos:

• El perfil personal (incluyendo genoma y bioma), mediante una monitorización constante. Esto da cabida a todo tipo de gadgets y wearables.
• El perfil de los alimentos: no solo su composición química, sino también cómo se procesan y se preparan y el impacto que esto tiene en ellos.
• El perfil social, es decir la información del entorno, los comercios o restaurantes a los que tiene acceso, cultura, costumbres, hábitos, modas, comunidades y hasta redes sociales.

NINGUNA DIETA, AÚN PERSONALIZADA, TENDRÁ EFECTO SI NO CAMBIAMOS NUESTROS HÁBITOS

En definitiva, “ingentes cantidades de datos a tratar. Por eso la biología moderna es básicamente Big Data. Necesitamos computación, estadística, bioinformática y técnicas de representación de la información. Éste es el futuro que yo veo: ser capaces de hacer mejores predicciones para diseñar una dieta para cada uno.”

Pero ninguna dieta por muy personalizada que esté, tendrá ningún efecto si no conseguimos cambiar nuestros hábitos. Y ese es el quiz de la cuestión, según Andoni Aduriz. Es muy difícil cambiar unos hábitos cuando no están ligados exclusivamente a satisfacer una necesidad, sino a zonas más profundas de nuestro ser como la cultura, el contexto, las experiencias previas, la memoria sensorial. “Por ello, solo hay dos caminos, la concienciación, y en el caso de los niños, laeducación en hábitos ligados a momentos, afectos, experiencias positivas. Porque la experiencia sensorial está asociada a un contexto, a una experiencia que revives y que no se borra nunca.”

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Inside the Bizarre Genome of the World’s Toughest Animal

Tardigrades are sponges for foreign genes. Does that explain why they are famously indestructible?

The toughest animals in the world aren't bulky elephants, or cold-tolerant penguins, or even the famously durable cockroach. Instead, the champions of durability are endearing microscopic creatures called tardigrades, or water bears.

They live everywhere, from the tallest mountains to the deepest oceans, and from hot springs to Antarctic ice. They can even tolerate New York. They cope with these inhospitable environments by transforming into a nigh-indestructible state. Their adorable shuffling gaits cease. Their eight legs curl inwards. Their rotund bodies shrivel up, expelling almost all of their water and becoming a dried barrel called a “tun.” Their metabolism dwindles to near-nothingness—they are practically dead. And in skirting the edge of death, they become incredibly hard to kill.

In the tun state, tardigrades don't need food or water. They can shrug off temperatures close to absolute zero and as high as 151 degrees Celsius. They can withstand the intense pressures of the deep ocean, doses of radiation that would kill other animals, and baths of toxic solvents. And they are, to date, the only animals that have been exposed to the naked vacuum of space and lived to tell the tale—or, at least, lay viable eggs. (Their only weakness, as a researcher once told me, is “vulnerability to mechanical damage;” in other words, you can squish ‘em.)

Scientists have known for centuries about the tardigrades’ ability to dry themselves out. But a new study suggests that this ability might have contributed to their superlative endurance in a strange and roundabout way. It makes them uniquely suited to absorbing foreign genes from bacteria and other organisms—genes that now pepper their genomes to a degree unheard of for animals.

Thomas Boothby from the University of North Carolina at Chapel Hill made this discovery after sequencing the first ever tardigrade genome, to better understand how they have evolved. Of the 700 species, his team focused on Hypsibius dujardini, one of the few tardigrades that’s easy to grow and breed in a lab.

At first, Boothby thought his team had done a poor job of assembling the tardigrade’s genome. The resulting data was full of genes that seemed to belong to bacteria and other organisms, not animals. “All of us thought that these were contaminants,” he says. Perhaps microbes had snuck into the samples and their DNA was intermingled with the tardigrade’s own.

But the team soon realized that these sequences are bona fide parts of the tardigrade’s genome.

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