Metagenómica

Las bacterias son los organismos más antiguos y numerosos que habitan la Tierra. Son las causantes del cambio climático más importante que ha sufrido nuestro planeta al transformar su atmosfera reductora en una oxidante, además son los únicos organismos capaces de fijar nitrógeno atmosférico,  contribuyendo a formar y mantener la mayor parte de biomasa del planeta. A pesar de lo importantes que son para la vida, se cree que sólo se conoce un 1% de la diversidad total de bacterias que habitan en el planeta. Podemos darnos cuenta de ello si sabemos que en un gramo de suelo se pueden  encontrar más de 10000 millones de células bacterianas pertenecientes a mil especies distintas.

Existen muchos proyectos de investigación basados en conocer este mundo microscópico, mediante el cultivo en laboratorio. Pero hoy, no sólo se estudian como individuos, sino que podemos estudiarlos como una comunidad.  Tradicionalmente solo se secuenciaban genomas procedentes de organismos clonados y cultivados en laboratorio. Actualmente, gracias a la  metagenómica, se puede secuenciar  el genoma de poblaciones enteras de microbios. La metagenómica forma parte de la era de las “ómicas”, junto con genómica, proteómica,  metabolómica y transcriptómica. Todas se han desarrollado gracias al aporte de la bioinformática que permite analizar y comparar un gran número de muestras y de datos.

La metagenómica es una disciplina emergente que se basa en  extraer, secuenciar y analizar el ADN microbiano extraído directamente de muestras de suelos, lechos marinos, tracto digestivo, entre otros. Aprovecha la tecnología de las  técnicas de secuenciación y las herramientas  bioinformáticas para procesar toda la información que se obtiene. Se construyen así librerías metagenómicas donde se almacena toda esta información, cuyo  objetivo es identificar los genes y sus rutas metabólicas y así poder compararlos con otras comunidades.

Uno de los pioneros en este campo es el científico  John Craig Venter, que empezó analizando muestras del Mar Sargasso (Bermudas) cuyo trabajo fue publicado  en la revista Science en 2004. Se encontró con un millón de genes nuevos pertenecientes a 1800 especies distintas. Actualmente recorre el mundo en su yate recogiendo muestras de lechos marinos y secuenciándolos para su análisis. Él y su equipo, están convencidos de que los microorganismos tienen la capacidad de generar energía casi infinita, producir fármacos importantes y limpiar la contaminación producida por el hombre.

El mar es una de las fuentes más importantes de material genético cuya función está por determinar

El desarrollo de las bases de datos de secuencias ha permitido encontrar  una gran diversidad de microorganismos pertenecientes a grupos taxonómicos no descriptos. Esto podría ser de gran utilidad para la investigación en medicina, ecología, medio ambiente, industria. Además de los proyectos de investigación para conocer la biodiversidad en el agua del mar, también se estudian distintos suelos, minas, ambientes extremos y hasta el proyecto de secuenciar todos los microorganismos que residen en el cuerpo humano.

La metagenómica es por tanto una herramienta útil para acceder a la elevada  diversidad que ofrecen los microorganismos de muestras ambientales. La construcción de las liberarías metagenómicas proporciona importante información que puede ser aplicada en la investigación de muchos campos como la industria, aplicaciones terapéuticas y sostenibilidad medioambiental.

De como la Bioinformática vino a modernizar la docencia en la Facultad de Alquimia, estoooo… de Química de Murcia

Cuando un servidor comenzó la licenciatura en química, entre las (muchas) quejas que los estudiantes hacíamos al plan de estudios que en ese momento seguía la Facultad de Química de Murcia, era la carencia de una asignatura que nos introdujese, aunque fuese de forma testimonial, en las distintas herramientas informáticas que un químico debía conocer y saber emplear para desarrollar su labor, tanto si esta iba a ser investigadora como si no. Cuando accedí al segundo ciclo de bioquímica, logrando escapar del HORROR docente que es la química en Murcia, las cosas pintaban igual al respecto, aunque es justo reconocer que los profesores, en muchos casos más jóvenes… y, por qué no decirlo, parece que más preocupados por nuestra formación, procuraban orientar tanto su temario como nuestro trabajo autónomo de forma que nos familiarizásemos con bases de datos, programas de visualización de estructuras o de tratamientos de datos.

¡Socorro! ¡Un químico andante!

Por ello, cuando una conjunción astral (es la única forma de explicar lo fatídico de los últimos trescientos sesenta y cinco años de mi vida) convirtió el pasado año en mi Armagedón (aunque sin Liv Tyler, ¡maldita sea!) particular, y me vi obligado a adaptarme al plan de Mierdonia Bolonia, quedé gratamente sorprendido cuando descubrí la inclusión, en el nuevo plan de estudios, de una asignatura llamada ‘Bioinformatica’. Desarrollada a lo largo de un cuatrimestre, esta nueva materia permite a los alumnos tener una somera pero variada, y adecuada al nivel del curso, visión de un abanico de herramientas y técnicas bioinformáticas sin las cuales el bioquímico y, por qué no, cualquier científico que trabaje en las ciencias de la vida, no puede considerar completa su formación. Y, a pesar de que muchos profanos al escuchar el término Bioinformática piensa en esto:

…resulta más que evidente que esta disciplina es la responsable de el alto grado de avance de las ciencias de la vida en la actualidad, pues ni al más lego en la materia escapa que un enorme volumen de información es inútil si no está correctamente organizado y clasificado, y dispone de un acceso rápido y eficaz. Precisamente por ello, uno de las aspectos tratados a lo largo del curso que más ha llamado mi atención es el referente a los alineamientos de secuencias, ya que nos permite averiguar el grado de homología entre una secuencia de DNA o una proteína de función desconocida, con una otra de la cual se conoce su función, ya que secuencias similares normalmente derivan de la misma secuencia ancestral. Así, si una secuencia desconocida es similar a otra, probablemente comparten su origen y tendrán estructuras y/o funciones parecidas. Dependiendo del resultado del alineamiento, se nos ahorrará un valiosísimo tiempo de asignación de función a esa estructura particular sobre la que estamos trabajando. Herramientas como el método dot- plot, que el programa DOTMATCHER emplea y que la colección EMBOSS nos facilita, nos permiten llevar esto a cabo. Mediante algoritmos como el de Needleman- Wunsch o el de Smith- Waterman estos programas buscan el alineamiento local óptimo respecto a un sistema de puntuación basados en matrices de substitución y puntuaciones de huecos. Sin embargo, la aplicación que mejor puede llegar al gran público es la de filogenia. Programas como Jalview, que elimina los huecos de un alineamiento múltiple, Core de T-Coffee, que analiza los alineamientos múltiples obtenidos con otro programa y la generación de árboles con Clustalw e ITOL os pueden permitir sorprenderos elaborando y comprobando lo cercanas o lejanas que ciertas especies se encuentran en la línea evolutiva en base a la secuencia de proteínas, o genes, que comparten cierto grado de homología. Como curiosidad, os invito a intentar elaborar un árbol a partir de las secuencias de las hemoglobinas de diversas familias de homínidos, entre los que se encuentra el Homo sapiens.

Ahora, y para compensar el rollo que os he metido, os dejo con un poco de buena música. Hasta la próxima

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