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Introducci

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Introducci n Bioinform tica La investigaci n Biom dica in silico El lenguaje de los genes. En una conferencia magistral (en su doble sentido) impartida por el ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Introducci


1
Introducción
Bioinformática La investigación Biomédica in
silico
2
Introducción a la Bioinformática
Puntos a tratar
  • Bioinformática síntesis de la revolución de la
    biología molecular y de la informática
  • El análisis computacional de secuencias
  • Retos de la bioinformática la integración de
    los diferentes niveles de complejidad de los
    sistemas biológicos

3
Introducción a la Bioinformática
GENOMAS
4
Codificación de la información
  • Sistemas vivos información digital cuaternaria
    (A,T,G,C) en secuencias unidimensionales de
    monómeros
  • Ordenadores información digital binaria en
    ristras de 0 y 1

5
Bioinformática
Bioinformática síntesis de la revolución de la
biología molecular y de la informática
  • Definición
  • La disciplina científica que engloba todos los
    aspectos de la adquisición, procesamiento,
    distribución, análisis, interpretación e
    integración de la información biológica
  • Biología molecular
  • Fundamentos de redes
  • Bases de datos
  • Aplicaciones bioinformáticas

6
Bioinformática
Nueva disciplina
Bioinformática síntesis de la revolución de la
biología molecular y de la informática
7
Bioinformática
Hitos de la Bioinformática
Primera proteína secuenciada Secuenciación del
DNA GenBank, EMBL, DDBJ Secuenciación
automatizada de DNA Algoritmos FASTA y
BLAST WWW Primer genoma completo Primer
cromosoma humano Borrador Genoma Humano Genoma
Humano completo HapMap, Genoma chimpancé,
387 genomas
8
El problema
Fenotipo
DNA
9
Bioinformática
La información biológica
Propiedades de la información biológica
10
El crecimiento explosivo de datos
Hace ... Antes Ahora
Nucleótidos 26 años (1982) 680338 pb (GenBank) gt Miles de millones
Proteínas 26 años 1500 300.000
DNA continuo 16 años 73 kb gt 270 Mbases
SNPs 16 años centenares 11 millones
Genomas 11 años 0 microorganismos 387 Organismos
Expresión 10 años Limitado pocos genes Torrente de datos (microchips)
11
La avalancha de datos
12
Bioinformática
Los métodos computacionales se han convertido en
algo intrínseco de la investigación biológica
moderna, y su importancia sólo puede incrementar
conforme aumenta la importacia de los métodos a
gran escala de generación de datos, la
complejidad de los datos y la sofisticación de
nuestras preguntas
Francis S. Collins
13
Tres vertientes del análisis bioinformático
  • Manejo de volúmenes masivos de datos
  • Análisis e interpretación de resultados
    experimentales
  • Modelo de sistemas biológicos

14
Bases de datos
DB
http//www.ncbi.nlm.nih.gov/gquery/gquery.fcgi
15
Secuenciación del genoma (Aproximación
aleatoria, Celera)
  • Potencia de cálculo
  • Ordenador Compaq de 800 procesadores Alfa EV6 y
    EV7 con una arquitectura de 64 bits y más de 80
    terabytes de memoria (5 veces la biblioteca del
    congreso)

16
Análisis de genomas
Translation
Proteome
All-against-all Comparison Within Proteome 1,3
Protein Comparison Between Proteomes 1,4
Database Similarity searrch²
Search Of Clusters 5
Proteome
Proteome
Proteome
Proteome 1
Proteome 2
SwissProt PDBsequences Translated ESTs
Database of Proteome 2
Proteome database
Database of Proteome 1
Cluster Database
..... Or
Proteome
17
Genómica comparativa
Metodología con una sensibilidad y precisión
comparable o superior al análisis experimental
  • Genoma ratón 14 menor genoma humano (2,5 Gb vs
    2,9 Gb)
  • 90 ambos genomas presentan sintenia
  • A nivel nucleotídico 40 GH se alinea con GR
  • Tasa substitución neutra 0,5 por sitio. Doble
    ratón que humanos
  • genoma sometido a selec purificadora gt5
  • Evolución no uniforme del genoma
  • Ambos mismo número genes, 30.000. 80 único
    ortólogo, sin homología lt1

18
Genómica comparativa
Qué cambios genéticos nos hacen humanos
?
19
Base genética de la individualidad humana
A G A G T T C T G C T C G
SNPs
A G G G T T A T G C G C G
Single Nucleotide Polymorphism
20
Base genética de la individualidad humana
International HapMap Project (http//www.hapmap.or
g)
21
Expresión (DNA microarrays Molecular portraits)
22
Proteómica
IBM GeneBlue
T M I T D S L A V V L Q R R D W E N P G V T Q L N
R L A A H P P F A S W R N S E E A R T D R P S Q Q
L R S L N G E W R F A W F P A P E A V P E S W L E
C D L P E A D T V V V P S N W Q M H G Y D A P I
Y T N V T Y P I T V N P P F V P T E N P T A G C
Y S L T F N V D E S W L Q E G Q T R I I F D G V
N S A F H L W C N G R W V G Y G Q D S R L P S E F
D L S A F L R A G
23
Redes de interacción
Proteómica
Redes de interacción de proteínas (Gavin et al.
Nature 2002)
Máquina multiproteínas 232 máquinas de 12
proteínas promedio
24
Bioinformática
MAKING CONNECTIONS This network graph shows
causal connections among 30,512 genes, 31,459
proteins, and 5,824 small molecules in
Genstruct's model, which contains 136,362 causal
connections that can be evaluated to explain the
molecular state changes observed in large-scale
systems biology experiments. The red connections
represent inhibitions green, activation light
blue, reaction dark blue, a product yellow,
catalysis orange, binding and black, gene
product relations. COURTESY OF GENSTRUCT
25
Bioinformática
Modelo de sistemas biológicos
E-Cell
(Masaru Tomita)
26
Bioinformática
Entendiendo la célula
27
Bioinformática
Qué gran panorámica emergerá del océano de datos
biológicos
?
a. La complejidad no es reducible b. Nuevos
principios generales de organización de lo
biológico
28
Bioinformática
Sistema biológico (Organismo)
Aproximación sintética interdisciplinar
(Bioinformática Biólogos, médicos, matemáticos,
físicos, informáticos,)
Aproximación reduccionista (Experimentos)
Bloques de construcción (Genes/Moléculas)
29
-omics
Bioinformática
Nivel de análisis Definición Estatus Método análisis
Genoma Conjunto completo de los genes de un organismo o sus organelas Independiente del contexto Secuenciación sistemática del DNA
Transcriptoma Conjunto completo de los RNA mensajeros presentes en una célula, tejido o órgano Dependiente del contexto (el complementos de RNAs varía según cambios en la fisiología, el desarrollo o patologías Matrices de hibridación SAGE Análisis Northern a gran escala
Proteoma Conjunto completo de proteínas presentes en una célula, tejido o órgano Dependiente del contexto Electroforesis en gel bidimensional, fingerprinting de péptidos Análisis de dihíbridos
Metaboloma Conjunto completo de metabolitos (intermediarios de bajo peso molecular) presentes en una célula, tejido o órgano Dependiente del contexto Espectrofotometría de infrarrojos Espectrofotometría de masas Espectrofotometría resonancia magnético nuclear
Interactoma
30
La Bioinformática en la investigación clínica
La intersección de la genómica y bioinformática
en la práctica clínica es una necesidad que debe
incorporarse en la investigación médica si que
quiere que la revolución genómica incida
efectivamente en la medicina
Chris Gunter
Nature 2004, 429 439
31
Perspectivas de la Biotecnología
El guru JUAN ENRIQUEZ Ex-Director del Harvard
Business Schools Life Science Project y,
actualmente, es CEO de Biotechconomy
Conocer el lenguaje de los genes es dominar el
futuro
32
La Bioinformática hoy
Herramientas bioinformáticas
Datos
Conocimiento
33
Bioinformática
Conclusiones
En la era postgenómica de la investigación
Biomédica
  • El tratamiento y análisis masivo de información
    es parte de la práctica de la investigación
    biomédica actual
  • El disponer de recursos bioinformático
    integrados y de gran capacidad para el
    tratamiento y análisis de información biomédica
    es hoy una necesidad primaria de la investigación
    biomédica
  • Los investigadores precisan conocimientos y
    capacidades para el análisis e interpretación
    bioinformático mediante programas de formación
  • Desarrollo de análisis de sistemas dinámicos
    complejos
  • Colaboración multidisciplinar
  • Estilo de vida en la red

34
Are you ready?
35
(No Transcript)
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