Recientemente el Centro Nacional de Secuenciación Genómica –CNSG-, liderado por la Universidad de Antioquia, aumentó su capacidad para analizar información genómica. El Centro acaba de adquirir un nuevo servidor con tecnología de computación paralelizada en tarjetas gráficas (GPU-computing).
La Universidad tiene gran liderazgo en el desarrollo de esta área en el nivel nacional. Según el director del CNSG, Juan Fernando Alzate, la reciente adquisición de esta plataforma computacional, además de fortalecer la capacidad operativa existente, permitirá afrontar a mediano plazo los retos en secuenciación genómica en el país.
Sin embargo, advirtió, las posibilidades científicas del presente plantean una necesidad urgente de promover el desarrollo de las tecnologías de la información en Colombia. De esa forma se podría enfrentar el reto del estudio de la biodiversidad con la que cuenta el territorio nacional.
De la célula a la computadora
El CNSG cuenta con la tecnología para digitilizar la información genética completa (genoma) de los organismos vivos. En las células, ésta información se encuentra almacenada en una 'hebras' larguísimas, denominadas cromosomas. Se componen de 4 sustancias químicas que van alternando en un orden específico según la especie y que, al final, determinan las característcias de cada ser vivo.
Este proceso de digitalización de la información genómica arranca rompiendo en millones de pequeños fragmentos los cromosomas, para posteriormente ser leídos por el secuenciador genómico del CNSG.
Las sustancias químicas leídas equivalen a cuatro letras del alfabeto: A, T, G, y C. Las secuencias obtenidas de estos fragmentos son almacenadas en discos duros. Ahí empieza el primer paso computacional: comparar los millones de fragmentos obtenidos entre ellos mismos, para así organizarlos y reconstruir la información completa como originalmente estaba en el cromosoma.
Una vez se tiene la información extraída del genoma, se necesita una gran capacidad computacional para analizarla. Esto es posible gracias a diversos programas computacionales y algoritmos que tienen acceso a bases de datos mundiales donde se tiene decodificado el genoma de diversas especies ya estudiadas.
Sin embargo, para la biodiversidad tropical, especialmente la colombiana, las bases de datos internacionales se quedan cortas, pues aún no se ha descifrado el código genético de muchas de las especies de flora y fauna de nuestro país.
Precisamente, para enfrentar esa situación, el CNSG cuenta con un equipo computacional que permitirá “leer” la información genética de diversos organismos vivos de nuestro país, para descifrar su ADN y sumar esa información a las distintas bases de datos del mundo.
Este equipo de alta computación permite acelerar el proceso de análisis genético, pasando de invertir un mes en el análisis genético de un solo organismo, a tener la misma información procesada en pocos días. Esto, gracias a que este nuevo servidor hace análisis en paralelo, que permite correr alrededor de 1000 programas al mismo tiempo.
De acuerdo con el ingeniero Felipe Carbarcas, profesor de electrónica de la Universidad de Antioquia y miembro del CNSG, se han logrado ajustar los procesos para hacer secuenciación genómica localmente en condiciones muy eficientes.
Aun así, la tarea apenas comienza, pues se necesita afinar la infraestructura computacional, que le dé sentido a todo el código genético leído hasta ahora y el que viene en las próximas décadas. Esto implica la creación de lenguajes acordes a los requerimientos y la generación de nuevos algorítmos de análsis, que a la postre resultan ser de alta exigencia.
Clave para conocer la diversidad del país
“Colombia está en el top de los países con mayor diversidad en el planeta, de manera que si queremos entender los seres vivos que tenemos, debemos hacer ese trabajo rápido y eficientemente. De no ser así, tardaremos siglos y se extinguirán muchas especies u otros las estudiarán por nosotros”, comentó el profesor Alzate.
La genómica y los estudios computaciones tienen un gran desafío que les impone la amplia diversidad biológica del país. En Colombia pueden existir más de 40.000 especies de plantas y una sola planta puede poseer entre 1 y 5 gigabases de información genética (equiparable a 5 Gigabytes en términos computacionales). ¿Cuántos discos duros necesitamos para guardar toda la información genómica de la biodiversidad del país?
"Éste es un reto que enfrentamos todos los países de la región y obliga a pensar que en Suramérica debemos construir nuestra propia infraestructura para almacenar y compartir nuestras bases de datos biológicas, especialmente teniendo en cuenta que los centros europeos y norteaméricas ya están saturados con la información generada hasta la fecha”, aseguró Alzate.
Gracias a la genómica se puede tener la información más detallada posible de las características de la biodiversidad colombiana: clasificación de las especies e inventarios precisos de genes de cada organismo y características que pueden aplicarse en conservación y bioprospección.
Por ejemplo, con la pluma de un ave, se puede identificar genómicamente la especie a la que pertenece e incluso su origen geográfico, ejercicio que antes requería de observaciones y trabajo de campo. Asimismo, el estudio de los genes que posee cada especie permite predecir el potencial de los organismos para procesos benéficos a la sociedad.
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