Por José Pichel Andrés

/DICYT 

La Universidad Pontificia de Salamanca y el Centro de Investigación del Cáncer (perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas, CSIC, y a la Universidad de Salamanca) se han embarcado en un proyecto conjunto para avanzar en el estudio de tumores. Esta colaboración entre un equipo de expertos informáticos y un grupo vinculado a la investigación biomolecular tiene como propósito desarrollar nuevas herramientas tecnológicas para analizar los adenocarcinomas, un tipo de tumores muy frecuente. En concreto, el objetivo es identificar los genes causales, los responsables del desarrollo de la enfermedad.

Un aspecto muy importante de este proyecto es la participación del Club de Innovación de la Universidad Pontificia, una iniciativa que lleva años implicando a los estudiantes de Informática en la realización de proyectos tecnológicos novedosos y que ahora incorpora esta rama bioinformática, que tiene la virtud de intentar formar a alumnos en una disciplina con mucho futuro, pero carente de expertos.

“En los actuales estudios de Genómica somos capaces de ver el estado de miles de genes en muestras de pacientes, así que nos interesa encontrar los genes directores del proceso biológico que estamos observando, lo que llamamos genes causales”, explica Javier de las Rivas, director del Grupo de Investigación en Bioinformática del Centro del Cáncer.

Existen distintos modos de buscar esos genes causales y uno de ellos es utilizar algoritmos o “estrategias informático-matemáticas en las cuales tienes que analizar muchas variables para desentrañar cuál es el gen causal y distinguirlo del que sólo es acompañante del proceso”, comenta el experto.

En particular, este proyecto se quiere centrar en los adenocarcinomas, un tipo de tumor muy frecuente que se corresponde con buena parte de los cánceres de pulmón, colon, próstata o mama, es decir, muchos de los más prevalentes. “El origen de los adenocarcinomas está en el epitelio, una superficie de tejido biológico que está en contacto con factores ambientales que lo modifican”, indica De las Rivas. En el caso de un cáncer de pulmón puede ser el tabaco y en el de colon, la dieta, pero realmente cuando surge un tumor se desconoce su origen concreto, por eso, los científicos se han fijado en esta patología.

“Tenemos biochips que miden las señales de miles de genes a la vez en una muestra de un paciente. Estas señales no las puede ver el ojo humano, hay que analizarlas matemáticamente”, apunta Javier de las Rivas. Esa es la clave y el punto de partida del trabajo de estos investigadores. “Queremos establecer modos y procedimientos de análisis que actualmente no están claros: no hay en la literatura científica una respuesta clara sobre cómo encuentrar los genes causales a partir de datos de biochips”, agrega.

De esta forma, “somos capaces de medir el estado de miles de genes en biopsias de los pacientes. Lo que queremos es aplicar algoritmos que analicen muchas variables (multivariantes) para ver qué genes son los directores del proceso tumoral. Entre los miles de genes solo unos pocos son genes directores, los otros se llaman acompañantes y no causan el proceso biológico. En un estudio de múltiples variables, hay formas de ver cuál es la variable causal a partir de unos datos, pero esto requiere análisis matemáticos sofisticados”, comenta.

La necesidad de incluir la Informática en este campo se debe a que “la Medicina actual está proporcionando una cantidad ingente de datos, antes medía un parámetro y ahora estamos midiendo miles de parámetros. Esto proporciona muchísima información, pero es difícil de analizar”, indica el científico.

Análisis masivo

Dicho de otra manera, “antes un biólogo diseñaba sus experimentos y era capaz de analizar los resultados, pero ahora hay técnicas muy potentes que estudian muchas variables simultáneamente, esos datos son complejos, incluyen mucho ruido y es difícil encontrar información que realmente sea útil”, comenta Manuel Martín-Merino, informático y responsable del proyecto por parte de la Universidad Pontificia. Por eso, hay que “diseñar algoritmos que permitan encontrar esa información” y después diseñar herramientas informáticas que permitan analizar cantidades masivas de datos.

Para iniciar la investigación, lo primero es comprobar en la literatura científica qué están haciendo otros grupos de investigación del mundo. “Los problemas suelen ser el coste computacional excesivo y la incapacidad de encontrar relaciones entre más de dos o tres variables. Por eso, hay que mejorar los algoritmos existentes y esto motiva nuevas líneas de investigación”, indica el profesor de la Pontificia.

Establecer las relaciones entre los genes tiene ciertas semejanzas con las redes sociales de internet, comentan los científicos, es decir, cada gen se relaciona con un determinado grupo de genes y esto se representa gráficamente con una serie de puntos y líneas que los conectan en los que se observa que algunos tienen un papel más importante porque actúan como un nodo de comunicación. Desentrañar todas esas relaciones es clave para concer el papel de cada uno de ellos en el desarrollo de la enfermedad.

Una disciplina en auge

El Grupo de Investigación en Bioinformática del Centro de Investigación del Cáncer (CIC), dirigido por Javier de las Rivas, es el más destacado de Castilla y León en su campo y el único relevante en el panorama internacional, aunque hay otros investigadores que a título más individual comienzan a realizar publicacione interesantes en la región, según comenta el propio científico.   En España, los grupos de investigación importantes se concentran en Madrid y sobre todo en Barcelona, pero la gran actividad científica en el campo biomédico exigiría contar con muchos más especialistas.   Desde 2008, una vez que se puso en marcha la Unidad de Bioinformática, el equipo de Javier de las Rivas ha dado apoyo a más de 25 centros e instituciones de investigación en España, realizando cientos de análisis que han contribuido a muchas líneas de investigación.   Este campo requiere amplios conocimientos informáticos y biomédicos, algo que no es fácil de reunir. “Hay una gran falta de formación, es un campo muy nuevo y multidisciplinar, los chicos que han estudiado Biología saben poco de Informática y Matemáticas, mientras que los que han hecho Informática, saben poco de Biología molecular”, indica el experto.   Por eso, “es muy interesante lo que está haciendo la Universidad Pontificia en el Club de Innovación, potenciar entre alumnos de últimos cursos la creatividad, en este caso, dentro del área biomédica”. Si los jóvenes bien formados se involucran, será una buena noticia “para el mundo académico, tecnológico y científico, porque es un marco genuino, un paso adelante muy necesario”. En su opinión, “es una inversión muy necesaria”.   “Casi ninguno de los alumnos ha pensado nunca en trabajar en el campo de la Bioinformática, les resulta totalmente desconocido”, asegura el profesor de la Universidad Pontificia Manuel Martín-Merino. Por eso, el proyecto conjunto entre el Club de Innovación y el CIC es “algo necesario para que los alumnos conozcan y puedan decantarse por esta línea de trabajo, porque en las facultades no hay formación en Bioinformática”.   Según explican los expertos, en otros países comienzan a impartirse títulos de postgrado en este sentido, mientras que en España los casos aún son contados. “En el ámbito académico, tiene una presencia pequeña o inexistente, mientras que en Reino Unido o Alemania nos llevan cinco años de adelanto incluso en los primeros cursos universitarios”, comenta De las Rivas.   Por eso, una de las virtudes del proyecto que han iniciado la Universidad Pontificia y el Centro del Cáncer es cubrir ese hueco y formar especialistas en una profesión que parece tener mucho futuro.

Para empezar, los genes de la conocida bacteria ‘E. coli’

El objetivo de este proyecto entre los dos grupos de investigación es estudiar los genes del cáncer. Sin embargo, el primer paso de esta línea, dentro del Club de Innovación de la Universidad Pontificia, ha sido más sencillo: la 'Reconstrucción de la red de interacción de genes reguladores de 'Escherichia coli' a partir de microarrays de DNA'.   La bacteria E. coli es “un modelo biológico muy básico”, por eso los investigadores la han elegido como primer caso de estudio de las relaciones entre genes, que más tarde aplicarán al cáncer. Se trata de un microorganismo muy común que ha sido noticia recientemente por la cepa virulenta que hace meses causó decenas de muertes en Alemania. Este trabajo ha aprovechado los datos disponibles de la secuenciación de la bacteria en su forma conocida no virulenta para analizar su red de genes reguladores. Su autor es Jorge Ayuso, alumno de la Universidad Pontificia, que presentó los resultados el pasado mes de julio junto al resto de proyectos del Club de Innovación.   A partir de esta primera experiencia, “el siguiente paso es aplicarlo a lo que nos interesa, que son los adenocarcinomas, con datos de muestras de pacientes que ya tenemos recopilados”, indica Manuel Martín-Merino. “Este problema biológico requiere una modificación de los algoritmos, porque no es lo mismo encontrar interacciones entre genes que hallar relaciones entre un grupo de genes y una variable externa que puede ser, por ejemplo, la respuesta a la quimioterapia”.