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Nueva aproximación para determinar genes patógenos en variedades de virus de un vistazo

Cuando los nuevos virus o bacterias se extienden a los seres humanos, es esencial clarificar sus características especiales lo más rápidamente posible. ¿Por ejemplo, por qué es el coronavirus resistente a los medicamentos comunes? En el futuro, la nueva tecnología grande de los datos puede ayudar a determinar las características de nuevas deformaciones de virus y de bacterias en poco tiempo. Hace esto comparando el genoma de un único organismo con el genoma de todas las deformaciones de una especie. Este procedimiento se puede también utilizar para organismos más altamente desarrollados tales como mamíferos. El nuevo proyecto “Pangaia” en la universidad de Bielefeld está investigando cómo las masas de los datos usados en este proceso se pueden pedir y analizar para el uso en biomedecina. La universidad es uno de once socios del proyecto de Europa y de Norteamérica. La UE está financiando el proyecto con 1,14 millones de euros durante tres años.

Cuando los científicos biomédicos quieren descubrir si el material genético de ser vivo muestra variaciones determinadas, utilizan generalmente un genoma de la referencia. Combinan varios genomas de una manera tal que exhiban las características típicas de una especie entera. Esto permite a investigadores comparar un nuevo virus de gripe con un genoma de la referencia que resuma las características típicas de las variedades de virus de las cuales origina.

En estos casos, comparamos solamente dos genomas con uno a--las diferencias y las semejanzas son relativamente fáciles de determinar en la computador. Con la nueva aproximación, podemos comparar un genoma a los millares de otros genomas en un único paso.”

Profesor el Dr. Jens Stoye de la facultad de tecnología, que está participando en Pangaia con su grupo de investigación de la informática del genoma

Los investigadores llaman esta exploración del repertorio genético de una población “pangenomics”.

“Hasta ahora, el problema con pangenomics de ayuda de computadora ha sido la falta de diapositiva causada por la masa de datos,” dijo al profesor el Dr. Alexander Schönhuth de la facultad de tecnología, que ha sido culata de cilindro del grupo de trabajo de la ciencia de los datos del genoma desde enero de 2020. Él está coordinando el subproyecto de Pangaia de Bielefeld. Como Jens Stoye, él y su grupo están realizando la investigación en el centro de la universidad de Bielefeld para la biotecnología (CeBiTec).

Los datos genéticos son representados por las letras A, C, G, y T. Éstos representan los nucleótidos, los bloques huecos del material genético. Los genomas se pueden componer de mil millones de estas unidades de información. Para hacerlos más fáciles comparar, pueden ser visualizados uno al lado del otro como la “carta encadena”. Esta representación serie-basada tradicional es dispersa hoy. “Pero con centenares de genomas de la comparación, tarda mucho tiempo para analizar paso a paso cómo el genoma bajo investigación difiere de cada uno de los genomas de la comparación,” dijo a Schönhuth.

“La nueva tecnología habilita un análisis simultáneo, integrado de muchas deformaciones del mismo organismo. Éstos pueden ser virus, bacterias, y a veces incluso organismos más altos,” explican a Jens Stoye. 'Esto permite destacar las semejanzas y las diferencias entre las piezas individuales. En el caso de patógeno, es a menudo incluso posible entender y predecir los procesos que eso llevó al revelado de deformaciones determinado infecciosas. 'La tecnología se puede también utilizar para descubrir enfermedades hereditarias en seres humanos o para determinar qué mutaciones en un tumor han llevado al incremento fuerte, anormal.

“Durante los próximos años, queremos desarrollar nuevos algoritmos y las estructuras de datos con nuestros socios del proyecto que harán pangenomics de ayuda de computadora más rápido y más convivial,” dice Schönhuth. Una meta es desarrollar los algoritmos para los gráficos de la variación. Con estos programas, las computadores exploran para las semejanzas y las diferencias entre los genomas comparativos y presentan los resultados gráficamente: Los “gráficos de la variación habilitan un rápido y diferenciación de alta resolución de variantes patógenas e inofensivas de un virus,” dice Schönhuth. “Particularmente, también permiten que determinemos mutaciones totalmente nuevas, tales como los que han ocurrido probablemente en la variante del coronavirus que explotaba actualmente en China y que han llevado a la resistencia a las medicaciones usuales.”

El nombre completo del proyecto de Pangaia es “integración de los algoritmos y de datos de gráfico del Cubeta-genoma”. Se ejecutará de enero de 2020 a diciembre de 2023. La unión europea está financiando Pangaia con su programa de base de la investigación del horizonte 2020 y la universidad de Milán (Italia) está coordinando el proyecto. Otros socios además de la universidad de Bielefeld son: la organización holandesa para la investigación científica (AHORA), la universidad Bratislava (Eslovaquia) de Comenius, las compañías Geneton (Eslovaquia) e Illumina Cambridge (Gran Bretaña) de Biotech, el Institut Pasteur (Francia), la universidad de Simon Fraser (Canadá), la universidad de Tokio (Japón), la Universidad Cornell, y la universidad de estado de Pennsylvania (los ambos E.E.U.U.).