José Gómez Vilar: "Biologia konputazionalak ordenagailuak erabiltzen ditu sistema biologikoak ikertzeko"

(Argazkia: I. Kortabitarte)

Betidanik erakarri naute asko fisikako gaiek. Gustuko nuen jakitea gauzek nola eta zergatik funtzionatzen duten modu batera edo bestera. Betidanik izan dut horren grina. Ume nintzela, jostailuak, erlojuak, irratiak eta inguruan aurkitzen nuen guztia desmuntatzen nuen, gailu horien barrenak aztertzeko. Baina, egia esan, biologia ere gustuko nuen. Kontua zen gauzak buruz ikastea ez nuela gustuko, eta eskolan horretara behartzen gintuzten maiz biologia-gaietan.

Biologia konputazionalean, berriz, fisika erabilita azter daiteke biologia. Beharbada horrexegatik oinarritu dut nire ikerketa gai horretan azken urteotan. Nire ikerketaren helburua da sistema biologikoen portaera aurreikustea teknika fisikoak nahiz ingeniaritza-teknikak erabilita.

(Argazkia: I. Kortabitarte)

Biologia konputazionalak, izenak dioen bezalaxe, ordenagailuak erabiltzen ditu sistema biologikoak ikertzeko. Helburua da esperimentu biologikoen datuen azpian dagoen ezagutza erauztea. Horretarako, tresna edo ekuazio matematiko aurreratuak erabiltzen ditu. Hainbat alor hartzen ditu bere baitan: kimika, biokimika, matematika, sistemen ingeniaritza eta abar.

Bai, hala da. Biologia konputazionalak hainbat aplikazio-eremu edo -maila ditu. Batetik, molekulen portaera azter daiteke informazio atomikotik abiatuta. Bestetik, bioinformatikaren alorrak hamaika prozesuren datuak aztertzen ditu, eta horietatik informazio aipagarriena edo garrantzitsuena ateratzen du. Azkenik, sistemen biologia konputazionala ere hor dago, eta, atal horretan, zelulen osagaiek nolako elkarrekintzak dituzten ikertzen dugu, zelulen portaera ezagutzeko. Ikertzen dugu diot, atal horretan oinarritzen baita nagusiki nire ikerketa. Hori guztia zelulari dagokionez.

Baina organoak, fisiologia eta populazioak ikertzen dituen biologia konputazional bat ere bada. Adibidez, bakterio-populazio jakin bat hazten ari denean nola portatzen den azter daiteke, besteak beste.

(Argazkia: www.molecularstation.com)

Biologia konputazionalaren aplikazio arruntenetako bat geneen identifikazioan datza. 2003. urtearen hasieran giza genomaren sekuentziazioa bukatu zuten. Proiektu hartan, mila milioi base-parez osatutako giza genoma osoa erabat sekuentziatzea lortu zuten. Hala ere, hori guztia lan sakon baten hasiera besterik ez zen izan. Izan ere, sekuentziak bere horretan soilik ez du aparteko informaziorik eskaintzen. Ezinbestekoa da hori prozesatzea, sekuentzia horretan zenbat gene dauden identifikatzeko eta haien kokalekua ezagutzeko, besteak beste. Hori izan da eta da, hain justu, biologia konputazionalaren helburua.

Horretaz gain, biologia konputazionalak beste zenbait helburu ditu, hala nola geneen funtzioak aurreikustea, gaixotasunekin loturiko gene aipagarrienak eta haien mutazioak identifikatzea, DNAren kontrol-eremuak edo eremu aipagarrienak zein diren zehaztea eta abar.

Azken urteotan, DNA-txipen edo mikroarray-en teknologia garatu da. Teknologia horri esker, aldi berean milaka generen espresioa neur daiteke. Espresio-maila horiek lortu ostean, biologia konputazionalak datu horiek prozesatzen eta aztertzen ditu, informazio baliagarria lortzeko asmoz. Mikroarray-en inguruko aplikazioen artean daude, besteak beste, kimioterapiaren emaitzen aurreikuspena minbizi-kasuetan eta zenbait gaixotasun genetikorekin lotzen diren geneen identifikazioa.

Zelulen portaera ulertzeko erabiltzen dira horrelako diagramak. Ingeniaritzako zirkuitu elektrikoen diagramen antzekoak dira.

J. Gómez Vilar

Mikroarray-etatik lortzen den informazioa sistemen biologia konputazionalaren alorrean ere erabil liteke. Proteinen espresioa ez da fenomeno independente bat, zenbait proteinak beste zenbaiten espresioa areagotu edo gutxitu bailezakete. Biologia konputazionalaren erronketako bat da mikroarray-en entseguetatik lortutako informaziotik abiatuta sistema edo geneek osatutako sarea berreraikitzea. Izan ere, mota horretako sareen ikerketek informazio lagungarria ematen dute organismoaren funtzionamendua eta gertatzen diren prozesuak ulertzeko.

Hori hobeto ulertzeko, konpara ditzagun biologia konputazionala eta automobil-ingeniaritza, esaterako. Automobila errepide irristakor batean galgatzea lan zaila izan daiteke. Zakarki galgatu eta gurpilak blokeatzen badira, litekeena da ibilgailuaren kontrola galtzea. ABS izenez ezagutzen dugun sistema errepide irristakor horietan galgatze zakar hori ordezkatzeko diseinatu dute. Automobilik aurreratuenetan, gurpil bakoitza independenteki monitorizatuta dago, eta kontrol-sistema batek ibilgailua mantso geldiarazteko gurpil bakoitzari aplikatu beharreko presioa zein den kalkulatzen du. Kontrol-sistema horrek eredu bat behar du gurpilen abiadura eta ibilgailuaren mugimendua nolabait bateratzeko.

Gure kasuan, sistema biologiko batek kuantitatiboki nola funtzionatzen duen aztertu nahi dugu, eta hura zehatz-mehatz kontrolatu. Beraz, nire ikerketaren helburua da, besteak beste, zelulen portaera aurreikusteko prozesu zelularren eredu konputazionalak garatzea eta prozesu horiek kontrolatzen ikastea. Esaterako, gaur egun gaixotasun asko eta asko ezin dira botika bakarrarekin sendatu. Gaixotasun konplexuak dira, eta botiken konbinazio egokia eta tratamendu pertsonalizatua behar dute. Konbinazio horietan, kontuan hartu behar da botika bakoitzaren dosia, eta, zenbaitetan, baita botikak zein ordenatan gehitzen diren ere. Noski, gaixoekin ezin da botika bat baino gehiago probatzen aritu tratamendu egokia lortu arte. Era berean, errepidea oso irristakor dagoen kasuetan ere ez da ohikoa galgatze-era ezberdinak probatzen hastea. Bide horretatik, zenbait minbiziren tratamendurako botiken konbinazio egokiak egiaztatzeko hainbat eredu garatu nahi ditugu guk etorkizun hurbilean. Horretarako, zenbait tresna matematiko eta konputazional erabiliko ditugu.

Biologia konputazionalaren erronketako bat da minbizi-zelulei eraso egiteko sistema immunitarioa suspertzen duten zenbait peptido diseinatzea.

J. Gómez Vilar

Automobil-industriako ingeniariek, adibidez, zenbait osagaitatik abiatuta diseinatzen dituzte automobilak, eta, normalean, adituek badakite nola ibiliko den automobila osagairen bat edo beste aldatuz gero. Gure kasuan, prozesu zelularraren deskribapen konputazional bat edo eredu bat behar dugu, gaixotasun jakin baten tratamenduan jarraitu beharreko prozesu optimoa zein den identifikatzeko.

Sistemen biologia konputazionalak arazo nagusi bat du ingeniaritza elektronikoarekin edo automobil-ingeniaritzarekin alderatuta. Ingeniaritza horietan ondo dakite osagaiak nola funtzionatzen duten. Gainera, ingeniaritza elektronikoaren kasuan, esaterako, sistema batean txip bat txertatuz gero, oro har, oso gutxi eragiten die sistemako gainerako osagaiei. Biologian, berriz, gauzak zertxobait zailtzen dira. Izan ere, nahiz eta osagaiak bakoitza bere aldetik azter daitezkeen, sistemako gainerako osagaiekin kontaktuan jartzean osagai horiek beren portaera aldatzen dute. Argi dagoena da sistema biologikoen azterketa sistema fisiko estatikoena baino zailagoa dela.