Fa més de dos anys i mig que vaig començar el meu doctorat en bioinformàtica, un ampli camp de recerca estretament lligat a la biomedicina, i que era totalment desconegut per a mi en aquell moment. La biomedicina busca la comprensió (i tractament) de les malalties estudiant el seu comportament a escala molecular i biològica, i la bioinformàtica aporta l’ús d’eines computacionals a aquesta recerca. En aquest article faré una introducció a la meua recerca, situant-la en la recerca en biomedicina en general.

ADN, gens i proteïnes

Totes les cèl·lules del nostre cos (i dels éssers vius en general), contenen unes molècules enormes, en forma de fil llarguíssim, que anomenem ADN. L'ADN és molt important, perquè actua com un gran llibre d'instruccions per desenvolupar l'ésser viu.

Font: bbc.com/education

Del llarg fil que és l'ADN, hi ha trossos que tenen especial rellevància, i són el que anomenem gens. Els gens són especials perquè contenen una informació molt concreta: la manera de fabricar proteïnes. Les proteïnes, que podem imaginar com minúscules maquinetes, són crucials per a la vida, ja que desenvolupen tot tipus de tasques: transportar components, accelerar reaccions químiques, comunicar senyals, etc.

Exemple de proteïna: la mioglobina, encarregada de transportar l'oxigen al teixit muscular.
Font: wikipedia.org

Mutacions

Com tots sabem gràcies a les sèries de televisió, l'ADN de cada persona és diferent. Però com de diferent? En realitat, l'ADN de les persones és igual en un 99.9%, especialment pel que fa als gens: tots necessitem les mateixes proteïnes per desenvolupar les mateixes funcions i per tant els gens són quasi idèntics. Quan hi ha diferències, però, el més comú és que siguen en forma de mutacions: canvis puntuals en la seqüència de l'ADN. Aquestes mutacions, quan ocorren sobre un gen, poden suposar també que la proteïna que es genere també tinga una mutació.

Quan parlem de mutacions, no parlem d’entitats abstractes i desconegudes, sinó que avui dia existeixen tècniques per esbrinar les mutacions en l’ADN de les persones. Una de les eines que els últims anys està prenent cada cop més rellevància, són els seqüenciadors de l’ADN: màquines capaces de llegir l’ADN d’una persona. Per exemple, es poden usar per a detectar les diferències entre les cèl·lules canceroses i les cèl·lules sanes d’un mateix pacient per intentar entendre com està actuant la malaltia.

Seqüenciador de l'ADN: grans avenços durant l’última dècada han permés que «llegir» l’ADN siga ara molt assequible.
Font: illumina.com

Mutacions i malalties

Llavors, les mutacions en les proteïnes són bones o dolentes? La resposta és que depén. La majoria de mutacions són innòcues, fins i tot podríem dir que bones, ja que no causen cap mal, afavoreixen la varietat dels éssers vius i són claus en l’evolució. No obstant això, també certes mutacions són la causa de moltes malalties, per exemple perquè modifiquen la forma d'una proteïna i impedeixen que complisca les seues funcions.

Glòbuls rojos sans i glòbuls rojos aberrants (en forma de «plàtan») per culpa d’una mutació en l’hemoglobina.
Font: britannica.com

Esbrinar si una mutació és dolenta o no és una tasca difícil i costosa. És part de la feina que fan multitud d'investigadors arreu del món, que intenten descobrir les implicacions a escala molecular de les mutacions en les malalties que investiguen. Aquests descobriments es posen en comú i hi ha bases de dades de mutacions classificades com a benignes o malignes. Aquestes bases de dades, que en alguns casos contenen més de 100.000 mutacions, segueixen sent massa petites, i només contenen una petita fracció de totes les mutacions que tenen els pacients. Per tant, necessitem més eines per diferenciar entre les mutacions benignes i les patològiques...

Ens pot ajudar la informàtica d'alguna manera?

Predictors informàtics de patologia

La informàtica posa al nostre abast eines que, si bé no ens poden donar uns resultats tan fiables com els del laboratori, sí que ens poden servir per a fer una primera classificació de les mutacions entre «segurament patològiques» i «segurament benignes». Es tracta dels anomenats predictors de patologia. Ara fa 15 anys del desenvolupament dels primers predictors, programes informàtics que basant-se en diversos mètodes, són capaços de predir (amb un encert que no sol superar el 90% però que en alguns casos s'acosta), la patogenicitat de les mutacions.

L'any 2004, un equip d'investigadors de Barcelona (entre ells els directors de la meua tesi), van desenvolupar PMut, un dels primers predictors i àmpliament utilitzat des de llavors. Quan jo vaig començar el meu doctorat, se'm va encarregar posar al dia aquest predictor. Ha plogut molt des del 2004, les bases de dades de mutacions són 10 vegades més grans, i s'han fet grans avenços en els mètodes predictius. La «senzilla» tasca de posar al dia el predictor PMut s'ha convertit en la recerca de com fer millors predictors, en el desenvolupament d'eines informàtiques per entendre millor les mutacions i en l'estudi dels punts forts i febles d'aquests predictors.

Aviat publicaré un article al blog explicant les meues primeres contribucions en aquest camp i les línies més concretes de la meua recerca.