23 jul. 2012

El primer modelo software de un organismo vivo


Hace un año conocíamos que un equipo de la Universidad de Manchester trabajaba en la implementación de un modelo del cerebro humano usando un millón de procesadores ARM para representar el 1% de la capacidad del cerebro; un ejemplo bastante ilustrativo de investigaciones que pretenden modelar mediante software y hardware procesos y sistemas biológicos. 





Si hasta ahora este tipo de modelos abordaba funciones aisladas o fracciones de sistemas complejos, un equipo de la Universidad de Stanford ha alcanzado un hito bastante significativo: han desarrollado el primer modelo software de un ser vivo.

El resultado que ha alcanzado el equipo de investigación dirigido por el Profesor Markus Covert, del área de bioingeniería, es muy interesante puesto que combinando los datos de unos 900 artículos científicos y 1.900 experimentos de caracterización de los 525 genes de una bacteria en un clúster de 128 computadoras, el equipo fue capaz de obtener un modelo software de la bacteria más pequeña que habita en nuestro planeta, el Mycoplasma genitalium.

El modelo software desarrollado permitió a los investigadores realizar una simulación que requirió unas 10 horas de espera y generó 0,5 GB de información, unos datos que sirvieron para verificar que el modelo generado y la simulación eran correctas:

No puedes entender cómo funciona algo hasta que no eres capaz de reproducirlo tú mismo

El Mycoplasma genitalium es un organismo con 525 genes, una bacteria muy simple si la comparamos con la E. Coli (muy común en los experimentos de laboratorio) que tiene 4.288 genes pero que permitió al equipo trabajar con un modelo simple que pudieron caracterizar mediante múltiples experimentos y pruebas con los que comprobar la veracidad del modelo. Concretamente, el equipo modeló como si fuesen “módulos separados” 28 de los procesos biológicos de esta bacteria, con la idea de describir mediante algoritmos cómo respondían a distintos estímulos.

¿Y para qué puede servir un modelo que permita simular un organismo vivo? Al igual que en otras disciplinas como la ciencia de los materiales o la electrónica, podemos utilizar la simulaciones para verificar diseños o estudiar el comportamiento de un material sin necesidad de someterlo a un test real, en el campo de la biología este tipo de modelos software podría permitir a los investigadores verificar sus teorías o estudiar nuevos tratamientos médicos trabajando delante de un ordenador.

Si usas un modelo como guía de tus experimentos vas a poder descubrir cosas mucho más rápido

Aunque aún estamos lejos de poder modelar mediante un software el funcionamiento completo del cuerpo humano, e incluso de organismos algo más simples, este hito abre la puerta al desarrollo de herramientas CAD aplicadas a la biología, es decir, simuladores que podrían ayudar a los científicos a acelerar sus investigaciones y que, quizás, podrían nutrirse de la gran cantidad de datos generados en otras investigaciones.


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