El IRB de Barcelona coordina un proyecto Horizon2020 en bioinformática para poner orden la genómica 3D

Este campo emergente ofrece información de la estructura que adopta el ADN replegado dentro de la célula, como varía en el tiempo y por respuesta a condiciones celulares. Se pretende en 3 años ofrecer un paquete de métodos y bases de datos integradas para guardar y procesar los estudios en genómica 3D.

Ha comenzado en Barcelona el proyecto europeo en genómica tridimensional (3D) «Multi-scale complex genomics», con una duración de 3 años y con una financiación de 3 millones de euros, coordinado por el Dr. Modesto Orozco, del IRB.

El objetivo es estandarizar la manera de ejecutar experimentos en genómica 3D, almacenar los datos y explotarlos a través de la creación de un paquete de protocolos, metodologías y procesos que ordenen un campo emergente falto de esta infraestructura.

«Es un proyecto esencialmente metodológico.

Las técnicas para hacer genómica 3D son muy nuevas, no están maduras y hay mucha carencia en el procesado de los datos, lo que produce una sensación de fragilidad, sobre todo por la poca reproducibilidad de los resultados»

Modesto Orozco

Acercar la ciencia y la tecnología

El proyecto se enmarca dentro de las acciones «e-Infraestructures for Virtual Research Environments«, del programa Horizon2020 de la Unión Europea. La creación de este entorno de colaboración virtual en genómica responde a la hoja de ruta de la Comisión Europea para acercar la comunidad científica a las grandes infraestructuras de investigación, tales como los supercomputadores. La visión de futuro es acelerar la investigación en un campo clave para la biomedicina de la próxima década, ofreciendo soluciones que responden a las necesidades de los usuarios y facilitan la colaboración.

Instituciones en programación, desarrollo de métodos y técnicas de visualización de datos genómicos 3D:

• Barcelona SuperComputing Center (BSC)
• Institute of Human Genetics del Centre National de la Recherche Scientifique (IGH-CNRS)
• University of Nottingham
• European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI)
• Centro Nacional de Análisis Genómico-Centro de Regulación Genómica (CNAG-CRG), infraestructura ubicada en el Parque Científico de Barcelona, ​​donde también está localizado el IRB Barcelona.

De una dimensión a tres

La genómica es uno de los campos de la biología que está evolucionando más rápidamente. En los últimos 15 años el reto principal de los biólogos ha sido obtener las secuencias del genoma (una dimensión) para predecir cómo los cambios en fragmentos del ADN se relacionaban con una determinada patología.

«La gran cantidad de estudios en genómica 1D de estos últimos años han demostrado que el análisis de las secuencias, aunque nos aportan información valiosa, no es suficiente para entender una determinada patología.

Las conexiones quedan enmascaradas y probablemente sea porque dependen de la señal 3D»

Ahora el objetivo es pasar de esta visión de secuencia, de letras, a entender cómo la cromatina, es decir el ADN humano dentro de la célula, está replegado en el espacio y cómo la estructura del plegamiento puede ofrecer información sobre la funcionalidad del ADN. Además, añadimos una cuarta dimensión, que es ver cómo las estructuras de la cromatina varían en el tiempo bien por cambios externos o debido a las necesidades funcionales de la célula.

Con este proyecto, Europa reafirma las altas expectativas puestas en la genómica 3D y 4D donde están surgiendo muchas técnicas que evolucionan rápidamente. Cualquier iniciativa pasa por un tiempo de forming, storming y performing; en genómica 3D estamos en la primera etapa y trataremos de reducir el tiempo de tormenta al mínimo.

Entre el paquete de tecnologías, el equipo tiene previsto desarrollar un visualizador que permita pasar de la visión 1D del ADN, representación a la que los biólogos están acostumbrados, a ofrecer las estructuras replegadas, donde además sea posible hacer un zoom desde la escala mayor a la escala más pequeña, tanto de resolución (del metro al angstrom (10^-10 m) como de tiempo -del segundo al femtosegundo (10^-15 s)-.

«Con la visión tridimensional del ADN, cuando veamos cómo la estructura va variando y se va adaptando, creo que empezaremos a encontrar explicación a mucha información estadísticamente relevante que hay en las bases de datos pero que aún no sabemos entender»

Imagen: Representación 3D de un fragmento de ADN humano (Crédito: Marc Martí-Renom, CNAG-CRG)