¿Por qué es interesante que tus alumnos conozcan qué es la bioinformática?
Cada vez es mayor el crecimiento de profesiones en el ámbito computacional, sobre todo en el entorno de la ciencia. Hoy en día somos capaces de generar cantidades enormes de información gracias a la sofisticación de las tecnologías que utilizamos en nuestros trabajos. Por ello, cada vez se necesitan más profesionales que se dediquen al análisis e interpretación de estos datos.
La biología no está exenta de esto y es por ello que surge la bioinformática: la disciplina encargada de aplicar herramientas computacionales al almacenamiento, organización, análisis e interpretación de los datos biológicos. La bioinformática tiene aplicación en la práctica totalidad de los campos de la biología como la biología evolutiva, la biomedicina, la biotecnología, la ingeniería genética, etc.
Gracias a la bioinformática hemos podido descodificar el genoma humano, abriendo la puerta al desarrollo de terapias para el tratamiento de numerosas enfermedades. También nos ha permitido descubrir más a fondo cómo hemos ido evolucionando los seres vivos que habitamos el planeta, entendiendo mejor la biodiversidad, o desarrollar estrategias para la mejora de nuestros cultivos. Estos son solo algunos ejemplos del grado de implicación de esta disciplina en el progreso de nuestra sociedad. Por eso, en este artículo te vamos a presentar 6 herramientas muy interesantes para introducir a tus alumnos al mundo de la bioinformática. Dado que se trata de recursos un poco complejos, necesitarán cierto andamiaje o soporte para utilizarlos en el aula. Pese a esto, son complementos divertidos y didácticos con los que puedes apoyar tus clases o inspirarte para preparar actividades.
¡Allá van!
OneZoom Tree of Life Explorer
El primer recurso es OneZoom Tree of Life Explorer, un mapa interactivo del árbol filogenético que recoge las relaciones evolutivas de los seres vivos conocidos. Puedes sumergirte e ir explorando las ramas del árbol o puedes buscar directamente una especie o una familia concreta a la que te llevará el explorador. Es muy detallado, pero es un recurso divertido para explorar la biodiversidad de nuestro planeta.
Figura 1: Visión global del árbol interactivo. La finalidad de la herramienta consiste en ir explorando cada rama hasta llegar a las hojas, que representan a las especies. Fuente: onezoom.org.
Cada vez que una rama se bifurca, puedes ver la edad de esa bifurcación; es decir, la edad del antecesor común a los dos taxones que origina dicho evento. Además, puedes ver el número de especies que contiene cada rama. Existen fotografías ilustrativas tanto para especies, como para otros taxones.
Es un recurso interesante, por ejemplo, para concienciar a tus alumnos sobre la gran diversidad de bacterias que existen en el planeta, en comparación a la cantidad de organismos eucariotas, como se aprecia en la siguiente imagen.
Figura 2: Captura del árbol en forma politómica. En él se aprecia la enorme complejidad de los dominios correspondientes a las bacterias, en relación a la del dominio de los eucariotas. Fuente: onezoom.org.
PHYLO
Phylo es un juego online desarrollado por investigadores interesados en el alineamiento múltiple de secuencias (de ADN, ARN y proteínas) que consiste en la organización de varias secuencias de forma que las diferencias entre ellas sean mínimas. Esto es la base del estudio de la proximidad entre especies o familias.
Existen 3 modos de juego: el primero es el modo historia, en el que a través de un viaje espacial tus alumnos pueden repasar los conceptos clave para entender qué es el ADN y qué es un alineamiento. A partir de ahí se presenta la dinámica del juego, que simula los procesos que utilizan los investigadores para conocer la proximidad entre especies y reconstruir su historia evolutiva: el alineamiento múltiple. El segundo modo es PHYLO, el juego original, en el que tus alumnos tendrán que ir realizando alineamientos de secuencias genómicas para ir construyendo una serie de árboles filogenéticos y así ir superando las distintas fases del juego. Por último, existe el modo RIBO, que es muy similar a PHYLO, pero con algunas complejidades añadidas.
Es un recurso divertido para entender qué son las mutaciones y cuál es su impacto en la evolución. Así, a través del alineamiento de secuencias podrán saber cómo hacen los científicos para recapitular la historia evolutiva de los seres vivos. Para complementar este recurso, aquí tienes una actividad propuesta por @Bioprofe_Esther y disponible en nuestro repositorio, que consiste en la construcción de un árbol filogenético calculando las diferencias que existen entre 5 secuencias de primates.
UCSC Genome Browser
El UCSC Genome Browser es el buscador genómico más utilizado por los investigadores. Se trata de una herramienta que te permite buscar la posición de cualquier secuencia de interés, como un gen, en su cromosoma y visualizarlo. A simple vista puede parecer muy complejo, dada la cantidad de información que se puede analizar con él, pero es muy fácil personalizarlo para simplificar lo que queremos visualizar y emplearlo de forma didáctica. Como ejemplo, podríamos buscar en qué cromosoma y en qué posición se encuentra el gen TP53, uno de los principales reguladores del ciclo celular. Además, podríamos ver su estructura; es decir, en qué posiciones exactas se encuentran su promotor, sus exones y sus intrones.
Figura 3: Captura de la visualización del gen TP53, diferenciando sus intrones y exones, en su localización en el brazo corto del cromosoma 17. Fuente: http://genome.ucsc.edu.
Como hemos mencionado, es importante personalizar los menús seleccionables en la parte inferior del buscador para simplifcar y adaptar el visualizador a tus intereses. En este caso, solo hemos seleccionado el track NCBI RefSeq, en la pestaña Genes and Gene Predictions, pero puedes explorar las demás opciones para enseñar lo que mejor te convenga. Existen tracks que ilustran el grado de conservación de las distintas regiones del gen entre distintas especies, tracks que marcan las regiones del gen que acumulan mutaciones en los pacientes de cáncer, otros que reflejan la expresión del gen en los distintos tejidos y un largo etcétera.
Figura 4: Menús desplegables para personalizar tu visualización. Explóralos porque existe una grandísima cantidad de información que puede ser de utilidad para tus clases. Fuente: http://genome.ucsc.edu.
COSMIC
COSMIC es el catálogo de mutaciones somáticas del cáncer. Con esta herramienta puedes buscar un gen relacionado con el cáncer y ver cuál es su función, cuáles son las mutaciones que más sufren los pacientes en él o en qué tipos de tejidos son más comunes estas mutaciones. También puedes inspeccionar, de forma interactiva, la estructura tridimensional de la proteína que codifica dicho gen.
De nuevo, existe una gran cantidad de información, por lo que es conveniente que personalices tu búsqueda para simplificar y ver los puntos de mayor interés para tus alumnos.
Figura 5: Mutaciones más comunes en el gen TP53 en los pacientes de cáncer. Fuente: https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic.
RCSB Protein Databank
El RCSB Protein Databank es una base de datos en la que se reúne una gran cantidad de información sobre las proteínas; como su peso molecular, su función en el organismo, su secuencia, etc. Sin embargo, lo más interesante de esta herramienta es que puedes visualizar su estructura de forma interactiva, por lo que puedes girarla y verla desde todas las perspectivas. Es muy útil para explicar de forma didáctica la estructura de las proteínas.
Figura 5: Estructura tridimensional de la hemoglobina. Se diferencian los grupos hemo de las cadenas de globulina. En la parte inferior derecha se muestran los ejes que te sitúan en el espacio tridimensional para que no te pierdas al explorar tu proteína. Fuente: RCSB.org.
ROSALIND
Rosalind es quizás el recurso más avanzado, pero es muy interesante. Se trata de una herramienta web en la que se proponen ejercicios para introducir a tus alumnos a la programación. Algunos son muy sencillos: como transcribir una secuencia de ADN a una de ARN, obtener una secuencia complementaria o contar el número de mutaciones existentes en una cadena de ADN. Es una forma muy didáctica de que tus alumnos chapoteen un poco en el mundo de la programación. Se introducirán al lenguaje Python, uno de los más utilizados en la investigación biológica.
Esperamos que estos recursos resulten de utilidad para tus clases, facilitando la explicación de temáticas como la evolución o la biología molecular de una forma divertida y dinámica. A los alumnos les será beneficioso poder explorar por sí mismos, por ejemplo, la estructura de un gen o de una proteína directamente de las bases de datos en las que la comunidad científica deposita la información. Realizar alineamientos de secuencias o explorar las mutaciones implicadas en el cáncer les ayudará a interiorizar mejor la materia. Es más, quizás puedas despertar alguna vocación científica entre ellos, puesto que podrán utilizar los recursos que emplean los propios investigadores.
¿Conocías alguna de estas herramientas?¿Las has utilizado alguna vez en clase? ¡Desde aquí te animamos a probarlas y, por supuesto, a que si ya lo has hecho, subas tus propuestas al repositorio!
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