La revolución digital
Durante los últimos 30-40 años, el mundo ha cambiado para siempre, desde la forma en que se hace el trabajo hasta la forma en que vivimos en casa, y todo gracias a las computadoras. La revolución digital es un término que describe cómo las computadoras basadas en microprocesadores han progresado rápidamente de ser dispositivos especiales y raros a ser esenciales para todos los días de nuestras vidas. Mucho de esto sucedió porque los microprocesadores hicieron que las computadoras fueran más pequeñas y más baratas de fabricar. Las computadoras se utilizan para todo en estos días, y eso incluye la ciencia. Los físicos ejecutan modelos complejos que simulan todo, desde interacciones de partículas hasta flujos de plasma dentro del sol. Los químicos pueden modelar reacciones químicas. Pero ¿qué pasa con la biología? Puede parecer que la biología es muy física y práctica; después de todo, se trata de organismos biológicos reales que existen a gran escala. Pero resulta que la biología no está exenta de la revolución digital. Las computadoras son esenciales para la investigación y los descubrimientos actuales en biología. Echemos un vistazo a algunos ejemplos.
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Estudiar biología con computadoras
Entre los ejemplos de cómo la biología utiliza las computadoras se incluyen la biología de sistemas complejos, la genética molecular, la genómica y el diseño y descubrimiento de fármacos. La biología de sistemas complejos es un campo de la biología teórica que se ocupa de la estructura, función, aparición y evolución de los organismos biológicos. Básicamente es una forma de entender la biología utilizando modelos teóricos muy complejos. Estos modelos no podrían existir sin las computadoras; lo que una computadora puede simular en días, llevaría años a un ser humano. La genética molecular es el estudio de la estructura y función de las moléculas que componen los genes: el estudio de los cromosomas y la expresión génica de los organismos. La genética molecular incluye el desarrollo del cribado genético (pruebas que le indican si su genética lo hace susceptible a una enfermedad), la terapia génica (tratar la enfermedad mediante la inserción de genes en una célula) y el proyecto del genoma humano (mapear los genes que componen a los humanos). Todas estas cosas requieren computadoras para estudiar. Por ejemplo, el proyecto del genoma humano implicó el análisis de 20.000 a 25.000 genes en el ADN humano. Esto es demasiado para que los humanos lo analicen, y a medida que las computadoras se volvieron más poderosas, el proyecto de 15 años terminó en solo 13 años.
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La genómica es como la genética molecular, excepto que se centra más en cómo los genes interactúan entre sí y con el medio ambiente. Enfermedades más complejas como el cáncer y las enfermedades cardíacas se incluyen en la genómica porque no hay un solo gen que las cause. Con decenas de miles de genes y la enorme complejidad de sus relaciones, las computadoras son incluso más importantes para la genómica que la genética regular. Las computadoras en genómica pueden ayudarnos a descubrir las relaciones evolutivas más probables entre organismos mediante el análisis de su genética, y pueden usarse para sintetizar la enorme cantidad de datos sobre genética que tenemos disponibles. El diseño y descubrimiento de fármacos implica encontrar fármacos para tratar y curar enfermedades humanas. Dado que los seres humanos son tan complejos, que contienen cientos de miles de proteínas, es difícil para cualquier persona entender cómo un fármaco afectará a todo el cuerpo humano sin ayuda. Tendría que analizar una cantidad de datos e investigación completamente impráctica. Las computadoras pueden agilizar este proceso. También se pueden utilizar para el estudio del plegamiento de proteínas, que es vital para diseñar y descubrir fármacos. Plegado de proteínas es donde las proteínas pasan de orientaciones aleatorias a su forma funcional final. Dado que muchas enfermedades son causadas por un plegamiento incorrecto, comprender cómo funciona el plegamiento de proteínas para diferentes moléculas es un primer paso importante para descubrir cómo tratar esas enfermedades. Las computadoras son tan importantes para este estudio que las computadoras disponibles en las universidades simplemente no son suficientes.
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Resumen de la lección
Las computadoras se han apoderado de nuestras vidas durante las últimas décadas. A esto lo llamamos la revolución digital. Pero no son solo las mentiras de la gente común las que han cambiado, la forma en que hacemos ciencia también ha cambiado. Esto es tan cierto en biología como en cualquier otra ciencia. Los ejemplos de cómo la biología utiliza las computadoras en la investigación moderna incluyen la biología de sistemas complejos, la genética molecular, la genómica y el diseño y descubrimiento de fármacos. La biología de sistemas complejos es donde las computadoras ejecutan simulaciones y modelos teóricos complejos. La genética molecular es donde estudiamos los efectos de genes individuales, creamos pruebas de detección genética y encontramos nuevos tratamientos a través de la terapia génica. La genómica es donde estudiamos cómo los genes interactúan entre sí y descubrimos las relaciones evolutivas entre los organismos. Y diseño y descubrimiento de fármacos es donde encontramos nuevos medicamentos para tratar enfermedades humanas haciendo que las computadoras analicen cómo afectarán las proteínas en el cuerpo humano y analicen cómo esas proteínas se pliegan en el tejido sano y enfermo.
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