Biología computacional: una nueva revolución para la alimentación y la agricultura

Actualmente nos encontramos en plena era de la genómica. Una era en la que se está buscando profundizar en el conocimiento de los genes a nivel molecular y su manipulación dirigida. Este nuevo paradigma está dando lugar a numerosos estudios que involucran uno o múltiples organismos de forma integral y simultánea, es decir, a una escala de detalle sin precedentes. No obstante, el estudio de toda esta información genera una cantidad tan ingente de datos, que requiere de grandes capacidades computacionales para poder ser analizados, almacenados y gestionados. Los nuevos avances en inteligencia artificial y el abaratamiento del hardware necesario para procesar y almacenar todo este Big Data genómico, está permitiendo descifrar la información codificada en los genes.  El potencial es enorme y está comenzando a generar soluciones a problemas complejos en ámbitos como la nutrición, la salud, la agricultura, la ganadería, etc. que hasta hace unos años era inimaginable poder abordar.

Aunque la secuenciación de pequeños genomas está en uso desde 1979 no fue, hasta principios de siglo, cuando el Proyecto Genoma Humano dio el pistoletazo de salida a una cantidad ingente de estudios genómicos mediante nuevas tecnologías como la secuenciación masiva de ADN. No hace falta decir que estas tecnologías han revolucionado el campo de la genética y la genómica, permitiéndonos disponer de gran cantidad de genomas en muy poco tiempo.

Si bien es cierto que el genoma engloba el repertorio completo de genes que posee un organismo, existe cierta ambigüedad en la interpretación de esta información. Esto constituye un gran reto desde el punto de vista computacional y de conocimiento que requiere involucrar a expertos de disciplinas muy diversas como biólogos, matemáticos, ingenieros informáticos, etc. a la vez que tecnologías cutting edge, como el Machine Learning o el Big Data analytics.

Como cabe imaginarse, la información potencial que nos proporciona el ADN es casi ilimitada por lo que, una adecuada interpretación de ésta puede suponer una fuente robusta de información biológica que puede resultar de enorme utilidad en distintos ámbitos como el de la salud, metabolismo, nutrición, agricultura, etc.

En el ámbito de la agricultura, por ejemplo, el análisis masivo de datos mediante técnicas computacionales avanzadas nos permite conocer los genes responsables de determinadas características. De hecho, cada día se descubren nuevos agentes causales de nuevas enfermedades, condiciones no deseables (sensibilidad a salinidad, frío o sequía) que afectan a los vegetales o incluso al control de plagas.

Por otro lado, la genómica funcional está dando pasos agigantados para ofrecer soluciones a muchos de los de los problemas de salud que, cada vez más, manifiestan una relación directa con la dieta; y es que la dieta es uno de los factores ambientales más importante al que estamos expuestos. Se cree que el 30-60% de los cánceres podría estar relacionado con factores nutricionales de diversa índole, cifras similares a las halladas para el tabaquismo. Pero el cáncer no es el único problema, otros trastornos de la salud como la diabetes tipo II, ciertas enfermedades cardiovasculares y la obesidad tienen un origen nutricional/metabólico y sus índices aumentan cada día en la población mundial. Por supuesto, este hecho se extiende a la alimentación en la ganadería, por lo que podemos también mejorar la salud de los animales, ahorrando costes al productor e incluso reducir el impacto ambiental que el ganado genera.

En AINIA disponemos de tecnología para la secuenciación masiva de ADN y de infraestructura Big Data para su almacenamiento y procesado. Estas tecnologías las estamos empleando actualmente para realizar actividades científicas y tecnológicas en el marco del proyecto TECNOMIFOOD. Se trata de una iniciativa que engloba distintas tecnologías ómicas aplicadas a la innovación y desarrollo de ingredientes, alimentos funcionales y nutraceúticos, y está financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y del CDTI, en el marco de las ayudas destinadas a Centros Tecnológicos de Excelencia “Cervera”.

Cinco aplicaciones de la genómica que pueden mejorar tu negocio:

1. Nutrición personalizada

Aunque es cierto que las capacidades de las tecnologías tradicionales se han visto desbordadas por la complejidad del metabolismo y la genética humana, los expertos cuentan ahora con la ayuda de la genómica para detectar los problemas genéticos relacionados con desregulaciones metabólicas y atajarlos con dietas personalizadas.

La idea de la nutrigenómica es recomendar a cada persona la dieta que más le favorezca para poder mantener una calidad de vida aceptable a lo largo de toda la vida. El fin que se persigue no es confeccionar una dieta particular para cada individuo, sino identificar tipos de dieta según sus variables genéticas: “No hablamos de miles de millones de variantes genéticas y dietas, sino de clasificar a cada persona con su talla genómica, como si le dijéramos a cada cual qué talla de pantalón le corresponde”.

2. Seguridad alimentaria de precisión

Para la industria alimentaria es clave poder determinar de manera rápida y precisa la presencia y el comportamiento de los microorganismos en los ingredientes de sus productos durante su procesado y, sobre todo, en el producto final. Una visión global y precisa sobre la microbiología de los productos alimenticios es esencial para la predicción y la gestión de la calidad y la seguridad de los alimentos. La genómica junto con otras tecnologías ‘ómicas’ ofrece, en este sentido, una capacidad sin precedentes para describir la microbiología en los procesos industriales.

3. Control del fraude mediante etiquetas de ADN

El fraude alimentario se ha identificado como un problema creciente a escala mundial con un importante impacto económico, social, sanitario y medioambiental. La genómica y las técnicas adyacentes a ésta suponen una herramienta fundamental para la detección de posibles casos de fraude. Algunas técnicas utilizadas son la secuenciación, PCR en tiempo real, fingerprinting o DNA-barcoding. La característica más importante de esta última técnica es que los códigos de barras generados por cada especie son estándares y los datos son de acceso libre, por lo que tienen una implantación a nivel global más sencilla. La técnica de DNA-barcoding es de particular interés cuando se trata de controlar el fraude en ecosistemas de gran biodiversidad como los que provienen del mar. Muchas veces, el procesado de los alimentos así como las grandes similitudes entre especies, complican su identificación; lo que puede derivar en dificultades para controlar el fraude con las técnicas convencionales.

4. Mejora de procesos fermentativos

Otra de las grandes aplicaciones de la genómica, en combinación con otras ómicas como la metatranscriptómica, es la de optimizar los proceso fermentativos y otros procesos industriales de carácter biológico con el objetivo de mejorar las propiedades finales de los productos (sabor, textura, etc.). Cada microorganismo interacciona de forma diferente con el producto, cambiando sus propiedades organolépticas en función de condiciones ambientales tanto externas (temperatura), como internas al producto (concentración de oxígeno). Actualmente se desconoce en la mayoría de los procesos de la industria cómo afectan las variables endógenas y exógenas a la expresión génica de los microorganismos y cómo se relacionan con las variables de calidad del producto final. En este sentido, la información genómica juega un papel clave para entender estas relaciones y poder encontrar acciones de mejora a nivel industrial.

5. Genómica para cultivos

Incluso si los agricultores de una misma área geográfica criaran variedades idénticas de tomate, pequeñas variaciones en el medio ambiente podrían reducir el rendimiento de los cultivos y/o aumentar las plagas y las enfermedades. Científicos y agricultores están utilizando cada vez más tecnología como satélites, drones, sensores y tractores guiados por láser para recopilar miles de puntos de datos sobre las condiciones ambientales en un campo, como la temperatura, la humedad, etc. El santo grial es poder cruzar toda esta información con los datos genómicos para poder desarrollar cultivos con combinaciones de genes que conduzcan al mejor rendimiento en entornos específicos.

Sin duda, se trata de una disciplina apasionante que abre un abanico de nuevas posibilidades en múltiples ámbitos del sector agroalimentario. Si a ti también te apasiona, no dudes en ponerte en contacto con nosotros para futuras colaboraciones.