stringtranslate.com

Bioinformática traslacional

La bioinformática traslacional ( TBI ) es un campo que surgió en la década de 2010 para estudiar la informática de la salud , centrada en la convergencia de la bioinformática molecular , la bioestadística , la genética estadística y la informática clínica. Su enfoque está en la aplicación de la metodología informática a la creciente cantidad de datos biomédicos y genómicos para formular conocimientos y herramientas médicas, que pueden ser utilizadas por científicos, médicos y pacientes. [1] Además, implica la aplicación de la investigación biomédica para mejorar la salud humana mediante el uso de un sistema de información basado en computadora. [2] La TBI emplea la minería de datos y el análisis de la informática biomédica para generar conocimiento clínico para su aplicación. [3] El conocimiento clínico incluye encontrar similitudes en las poblaciones de pacientes, interpretar la información biológica para sugerir tratamientos terapéuticos y predecir los resultados de salud. [4]

Historia

La bioinformática traslacional es un campo relativamente joven dentro de la investigación traslacional. [5] [6] Las tendencias de Google indican que el uso de la " bioinformática " ha disminuido desde mediados de la década de 1990, cuando se sugirió como un enfoque transformador de la investigación biomédica. [6] Sin embargo, se acuñó casi diez años antes. [7] La ​​TBI se presentó entonces como un medio para facilitar la organización de datos, la accesibilidad y la mejor interpretación de la investigación biomédica disponible. [6] [8] Se consideró una herramienta de apoyo a la toma de decisiones que podría integrar información biomédica en los procesos de toma de decisiones que de otro modo se habrían omitido debido a la naturaleza de la memoria humana y los patrones de pensamiento. [8]

Inicialmente, el enfoque de TBI se centró en diseños de ontología y vocabulario para buscar en los almacenes de datos masivos. Sin embargo, este intento fue en gran medida infructuoso ya que los intentos preliminares de automatización dieron como resultado información errónea. TBI necesitaba desarrollar una línea base para hacer referencias cruzadas de datos con algoritmos de orden superior para vincular datos, estructuras y funciones en redes. [6] Esto fue de la mano con un enfoque en el desarrollo de planes de estudio para programas de nivel de posgrado y la capitalización para la financiación del creciente reconocimiento público de la oportunidad potencial de TBI. [6]

Cuando se completó el primer borrador del genoma humano a principios de la década de 2000, la TBI continuó creciendo y demostrando prominencia como un medio para unir los hallazgos biológicos con la informática clínica , lo que impactó en las oportunidades para ambas industrias de la biología y la atención médica. [9] El perfil de expresión, la minería de texto para el análisis de tendencias, la minería de datos basada en la población que proporciona información biomédica y el desarrollo de ontología se han explorado, definido y establecido como contribuciones importantes a la TBI. [6] [10] Los logros del campo que se han utilizado para el descubrimiento de conocimiento incluyen la vinculación de registros clínicos a datos genómicos, la vinculación de medicamentos con la ascendencia, la secuenciación del genoma completo para un grupo con una enfermedad común y la semántica en la minería de literatura. [10] Se ha discutido sobre esfuerzos cooperativos para crear estrategias transjurisdiccionales para la TBI, particularmente en Europa. La última década también ha visto el desarrollo de la medicina personalizada y el intercambio de datos en farmacogenómica . Estos logros han consolidado el interés público, generado fondos para inversión en capacitación y mayor desarrollo curricular, aumentado la demanda de personal calificado en el campo e impulsado la investigación y el desarrollo en curso sobre TCE. [6]

Beneficios y oportunidades

En la actualidad, la investigación sobre el TCE abarca múltiples disciplinas; sin embargo, la aplicación del TCE en entornos clínicos sigue siendo limitada. Actualmente, se utiliza parcialmente en el desarrollo de fármacos , la revisión regulatoria y la medicina clínica . [8] La oportunidad de aplicación del TCE es mucho más amplia, ya que cada vez más revistas médicas mencionan el término "informática" y debaten temas relacionados con la bioinformática. [2] La investigación sobre el TCE se basa en cuatro áreas principales de discurso: genómica clínica, medicina genómica, farmacogenómica y epidemiología genética . [9] Hay un número cada vez mayor de conferencias y foros centrados en el TCE para crear oportunidades para el intercambio de conocimientos y el desarrollo del campo. Los temas generales que aparecen en conferencias recientes incluyen: (1) genómica personal e infraestructura genómica, (2) investigación de fármacos y genes para eventos adversos, interacciones y reutilización de fármacos, (3) biomarcadores y representación de fenotipos, (4) secuenciación, ciencia y medicina de sistemas, (5) metodologías computacionales y analíticas para TCE, y (6) aplicación de la investigación genética que conecta la práctica clínica. [8] [10] [11]

Con la ayuda de los bioinformáticos, los biólogos pueden analizar datos complejos, crear sitios web para mediciones experimentales, facilitar el intercambio de las mediciones y correlacionar los hallazgos con los resultados clínicos. [2] Los bioinformáticos traslacionales que estudian una enfermedad en particular tendrían más datos de muestra sobre una enfermedad dada que un biólogo individual que estudiara la enfermedad solo.

Desde que se completó el genoma humano, nuevos proyectos están intentando analizar sistemáticamente todas las alteraciones genéticas en una enfermedad como el cáncer en lugar de centrarse en unos pocos genes a la vez. En el futuro, se integrarán datos a gran escala de diferentes fuentes para extraer información funcional. La disponibilidad de un gran número de genomas humanos permitirá la minería estadística de su relación con estilos de vida, interacciones farmacológicas y otros factores. Por lo tanto, la bioinformática traslacional está transformando la búsqueda de genes de enfermedades y se está convirtiendo en un componente crucial de otras áreas de investigación médica, incluida la farmacogenómica. [12]

En un estudio que evaluó las características computacionales y económicas de la computación en la nube para realizar una integración y análisis de datos a gran escala de la medicina genómica, el análisis basado en la nube tuvo un costo y un rendimiento similares en comparación con un clúster computacional local. Esto sugiere que las tecnologías de computación en la nube podrían ser una tecnología valiosa y económica para facilitar la investigación traslacional a gran escala en la medicina genómica. [13]

Metodologías

Almacenamiento

Actualmente, se dispone de una gran cantidad de datos bioinformáticos, que siguen aumentando. Por ejemplo, la base de datos GenBank, financiada por el Instituto Nacional de Salud (NIH), contiene actualmente 82 mil millones de nucleótidos en 78 millones de secuencias que codifican para 270.000 especies. El equivalente de GenBank para microarrays de expresión genética , conocido como Gene Expression Omnibus (GEO), tiene más de 183.000 muestras de 7.200 experimentos y esta cifra se duplica o triplica cada año. El Instituto Europeo de Bioinformática (EBI) tiene una base de datos similar llamada ArrayExpress que contiene más de 100.000 muestras de más de 3.000 experimentos. En total, el TBI tiene acceso a más de un cuarto de millón de muestras de microarrays en la actualidad. [2]

Para extraer datos relevantes de grandes conjuntos de datos, TBI emplea varios métodos, como la consolidación de datos, la federación de datos y el almacenamiento de datos . En el enfoque de consolidación de datos, los datos se extraen de varias fuentes y se centralizan en una única base de datos. Este enfoque permite la estandarización de datos heterogéneos y ayuda a abordar problemas de interoperabilidad y compatibilidad entre conjuntos de datos. Sin embargo, los defensores de este método a menudo encuentran dificultades para actualizar sus bases de datos, ya que se basa en un único modelo de datos. Por el contrario, el enfoque de federación de datos vincula las bases de datos y extrae datos de forma regular, para luego combinarlos para realizar consultas. El beneficio de este enfoque es que permite al usuario acceder a datos en tiempo real en un único portal. Sin embargo, la limitación de esto es que los datos recopilados pueden no estar siempre sincronizados, ya que se derivan de múltiples fuentes. El almacenamiento de datos proporciona una única plataforma unificada para la curación de datos. El almacenamiento de datos integra datos de múltiples fuentes en un formato común y, por lo general, se utiliza en biociencia exclusivamente para fines de apoyo a la toma de decisiones. [14]

Analítica

Las técnicas analíticas sirven para traducir datos biológicos mediante técnicas de alto rendimiento en información clínicamente relevante. Actualmente, existen numerosos programas y metodologías para consultar datos, y este número sigue creciendo a medida que se realizan y publican más estudios en revistas de bioinformática como Genome Biology , BMC Bioinformatics , BMC Genomics y Bioinformatics . Para determinar la mejor técnica analítica, se han creado herramientas como Weka para analizar la variedad de programas y seleccionar la técnica más adecuada, eliminando la necesidad de conocer una metodología específica. [15]

Integración

La integración de datos implica el desarrollo de métodos que utilizan información biológica para el ámbito clínico. La integración de datos proporciona a los médicos herramientas para el acceso a los datos, el descubrimiento de conocimientos y el apoyo a la toma de decisiones. La integración de datos sirve para utilizar la riqueza de información disponible en bioinformática para mejorar la salud y la seguridad del paciente. Un ejemplo de integración de datos es el uso de sistemas de apoyo a la toma de decisiones (DSS) basados ​​en bioinformática traslacional. Los DSS utilizados en este sentido identifican correlaciones en los registros médicos electrónicos (EMR) de los pacientes y otros sistemas de información clínica para ayudar a los médicos en sus diagnósticos. [14]

Costo

Las empresas pueden ahora proporcionar la secuenciación y el análisis del genoma humano completo como un servicio simple subcontratado. Se planea que las versiones de segunda y tercera generación de los sistemas de secuenciación aumenten la cantidad de genomas por día, por instrumento, a 80. Según el director ejecutivo de Complete Genomics, Cliff Reid, el mercado total de la secuenciación del genoma humano completo en todo el mundo se ha quintuplicado durante 2009 y 2010, y se estima que será de 15.000 genomas en 2011. Además, si el precio bajara a 1.000 dólares por genoma, sostuvo que la empresa aún podría obtener ganancias. La empresa también está trabajando en mejoras de procesos para reducir el costo interno a alrededor de 100 dólares por genoma, excluyendo los costos de preparación de muestras y de mano de obra. [16] [17]

Según el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI), los costos de secuenciar el genoma completo han disminuido significativamente de más de 95 millones de dólares en 2001 a 7.666 dólares en enero de 2012. De manera similar, el costo de determinar una megabase (un millón de bases) también ha disminuido de más de 5.000 dólares en 2001 a 0,09 dólares en 2012. En 2008, los centros de secuenciación hicieron la transición de tecnologías de secuenciación de ADN basadas en Sanger (secuenciación de terminación de cadena didesoxi) a tecnologías de secuenciación de ADN de "segunda generación" (o "próxima generación") . Esto provocó una caída significativa en los costos de secuenciación. [18]

Direcciones futuras

La TBI tiene el potencial de desempeñar un papel importante en la medicina; sin embargo, aún quedan muchos desafíos por resolver. El objetivo general de la TBI es "desarrollar enfoques informáticos para vincular fuentes de datos y conocimientos tradicionalmente dispares, lo que permite tanto la generación como la prueba de nuevas hipótesis". [9] Las aplicaciones actuales de la TBI enfrentan desafíos debido a la falta de estándares que resultan en diversas metodologías de recopilación de datos. Además, las capacidades analíticas y de almacenamiento se ven obstaculizadas debido a los grandes volúmenes de datos presentes en la investigación actual. Se prevé que este problema aumente con la genómica personal, ya que creará una acumulación aún mayor de datos. [6] [9]

También existen desafíos en la investigación de medicamentos y biomarcadores, la medicina genómica, la metagenómica del diseño de proteínas, el descubrimiento de enfermedades infecciosas, la curación de datos , la minería de literatura y el desarrollo del flujo de trabajo. [6] La creencia continua en la oportunidad y los beneficios de la LCT justifica una mayor financiación para la infraestructura, la protección de la propiedad intelectual y las políticas de accesibilidad. [6] [19]

La financiación disponible para la TBI ha aumentado en la última década. [2] La demanda de investigación bioinformática traslacional se debe en parte al crecimiento en numerosas áreas de la bioinformática y la informática sanitaria y en parte al apoyo popular de proyectos como el Proyecto Genoma Humano . [7] [9] [20] Este crecimiento y la afluencia de financiación han permitido a la industria producir activos como un repositorio de datos de expresión genética y datos a escala genómica, al mismo tiempo que avanzan hacia el concepto de crear un genoma de $1000 y completar el Proyecto Genoma Humano. [9] [20] Algunos creen que la TBI provocará un cambio cultural en la forma en que se procesa la información científica y clínica dentro de la industria farmacéutica, las agencias reguladoras y la práctica clínica. También se ve como un medio para alejar los diseños de ensayos clínicos de los estudios de casos y acercarlos al análisis de EMR. [8]

Los líderes en el campo han presentado numerosas predicciones con respecto a la dirección que tomará y debería tomar la lesión cerebral traumática. A continuación, se presenta una recopilación de predicciones:

  1. Lesko (2012) afirma que en la Unión Europea se debe aplicar una estrategia para cerrar la brecha entre el mundo académico y la industria de las siguientes maneras –cita directamente: [8]
    1. Validar y publicar modelos de datos y tecnología informática según estándares aceptados para facilitar su adopción.
    2. Transformar los registros médicos electrónicos para hacerlos más accesibles e interoperables,
    3. Fomentar el intercambio de información, involucrar a las agencias reguladoras y
    4. Fomentar el aumento del apoyo financiero para el crecimiento y desarrollo de TBI
  2. Altman (2011), en la Cumbre AMIA de 2011 sobre TCE, predice que: [10]
    1. La computación en la nube contribuirá a importantes descubrimientos biomédicos.
    2. Las aplicaciones informáticas a la ciencia de las células madre aumentarán
    3. La inmunogenómica surgirá como una fuente de datos poderosa
    4. La informática de citometría de flujo crecerá
    5. Los datos moleculares y de expresión se combinarán para la reutilización de fármacos
    6. La secuenciación del exoma persistirá más de lo esperado Avances en la interpretación de las variaciones no codificantes del ADN
  3. Sarkar, Butte , Lussier , Tarczy-Hornoch y Ohno-Machado (2011) afirman que el futuro del TCE debe establecer una forma de gestionar la gran cantidad de datos disponibles y buscar integrar los hallazgos de proyectos como el proyecto eMERGE (Electronic Medical Records and Genomics) financiado por el NIH, el Personal Genome Project, el Exome Project, el Million Veteran Program y el 1000 Genomes Project. [9]

"En un mundo rico en información, la riqueza de información significa una escasez de algo más, una escasez de lo que la información consume. Lo que la información consume es bastante obvio: consume la atención de sus receptores. Por lo tanto, una riqueza de información crea una pobreza de atención y una necesidad de asignar esa atención de manera eficiente entre la sobreabundancia de fuentes de información que podría consumir" (Herbert Simon, 1971).

Asociaciones, congresos y revistas

A continuación se incluye una lista de asociaciones, conferencias y revistas existentes que se centran específicamente en el traumatismo craneoencefálico. De ninguna manera se trata de una lista exhaustiva, y debe ampliarse a medida que se descubran otras.

Asociaciones
Conferencias *los sitios web cambian anualmente
Revistas
Números especiales de la revista sobre bioinformática traslacional

Capacitación y certificación

A continuación se incluye una lista no exhaustiva de programas de capacitación y certificación específicos para TCE.

Referencias

  1. ^ "Bioinformática Traslacional". Asociación Estadounidense de Informática Médica . Consultado el 24 de septiembre de 2014 .
  2. ^ abcde Butte, AJ (2008). "Bioinformática traslacional: la mayoría de edad". Revista de la Asociación Estadounidense de Informática Médica . 15 (6): 709–714. doi :10.1197/jamia.M2824. PMC 2585538 . PMID  18755990. 
  3. ^ Geospiza. «Bioinformática traslacional». Archivado desde el original el 28 de mayo de 2011. Consultado el 23 de marzo de 2011 .
  4. ^ "Cuando la atención médica y la informática chocan". Universidad de Illinois en Chicago . 2014. Consultado el 18 de septiembre de 2014 .
  5. ^ "Colorado Clinical and Translational Sciences Institute (CCTSI)" . Consultado el 16 de noviembre de 2012 .
  6. ^ abcdefghij Ouzounis, CA (2012). "¿Auge y desaparición de la bioinformática? Promesa y progreso". PLOS Computational Biology . 8 (4): 1–5. Bibcode :2012PLSCB...8E2487O. doi : 10.1371/journal.pcbi.1002487 . PMC 3343106 . PMID  22570600. 
  7. ^ ab Shah, NH; Jonquet, C.; Lussier, YA; Tarzy-Hornoch, P.; Ohno-Machado, L. (2009). "Indexación basada en ontología de conjuntos de datos públicos para bioinformática traslacional". BMC Bioinformatics . 10 (2): S1. doi : 10.1186/1471-2105-10-S2-S1 . PMC 2646250 . PMID  19208184. 
  8. ^ abcdef Lesko, LJ (2012). "Investigación de fármacos y bioinformática traslacional". Farmacología clínica y terapéutica . 91 (6): 960–962. doi :10.1038/clpt.2012.45. PMID  22609906. S2CID  26762976.
  9. ^ abcdefg Sarkar, IN; Butte, AJ; Lussier, YA; Tarczy-Hornoch, P.; Ohno-Machado, L. (2011). "Bioinformática traslacional: vinculando el conocimiento entre los ámbitos biológico y clínico". J Am Med Inform Assoc . 18 (4): 345–357. doi :10.1136/amiajnl-2011-000245. PMC 3128415. PMID  21561873 . 
  10. ^ abcd Altman, RB (10 de marzo de 2011). "Bioinformática traslacional: un análisis del año" . Consultado el 16 de noviembre de 2012 .
  11. ^ Mendonca, EA (2010). "Actas seleccionadas de la cumbre de 2010 sobre bioinformática traslacional". BMC Bioinformatics . 11 (9): 1–4. doi : 10.1186/1471-2105-11-S9-S1 . PMC 2967739 . PMID  21044356. 
  12. ^ Kann, MG (2010). "Avances en bioinformática traslacional: enfoques computacionales para la búsqueda de genes de enfermedades". Briefings in Bioinformatics . 11 (1): 96–110. doi :10.1093/bib/bbp048. PMC 2810112 . PMID  20007728. 
  13. ^ Dudley, JT (2010). "Bioinformática traslacional en la nube: una alternativa asequible". Genome Medicine . 2 (8): 51. doi : 10.1186/gm172 . PMC 2945008 . PMID  20691073. 
  14. ^ ab Yan, Q (2010). "Bioinformática traslacional y enfoques de biología de sistemas para la medicina personalizada". Biología de sistemas en el descubrimiento y desarrollo de fármacos . Métodos en biología molecular. Vol. 662. págs. 167–178. doi :10.1007/978-1-60761-800-3_8. ISBN 978-1-60761-799-0. Número de identificación personal  20824471.
  15. ^ Butte, AJ (2009). "Aplicaciones de la bioinformática traslacional en la medicina genómica". Genome Med . 1 (6): 64. doi : 10.1186/gm64 . PMC 2703873 . PMID  19566916. 
  16. ^ Heger, M. "Complete Genomics targets 2015 for new instruments with capacity of 80 genomes per day" (Objetivos de genómica completa para 2015 con nuevos instrumentos con capacidad de 80 genomas por día) . Consultado el 1 de noviembre de 2012 .
  17. ^ "Genómica completa" . Consultado el 1 de noviembre de 2012 .
  18. ^ Wetterstrand, KA "Costos de secuenciación de ADN: datos del programa de secuenciación del genoma del NHGRI (GSP)" . Consultado el 3 de noviembre de 2012 .
  19. ^ Azuaje, FJ; Heymann, M.; Ternes, A.; Wienecke-Baldacchino, A.; Struck, D.; Moes, D.; Schneider, R. (2012). "La bioinformática como motor, no como pasajero, de la investigación biomédica traslacional: perspectivas desde la sexta conferencia de bioinformática del Benelux" (PDF) . Journal of Clinical Bioinformatics . 2 (7): 1–3. doi : 10.1186/2043-9113-2-7 . PMC 3323358 . PMID  22414553. 
  20. ^ ab Butte, AJ; Chen, R. (2006). "Encontrar experimentos genómicos relacionados con enfermedades dentro de un repositorio internacional: primeros pasos en bioinformática traslacional". AMIA Annu Symp Proc . 2006 : 106–110. PMC 1839582. PMID  17238312 . 
  21. ^ "AMIA - Asociación Americana de Informática Médica". amia.org .