lunes, 30 de marzo de 2015

Aplicaciones de la inteligencia artificial al análisis de biosecuencias


En la tesis de maestría de Sandria, publicada el año 2014 con el título “Aplicaciones de la inteligencia artificial al análisis de biosecuencias”, se menciona que las biosecuencias hacen referencia a las secuencias biológicas, estas son fundamentalmente el ácido desoxirribonucleico, las proteínas y los genes. Según Alberts y sus colegas, en el libro publicado el año 2002 con el título “Biología molecular de la célula”, el ácido desoxirribonucleico es el material genético de todos los organismos celulares. El ácido desoxirribonucleico lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y la replicación. La síntesis de proteínas es la producción de las proteínas que necesita la célula para realizar sus actividades y desarrollarse. La replicación es el conjunto de reacciones por medio de las cuales el ácido desoxirribonucleico se copia a sí mismo cada vez que una célula se reproduce y transmite a la descendencia la información de síntesis de proteínas que contiene. En casi todos los organismos celulares el ácido desoxirribonucleico está organizado en forma de cromosomas situados en el núcleo de la célula.

El artículo titulado “Cambios evolutivos en el código genético”, escrito el año 1993 por los investigadores Jukes y Osawa, se indica que cada molécula de ácido desoxirribonucleico está constituida por dos cadenas o bandas formadas por un elevado número de nucleótidos o compuestos químicos. Estas cadenas forman una especie de escalera retorcida conocida como doble hélice. Cada nucleótido está formado por tres unidades, una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: Adenina, guanina, timina y citosina. La molécula de desoxirribosa ocupa el centro del nucleótido y está flanqueada por un grupo fosfato a un lado y una base al otro. El grupo fosfato está a su vez unido a la desoxirribosa del nucleótido adyacente de la cadena. Estas subunidades enlazadas desoxirribosa-fosfato forman los lados de la escalera; las bases están enfrentadas por parejas, mirando hacia el interior, y forman los travesaños. Los nucleótidos de cada una de las dos cadenas que forman el ácido desoxirribonucleico establecen una asociación específica con los correspondientes de la otra cadena. Debido a la afinidad química entre las bases, los nucleótidos que contienen adenina se acoplan siempre con los que contienen timina, y los que contienen citosina con los que contienen guanina. Las bases complementarias se unen entre sí por enlaces químicos débiles llamados puentes de hidrógeno. El ácido desoxirribonucleico incorpora las instrucciones de producción de proteínas. Una proteína es un compuesto formado por moléculas pequeñas de aminoácidos, que determinan su estructura y función. La secuencia de aminoácidos está a su vez determinada por la secuencia de bases de los nucleótidos del ácido desoxirribonucleico. Cada secuencia de tres bases, llamada triplete, constituye una palabra del código genético o codón, que especifica un aminoácido determinado. Así, el triplete guanina, adenina, citosina, es el codón correspondiente al aminoácido leucina, mientras que el triplete citosina, adenina, guanina corresponde al aminoácido valina. Por tanto, una proteína formada por cien aminoácidos queda codificada por un segmento de trescientos nucleótidos de ácido desoxirribonucleico. De las dos cadenas de polinucleótidos que forman una molécula de ácido desoxirribonucleico, sólo una, llamada paralela, contiene la información necesaria para producción de una secuencia de aminoácidos determinada. La otra, llamada antiparalela, ayuda a la replicación.

En palabras de Osawa y sus colegas, expresadas en el artículo escrito el año 1992 con el título “Evidencia para la evolución del código genético”, un gen es una secuencia de nucleótidos de ácido desoxirribonucleico que especifica el orden de aminoácidos de una proteína por medio de una molécula intermediaria de ácido ribonucleico mensajero. Un genoma, en virus y bacterias, es la totalidad de los genes que porta el individuo, mientras que en los organismos eucariotas, este término se refiere a los genes radicados en el núcleo de la célula, se tiene en cuenta una dotación haploide, es decir un único juego de cromosomas. La sustitución de un nucleótido de ácido desoxirribonucleico por otro que contiene una base distinta hace que todas las células o virus descendientes contengan esa misma secuencia de bases alterada. Como resultado de la sustitución, también puede cambiar la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. Esta alteración de una molécula de ácido desoxirribonucleico se llama mutación. Casi todas las mutaciones son resultado de errores durante el proceso de replicación. La exposición de una célula o un virus a las radiaciones o a determinados compuestos químicos aumenta la probabilidad de mutaciones.

Osawa y sus colegas, en el artículo referido, continúan mencionando que en casi todos los organismos celulares, la replicación de las moléculas de ácido desoxirribonucleico tiene lugar en el núcleo, justo antes de la división celular. Empieza con la separación de las dos cadenas de polinucleótidos, cada una de las cuales actúa a continuación como plantilla para el montaje de una nueva cadena complementaria. A medida que la cadena original se abre, cada uno de los nucleótidos de las dos cadenas resultantes atrae a otro nucleótido complementario previamente formado por la célula. Los nucleótidos se unen entre sí mediante puentes de hidrógeno para formar los travesaños de una nueva molécula de ácido desoxirribonucleico. A medida que los nucleótidos complementarios van encajando en su lugar, una enzima llamada ácido desoxirribonucleico polimerasa los une enlazando el grupo fosfato de uno con la molécula de azúcar del siguiente, para así construir la hebra lateral de la nueva molécula de ácido desoxirribonucleico. Este proceso continúa hasta que se ha formado una nueva cadena de polinucleótidos a lo largo de la antigua; se reconstruye así una nueva molécula con estructura de doble hélice.

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