Viaje hacia nuestro espacio interior
27/04/09 13:49 Filed in: El
Cuerpo
(El Proyecto del Genoma
Humano)
George Church es algo más que el director del Lipper Center para la Genética Computacional de la Harvard Medical School. Toda su data personal, hasta su firma, se puede encontrar en línea (arep.med.harvard.edu/gmc/pers.htlm), pero él considera que toda esa información sólo refleja su fenotipo, sus rasgos físicos y características. Y si el genoma es el fotocalco azul de tu potencial genético escrito a través de 6 billones de pares base de ADN, tu fenoma es el edificio resultante: cómo realmente resulta uno después que el ambiente pone lo suyo, influenciando cuáles genes logran expresarse y qué rasgos quedan reprimidos.
George Church es algo más que el director del Lipper Center para la Genética Computacional de la Harvard Medical School. Toda su data personal, hasta su firma, se puede encontrar en línea (arep.med.harvard.edu/gmc/pers.htlm), pero él considera que toda esa información sólo refleja su fenotipo, sus rasgos físicos y características. Y si el genoma es el fotocalco azul de tu potencial genético escrito a través de 6 billones de pares base de ADN, tu fenoma es el edificio resultante: cómo realmente resulta uno después que el ambiente pone lo suyo, influenciando cuáles genes logran expresarse y qué rasgos quedan reprimidos.
Imagínese
que podamos coleccionar juegos completos de data -genotipos y
fenotipos- para toda una población. Muy prontamente podrían
comenzarse a ver correlaciones significativas y poderosas entre
secuencias genéticas y características físicas particulares, desde
altura y color de pelo hasta riesgo de enfermedad y
personalidad.
Church no sólo ha imaginado tal posibilidad sino que la ha lanzado. El Proyecto del Genoma Humano (PGP, siglas en inglés), un esfuerzo para hacer esas correlaciones a una escala sin precedentes, comenzó el año pasado (2007) con 10 voluntarios y pronto se expandirá a 100 mil participantes. Generará una base de datos masiva de genomas, fenomas, y hasta algunos omas intermedios. Es una meta ambiciosa catalogar 60 millones de bits multiplicado por 100 mil individuos.
Se utiliza el Polonator G.007, el instrumento de secuenciación genética desarrollado por Church en su laboratorio. La meta es que el PGP abra nuestros genomas como se abre un mapa de carreteras, utilizando nuestro ADN como planeamos un viaje, escaneándolo por posibles desvíos (una predisposición hacia alguna enfermedad) o lugares históricos (un ancestro clave). Este es un viaje hacia nuestro espacio interior.
Durante muchas décadas Church ha sido conocido como un brillante tecnólogo, más como un hurgador entre bastidores que un visionario científico. Aunque fue parte del grupo que arrancó el PGP, el desconocimiento sobre él se debe en parte a su estilo. Su bajo perfil puede ser el resultado de adelantarse demasiado, trabajando una década o dos por delante de su campo, razón por la cual hasta los expertos a veces no captan lo que habla. Su trabajo es tan avanzado que aún no llega a ser estándar.
Pero gracias al PGP, el Polonator y el hecho de que el resto del mundo ya ha comenzando finalmente a entender lo que habla, la oscuridad de Church llega a su fin. Tiene un puesto de asesor en el directorio de 14 compañías biotecnológicas, además de haber fundado 4 compañías. Newsweek lo catalogó recientemente como uno de los científicos más calientes. Para alguien que pasó toda su carrera adelantado a los tiempos, Church es hoy súbitamente el hombre del momento.
Un poco de historia
Muchos historiadores citarían a Praga o París o Berkeley como el centro intelectual de los 1960s, pero para la gente interesada en computadoras, no había lugar tan interesante como Hanover, New Hampshire. Ahí, en la Darmouth College, florecía un experimento de compartir el tiempo de la computación (Darmouth Time-Sharing System, DTSS), que le permitía a los estudiantes acceder remotamente a la computadora principal para hacer cálculos matemáticos o trabajos de ciencia o juegos simulados.
En 1967, el DTSS hizo la transición hacia la más poderosa máquina GE-635 y ofreció terminales remotos a 33 escuelas secundarias y colleges, incluyendo la Phillips Academy, escuela preparatoria cercana de Andover, Massachusetts. El terminal, no más que una máquina de teletipo realmente, estaba en un sótano, olvidada, hasta que el joven George Church entró a su primer año y preguntó si había una computadora. Manipulando las teclas, la máquina le respondió "¿Qué?" Y Church pasó horas infinitas en el sótano, trajo una silla y se enseñó a sí mismo lo intrincado de la codificación, aprendiendo a programar. Dejó de ir a clases y le enseñó álgebra a la computadora.
Aprender a escribir códigos fue un entrenamiento ideal para la eventual carrera de Church como biólogo computacional. "Así es como se pone la ingeniería en reversa para cosas como el E.Coli, cambias algo, y ves cómo se comporta", dice Church. "Poco sabía yo que 30 años más tarde utilizaríamos casi las mismas operaciones para optimizar las redes metabólicas."
Church dio por primera vez con el poder de la computación para automatizar la biología a mitades de los 70s, cuando estaba en la escuela de graduación en Harvard. Para ese momento estaba trabajando en recombinación de ADN, entonces una nueva técnica para empalmar un gen de un organismo en otro. En 1980, cuando su consejero Wally Gilbert ganó el Premio Nobel por sus técnicas de secuenciación de ADN, el proceso era aún lento, caro, ejecutando una tira de ADN a la vez.
Church comenzó a trabajar con una de sus metas tempranas de automatización, pensando que la mayor parte del trabajo de mezclar más tiras podría hacerse con un solo dispositivo en vez de varias máquinas; sustituyendo varias tareas humanas con tecnología. Cuatro años más tarde presentó su trabajo ante veinte científicos reunidos por el Departamento de Energía, con un sólo objetivo: ¿Cómo podrían ser usados los avances recientes en genética para medir el incremento de mutaciones genéticas surgidas de la exposición a la radiación, como en Hiroshima? El grupo llegó pronto a la conclusión de que la tecnología de 1984 no podía responder esa pregunta.
Como había tiempo de sobra y como premio de consolación, Church sugirió "secuenciar el genoma humano". Se robó el show, aunque era casi enteramente desconocido. El esfuerzo lo adoptó el National Institute of Health, llamándolo el Human Genome Project (HGP), para secuenciar un genoma humano por $ 3 billones dentro de 15 años. Church se desilusionó desde un principio. Los recursos se invirtieron en tecnología de los 1980s, sin tomar en cuenta el sistema de Church, y el resultado fueron dos décadas en inercia.
Para 2005, Church ya había perfeccionado el sistema que había presentado hacía 20 años, demostrando una técnica que podía analizar millones de secuencias en una corrida (el método HGP sólo podía manejar 96 tiras de ADN a la vez). El método de Church no sólo aceleró el proceso, demostró elegantemente el poder de la automatización para lograr avances exponenciales y a un costo mucho menor. De tal manera, la cosa alzó el vuelo.
Lo que pasa ahora
En los últimos tres años, muchas compañías han desarrollado sus propios instrumentos, todas buscando la misma meta: acelerar el proceso de secuenciar el ADN y bajar el costo. La mayoría de las máquinas de segunda generación cuestan alrededor de $500.000. Church sacó la Polonator G.007, en $150.000. En medicina, secuenciar a bajo costo ha permitido la investigación en tuberculosis resistente a las drogas, la genética de cánceres de pecho, pulmones, y otros, y la arquitectura de ADN de esquizofrénicos.
Para liderar los esfuerzos, el Polonator deberá trabajar a escala masiva. Los 100.000 participantes aportarán un alto nivel de detalles sobre sí mismos, en un cuestionario o lista de consideraciones sumamente exhaustiva. El PGP automatizará el proceso de investigación. Los científicos simplemente escogerán una categoría de fenotipos y una posible correlación genética para extraer significativas asociaciones estadísticas. Una predisposición genética para el cáncer de colon, por ejemplo, puede llevar a una enfermedad sólo conectada con una dieta alta en comidas de barbecue, o a una cierta forma de enfermedad del corazón asociada a un gen particular de un virus particular. El descubrimiento genómico ya no será un problema de investigación. Será una función de búsqueda. (Esto ayuda a explicar por qué Google, entre otros, ha hecho donaciones a este proyecto.)
El proceso comenzó el año pasado y los participantes, además de ofrecer sus genomas, otorgarán saliva y un trozo de su piel. Si el PGP fuera simplemente un ejercicio de reducir 100.000 individuos a corrientes de data, ya sería bastante ambicioso. Pero el proyecto hace algo más, y verdaderamente radical: todo el material será accesible para cualquier investigador (o curioso) que quiera zambullirse en miles de detalles de la vida de la gente; los voluntarios firman un consentimiento; no hay garantías de confidencialidad. De tal manera, Church habilita la data para que cada científico tome sus iniciativas y responda sus preguntas en campos que van de la medicina a la geneología, forénsicos y biología general.
Esta apertura incitada por Church genera controversias, ya que para él es el lógico sucesor del Human Genome Project, pero otros la consideran riesgosa. El National Human Genome Research Institute, por ejemplo, ha alertado que la creciente industria del genoma personal, que incluye proyectos orientados a la investigación, como el PGP y compañías directamente orientadas hacia el consumidor, ponen la venta por delante de la ciencia. Pero Church también alerta que mantener a los clínicos y pacientes en la oscuridad sobre información genética específica -esencialmente pretendiendo que la data o la tecnología tras ella no existe- es una farsa. Y que viola el principio de apertura que lleva a un progreso más rápido.
Church afirma que en el no muy distante futuro los hospitales y las clínicas podrían contar con un secuenciador de genoma, tal como hoy tienen rayos X y microscopios. "En los viejos libros," dice Church, "casi cada científico estaba sentado ahí con microscopios en las mesas. Fuesen científicos físicos o científicos biológicos, tenían ese microscopio ahí. Y eso me inspiró."
El proyecto de los grandes proyectos
El Proyecto del Genoma Humano no es la única iniciativa que busca expandir significativamente el alcance del conocimiento de la humanidad. Investigadores ambiciosos y obsesivos aspiran hacer lo mismo en una serie de campos. He aquí 5 de nuestros favoritos.
* El ITER Project (presupuesto: $ 14.7 billones): Gorbachov ayudó a serruchar la Guerra Fría dándole a Reagan una colaboración de super-poder para sonsacar los secretos de la energía de fusión. El requerimiento de una temperatura de 180.000.000 grados Farenheit ha sido un impedimento significativo.
* El Music Genome Project (presupuesto: $22.3 millones): cada son tiene cientos de bloques de construcción, desde sincopación hasta armonía. Los analistas de Pandora están secuenciando estos "genes" por oído (hasta 10 millones al mes) para crear la base de datos propietaria.
* El Milky Way Mapping Project (presupuesto: $ 2 millones): utilizando el Very Long Baseline Array (telescopios de ondas radiales con 100 veces más exactitud que el Hubble) los astrónomos buscan medidas ultra-precisas de la distancia entre nosotros y 10 estrellas selectas.
* El Genographic Project (presupuesto: $ 40 millones): IBM y National Geographic están coleccionando cientos de miles de muestras de ADN del mundo entero para rastrear sus marcas de descendencia genética. La meta es hacer un mapa de la historia de la migración humana.
* El Projecto Runaway (presupuesto: $ 1 millón por episodio): Heidi Klum y un panel de expertos están utilizando el proceso de selección natural para identificar a los jeans fundamentales. Exactamente como predijo Darwin: es la supervivencia del que mejor calce.
Church no sólo ha imaginado tal posibilidad sino que la ha lanzado. El Proyecto del Genoma Humano (PGP, siglas en inglés), un esfuerzo para hacer esas correlaciones a una escala sin precedentes, comenzó el año pasado (2007) con 10 voluntarios y pronto se expandirá a 100 mil participantes. Generará una base de datos masiva de genomas, fenomas, y hasta algunos omas intermedios. Es una meta ambiciosa catalogar 60 millones de bits multiplicado por 100 mil individuos.
Se utiliza el Polonator G.007, el instrumento de secuenciación genética desarrollado por Church en su laboratorio. La meta es que el PGP abra nuestros genomas como se abre un mapa de carreteras, utilizando nuestro ADN como planeamos un viaje, escaneándolo por posibles desvíos (una predisposición hacia alguna enfermedad) o lugares históricos (un ancestro clave). Este es un viaje hacia nuestro espacio interior.
Durante muchas décadas Church ha sido conocido como un brillante tecnólogo, más como un hurgador entre bastidores que un visionario científico. Aunque fue parte del grupo que arrancó el PGP, el desconocimiento sobre él se debe en parte a su estilo. Su bajo perfil puede ser el resultado de adelantarse demasiado, trabajando una década o dos por delante de su campo, razón por la cual hasta los expertos a veces no captan lo que habla. Su trabajo es tan avanzado que aún no llega a ser estándar.
Pero gracias al PGP, el Polonator y el hecho de que el resto del mundo ya ha comenzando finalmente a entender lo que habla, la oscuridad de Church llega a su fin. Tiene un puesto de asesor en el directorio de 14 compañías biotecnológicas, además de haber fundado 4 compañías. Newsweek lo catalogó recientemente como uno de los científicos más calientes. Para alguien que pasó toda su carrera adelantado a los tiempos, Church es hoy súbitamente el hombre del momento.
Un poco de historia
Muchos historiadores citarían a Praga o París o Berkeley como el centro intelectual de los 1960s, pero para la gente interesada en computadoras, no había lugar tan interesante como Hanover, New Hampshire. Ahí, en la Darmouth College, florecía un experimento de compartir el tiempo de la computación (Darmouth Time-Sharing System, DTSS), que le permitía a los estudiantes acceder remotamente a la computadora principal para hacer cálculos matemáticos o trabajos de ciencia o juegos simulados.
En 1967, el DTSS hizo la transición hacia la más poderosa máquina GE-635 y ofreció terminales remotos a 33 escuelas secundarias y colleges, incluyendo la Phillips Academy, escuela preparatoria cercana de Andover, Massachusetts. El terminal, no más que una máquina de teletipo realmente, estaba en un sótano, olvidada, hasta que el joven George Church entró a su primer año y preguntó si había una computadora. Manipulando las teclas, la máquina le respondió "¿Qué?" Y Church pasó horas infinitas en el sótano, trajo una silla y se enseñó a sí mismo lo intrincado de la codificación, aprendiendo a programar. Dejó de ir a clases y le enseñó álgebra a la computadora.
Aprender a escribir códigos fue un entrenamiento ideal para la eventual carrera de Church como biólogo computacional. "Así es como se pone la ingeniería en reversa para cosas como el E.Coli, cambias algo, y ves cómo se comporta", dice Church. "Poco sabía yo que 30 años más tarde utilizaríamos casi las mismas operaciones para optimizar las redes metabólicas."
Church dio por primera vez con el poder de la computación para automatizar la biología a mitades de los 70s, cuando estaba en la escuela de graduación en Harvard. Para ese momento estaba trabajando en recombinación de ADN, entonces una nueva técnica para empalmar un gen de un organismo en otro. En 1980, cuando su consejero Wally Gilbert ganó el Premio Nobel por sus técnicas de secuenciación de ADN, el proceso era aún lento, caro, ejecutando una tira de ADN a la vez.
Church comenzó a trabajar con una de sus metas tempranas de automatización, pensando que la mayor parte del trabajo de mezclar más tiras podría hacerse con un solo dispositivo en vez de varias máquinas; sustituyendo varias tareas humanas con tecnología. Cuatro años más tarde presentó su trabajo ante veinte científicos reunidos por el Departamento de Energía, con un sólo objetivo: ¿Cómo podrían ser usados los avances recientes en genética para medir el incremento de mutaciones genéticas surgidas de la exposición a la radiación, como en Hiroshima? El grupo llegó pronto a la conclusión de que la tecnología de 1984 no podía responder esa pregunta.
Como había tiempo de sobra y como premio de consolación, Church sugirió "secuenciar el genoma humano". Se robó el show, aunque era casi enteramente desconocido. El esfuerzo lo adoptó el National Institute of Health, llamándolo el Human Genome Project (HGP), para secuenciar un genoma humano por $ 3 billones dentro de 15 años. Church se desilusionó desde un principio. Los recursos se invirtieron en tecnología de los 1980s, sin tomar en cuenta el sistema de Church, y el resultado fueron dos décadas en inercia.
Para 2005, Church ya había perfeccionado el sistema que había presentado hacía 20 años, demostrando una técnica que podía analizar millones de secuencias en una corrida (el método HGP sólo podía manejar 96 tiras de ADN a la vez). El método de Church no sólo aceleró el proceso, demostró elegantemente el poder de la automatización para lograr avances exponenciales y a un costo mucho menor. De tal manera, la cosa alzó el vuelo.
Lo que pasa ahora
En los últimos tres años, muchas compañías han desarrollado sus propios instrumentos, todas buscando la misma meta: acelerar el proceso de secuenciar el ADN y bajar el costo. La mayoría de las máquinas de segunda generación cuestan alrededor de $500.000. Church sacó la Polonator G.007, en $150.000. En medicina, secuenciar a bajo costo ha permitido la investigación en tuberculosis resistente a las drogas, la genética de cánceres de pecho, pulmones, y otros, y la arquitectura de ADN de esquizofrénicos.
Para liderar los esfuerzos, el Polonator deberá trabajar a escala masiva. Los 100.000 participantes aportarán un alto nivel de detalles sobre sí mismos, en un cuestionario o lista de consideraciones sumamente exhaustiva. El PGP automatizará el proceso de investigación. Los científicos simplemente escogerán una categoría de fenotipos y una posible correlación genética para extraer significativas asociaciones estadísticas. Una predisposición genética para el cáncer de colon, por ejemplo, puede llevar a una enfermedad sólo conectada con una dieta alta en comidas de barbecue, o a una cierta forma de enfermedad del corazón asociada a un gen particular de un virus particular. El descubrimiento genómico ya no será un problema de investigación. Será una función de búsqueda. (Esto ayuda a explicar por qué Google, entre otros, ha hecho donaciones a este proyecto.)
El proceso comenzó el año pasado y los participantes, además de ofrecer sus genomas, otorgarán saliva y un trozo de su piel. Si el PGP fuera simplemente un ejercicio de reducir 100.000 individuos a corrientes de data, ya sería bastante ambicioso. Pero el proyecto hace algo más, y verdaderamente radical: todo el material será accesible para cualquier investigador (o curioso) que quiera zambullirse en miles de detalles de la vida de la gente; los voluntarios firman un consentimiento; no hay garantías de confidencialidad. De tal manera, Church habilita la data para que cada científico tome sus iniciativas y responda sus preguntas en campos que van de la medicina a la geneología, forénsicos y biología general.
Esta apertura incitada por Church genera controversias, ya que para él es el lógico sucesor del Human Genome Project, pero otros la consideran riesgosa. El National Human Genome Research Institute, por ejemplo, ha alertado que la creciente industria del genoma personal, que incluye proyectos orientados a la investigación, como el PGP y compañías directamente orientadas hacia el consumidor, ponen la venta por delante de la ciencia. Pero Church también alerta que mantener a los clínicos y pacientes en la oscuridad sobre información genética específica -esencialmente pretendiendo que la data o la tecnología tras ella no existe- es una farsa. Y que viola el principio de apertura que lleva a un progreso más rápido.
Church afirma que en el no muy distante futuro los hospitales y las clínicas podrían contar con un secuenciador de genoma, tal como hoy tienen rayos X y microscopios. "En los viejos libros," dice Church, "casi cada científico estaba sentado ahí con microscopios en las mesas. Fuesen científicos físicos o científicos biológicos, tenían ese microscopio ahí. Y eso me inspiró."
El proyecto de los grandes proyectos
El Proyecto del Genoma Humano no es la única iniciativa que busca expandir significativamente el alcance del conocimiento de la humanidad. Investigadores ambiciosos y obsesivos aspiran hacer lo mismo en una serie de campos. He aquí 5 de nuestros favoritos.
* El ITER Project (presupuesto: $ 14.7 billones): Gorbachov ayudó a serruchar la Guerra Fría dándole a Reagan una colaboración de super-poder para sonsacar los secretos de la energía de fusión. El requerimiento de una temperatura de 180.000.000 grados Farenheit ha sido un impedimento significativo.
* El Music Genome Project (presupuesto: $22.3 millones): cada son tiene cientos de bloques de construcción, desde sincopación hasta armonía. Los analistas de Pandora están secuenciando estos "genes" por oído (hasta 10 millones al mes) para crear la base de datos propietaria.
* El Milky Way Mapping Project (presupuesto: $ 2 millones): utilizando el Very Long Baseline Array (telescopios de ondas radiales con 100 veces más exactitud que el Hubble) los astrónomos buscan medidas ultra-precisas de la distancia entre nosotros y 10 estrellas selectas.
* El Genographic Project (presupuesto: $ 40 millones): IBM y National Geographic están coleccionando cientos de miles de muestras de ADN del mundo entero para rastrear sus marcas de descendencia genética. La meta es hacer un mapa de la historia de la migración humana.
* El Projecto Runaway (presupuesto: $ 1 millón por episodio): Heidi Klum y un panel de expertos están utilizando el proceso de selección natural para identificar a los jeans fundamentales. Exactamente como predijo Darwin: es la supervivencia del que mejor calce.