El desarrollo de las Ciencias Genómicas en México: “Un buen comienzo y un largo camino por recorrer”
Por Rafael Palacios y
Julio Collado-Vides
Traducido por la M. en A.Cristina Bojórquez Espinosa
Vancouver Community College, Canadá
Traducción de la fuente original:
"Development of Genomic Sciences in Mexico: A Good Start and a Long Way to Go"
Rafael Palacios and Julio Collado-Vides
PLoS Computational Biology | www.ploscompbiol.org
September 2007 | Volume 3 | Issue 0001 9 | e143
* A quienes se debe dirigir la correspondencia.
Correo electrónico: palacios@ccg.unam.mx
Abreviaciones: CCG, Centro de Ciencias Genómicas;CIFN Centro de Investigación de la Fijación del Nitrógeno; CINVESTAV, Centro de Investigación y Estudios Avanazdos; CONACYT, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología; IBT, Instituto de Biotecnología; LCG, Licenciatura en Ciencias Genómicas; UNAM, Universidad Nacional Autónoma de México.
Introducción
La frontera revolucionaria más importante de las ciencias biológicas en el presente siglo se deriva del conocimiento de la información completa del genoma de diferentes organismos. Los descubrimientos que se han derivado de la genómica están generando un nuevo paradigma en la biología, sustituyendo una biología centrada en el gen por un nuevo nivel de integración: la biología centrada en el genoma. Este nuevo concepto es la base de potenciales desarrollos de gran impacto social en campos tan diversos como la medicina, la agricultura y la industria, por mencionar sólo algunos.
El conocimiento necesario para esta nueva área se deriva de distintas disciplinas, esencialmente matemáticas, ciencias de la computación y biología. Nos referimos aquí a la integración de estas disciplinas como "ciencias genómicas". En lugar de intentar una revisión integral de los aspectos más novedosos en México, discutiremos los aspectos clave que han permitido la iniciación, y que seguramente modelarán el desarrollo, de las ciencias genómicas en nuestro país.
Orígenes
Pionero en las ciencias genómicas en México fue el esfuerzo que realizó el grupo de investigadores que participó en el proyecto del genoma de la bacteria Escherichia coli (1). Esta participación se dio a través del Programa de Genómica Computacional del Centro de Investigación sobre la Fijación del Nitrógeno (CIFN) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), y consistió en la anotación de los elementos regulatorios localizados río arriba y operones en el genoma de E. coli. Éste fue el primer genoma de una bacteria, dentro de un grupo aún reducido, con predicciones sobre operones y elementos regulatorios localizados río arriba.
El primer proyecto de secuenciación a gran escala en México también se realizó en el CIFN y consistió en la determinación de la secuencia de nucleótidos de 370-kb del plásmido simbiótico de Rhizobium etli (2). R. etli participa en una simbiosis de fijación del nitrógeno con la planta del frijol común, Phaseolus vulgaris. La planta del frijol se ha diversificado a través de Mesoamérica, y R. etli, que fue reportada por primera vez por un equipo mexicano, se encuentra en todo el territorio nacional y presenta un alto grado de diversidad genética. Este logro sirvió como base para que el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT; http://www.conacyt.mx/) otorgara su apoyo a un proyecto intitulado "El desarrollo de las Ciencias Genómicas en México: El Genoma de Rhizobium etli como sistema modelo". El éxito de este proyecto resultó en la primera secuenciación de un genoma completo que se haya realizado en México (3), y representó un paso clave en el desarrollo de las ciencias genómicas en la UNAM y en el país en general.
Investigación en Genómica
Actualmente, hay distintos proyectos relacionados con la genómica y la posgenómica en fase de desarrollo en diferentes instituciones mexicanas. La secuenciación del genoma de R. etli estimuló varios proyectos en el Centro de Ciencias Genómicas de la UNAM (http://www.ccg.unam.mx/), anteriormente el CIFN (ver abajo). Dichos proyectos están relacionados con la evolución y la microevolucíón, la transcriptómica y la proteómica, la dinámica y la comparación de los genes sinténicos como un grupo que evoluciona conjuntamente de los genomas de organismos rhizobiales (4-6). El estudio de la dinámica del genoma de R. etli condujo recientemente a una línea de investigación enfocada a una mejor comprensión de la dinámica del genoma humano (7). Otro proyecto que se lleva a cabo en el CCG se relaciona con la genómica funcional de la legumbre que hospeda a la bacteria R. etli, la planta del frijol común, P. vulgaris. Este proyecto, conocido como "Faseómica", pretende realizarse por un consorcio internacional, inicialmente propuesto tanto por el CCG como por la Universidad de Ginebra (8). Una ambiciosa propuesta de subsidio que involucra a distintas instituciones de México, Estados Unidos y Colombia se sometió recientemente a CONACYT, con el fin de crear un proyecto para determinar la secuencia de ADN del genoma de P. vulgaris.
Otro proyecto de gran escala de la UNAM que involucra a la genómica se relaciona con el parásito humano Taenia solium. En la primera etapa, se obtendrán las secuencias de ADN de un gran número de fragmentos de secuencia expresados, y subsecuentemente, el proyecto intentará producir una versión preliminar de alta calidad del genoma completo. Este proyecto es conducido por un consorcio de laboratorios, y en él actualmente trabajan alrededor de 30 investigadores (9).
Durante años, el CCG ha trabajado en la red regulatoria de la bacteria E. coli, curada en RegulonDB y EcoCyc, y ha estudiado los promotores, la regulación de la iniciación de la transcripción, los operones y las proteínas reguladoras (10). El Instituto de Biotecnología de la UNAM (http://www.ibt.unam.mx) también tiene una participación muy activa en el campo de la investigación bioinformática, y ha venido haciendo una labor notable en predicciones computacionales de elementos semejantes a los riboswitches y regiones de curvatura en genomas de bacterias, así como en el desarrollo del análisis del contexto del gen, y en la evolución del metabolismo y la estructura y función de proteínas (11-13).
Diversos estudios genómicos y posgenómicos involucran a las variedades industrial y patógena de la bacteria E. coli (14). Entre las instituciones mexicanas participantes en estos proyectos se encuentran el IBT, el Instituto de Ecología (http://www.ecologia.unam.mx) de la UNAM, así como la Escuela de Medicina de la UNAM.
Un grupo perteneciente al Instituto de Ecología se encuentra participando en proyectos metagenómicos de gran interés. El objetivo principal de este equipo mexicano se enfoca en Cuatro Ciénagas, un oasis en el desierto del estado de Coahuila, al norte de México, que constituye un nicho ecológico muy antiguo de condiciones extremas, con comunidades pertenecientes al periodo Cámbrico (15). Otro grupo trabaja en un modelo teórico y validación experimental de la red regulatoria que determina el desarrollo de la flor Arabidopsis (16).
En la Escuela de Ciencias de la UNAM se encuentra un grupo que tiene una larga tradición en el estudio de los orígenes de la vida, y que ha estado trabajando en diversos aspectos de la evolución microbiana tales como la transferencia lateral de genes y los orígenes tempranos de la protección contra el daño causado por la oxidación, entre otros (17).
Existe en la UNAM una tradición en la investigación en las áreas de biomatemáticas y biología teórica en las que participan físicos, matemáticos, biólogos y teóricos. En últimas fechas, esto se ha reflejado en el interés por establecer en la ciudad de Cuernavaca, un nuevo centro dedicado a los sistemas complejos. Además de la UNAM, otra de las principales instituciones de investigación en México, el Centro de Investigación y Estudios Avanzados (CINVESTAV; http://www.cinvestav.mx) del Instituto Politécnico Nacional está haciendo contribuciones importantes al área de las ciencias genómicas. Esta institución inauguró en fechas recientes el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad de México (LANGEBIO, ver abajo), mismo que cuenta con instalaciones equipadas con tecnología de punta y un cuerpo de investigadores reconocidos a nivel internacional. El proyecto más importante de esta institución es el de secuenciar todos los genes del maíz y determinar sus funciones principales, pero la investigación se extiende hacia muchas otras plantas modelo, entre las que se incluyen la Arabidopsis, el frijol, el chile y el tomatillo (18).
El sector salud en México también ha participado de forma muy activa en la investigación en el área de la genómica. Como muestra de ello podemos mencionar los estudios relacionados al Tricoderma, llevados a cabo en particular en instituciones pertenecientes a los Institutos Nacionales de Salud. Diversos proyectos se relacionan con el descubrimiento y el estudio de la incidencia de genes relacionada a trastornos comunes en la población mexicana, como diabetes tipo 2, obesidad y arteriosclerosis (19). De particular importancia ha sido la creación del Instituto Nacional de Medicina Genómica (INMEGEN; http://www.inmegen.gob.mx/; ver abajo). Este instituto ha iniciado un ambicioso proyecto que pretende realizar un mapa genómico de la población mestiza mexicana. Los investigadores esperan que el proyecto del "Hap Map mexicano" llevará a la creación de aplicaciones médicas que beneficiarán al país y que eventualmente ayudarán a estratificar a la población mexicana para pruebas médicas y medicina personalizada (20).
Con respecto a los recursos en genómica, se han instalado facilidades de alta tecnología en bioinformática, en secuenciación de ADN, en transcriptómica y proteómica en las principales instituciones que participan en el desarrollo de las ciencias genómicas en México: la UNAM, el CINVESTAV y los Institutos Nacionales de Salud.
Nuevas Instituciones y Recursos
Actualmente se están estableciendo nuevas instituciones que serán clave en el futuro desarrollo de las ciencias genómicas en México. En 2004, el CIFN se transformó en el CCG, con la misión de integrar la investigación y la educación con el fin de participar, en conjunto con otras instituciones, en el desarrollo de las ciencias genómicas, tanto en la UNAM como en otros puntos del país. En 2004 se creó el Instituto Nacional de Medicina Genómica como uno de los Institutos Nacionales de Salud; su misión general consiste en contribuir a la mejora de la salud de la población mexicana a través de las fronteras de la investigación científica y el desarrollo de científicos de nivel doctoral en el campo de la medicina genómica. En 2005, CINVESTAV gestó el Laboratorio Nacional de Genómica para la Biodiversidad en México. El objetivo primordial de esta institución es realizar labores en investigación, así como crear programas de posgrado en genómica orientados hacia la protección y el uso sustentable de la biodiversidad nacional. El contar con una institución de esta naturaleza en nuestro país es de interés particular, dado que México alberga al 10% de la diversidad de organismos en el mundo.
Se han establecido dos sociedades científicas enfocadas en la genómica: la Sociedad Mexicana de Ciencias Genómicas (http://smcg.ccg.unam.mx/) y la Sociedad Mexicana de Medicina Genómica (http://www.somegen.org.mx/). Ambas asociaciones reúnen a la mayoría de los científicos que trabajan en genómica básica o aplicada en nuestro país.
Es importante mencionar que la investigación básica en México se sostiene principalmente de fondos públicos. En particular, la UNAM otorga un presupuesto que cubre los salarios de investigadores y técnicos, la administración de la investigación y, lo más importante, una plataforma presupuestal básica para realizar la investigación. De manera adicional, la investigación tanto en genómica como en otras áreas depende de manera importante de donativos de CONACYT, el principal organismo gubernamental encargado de promover la ciencia. Los recursos públicos provienen también de las universidades, el sector salud y otras instituciones públicas. La Fundación Mexicana de la Salud, así como la Fundación UNAM proveen medios para establecer contacto con instituciones privadas (la Fundación Río Arronte y la Fundación Ricardo Zevada son algunos ejemplos), mismas que brindan un gran apoyo, pero cuyos recursos son más limitados, ya que la filantropía no es una tradición establecida en nuestro país. Otras fuentes provienen de organismos en el extranjero, como los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos, el Instituto Médico Howard Hughes y la Unión Europea. Los recursos provenientes de la investigación aplicada o de patentes son casi inexistentes.
Los científicos mexicanos han logrado generar proyectos de gran interés, algunos de ellos enfocados en organismos nativos, hacia el desarrollo de recursos en bioinformática; la obtención de equipo de punta, y la adquisición de la metodología correspondiente; así como el establecimiento de instituciones clave. De esta manera, México ha iniciado su contribución a las ciencias genómicas. Sin embargo, esto no es suficiente. Hay aún un largo camino por recorrer en términos de mejorar la interacción entre instituciones, avanzar hacia una genómica más integral, quizá incluyendo el modelado y biología de sistemas, y hacia la conexión de aspectos básicos y aplicados de la genómica humana, entre otras áreas. En este sentido, el paso que representa la limitación más crítica para el desarrollo a futuro es el de formar recursos humanos sobresalientes.
La Licenciatura en Ciencias Genómicas
Durante 2001, los autores tuvieron el privilegio de servir, junto con otros científicos, en un comité convocado por el rector de la UNAM, Juan Ramón de la Fuente, con la misión de proponer un proyecto que generara los recursos humanos necesarios para el desarrollo de las ciencias genómicas en México. Desde nuestro punto de vista, este proyecto ha significado la acción más importante que se ha tomado en México orientada al desarrollo de las ciencias genómicas. Dedicaremos el resto de este artículo a analizar este proyecto. (Para información sobre los autores, ver en el recuadro 1).
Las discusiones iniciales del comité, conformado por científicos del CCG y del IBT, estuvieron centradas en los siguientes puntos: ¿Los estudiantes deberían recibir formación en México, o en el extranjero?, ¿deberíamos entrenar a cada estudiante en las distintas disciplinas que requieren las ciencias genómicas, o deberíamos entrenar a los estudiantes en disciplinas específicas con la expectativa de formar equipos de investigación interdisciplinarios? ¿La formación tendría que comenzar a nivel de la licenciatura, o a nivel del posgrado?
Después de muy intensas discusiones, llegamos a la siguiente concusión: debíamos establecer un programa de Licenciatura en Ciencias Genómicas (LCG; http://www.lcg.unam.mx/) en la UNAM dedicado a entrenar a cada estudiante en las diferentes disciplinas que involucran las ciencias genómicas: matemáticas, estadística, ciencias de la computación y biología. Dicha formación tendría continuidad con un programa de doctorado que podría llevarse en México o en el extranjero, y culminaría con un posdoctorado realizado en un laboratorio de nivel internacional en algún aspecto específico de las ciencias genómicas. La LCG se aprobó por el Consejo Universitario en 2003. Los cursos se imparten en el campus Morelos de la UNAM, en la ciudad de Cuernavaca, y funciona bajo la responsabilidad conjunta del CCG y del IBT, con la colaboración de otras instituciones de investigación y enseñanza de la UNAM (la Escuela de Medicina, el Instituto de Investigaciones Biomédicas, el Instituto de Fisiología Celular, el Instituto de Matemáticas y el Instituto de Ciencias Físicas).
El programa de la LCG comprende nueve semestres que están divididos en dos niveles: básico y profesional. El nivel básico (siete semestres) cubre los elementos esenciales de las ciencias genómicas, y está constituido por cinco campos temáticos: matemáticas, ciencias de la computación y estadística, genómica estructural y evolución, genómica funcional y seminarios de investigación. Los programas de los cuatro primeros campos temáticos inician con los conceptos básicos de cada área, y posteriormente se va progresando hacia conceptos más integrales que conjuntan los diferentes campos. Los seminarios de investigación permiten a los estudiantes discutir los avances recientes en genómica con líderes en el área, tanto de México como de diferentes laboratorios alrededor del mundo. Las videoconferencias hacen posible la participación de expertos que se encuentran en lugares remotos y esto enriquece los cursos regulares y seminarios. Esto definitivamente ha sido de gran utilidad, particularmente en los cursos finales del programa. Dichas experiencias dan a los estudiantes de quinto y sexto semestre, cuando éstos tienen seminarios semanales con científicos invitados, contacto con líderes de nivel internacional en los diferentes aspectos de la genómica, provenientes de instituciones de clase mundial. Los invitados también interactúan con nuestros investigadores y presentan ponencias que son transmitidas por medio de videoconferencias en diferentes instituciones en México. Este programa, conocido como "Frontiers in Genomics" (http://www.lcg.unam.mx/frontiers/), existe gracias a la colaboración del CCG, el IBT, la LCG, y la Sociedad Mexicana de Ciencias Genómicas, y ha recibido un generoso apoyo de parte del Instituto Médico Howard Hughes.
Cada año, se incorpora una nueva generación de 30 a 40 estudiantes; la primera, que comenzó en agosto de 2003, concluyó el programa de licenciatura en octubre de 2007. La demanda del programa ha sido grande: la generación más reciente, que inició en agosto de 2006, consiste en un grupo de 35 estudiantes que fueron seleccionados de entre 400 candidatos. Se construyó un edificio para la LCG dentro de las instalaciones del CCG, donde cada generación cuenta con un salón equipado con computadoras individuales, todas ellas conectadas a un servidor SUN de alto poder. Cada aula está diseñada y equipada a manera de un salón de videoconferencias. Adicionalmente, los estudiantes tienen acceso a laboratorios de investigación, unidades técnicas en genómica y bibliotecas tanto en el CCG como en el IBT.
La LCG depende de la cooperación continua de instituciones e investigadores en el extranjero. En particular, el programa requiere de la cooperación internacional para las siguientes actividades: la participación de líderes internacionales ya sea en videoconferencia o como ponentes invitados, que presentan seminarios y discuten la investigación con estudiantes y académicos, así como la admisión de estudiantes en laboratorios internacionales o industrias que realicen investigación, ya sea por periodos de dos meses en el verano durante los semestres correspondientes al ciclo profesional (octavo y noveno semestre, ver arriba), o incluso durante una etapa posterior, ya como estudiantes de doctorado o como colegas de posdoctorado. Para facilitar esta cooperación, la UNAM, y en particular el CCG y el IBT promoverán acuerdos formales tanto con instituciones como con investigadores a nivel internacional.
Este programa de licenciatura, único en nuestro país, y por lo que tenemos conocimiento, uno de los pocos en el mundo, es evaluado de forma continua por investigadores internacionales, quienes han interactuado con los estudiantes a través de seminarios y discusiones. Con base en sus opiniones, podemos afirmar que la LCG es un programa muy exitoso y que nuestros estudiantes están altamente motivados, son muy talentosos y están recibiendo una excelente formación. Estos estudiantes, junto con estudiantes de los distintos programas de nivel de posgrado en la UNAM y en el CINVESTAV, nos hacen sentir muy optimistas con respecto al futuro de las ciencias genómicas en México.
ESPECIFICACIONES
Recursos: los autores no recibieron ningún tipo de financiamiento específico por la publicación de este artículo.
Conflicto de intereses: Los autores han declarado que no existen conflictos de intereses con respecto a la publicación de este artículo.
Referencias: (Ver artículo original)
Editor: Philip E. Bourne, Universidad de California en San Diego, Estados Unidos de América, y Steven E. Brenner, Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos de América.
Cita: Palacios R, Collado-Vides J (2007) Desarrollo de las ciencias genómicas en México, un buen comienzo y un largo camino por recorrer. PLoS Comput Biol 3 (9): e143. doi: 1371/journal.pcbi0030143.
Copyright: _2007 Palacios y Collado-Vides. Este es un artículo de acceso público, distribuido bajo los términos de la licencia de atribuciones de la "creative commons", que permite el uso, distribución y reproducción no restringidos por cualquier medio, siempre y cuando se de crédito al autor original y fuente.
Semblanza de los Autores
Dr. Rafael Palacios de la Lama, investigador de la Universidad Nacional Autónoma de México, en Morelos. Es miembro corresponsal de la Academia Nacional de Ciencias (E.U.A.) y uno de los expertos a nivel mundial en la genética de Rhizobium y dinámica del genoma. Obtuvo el doctorado en la Universidad Nacional Autónoma de México en 1970 y continuó con una posición de posdoctorado en la Universidad de Stanford. Desde su regreso a México, ha sido pionero en la introducción de la biología molecular moderna. Palacios ha pasado varios años investigando la genética de la bacteria Rhizobium y ha demostrado que el genoma de esta bacteria contiene segmentos que pueden ser reordenados en laboratorio para producir variantes más efectivos de la misma. En 2003 fue galardonado con el premio de la Academia de Ciencias del Tercer Mundo (TWAS por sus siglas en inglés), el cual se clasifica entre los más altos galardones en el área de ciencias otorgados a científicos pertenecientes a países en desarrollo. En 2006 fue invitado a incorporarse a la National Academy of Sciences (NAS). La labor de investigación de Palacios también se centra en la educación y el desarrollo del relativamente nuevo campo de las ciencias genómicas en México. "Lo que me gustaría comunicar a los jóvenes es que se puede hacer buena ciencia en México."
Dr. Julio Collado-Vides. Líder en la comprensión de la regulación del genoma completo de la bacteria E. coli, es actualmente profesor y director del Centro de Ciencias Genómicas (CCG) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Es pionero en el país en el desarrollo de la genómica y la bioinformática y es reconocido como líder internacional en ambos campos. Posterior a su graduación en la UNAM, tuvo una estancia de tres años en el Departamento de Biología del Instituto de Tecnología de Massachussets, como becario posdoctoral Fogarty. Fue fundador y presidente de la Sociedad Mexicana de Ciencias Genómicas (2000) y actualmente es miembro regular de la Academia de Investigación Científica y está a cargo del Nodo Nacional de Bioinformática EMBNET. En un esfuerzo por llevar las ciencias genómicas al nivel preparatoria, ha promovido cursos de capacitación dirigidos a profesores de la Escuela Nacional Preparatoria de la UNAM, los cuales han sido impartidos por un grupo de investigadores del CCG.