O que é bioinformática e para que serve?

O uso de computadores para facilitar os estudos biológicos

Destaques:
– A bioinformática é uma ciência necessária para alguns campos das ciências biológicas;
– É a área responsável pela análise de grandes bases de dados de origem ou aplicação na biologia;
– É fundamental para compilações de dados como foi o mapeamento do genoma humano;
– Seu uso pode abrir caminhos para o desenvolvimento de novos fármacos e tratamentos para diversas doenças.

Muitas vezes, quando se ouve falar em bioinformática, pensa-se em algo muito complexo, envolvendo biólogos e supercomputadores. Mas, podemos começar a pensar nisso como algo muito mais simples, por exemplo, ao imaginarmos que nucleotídeos são palavras que contam a história de um livro, o qual é dividido em capítulos, representando os genes. Já a transcrição e a tradução são a leitura desse livro. E, por fim, um genoma é a coleção de todos os capítulos que formam o livro, retratando uma “receita” de produção, manutenção e funcionamento do ser vivo. E a bioinformática? Bem, ela é apenas uma forma de analisar toda essa história.

Para ler todos os capítulos, um por um, levaríamos muito tempo. Por isso, o uso de computadores é fundamental nesse processo, fazendo com que os bioinformatas sejam peças fundamentais para ajudar-nos a entender a história de nossas vidas. Mas quem são os bioinformatas e quais são suas habilidades básicas? Essas e outras questões serão esclarecidas adiante, pois agora precisamos voltar um pouco no tempo, mais precisamente, para 1970. Foi nessa época em que dois biólogos, Paulien Hogeweg e Ben Hesper utilizaram o termo “bioinformática” pela primeira vez para pesquisarem sobre o processo informacional de sistemas biológicos, utilizando a matemática, a biologia molecular e os algoritmos computacionais para desenvolver seus estudos.

Desta forma, a partir deste estudo, passou a chamar-se bioinformática a área que estuda aspectos e fenômenos biológicos, utilizando ferramentas computacionais; é, também, a ciência que organiza, analisa e interpreta dados utilizando informações biológicas. Entretanto, para realizar tal tarefa, são necessários profissionais das mais diversas áreas, tais como, biólogos, cientistas ou engenheiros da computação, matemáticos, físicos, estatísticos, entre outros que sejam capazes de interpretar e processar dados provenientes da biologia, assim como desenvolver e otimizar algoritmos computacionais. Porém, nas últimas décadas, o volume de dados gerados aumentou abruptamente, os tornando muito mais complexos de serem analisados. Por exemplo, o número de proteínas hoje contidas no repositório internacional, conhecido como UniProt, é quase de 180 milhões de sequências. Como consequência, cada vez mais o uso de complexos algoritmos e novas abordagens computacionais são requeridos para a resolução de problemas biológicos, por exemplo, o uso de supercomputadores para analisar dados com um grande volume de informação, conhecidos como big data.

Assim, a bioinformática tem como objetivos construir ferramentas e novos métodos para analisar dados, reconstruir informações biológicas, compilar volumes de dados, organizar todas as informações adquiridas, extraindo, através delas, padrões biologicamente úteis, e, por fim, modelar estruturas e sistemas naturais. Com tantos propósitos a serem atingidos, esta ciência é utilizada em diferentes áreas da biologia, envolvendo as mais diversas formas de análise e visando a caracterização e quantificação coletiva de conjuntos de moléculas biológicas, tais como proteínas, lipídeos ou metabólitos presentes na célula, em um órgão ou no organismo como um todo.

O que acabamos de introduzir é conhecido como as áreas ômicas, ou seja, são os campos de estudos da biologia com o sufixo –ômica, tal como, genômica, transcriptômica, proteômica, metabolômica, entre outras. E a bioinformática está presente em todas elas, uma vez que se tornou peça fundamental em diferentes áreas da biologia molecular. Atualmente, para extrair resultados úteis a partir de grandes quantidades de dados brutos, é essencial o uso de algoritmos computacionais que sejam capazes de identificar genes, prever a estrutura de uma proteína, realizar um diagnóstico com mais precisão, etc. Um exemplo extraordinário dessa prática é o mapeamento completo do genoma humano: a partir de complexos algoritmos de bioinformática, foi possível realizar, em 2003, todo o processo de sequenciamento do genoma humano, em um esforço conjunto de diversas instituições de pesquisa do mundo, iniciado por laboratórios nos EUA. Como resultado direto, a pesquisa permitiu compreender diversas doenças genéticas humanas, facilitando, assim, a produção de novos fármacos.

Por fim, a bioinformática hoje é peça chave para compreender um sistema biológico no que diz respeito à expressão gênica e proteica, auxiliando no sequenciamento de genomas e das proteínas, assim como a detecção de mutações nestas sequências. A bioinformática também é importante no auxílio nas análises de expressão e regulação genica, na análise de imagens de microscopia, e mesmo na localização de uma proteína, ajudando a avaliar o papel dela no organismo. Na área de proteína estrutural, a bioinformática ajuda na compreensão da rede de interação entre proteínas, assim como na predição de uma determinada estrutura proteica. Isso é fundamental para que novos fármacos possam ser desenvolvidos.

Ou seja, podemos observar a bioinformática como sendo uma ciência presente e auxiliando nos estudos de diversas áreas na biologia e, com a ajuda dela, o desenvolvimento de pesquisas se torna mais viável e promissor. Mas, é claro, tudo isso deve-se ao fato da existência de profissionais de diversas áreas trabalhando em conjunto em prol da qualidade da pesquisa.

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Colaboração: Diogo Borges Lima sobre o autor

Fontes consultadas:

– Bernard, V.; Michaut M. Explain Bioinformatics to Your Grandmother! Plos Computational Biology. 2013;

– Cabello, G. Genoma Humano. (Acesse);

– Hogeweg, P. The Roots of Bioinformatics in Theoretical Biology. Plos Computational Biology. 2011;

– Holtorf, H; Guitton, M.; Reski, R. Plant functional genomics. Naturwissenschaften. 2002;

– Human Genome Project FAQ (Acesse);

– Base de dados “Uniprot” (Site);

– Your dictionary (Site).