Biologia computacional: descobrir i optimitzar nous productes
L’aplicació combinada de mètodes de biologia computacional i d’intel·ligència artificial resulta actualment essencial per comprendre els mecanismes moleculars que regeixen els processos clau en el cicle de vida cel·lular. Aquest coneixement permet aconseguir aplicacions concretes en àrees com la biomedicina i la biotecnologia, en sectors com la indústria farmacèutica, cosmètica, alimentària, química i mediambiental, entre d’altres.
Els avanços més recents en seqüenciació genòmica estan lliurant grans quantitats de dades sobre la composició genètica de multitud d’organismes i microorganismes, que proporcionen les bases per entendre els sistemes vius en el seu conjunt des d’una perspectiva molecular.
Malgrat això, les seqüències genòmiques ‘soles’ no ens aporten tota la informació. Dades addicionals sobre la funció dels gens, la seva regulació i interacció, l’estructura tridimensional, el metabolisme del qual participen, les alteracions genètiques en malalties, etc. provenen d’altres camps com la transcriptòmica, proteòmica i metabolòmica. La Bioinformàtica juga un paper essencial en la integració d’aquestes grans quantitats de dades en informació comprensible que pugui ser utilitzada per investigadors de diferents camps d’expertesa i explotada en múltiples sectors econòmics.
Des del Laboratori de Bioquímica d’IQS (laboratori multidisciplinari del Grup de Química Biològica i Biotecnològica – GQBB), la unitat de Bioinformàtica i Modelització Molecular que coordina el Dr. Xevi Biarnés treballa en el desenvolupament i l’aplicació de mètodes de biologia computacional i simulació – basats en sistemes d’intel·ligència artificial, Data Science i càlcul d’altes prestacions– per assistir a projectes de descoberta de nous enzims, disseny i optimització de nous biocatalitzadors, o al redisseny de molècules bioactives, entre d’altres.
A més, el Laboratori de Bioquímica té la capacitat per produir i assajar experimentalment aquests dissenys, podent oferir així un producte final adequat a les necessitats de la indústria.
Descobrir, dissenyar i optimitzar
Les possibilitats d’actuació i col·laboració que ofereix aquest grup són molt àmplies, abastant diferents àrees d’expertesa on poder assistir en la descoberta, optimització i disseny de nous productes.
Alguns exemples dels serveis que s’ofereixen són:
- Descobriment de nous gens i molècules actives, mitjançant el cribratge de bases de dades genòmiques i funcionals, així com el cribratge virtual de llibreries de compostos.
- Disseny i optimització d’enzims, mitjançant l’algoritme BINDSCAN desenvolupat pel mateix grup GQBB. Aquest algoritme permet optimitzar la seqüència d’un biocatalitzador de partida a fi de millorar el seu rendiment i eficiència de reacció sobre substrats no necessàriament naturals.
- Disseny i optimització de proteïnes i anticossos, utilitzant algoritmes d’intel·ligència artificial com AlphaFold, i de simulació per ordinador que permeten predir l’estructura tridimensional de proteïnes i el seu comportament en diferents entorns. El grup GQBB té la capacitat i el coneixement per utilitzar aquests algoritmes i aplicar-los en estudis de reactivitat, estabilitat, interacció i associació a altres macromolècules.
- Desenvolupament d’aplicacions bioinformàtiques, per a l’automatització de processos i per anàlisis massives de dades. L’expertesa del grup permet implementar fluxos de treball adaptats a les necessitats i recursos de l’usuari final, millorant l’eficiència en l’anàlisi rutinària de dades.
- Validació dels dissenys computacionals mitjançant assajos de laboratori. El Laboratori de Bioquímica disposa d’àmplies instal·lacions equipades amb instrumentació de darrera generació, així com de l’expertesa dels seus investigadors per a dur a terme validacions experimentals i proves de concepte dels nous productes dissenyats.
