Europa impulsa amb tres milions d’euros la genòmica tridimensional

Representació 3D d'un fragment d'ADN humà (Imatge: Marc Martí-Renom, CNAG-CRG)
Representació 3D d'un fragment d'ADN humà (Imatge: Marc Martí-Renom, CNAG-CRG)
  • <p>3D representation of a human DNA fragment (Copyright: Marc Martí-Renom, CNAG-CRG)</p>
  • <p>This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme</p>

L’IRB Barcelona coordina un projecte Horizon2020 en bioinformàtica per posar ordre en el camp emergent de la genòmica 3D.

La genòmica 3D ofereix informació de l’estructura que adopta l’ADN replegat dins la cèl·lula, com varia en el temps i per resposta a condicions cel·lulars.  Modesto Orozco, coordinador: “La visió 3D ens ha de permetre relacionar millor els canvis al genoma amb les patologies associades, perquè amb la informació 1D, tot i ser rellevant, no n’hi ha prou.”

L’objectiu a tres anys vista és oferir un paquet de mètodes i bases de dades integrades per guardar i processar els estudis en genòmica 3D.

El consorci europeu el comprenen sis institucions internacionals líders en el desenvolupament de metodologia i visualització de genòmica 3D.

 

Avui ha començat a Barcelona el projecte europeu en genòmica tridimensional (3D) Multi-scale complex genomics, amb una durada de tres anys i amb un finançament de tres milions d’euros, coordinat pel Dr. Modesto Orozco, de l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona).

L’objectiu és estandarditzar la manera d’executar experiments en genòmica 3D, emmagatzemar les dades i explotar-les a través de la creació d’un paquet de protocols, metodologies i processos que ordenin un camp emergent mancat d’aquesta infraestructura. “És un projecte essencialment metodològic”, explica Modesto Orozco. “Les tècniques per fer genòmica 3D són molt noves, no estan madures i hi ha molta mancança en el processat de les dades, el que produeix una sensació de fragilitat, sobretot per la poca reproductibilitat dels resultats”, afegeix.

Apropar la ciència i la tecnologia

El projecte s’emmarca dins de les accions “e-Infrastructures for Virtual Research Environments”, del programa Horizon2020 de la Unió Europea. La creació d’aquest entorn de col·laboració virtual en genòmica respon al full de ruta de la Comissió Europea per apropar la comunitat científica a les grans infraestructures de recerca, com ara l’ús de supercomputadors. La visió de futur és accelerar la recerca en un camp clau per a la biomedicina de la propera dècada, oferint solucions que responen a les necessitats dels usuaris i faciliten la col·laboració.

El projecte implica sis institucions de referència a Europa en programació, desenvolupament de mètodes i tècniques de visualització de dades genòmiques 3D. El componen laboratoris de l’IRB Barcelona, el Barcelona Supercomputing Center (BSC), l’Institute of Human Genetics del Centre National de la Recherche Scientifique (IGH-CNRS), la University of Nottingham, l‘European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) i el Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica-Centre de Regulació Genòmica (CNAG-CRG), infraestructura ubicada al Parc Científic de Barcelona, on també està localitzat l’IRB Barcelona.

D’una dimensió a tres

La genòmica és un dels camps de la biologia que està evolucionant més ràpidament. En els últims 15 anys el repte principal dels biòlegs ha estat obtenir les seqüències del genoma (una dimensió) per predir com els canvis en fragments de l’ADN es relacionaven amb una determinada patologia. “La gran quantitat d’estudis en genòmica 1D d’aquests darrers anys han demostrat que l’anàlisi de les seqüències, tot i aportar-nos informació valuosa, no és suficient per entendre una determinada patologia. Les connexions queden emmascarades i probablement sigui perquè depenen de la senyal 3D”, explica el coordinador del projecte.

Ara l’objectiu és passar d’aquesta visió de seqüència, de lletres, a entendre com la cromatina, és a dir l’ADN humà dins la cèl·lula, està replegat en l’espai i com l’estructura del plegament pot oferir informació sobre la funcionalitat de l’ADN. “A més, hi afegim una quarta dimensió, que és veure com les estructures de la cromatina varien en el temps bé per canvis externs o degut a les necessitats funcionals de la cèl·lula”, explica Orozco.

Amb aquest projecte, Europa reafirma les altes expectatives posades en la genòmica 3D i 4D on estan sorgint moltes tècniques que evolucionen ràpidament. “Qualsevol iniciativa passa per un temps de forming, storming i performing; en genòmica 3D estem en la primera etapa i tractarem de reduir el temps de tempesta al mínim”, detalla el coordinador.

Entre el paquet de tecnologies, l’equip té previst desenvolupar un visualitzador que permeti passar de la visió 1D de l’ADN, representació a la qual els biòlegs estan acostumats, a oferir les estructures replegades, on a més sigui possible fer un zoom des de l’escala més gran a l’escala més petita, tant de resolució -del metre a l’àngstrom (10-10 m)- com de temps -del segon al femtosegon (10-15  segons)-.

“Amb la visió tridimensional de l’ADN, quan veiem com l’estructura va variant i es va adaptant, crec que començarem a trobar explicació a molta informació estadísticament rellevant que hi ha a les bases de dades però que encara no sabem entendre”, declara Orozco.

(Aquest projecte ha rebut finançament del programa de recerca i innovació Horizon 2020 de la Unió Europea a través de l'acord No 676556)