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O que é Biologia Computacional
A Biologia Computacional é uma área da informática dedicada ao uso de algoritmos, matemática, estatística e computação de alto desempenho com o intuito de avaliar, simular, testar e gerar dados para as mais diversas áreas médico-biológicas.
Áreas que definem a Biologia Computacional
- Bioinformática, onde a intenção é a criação, manutenção e utilização de grandes bancos de dados para análise de informações biológicas.
- Genômica Computacional, muito ligada à Bioinformática, utiliza-se do poder computacional para interpretar o genoma (conjunto total de genes/DNA) das espécies, procurando compreender a evolução, funcionamento e mecanismos presentes em tais sequências.
- Simulação Molecular, importantíssima vertente da Biologia Computacional direcionado ao uso de computadores para a simulação do comportamento e/ou interação de moléculas em situações específicas. Muito apreciada no meio farmacêutico para o teste de drogas e na bioquímica para o estudo de aminoácidos e proteínas.
A grande ascenção da Biologia Computacional
A grande explosão da Biologia Computacional deu-se em 1990, junto com o Projeto do Genoma Humano, onde o objetivo era mapear todo o genoma humano, tarefa alcançada somente em janeiro de 2022. Nos dias atuais a evolução da biologia computacional tornou-se algo galopante, onde existe a análise da atual situação do genoma das espécies e como eram no passado, podendo predizer a evolução de tal espécie, ou, ainda, simulando cenários específicos para a mutação de vírus, genes, tratamento de doenças hereditárias, entre outros. Para tal velocidade nessa caminhada, torna-se imprescindível o trabalho em equipe de muitos profissionais ou entusiastas da área, logo, a vertente de Sistemas Livres torna-se um aliado caríssimo à Biologia Computacional.
Para o desenvolvimento de novas drogas, a Simulação Molecular, junto da Bioquímica e Biofísica tornam-se indispensáveis, pois podem modelar cenário celulares para promover a melhor interação possível entre os fármacos estudados ou desenvolvidos e as células alvo.
Algumas autoridades da área
Paulien Hogeweg, bióloga holandesa, junto de Bem Hasper cunhou o termo “Bioinformática” no princípio dos anos 1970, iniciando pesquisas em biologia de sistemas, correlacionando as áreas e utilizando o poder computacional para processar dados biológicos.
Leonardo Magalhães Cruz, PhD – UFPR: Professor associado à Universidade Federal do Paraná, promove pesquisas extensivas nas áreas de Biologia Molecular e Bioinformática. Alem dos trabalhos de pesquisa, ministra matérias de Bioquímica, Biologia Molecular e Bioinformática para os discentes de Bacharelado em Informática Biomédica da instituição supracitada, promovendo projetos de extensão dos conhecimentos acerca da bioinformática à comunidade.
José Eduardo Vargas Muñoz , PhD – UFPR: Professor associado à Universidade Federal do Paraná. Utiliza Biologia de Sistemas para pesquisas sobre genética, câncer e Biologia Celular.
A Biologia Computacional e o COVID-19
Diante da pandemia de SARS-CoV-2, mais conhecido como COVID-19 ou Novo Coronavírus, a comunidade médico-biológica se viu em um cenário atípico, onde até mesmo os trabalhos em laboratório foram restritos para cumprir os protocolos de segurança biológica, visto que o distanciamento social era e ainda é algo imperativo para o controle da disseminação do vírus, com isto, restou-se os trabalhos remotos para combater a nova doença. A produção de vacinas e conhecimentos a respeito do agente infeccioso deu-se em tempo recorde devido à velocidade proporcionada pela colaboração mundial de grandes empresas e data centers, que, em conjunto, disponibilizaram uma parcela do poder de processamento de suas máquinas à comunidade científica para processar o genoma do vírus até então desconhecido.
A simulação molecular permitiu, a partir das informações genéticas adquiridas sobre o virus, gerar modelos de vacinas e fármacos utilizados no combate e controle da doença.
Vírus tem a característica de adaptar-se muito facilmente as variações fenótipas de seu hospedeiro, gerando mutações muito facilmente, alterando seu material genético para tornar-se resistente aos fatores de controle inseridos, porém, com o advento da genômica, o sequenciamento de tais mutações tornou-se tão rápido quanto a própria evolução viral, podendo predizer cenários futuros sobre o objeto de estudo.
A segurança destes dados
Diante dos fatores de ética médica envolvidos em qualquer tipo de pesquisa em humanos, torna-se importantíssimo o uso de fatores de criptografia e isolação das informações das pesquisas, principalmente durante o período de testes, visto que informações civis dos pacientes observados não podem ser disponibilizadas. Muitos laboratórios utilizam servidores não ligados à rede mundial de computadores, armazenando tais dados localmente e em máquinas extremamente bem protegidas.
Para os dados disponibilizados à comunidade, em uso livre, tudo o que se refere ao paciente deve ser generalizado e/ou retirado, quando irrelevante. Exemplo, o paciente estudado chama-se “José da Silva”, nas informações disponibilizadas este nome não deve constar ou ser substituído por algo genérico, como “X”.
Em Abril/2022, no Brasil, entrou em vigor a Lei Geral da Proteção de Dados, amplamente difundida na comunidade européia, visando a privacidade dos cidadãos nao somente em dados médico-biológicos, mas sim em todos os campos de compartilhamento. Este evento trouxe uma grande mudança em como os dados são tratados, visto que a comercialização de tais informações era uma realidade no país e o paciente muitas vezes nem sabia que suas informações eram vendidas para terceiros.
Computação Bioinspirada
Sendo uma das áreas de atuação da Ciência da Computação, a Computação Bioinspirada busca aplicar o método científico na criação de modelos de computadores baseados no funcionamento de sistemas biológicos, como a observação do cérebro humano para a criação de redes neurais artificiais. Esta vertente de estudo toma por base a observação da evolução e eficiência dos sistemas biológios para aprimorar tecnologias já existentes e/ou criar novas, visto que a evolução biológica sempre tende a alterar o criar vias para obter o mesmo resultado de maneira mais barata e rápida, gerando menos gasto energético para o mesmo trabalho.
Exemplo de aplicação da biologia computacional
Um exemplo prático para esta área da computação seria o desenvolvimento de um programa que reconhece padrões nos códigos do DNA, podendo realizar um mapeamento em grandes quantidades de trechos do DNA reconhecendo padrões, separando os DNAs analisados em grupos, etc… Desta forma, facilitando e automatizando o trabalho que antes era manual, aumentando muito mais a produtividade desses profissionais na área. Caso ficou interessado nesse assunto, fica ai o link de um vídeo da Instrutora de um curso online de programação, Vanessa Leiko, que vai tratar melhor esse assunto no vídeo e mostrando na prática o funcionamento do código. Procurando por padrões no DNA com Python