De las redes sociales a las redes moleculares: descubriendo la interacción de los genes en enfermedades complejas

PROFESORES Y COLABORADORES RESPONSABLES

Esteban Ruiz, Francisco (festeban@ujaen.es),

Vargas Liébanas, Eva

Centro o Facultad

Facultad de Ciencias Experimentales

Número máximo de estudiantes que pueden participar: 10

Preferentemente se solicitan estudiantes de ...

1º Bachillerato

Se sugiere que los/las estudiantes tengan conocimientos mínimos sobre...

Biología

Resumen de la primera sesión presencial

Sesión 1. Introducción a la Biología de Sistemas. ¿Cómo se construye una red de interacción? ¿Qué información nos proporciona la interacción?

Resumen de la segunda sesión presencial

Sesión 2. Construir y analizar una red de interacción molecular a partir de genes implicados en enfermedades complejas. Cada estudiante escogerá un conjunto de genes y lo analizará mediante herramientas computacionales.

Resumen de la tercera sesión presencial

Sesión 3. Puesta en común. Interpretación de los resultados obtenidos. Cómo divulgar la información científica. Elaboración de póster común y presentación.

Otras sesiones que puedan organizarse

Ensayo de la presentación, resolución de dudas

Hipótesis que se plantean en la investigación

La biología de redes se ha desarrollado como un método útil para el estudio de las interacciones que ocurren a nivel celular, lo que ha facilitado la comprensión de los procesos moleculares que tienen lugar en los organismos. Entre otras aplicaciones, el análisis de la estructura de una red de interacción puede indicarnos qué moléculas podrían ser claves en el desarrollo de una enfermedad compleja y, por lo tanto, considerarse posibles dianas terapéuticas. Además, el estudio de la localización celular de dichas moléculas permite la integración de las tareas de investigación de nuestro grupo con los conocimientos previamente adquiridos por los estudiantes durante su etapa educativa.

Breve descripción del proyecto

La interacción es clave para el correcto funcionamiento de los sistemas biológicos en sus distintos niveles de organización: molecular, celular, tisular, organismos, poblaciones y ecosistemas. Clásicamente, la investigación en biología suele centrarse en el análisis de aspectos y componentes muy concretos de un sistema; por ejemplo, el estudio de un gen, de una molécula de señalización, de un proceso biológico, o de una especie.

Por el contrario, la Biología de Sistemas es un campo de la biología que se encarga de extraer información a partir del análisis de todos los componentes de un sistema: la expresión simultanea de todos los genes del genoma, de todas las moléculas que se alteran en una enfermedad o de todas las especies que forman parte de un ecosistema. Para ello, uno de los procedimientos utilizados es la construcción y el análisis de redes de interacción, aplicables también a las redes sociales.

El objetivo final de este proyecto de investigación es que los estudiantes aprendan a construir, analizar y extraer conclusiones de las redes de interacción, concretamente de las relaciones moleculares existentes entre genes implicados en enfermedades complejas. Además, los estudiantes tratarán de investigar cómo el cambio en la expresión de estos genes podría tener impacto en la salud humana a través del estudio de los mecanismos moleculares en los cuales participan los genes afectados.

Metodología e instrumentación básica

Los estudiantes accederán a bases de datos públicas para la descarga de genes implicados en enfermedades complejas, obtendrán las interacciones entre ellos y construirán y analizarán la red resultante. La principal herramienta a utilizar será el ordenador, tanto para el acceso a los datos (vía web) como para su análisis mediante el uso de los programas informáticos adecuados de acceso gratuito a través de internet.

Procedimientos experimentales a trabajar por el alumnado:

Diseñar preguntas de investigación, Plantear hipótesis, Diseñar experimento, Recoger datos, Extraer conclusiones

Links de interés y posibles referencias iniciales

-        Kim KF, Lee S, Kim WU. Applications of systems approaches in the study of rheumatic diseases. Korean J Inter Med. 2015; 30(2): 148-60. DOI: http://doi.org/10.3904/kjim.2015.30.2.148
-        Stevens A, De Leonibus C, Hanson D, Dowsey AW, Whatmore A, Meyer S, Donn RP, Chatelain P, Banerjee I, Cosgrove KE, Clayton PE, Dunne MJ. Network analysis: a new approach to study endocrine disorders. J Mol Endocrinol. 2013; 52(1): R79-93. DOI: http://doi.org/10.1530/JME-13-0112
-        Base de datos de expresión génica en distintas enfermedades: https://phgkb.cdc.gov/PHGKB/startPagePhenoPedia.action
-        Obtención de interacciones moleculares: http://string-db.org/
-        Construcción y análisis de redes: http://cytoscape.org/
-        Análisis de enriquecimiento funcional: http://david.ncifcrf.gov ; http://biit.cs.ut.ee/gprofiler/

El trabajo realizado por el estudiantado participante en el centro de investigación podría complementarse con acciones en el propio centro educativo. Indique actividades a realizar en el centro educativo, si es el caso.

El trabajo desarrollado en la universidad se podrá complementar con actividades en el centro educativo orientadas a reforzar los contenidos, y fomentar el pensamiento crítico y la divulgación científica. Tras la participación en el laboratorio, el alumnado podría analizar y discutir los resultados obtenidos, elaborando materiales divulgativos (pósters, infografías o presentaciones) que se podrán exponer en el centro durante la Semana de la Ciencia o actividades de naturaleza similar. Asimismo, podría ser interesante realizar la publicación de una entrada en el blog o redes sociales del centro sobre la experiencia en ExploraIES.