Nuestra Historia | Centro de Ciencias Genómicas

De Centro de Investigación sobre Fijación de Nitrógeno (CIFN) a Centro de Ciencias Genómicas (CCG)

En junio de 2004, el Consejo Interno del Centro de Investigación sobre Fijación de Nitrógeno (CIFN) emitió la propuesta para cambiar la denominación de la entidad a Centro de Ciencias Genómicas (CCG). De acuerdo con la Legislación Universitaria, esta propuesta fue presentada a distintos cuerpos colegiados para su revisión y aprobación. A continuación se presentan los principales componentes de dicha propuesta, tales como su fundamentación académica, las principales acciones para el desarrollo y las contribuciones del centro a la genómica, la infraestructura disponible, la misión, objetivos y estructura académica propuestos para el centro. La propuesta fue aprobada por el Consejo Técnico de la Investigación Científica (CTIC) el 1°. de julio de 2004; por el Consejo Académico del Área de las Ciencias Biológicas y de la Salud (CAAByS) el 8 de septiembre de 2004 y por el Consejo Universitario el 12 de noviembre de 2004.

I. Fundamentación de la Propuesta.

Se propone cambiar la denominación del CIFN a Centro de Ciencias Genómicas (CCG). El CIFN se creó en 1980 y sus instalaciones en Cuernavaca, Morelos se inauguraron en 1981, siendo la entidad pionera del actual Campus Morelos – UNAM. La investigación realizada en el CIFN sobre los sistemas biológicos de fijación de nitrógeno (N) simbiótica o asociativa se enmarcó, fundamentalmente, en las biociencias moleculares y la biología teórica. Dicha investigación derivó, en los últimos años, hacia la subdisciplina emergente que ahora se conoce como Ciencias Genómicas. Los académicos del CIFN han demostrado su capacidad para abordar la investigación en un sistema específico y llevarla hasta niveles de frontera en el contexto internacional en distintas áreas, tales como biología teórica, ingeniería metabólica, ecología molecular, evolución y dinámica del genoma, entre otras. Desde hace algunos años los grupos de investigación del CIFN han expandido sus intereses y visión científica para contribuir al desarrollo, en la UNAM y en el país, de una área estratégica donde confluyen varias disciplinas y que se considera como un nuevo paradigma científico: las Ciencias Genómicas. Es importante destacar que el CIFN ha realizado ya contribuciones en el campo de las Ciencias Genómicas, tanto en bacterias fijadoras de nitrógeno como en otros sistemas modelos bacterianos, y en plantas (ver adelante). Los académicos y estudiantes del CIFN proponen, sin abandonar la investigación sobre sistemas biológicos de fijación de N, ahora enmarcada en la genómica, incursionar en nuevas líneas de investigación sobre organismos modelo que resulten idóneos para resolver nuevos problemas de corte genómico. Estas líneas tomarán como sistemas de estudio bacterias, organelos de organismos superiores, plantas y, se pretende asimismo, en colaboración con otras instituciones, el estudio de algunos aspectos de genomas animales, incluyendo el del humano. Más adelante se mencionarán las líneas de investigación sobre Ciencias Genómicas que abordarán los diferentes programas de investigación.

I.1. ¿Qué son las Ciencias Genómicas?

Una de las fronteras mas revolucionarias de las ciencias biológicas se basa en la comprensión de la totalidad de la información genética – genoma- de los organismos. Al conjunto de los conocimientos necesarios para alcanzar tal integración se les ha denominado como Ciencias Genómicas. La ciencia está enfrentando un cambio de paradigma de la biología molecular, clásicamente centrado en el gene, a un nuevo nivel de integración centrado en el genoma. Los avances recientes en relación con la capacidad para obtener con alta eficiencia y precisión la secuencia de DNA (mólecula en la que se encuentra codificada la información genética) así como su expresión a nivel de RNA (transcriptoma) y proteína (proteoma) aunada a la capacidad de interpretar dicha información por medio de herramientas de biología computacional (bioinformática), nos brindan la posibilidad de comprender la estructura genética completa de organismos específicos, así como su función y su regulación. Además del aumento cuántico del conocimiento biológico que deriva de las Ciencias Genómicas, las repercusiones de este conocimiento en áreas relevantes de la medicina, la agricultura, el medio ambiente y la industria, así como en aspectos legales y éticos, son de trascendencia fundamental para la sociedad. En este contexto las Ciencias Genómicas es un área estratégica en el mundo actual. Considerando a las Ciencias Genómicas en sentido amplio, éstas incluyen los campos de: bioquímica, biología molecular, bioestructura, estadística, genética, matemáticas y ciencias computacionales (bioinformática). Los avances en las metodologías para la secuenciación de DNA han derivado en una verdadera revolución sobre la manera de considerar un genoma en su conjunto. La bioinformática contiende con el reto actual de definir, manejar y descifrar la información de secuencias genómicas accesibles públicamente en bases de datos, para comprenderla y a partir de esto plantear preguntas relevantes para las ciencias biológicas. La elaboración de mapas de expresión de los genomas –transcriptoma y proteoma- en distintas condiciones permitirá conocer de manera integrada la fisiología, lo cuál permitirá hacer la ingeniería de vías metabólicas. La comparación de la expresión genómica entre estados normales y patológicos representa un importante avance en las ciencias médicas, que incidirá en su comprensión, diagnóstico y posible terapéutica. El impacto de las Ciencias Genómicas en el estudio de la biodiversidad –por ejemplo, de microorganismos y plantas- y sus aplicaciones para la taxonomía, así como para la conservación y el uso de los recursos biológicos, en su sentido más general, son enormes. No menos importantes son también las implicaciones económicas, éticas y aún legales que emanarán de estos nuevos conocimientos y de su aplicación.

II. Contribución del Centro al desarrollo de la Investigación y la Docencia en Ciencias Genómicas.

II.1 Primer proyecto de secuenciación genómica a gran escala.

El primer proyecto de México sobre secuenciación e interpretación de la información genómica a gran escala fue el del plásmido simbiótico de Rhizobium etli (371,255 pares de bases). Esta bacteria es el simbionte natural de frijol, es capaz de fijar N atmosférico cuando establece simbiosis con esta leguminosa. Durante muchos años la investigación del CIFN ha tomado como modelo a este microorganismo, cuya cepa tipo se denominó como CFN42. Se conoce que R. etli posee un genoma complejo, compartamentalizado en diferentes replicones: un cromosoma y seis plásmidos (o minicromosomas) de gran tamaño. A uno de éstos se le ha denominado plásmido simbiótico, ya que contiene la mayoría de los genes esenciales para que la bacteria establezca simbiosis con el frijol y fije N. En 1991, investigadores del CIFN reportaron el mapa físico del plásmido simbiótico de R. etli. Éste y otros avances de la investigación del CIFN sirvieron como base para plantear el proyecto para obtener la secuencia nucleotídica completa del plásmido simbiótico de la cepa tipo de R. etli (González et al. 2003 Genome Biology 4 : R36, disponible en http://genomebiology.com/2003/4/6/R36). Dicho proyecto, que estuvo liderado por el Dr. Guillermo Dávila, se realizó con medios limitados en cuanto a su infraestructura y equipo experimental y de cómputo.

II.2 Proyecto CONACYT para el desarrollo de áreas emergentes

Con la experiencia obtenida en el proyecto de la secuenciación del plásmido simbiótico de R. etli, un grupo de líderes académicos del CIFN recibieron, en el año 2000, un apoyo de CONACyT para un proyecto que se enmarcó en su primera convocatoria de áreas emergentes titulado: “Desarrollo de las Ciencias Genómicas en México. El genoma de Rhizobium etli como sistema modelo” (CONACYT 0028, J. Collado – responsable, G. Dávila, J. Mora y R. Palacios – co-responsables). El proyecto de Genómica de Rhizobium incluye objetivos sobre: la secuencia total del genoma de R. etli, la genómica funcional que se refiere al análisis de los mapas de expresión de los transcritos (transcriptoma) y proteínas (proteoma) de Rhizobium en diferentes condiciones, la evolución y dinámica del genoma y la bioinformática. Los objetivos y metas de este proyecto se cumplieron satisfactoriamente. Es de destacarse que éste ha sido el primer genoma (6.5 Mpb), y hasta ahora el único, secuenciado en México por científicos mexicanos y con recursos mexicanos, y sus resultados se publicarán próximamente (2005).

II.3 Proyecto de desarrollo de las Ciencias Genómicas en la UNAM

A principios de 2001, el Rector Dr. Juan Ramón de la Fuente conformó una comisión para elaborar un proyecto para el desarrollo de las Ciencias Genómicas en el Campus Morelos. Dicha comisión incluyó investigadores del CIFN (J. Collado, G. Hernández y R. Palacios) y del Instituto de Biotecnología (IBt) (F. Bolívar, F. Sánchez y X. Soberón). El proyecto se ha desarrollado conforme a las siguientes tres acciones: la creación de la Licenciatura en Ciencias Genómicas, la optimización de la bioinformática y el inicio y la consolidación de proyectos detonadores de las Ciencias Genómicas. A continuación se resumen los avances en cada una de ellas.

Licenciatura en Ciencias Genómicas (LCG).

El cambio de paradigma que implica el advenimiento de las Ciencias Genómicas requiere estudiar la biología molecular desde un nuevo nivel integrativo y desde un punto de vista interdisciplinario entre la biología, las matemáticas y la computación. Un grupo de investigadores del CIFN, IBt y otras entidades universitarias, coordinados por el Dr. D. Romero – actual coordinador de la LCG – trabajó desde 2001 en la elaboración y propuesta del plan de estudios de la LCG. El 20 de junio de 2003 el H. Consejo Universitario aprobó la creación de la LCG, primer licenciatura en campus universitarios foráneos y primera en su tipo en Latinoamérica. Las entidades responsables de la LCG son el CIFN y el IBt y las entidades asesoras son: los Institutos de Investigaciones Biomédicas, Fisiología Celular y Matemáticas, el Centro de Ciencias Físicas y la Facultad de Medicina. Los objetivos de la LCG son formar los profesionistas e investigadores que requerirá el país para aplicar las Ciencias Genómicas en diferentes áreas, como las biociencias moleculares, la medicina, la agricultura, la industria, la antropología y la bioética. La LCG incluye ejes temáticos sobre las biociencias moleculares, las matemáticas y la computación. Los cursos de la primera generación de la LCG – conformada por 28 alumnos – iniciaron en agosto de 2003, en las instalaciones construidas ex profeso en terrenos del CIFN. Actualmente, las dos primeras generaciones de alumnos de la LCG incluyen cerca de 60 alumnos de diferentes estados del país.

Optimización de la bioinformática.

La asombrosa cantidad de información que se genera en los proyectos genómicos requiere de una infraestructura de cómputo robusta que permita desarrollar e implementar metodologías de bioinformática para organizar, decodificar, asignar funciones de diversa índole a segmentos de genoma, así como para, empleando técnicas de comparación, extraer nuevo conocimiento . Para el desarrollo de las Ciencias Genómicas se ha establecido en el Campus Morelos (CIFN e IBt) una estructura de bioinformática a la altura de las mejores universidades del mundo.

Proyectos genómicos detonadores.

La comisión planteó iniciar y desarrollar cinco proyectos detonadores, liderados y con la participación principal de investigadores del CIFN e IBt, y además, con la participación de investigadores de otras entidades de dentro y fuera de la UNAM. La ejecución de dichos proyectos contempla, de manera esencial, la colaboración académica a través de redes de interacción con enfoques multidisciplinarios. Los proyectos planteados son: 1) Genómica de Rhizobium, 2) Genómica funcional de frijol, 3) Bases de datos integrativas de genomas microbianos, 4) Ciencias Genómicas para el estudio de bacterias de interés médico, industrial y agrícola y 5) Análisis de fosfoproteomas. Los tres primeros fosfoproteomas. Los tres primeros proyectos mencionados se están desarrollando con éxito en el CIFN.

III. Logros en las Ciencias Genómicas.

Como signo de madurez académica, cabe destacar que los académicos y estudiantes de esta entidad han alcanzado ya logros en la subdisciplina emergente de las Ciencias Genómicas, que se citan a continuación.

Bajo la dirección del Dr. Guillermo Dávila, se ha obtenido la estructura completa del primer genoma secuenciado en México, el genoma de Rhizobium etli (6,530,229 pares de bases). Es de destacarse que en Latinoamérica, con excepción de Brasil, en donde se ha secuenciado el genoma del microorganismo Xyllela fastidiosa, patógeno de plantas, la secuenciación del genoma de R. etli representa un proyecto pionero y continúa siendo el único genoma secuenciado en México.
En 1997 se publicó en la revista “Science” la secuencia completa del genoma de Escherichia coli. El análisis de regiones de regulación y organización de operones de este genoma (presentado en el artículo mencionado), se realizó en el grupo de bioinformática del CIFN, dirigido por el Dr. Julio Collado. Dicho trabajo fue reconocido con el mayor número de citas durante el año siguiente a su publicación.
El grupo de los Dres. Jaime Mora y Sergio Encarnación ha estudiado y caracterizado el proteoma, que refleja en la forma más completa la fisiología de Rhizobium al cambiar de condiciones aeróbica a anaeróbica y de vida libre a simbiosis. Dicho trabajo, del primer proteoma publicado en nuestro país, fue seleccionado para la portada de la revista Journal of Bacteriology en 2002.
El grupo del Dr. Rafael Palacios ha estudiado la dinámica del genoma y definió la noción de “amplicón”, como un elemento genético en la arquitectura y dinámica del genoma bacteriano. Dicha definición forma ya parte de la más moderna enciclopedia de genética: Encyclopedia of Genetics editada por Academic Press en 2001. Este mismo grupo ha publicado una estrategia experimental para obtener estructuras genómicas alternativas en bacterias, conocida como “diseño genómico natural”.
El grupo de los Dres. Georgina Hérnandez y Miguel Lara realizan el proyecto de genómica funcional de frijol (Phaseolus vulgaris) que plantea caracterizar la transcriptoma de esta leguminosa para comprender de manera integral las redes metabólicas y su regulación en distintos órganos de la planta. Este proyecto se realiza en el marco del consorcio internacional “Phaseomics” (Phaseolus genomics) creado y coordinado por la Dra. Hernández junto con los Dres. W. Broughton (Suiza), M. Blair (Colombia) y P. Gepts (USA).
El grupo del Dr. Jaime Mora obtuvo la patente de una cepa homogenéticamente modificada de R. etli con capacidad mejorada de fijación de N para uso agrícola en cultivos de frijol. Se transfirió la tecnología para la producción de este biofertilizante a la empresa Asesoría Integral y Agropecuaria y Administrativa S.A. de C.V. de Cuautla, Mor. México.
Se creó el Nodo Nacional de Bioinformática, del cual es responsable el Programa de Genómica Computacional del Centro, bajo la dirección del Dr. Collado. Este nodo forma parte de la red internacional conocida como EMBnet (European Molecular Biology Network).
Se fundó la Sociedad Mexicana de Ciencias Genómicas, (febrero de 2001) con sede en esta entidad, siendo electo el Dr. Julio Collado como su primer presidente.
Se creó la Licenciatura en Ciencias Genómicas, misma que inició cursos en agosto del 2003, bajo la coordinación del Dr. David Romero. Las entidades responsables de esta licenciatura son el CCG y el IBt.

IV. Infraestructura disponible para el desarrollo de la Ciencias Genómicas.

En los últimos años este centro ha implementado infraestructura, equipo e instalaciones, adecuados para el desarrollo de la investigación y la docencia en Ciencias Genómicas. Es importante mencionar que esta entidad cuenta con los recursos humanos expertos en el manejo del equipo y metodologías, cuya experiencia resulta fundamental para el funcionamiento óptimo del mismo, así como para la implementación de nueva infraestructura que pudiese adquirirse en el futuro.

Bioinformática. Como se mencionó anteriormente, se cuenta con el hardware y software óptimo para realizar investigación en los distintos aspectos que implican las Ciencias Genómicas.

Secuenciación de DNA. Se cuenta con el equipo mayor de frontera para la secuenciación automatizada de DNA: 2 computadoras para cada uno de los estudiantes e instalaciones para videoconferencias que permiten la interacción a distancia con las mejores instituciones de investigación y docencia del mundo. Se cuenta con 4 aulas de videoconferencia con capacidad para 40 alumnos cada una, 4 salas de seminarios pequeñas, y una sala de cómputo general.

V. Misión y Objetivos propuestos para el Centro de Ciencias Genómicas.

La misión propuesta es realizar investigación científica y tecnológica de frontera en Ciencias Genómicas, formar recursos humanos, a nivel de licenciatura y posgrado, expertos en Ciencias Genómicas y contribuir con el desarrollo, en la UNAM y en el país, de esta subdisciplina estratégica.

Los objetivos propuestos son:

Contribuir con el avance del conocimiento científico y tecnológico en Ciencias Genómicas. . Formar licenciados expertos en la subdisciplina, siendo una de las entidades responsable de la Licenciatura en Ciencias Genómicas.
Formar doctores para la investigación en Ciencias Genómicas.
Organizar la investigación y la docencia con base en principios de colaboración académica.
Contribuir con el desarrollo de las Ciencias Genómicas en coordinación con otras entidades de la UNAM, del país y del extranjero.

VI. Estructura académica propuesta para el Centro de Ciencias Genómicas.

Para el CCG se propone una estructura académica similar a la del CIFN. La investigación se organiza en siete programas de investigación. Esta organización ha resultado altamente exitosa para el avance de la investigación del CIFN, ya que promueve la colaboración académica entre los investigadores, estudiantes y técnicos académicos de cada programa hacia la solución de problemas específicos del área. La gran flexibilidad en cuanto a la composición y organización de los programas ha promovido también la alteración y movilidad académicas entre los programas. Cada programa de investigación tiene un investigador titular definitivo como responsable; éste no es un nombramiento académico-administrativo sino netamente académico. Los responsables de programas son líderes académicos reconocidos en el área que logran transmitir a la comunidad académica del mismo el rumbo a seguir en la investigación y coordinan su funcionamiento tanto operativo como académico. A continuación se presenta la investigación y el responsable propuestos para cada programa.