Actualización del Estudio BIOINFOMED: Desarrollos recientes más destacados en Informática Biomédica

1. Introducción

El 14 de Diciembre de 2001 ( http://14dec2001.ramit.be), la conferencia “Sinergia entre la investigación en Informática Médica, Bioinformática y Neuroinformática” organizada en Bruselas bajo la presidencia Belga de la Unión Europea por los Ministerios Federales Belgas de Asuntos Públicos y Salud Pública y de la Comisión Europea por la Dirección General de Sociedad de la Información y la Dirección General de Investigación. A esta reunión asistieron aproximadamente 400 investigadores, profesores, líderes de instituciones y representantes de la industria con el objetivo de compartir su visión sobre las perspectivas de sinergia entre la informática médica (MI) y la bioinformática (BI) y a su vez desarrollar los procesos necesarios para alcanzar este objetivo.

La reunión de Bruselas marcó el inicio de las actividades relacionadas con el proyecto BIOINFOMED El objetivo de este estudio era analizar las relaciones y el potencial de sinergia entre la MI y la BI. Los principales objetivos de este proyecto incluían el análisis del estado del arte en las áreas de estudio, una propuesta de agenda de I&D [1] y la identificación de los principales actores así como la divulgación del estudio ( http://bioinfomed.isciii.es).

El estudio dio una visión general de los orígenes de cada una de las disciplinas implicadas para así facilitar una mejor comprensión de las posibilidades de sinergia entre ellas. Históricamente, la MI y la BI han tenido un desarrollo independiente y sólo ocasionalmente ha existido una colaboración entre los investigadores de ambas disciplinas. Aunque las raíces de la MI y BI están en diferentes campos de aplicación, en la actualidad se está observando una mayor dificultad a la hora de distinguir claramente estos dominios, llegando incluso a superponerse. Así por ejemplo, la aparición de nuevas tecnologías basadas en la genética y medicina molecular facilitarán en un futuro cercano grandes avances en la medicina clínica de tal manera que aparece un campo de aplicación compartido que proveerá de un espacio natural para la colaboración. Estos beneficios mutuos se reflejan tanto en el campo de la medicina como en el de la biología ya que la medicina se beneficiará de los resultados obtenidos en la investigación biológica así como la biología del uso de los datos clínicos en la investigación. Este estudio concluía que en la medida en que ambos dominios empiezan a solapar, ambas comunidades compartirían un mismo objetivo, un contexto común para explorar la colaboración.

Los resultados de nuestro estudio se materializaron en un White Paper presentado en el congreso internacional BIOINFORSALUD 2002 celebrado en Valencia (España) y en la conferencia “HealthGRID” del 2003 de Lyon (Francia), y que ha sido publicado en forma resumida en febrero del 2004 en la revista Journal of Biomedical Informatics [2].


2. ¿Fue correcta nuestra aproximación?

Aunque era bastante difícil prever las necesidades futuras que la intersección entre la MI y la BI introducirían en la investigación y en la práctica clínica, algunas nuevas iniciativas parecen reforzar los hallazgos del White Paper.

Para valorar en el tiempo la consistencia de nuestro análisis, el mejor método es determinar qué iniciativas se han puesto en marcha en BMI desde que se publicó el White Paper y en qué áreas temáticas. El hecho de hallar proyectos que se encuadren dentro de alguna de las áreas propuestas en la agenda de investigación implica cierto grado de avance en la consolidación de la disciplina de BMI (ver tabla 1).

Los proyectos elegidos responden a una cuidadosa selección realizada entre las numerosas iniciativas que han surgido en los años que han pasado desde la publicación del White Paper y la realización de este artículo que fue presentado en el congreso internacional EuroMISE 2004, en Praga (República Checa). Los proyectos analizados incluyen: la infraestructura IT para biobancos bajo el Consorcio “Public Population Project in Genomics” (P3G), una Red de Excelencia INFOBIOMED en Informática Biomédica recientemente constituida bajo el Sexto Programa Marco de la Unión Europea para la Investigación y el Desarrollo Tecnológico, la iniciativa encabezada por el HL7 para incluir la información genética en el historial clínico electrónico, El Proyecto Fenoma Humano (HPP), INBIOMED, una Red española de Investigación Cooperativa, los nuevos Centros Nacionales de Computación Biomédica (NCBC), financiados por NIH, en la iniciativa BISTI y finalmente las iniciativas relacionadas con la simulación y el modelado de la Fisiología Humana.

3. Actualización de la Información

3.1 P3G

Los Biobancos o repositorios poblacionales son una de las soluciones propuestas para la integración de la información obtenida a partir de los datos medio ambientales y del estilo de vida de las poblaciones junto con sus datos genéticos y clínicos [3]. Recientemente, cinco de los Biokancos más grandes, CARTAGENE de Quebec, el proyecto GenomEUtwin (implica a 8 países), el proyecto Genome de Estonia, el Centro para la Investigación Médica Integrada Genomic (CIGMR) y el Programa de Salud y Genoma de Australia Occidental (WAGHP) se han unido en un Consorcio Internacional llamado “Public Population Project in Genomics” (P3G, http://www.p3gconsortium.org/index.cfm) que está supervisado por la profesora Bartha Knoppers del “Centre de Recheche en Droit Public in Montreal”. “Su principal objetivo consiste en la creación de una base de datos de conocimiento abierta, pública y accesible”.

El propósito de este proyecto es dar la posibilidad a la comunidad científica de acceder desde un mismo marco a todos los datos clínicos, genéticos, medioambientales y de estilos de vida recogidos de diferentes fuentes. Para llevar a cabo este ambicioso proyecto, el consorcio va a armonizar la recogida de datos demográficos, sociales y clínicos de los cinco repositorios. Se estandarizarán los fenotipos que presenten características comunes y se desarrollará un sistema de nomenclatura común para denominar las variaciones encontradas entre las cinco fuentes. Tanto los genotipos como los fenotipos serán almacenados en las bases de datos.

El acceso de todos los miembros a la información incluida en las bases de datos estará coordinado por el P3G, que desarrollará todas las medidas de seguridad necesarias, teniendo en cuenta las normativas vigentes en cada uno de los países de origen. Para alcanzar estos objetivos se fomentará el desarrollo de las herramientas necesarias como soporte técnico para el desarrollo de la investigación en genómica de poblaciones. Esta característica está totalmente en consonancia con el enfoque presentado en BIOINFOMED (ver figura 1) donde las tecnologías permiten la sinergia entre dos áreas que buscan un nexo común: MI y BI (línea 17 de 18, ver tabla 1).

Figura 1. Sinergias entre la informática, la epidemiología y la genómica en el contexto de infraestructuras de información para biobancos.

Esta iniciativa internacional fomentará la movilidad geográfica de los investigadores facilitando el intercambio y la transferencia de conocimientos, sujeto a los aspectos éticos implicados en la investigación genómica y conforme a la filosofía de este consorcio internacional.

Por último, y como paradigma de cualquier proyecto biomédico, los resultados obtenidos en la investigación epidemiológica genética de las poblaciones enfermas y sanas se compararán y evaluarán, consolidando el objetivo último de la BMI, donde enmarcamos esta iniciativa: la salud.

3.2 INFOBIOMED

Unos de los principales logros del proyecto BIOINFOMED fue el desarrollo de una agenda de I&D de dieciocho líneas de investigación propuestas para cubrir las lagunas que impiden la colaboración entre la BI y la MI. La mejor confirmación que se puede hacer es, sin duda, la consolidación de la agenda para crear una red de grupos internacionales que determinen unos objetivos específicos en un periodo señalado.

El 4 de Febrero de 2004 se celebró en Barcelona la reunión de inicio de la Red Europea de Excelencia INFOBIOMED (IST-2002-2.3.1.11 e-Health), dentro del sexto programa marco de I&D que cuenta con la participación de 16 socios europeos para los próximos tres años [4]. Con el nombre “Estructuración de la informática biomédica a escala europea en apoyo de la medicina individualizada” y con un presupuesto de 4.8 millones de euros, la red esta coordinada por el Profesor Ferrán Sanz del Grupo de Investigación en Informática Biomédica (GRIB) del IMIM en Barcelona, España.

Esta red, INFOBIOMED ( http://www.infobiomed.net) nació con el propósito de desarrollar cuatro grandes proyectos donde se identifican todos los aspectos derivados de la integración de los datos clínicos con los genéticos en investigación, incluidos en la BMI. Para llevarlo a cabo, se fomenta el intercambio de metodologías, herramientas y tecnologías entre la BI y la MI dentro de una red europea de BMI que será un foro abierto de intercambio de conocimientos y diseminación. La formación y movilidad del personal investigador será una constante búsqueda de una completa capacidad de investigación en esta zona de Europa, con la intención de que prevalezca en el tiempo.

Figura 2. Visión general de los trabajos técnicos en INFOBIOMED.

Los cuatro pilotos objeto de estudio demostrarán la importancia de la sinergia porque se constituirán en la materialización de los objetivos buscados en cuatro grandes áreas temáticas como Farmainformática, Microbiología, Inflamación y Cáncer de Colon.


3.3 HL7 Clinical Genomics Special Interest Group (SIG)

Unos de los retos en los años venideros para la práctica clínica diaria es la incorporación de la información genética en la historia clínica electrónica de cada paciente. Health Level Seven (HL7) es una organización acreditada por ANSI para el desarrollo de estándares (SDOs). El HL7 se divide en comités técnicos y grupos de especial interés (SIG) y recientemente, se ha creado el Grupo de Genómica Clínica de HL7 ( http://www.hl7.org/special/Committees/clingenomics/index.cfm).

Uno de los principales objetivos de este último grupo son las aplicaciones de apoyo a la utilización de la genómica en la medicina clínica especificando su uso en casos reales y así determinar los datos necesarios para revisar las especificaciones genéticas existentes y recomendar mejoras en los estándares del HL7 de apoyo a la genómica. El SIG se reunió en Memphis, EEUU durante el 8 al 10 de septiembre de 2003, con el objetivo de debatir el papel de la historia clínica electrónica como apoyo a la genómica clínica incluyendo las pruebas genéticas, el almacenamiento y recuperación de la información genómica y proteómica.

Este SIG está presidido por cuatro miembros: Jill H. Kaufman (IBM Life Sciences), Scott Whyte (Catholic Healthcare West), Amnon Shabo (IBM Research Lab in Haifa) y Peter L. Elkin, (Profesor de medicina, director del laboratorio de Informática Biomédica, Departmeno de Medicina Interna, Mayo Medical School).

Este grupo ha desarrollado un módulo funcional de sistema de historia clínica electrónica que fue sometido a votación y ya se ha aprobado su primera fase para su empleo en modo de prueba.

3.4 Proyecto Fenoma Humano (HPP)

HPP es una propuesta para un proyecto internacional cuyo fin es obtener bases de datos de fenomas, es decir, la representación fenotípica completa de una especie [5]. El fenotipo es la expresión morfológica, bioquímica, fisiológica y gestual de un genotipo bajo la influencia de condiciones medioambientales. Para crear un fenoma, primero se deben enumerar las características que constituyen un fenotipo y las relaciones que pudieran establecerse entre ellas, que constituyen los rasgos. HPP es una iniciativa internacional que establecerá protocolos para elegir, recoger, almacenar, cuantificar, recuperar e integrar esos datos fenotípicos con los genotipos correspondientes.

El objeto último de HPP es hacer acopio y proporcionar conocimiento sobre las enfermedades. Por tal motivo, la definición del fenotipo mediante la enumeración de sus características y los rasgos que presenta será la de fenotipo orientado a enfermedad. Para definir los fenotipos se investigarán varios aspectos relacionados con la enfermedad:

• Parámetros fenotípicos usados para diagnóstico, que se transmiten por herencia. HPP elaborará estudios epidemiológicos en los que se incorporen esos fenotipos orientados a enfermedad hereditarias.
• Elaboración de estudios de asociación con endofenotipos, es decir, las características fenotípicas intermedias heredables, más sencillas de monitorizar que el fenotipo directo de una enfermedad.
• Medida cuantitativa de parámetros fenotípicos en vías metabólicas para mejorar el diseño racional de fármacos.
• Estandarización de los protocolos para medir parámetros fenotípicos.
• Fenómica comparativa con modelos animales.
• Estandarización de protocolos para la recogida de grandes volúmenes de datos fenotípicos a partir de una muestra.

Siguiendo esta misma línea de trabajo también existe una iniciativa llamada PhenoFocus que intenta agrupar todos aquellos laboratorios, investigadores e instituciones interesadas en este campo ( http://www.phenofocus.net/). Es "una colección abierta de investigadores interesados en el desarrollo de soluciones de dominio público óptimas para el manejo informático de datos fenotípicos”.

3.5 INBIOMED

INBIOMED (http://www.inbiomed.retics.net) es una red nacional de investigación cooperativa financiada por el Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS) del Instituto de Salud Carlos III (España) [6]. La red tiene 13 nodos que pertenecen a 11 centros de investigación y universidades distribuidaspor toda España y que está constituida por más de 100 investigadores. La red INBIOMED permite la colaboración entre investigadores que provienen de áreas como la bioinformática o la informática médica además de expertos en informática, epidemiología genómica, farmacogenómica y el diagnóstico molecular basado en imágenes.

La estructura de este trabajo está definida de tal modo que una plataforma tecnológica proporciona la ayuda a los nodos de “bio-usuarios". La plataforma está desarrollada por los grupos tecnológicos,se actualiza casi semanalmente y desarrolla soluciones nuevas puestas en práctica después de las propuestas de los nodos "de bio-usuarios".

Varias herramientas bioinformáticas han sido desarrolladas dentro de la red de INBIOMED. Además, los nodos "de bio-usuarios" han visto cómo su trabajo se facilita gracias a los procedimientos y métodos proporcionados por los nodos tecnológicos. Esta plataforma permite incluir módulos que integran datos heterogéneos, de expresión génica, y que permiten la visualización tridimensional de imágenes, crear sistemas de apoyo a la decisión para médicos, instrumentos de recuento celular, procedimientos de análisis de geles y procedimientos de minería de datos o texto que permite seleccionar las fuentes de referencia bibliográfica más adecuadas. Todos estos procedimientos y métodos han sido ampliados con otros instrumentos más específicos para solucionar algunos problemas sugeridos por los nodos "de bio-usuarios". La figura 3 muestra una descripción de las técnicas usadas en INBIOMED.

Figura 3. Esquema de las Tecnologías de Informática Biomédica usadas en INBIOMED.

3.6 Centros Nacionales de Computación Biomédica (EEUU)

Los EEUU recientemente han aprobado la creación de cuatro centros nacionales, llamados “National Centers for Biomedical Computing” ( http://www.bisti.nih.gov/ncbc), cuyo objetivo es desarrollar un marco internacional para la informática biomédica y que están financiados por el NIH bajo la iniciativa BISTI ( http://www.bisti.nih.gov/ncbc/index.cfm). El principal propósito de estos centros es crear un núcleo de infraestructuras para acelerar el progreso en la investigación biomédica. Nuevos programas de software y otras herramientas permitirán a la comunidad científica analizar, modelar, simular y compartir los datos de enfermedades humanas.

Estos centros son la parte de la hoja de Ruta para la Investigación Médica de los Institutos Nacionales de Salud (National Institutes of Health RoadMap for Medical Research). Investigadores relacionados con los cuatro centros trabajan en la creación de nuevas herramientas informáticas gracias a la obtención de los datos recogidos tanto en el laboratorio como en la clínica. Un objetivo principal de estos centros es la distribución de estas herramientas desarrolladas y entrenar a usuarios futuros.
Los equipos de investigación de los cuatro nuevos centros están formados por investigadores informáticos, biólogos e investigadores de la ciencia conductual que colaboran en varios proyectos como: Physics-Based Simulation of Biological Structures Center, ( http://cbmc-web.stanford.edu/simbios/index.html), National Alliance for Medical Imaging Computing ( http://www.na-mic.org/), Informatics for Integrating Biology and the Bedside (http://www.partners.org/i2b2 ) y Center for Computational Biology ( http://www.loni.ucla.edu/CCB/).

3.7 Fisiología Humana Virtual

El proyecto del Fisioma Humano es un esfuerzo mundial de carácter público que intenta proporcionar un marco de desarrollo para obtener un modelo fisiológico humano y de otros eucariotas (http://www.bioeng.auckland.ac.nz/physiome/phys iome_project.php). “Esto apunta al desarrollo de modelos integrativos a todos los niveles de organización biológica, desde el gen hasta el organismo entero a través de redes génicas reguladoras, rutas metabólicas proteicas, función celular y relaciones estructura/función de los tejidos y órganos. Estos proyectos incluyen el desarrollo de :

• Ontologías para organizar el conocimiento biológico y el acceso a bases de datos.
  
• Nomenclaturas que codifiquen modelos estructurales y funcionales biológicos utilizando un formato estándar que compartirían distintos programas y que podrían ser reutilizados como componentes de modelos másdesarrollados.
  
• Bases de datos de la estructura a nivel de la célula, los tejidos u órganos.
  
• Software para renderizar modelos computacionales de la función de la célula como la electrofisiología de canales iónicos, la señalización celular y de rutas metabólicas, el transporte, la movilidad, el ciclo celular, etc.
  
• Software para mostrar e interactuar con los modelos de organos que permitirán al usuario moverse a través de toda las escalas espaciales”
  

Dentro de esta sección también incluimos el estudio de la iniciativa para el desarrollo del proyecto de “EuroPhysiome”. Este estudio está incluido en el White Paper recientemente presentado por la Comisión europea en el trabajo llamado “Hacia el ser Humano Virtual Fisiológico: Modelado y Simulación Multinivel de la Anatomía y Fisiologia Humana". Este White Paper repasa las necesidades y desafíos identificados para alcanzar el objetivo del humano virtual fisiológico. Su objetivo actual es mejorar el empleo de datos, métodos e instrumentos para la investigación futura.

4. Conclusiones

Tras el análisis de las iniciativas anteriores, podemos llegar a la conclusión de que la aproximación inicial de BIOINFOMED era correcta. Todos estos ambiciosos proyectos como son el Consorcio P3G, la red de Excelencia en BMI, INFOBIOMED o los NCBCs entre otros, pueden ser mapeados fácilmente a algunas de las 18 líneas de investigación incluidas en el White Paper (ver tabla 1). Esto demuestra que el análisis y la conceptualización hechas entonces es consistente y duradera.

Sin embargo estamos detectando algunas líneas de investigación paralelas y por lo tanto sin punto de intersección de BI hacia el fenotipo, y de MI hacia el genotipo. Esta falta de colaboración trae consigo el peligro de realizar esfuerzos innecesarios cayendo en la trampa de la continua reinvención de la rueda, que restará tiempo para mejorar la investigación haciéndola más rápida y constructiva.

Tabla 1. correspondencia de las tecnologías con las líneas de investigación propuestas en la agenda de Bioinfomed.

Agradecimientos

Esta investigación ha sido apoyada y financiada por la CE a través de la Red de de Excelencia INFOBIOMED, por el proyecto INBIOMED, del Ministerio de Sanidad (España) y el Ministerio de Educación (España).


Referencias