Title

Modelo computacional para el estudio del comportamiento de poblaciones con introducción de modificaciones genéticas

Author

MAURICIO GUEVARA SOUZA

Access level

Open Access

Summary or description

La bioinformática es una disciplina reciente la cual obtiene, analiza y distribuye información biológica con la ayuda de las ciencias computacionales. Está considerada como un área de estudio multidisciplinaria ya que combina la biología con la computación. Gracias al apoyo de las herramientas computacionales, la bioinformática ha sido capaz de resolver una variedad de problemas biológicos complejos.

Las aplicaciones de la bioinformática han ayudado al desarrollo de otras ciencias como la biotecnología, la cual ha desarrollado diferentes tipos de productos, desde medicamentos hasta alimentos genéticamente modificados con el apoyo de herramientas computacionales.

Uno de los retos más importantes de la medicina es diseñar mecanismos de control para enfermedades que se transmiten a través de un vector como es el caso de la malaria y el dengue por mencionar algunos ejemplos.

La malaria es una enfermedad parasitaria que se transmite de un humano a otro a través de la picadura de algún mosquito. Es la enfermedad más letal a la cual se ha enfrentado la humanidad, ya que ha matado más personas que el SIDA, el ébola, o cualquier otra enfermedad conocida.

La creación de mosquitos modificados genéticamente ha sido considerada recientemente como una estrategia potencialmente efectiva para combatir la malaria, ya que de esta manera no se afectaría el ciclo de vida del mosquito, lo cual puede provocar un desequilibrio en el ecosistema como lo hacen los métodos de control de la enfermedad basados en pesticidas, y no se tendrían los problemas actuales de distribución de medicamentos.

La introducción de nuevos genes a la naturaleza es muy peligroso debido a que es muy difícil predecir el efecto que provocarán estos nuevos genes tanto en el individuo como en las poblaciones, por lo que es necesario realizar pruebas exhaustivas en el laboratorio y después en V un ambiente más real pero muy controlado antes de permitir la propagación de los genes en poblaciones naturales.

Mediante un modelo computacional se puede simular estos experimentos buscando obtener resultados cercanos a los reales de una manera rápida y mucho menos costosa. Además de todo esto se tiene control sobre variables como el clima, la migración, la mutación, la rapidez del ciclo de vida del mosquito, etc. que en experimentos en un ambiente real serían difíciles de manipular.

El trabajo propuesto para esta tesis es el desarrollo de un modelo computacional que nos permita observar la variación genética de las poblaciones de mosquitos a través del tiempo en función de factores como la migración de individuos y la mutación genética entre otros y entender el potencial de estos modelos para analizar la manera en que se propagaron los genes.

Las contribuciones que un modelo como este puede aportar son numerosas. Entre las principales podemos mencionar un mejor entendimiento del comportamiento de las poblaciones del mosquito Anopheles gambiae, sus rutas de migración y como se propagan los genes de una generación a otra.

Durante el desarrollo de este trabajo se realizaron experimentos para conocer el tamaño de población en el cual se minimiza el efecto de la deriva genética. Encontramos que con un tamaño de 50,000 es suficiente para tales efectos, pero en los experimentos subsecuentes utilizamos un tamaño de 100,000 individuos.

También se realizaron experimentos para tener un aproximado del porcentaje de mosquitos genéticamente modificados que se deben introducir en la población nativa de manera que el gen que se quiere fijar se conserve a través de las generaciones. El porcentaje de mosquitos genéticamente modificados es de aproximadamente 5%.

Otro aspecto que nos interesaba estudiar era el efecto que tendría en la fijación de las modificaciones genéticas el cambio de aptitud en el organismo portador del gen transpuesto. Una vez realizados los experimentos correspondientes, encontramos que, para fijar las modificaciones genéticas en la población, éstas no deben de disminuir la aptitud del mosquito en un valor mayor al 5%.

La diferencia de comportamientos entre un mosquito nativo y un mosquito con modificaciones genéticas fue simulada mediante la teoría de juegos evolutiva. En los experimentos realizados se confirmó la teoría que dice que una población que adopta una estrategia evolutivamente estable no puede ser invadida. Así mismo se hizo un experimento con una población que no se encontraba en un estado evolutivamente estable y fue invadida. Por último, se planteó un escenario donde la interacción entre los individuos es muy agresiva por lo que la población desaparece completamente.

Finalmente se realizó un experimento para evaluar la efectividad de los métodos de análisis filogenético. Se utilizaron dos algoritmos diferentes, el de máxima verosimilitud y el de máxima parsimonia. En general los dos algoritmos clasificaron de manera correcta a los individuos.

Maestro en Ciencias Computacionales

Publisher

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Publish date

February 1, 2008

Publication type

Master thesis

Information Resource

Format

application/pdf

Language

Spanish

Source repository

Repositorio Institucional del Tecnológico de Monterrey

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