Esenciales de Bioinformática

January 28, 2016

Introducción

Bioinformática

Área de investigación interdisciplinaria entre las ciencias computacionales y las ciencias biológicas
- Computación
  - para almacenar, recuperar, manipular y distribuir información biológica relacionada con macromoléculas (i.e. DNA, RNA, proteínas, etc.)
  - tareas repetitivas
  - tareas matemáticamente complejas
  - indispensable para minería de datos en genomas, obtención de datos y generación de conocimiento

Introducción

Bioinformática es Interdisciplinaria

Bioinformática

Difiere de la biología computacional
- Bioinformática se limita al análisis secuencial, estructural y funcional de genes y genomas y sus correspondientes productos y también se conoce como biología molecular computacional
- Biología computacional incluye otras áreas (no necesariamente relacionadas con macromoléculas biológicas)
  - Modelado matemático de ecosistemas
  - Dinámica de poblaciones
  - Teoría de juegos para estudios de comportamiento

Bioinformática

Existen otras deficiniones de bioinformática
- Algunos autores la ven como el desarrollo de aplicaciones computacionales para todo tipo de datos biológicos
Lo que sí podemos decir es que la bioinformática es un área que evoluciona rápidamente

Bioinformática

La meta en bioinformática es
- Entender mejor a la célula viva
- Entender cómo funciona la célula a nivel molecular
- Generar conocimiento para proveer una perspectiva global de la célula
- Entender mejor las funciones de la célula al analizar datos secuenciales
  - Flujo de información genética <– "dogma central" de la biología
  - DNA transcrito a RNA y traducido a proteínas
  - Funciones celular realizadas por proteínas
  - Capacidades de proteíans limitadas por sus secuencias

Bioinformática

Dos campos principales en la bioinformática
- Desarrollo de herramientas computacionales y bases de datos
- Aplicación de herramientas y bases de datos para generar conocimiento biológico o entender mejor los sistemas vivientes
- Estos subcampos se complementan

Aplicaciones

Definiciones

Algoritmo

Un conjunto de operaciones auto-contenidas, paso a paso, que serán ejecutados.
Todavía no son específicas para una computadora
Son más descriptivas
Sí llevan la lógica de lo que ejecutará la computadora pero no está en un lenguaje de programación específico

Algoritmo

Diagrama de Flujo

Diagrama que representa un flujo o conjunto de relaciones de un sistema

Programa

Conjunto específico y ordenado de operaciones para que las ejecute una computadora.

Lenguaje de Programación

Un lenguaje formal hecho para comunicar instrucciones a una máquina, en particular a una computadora.
Tienen una sintaxis ("syntax")
- Las reglas para escribir los comandos
Diversos tipos de lenguajes
- Scripts
- Orientados a objetos
- Procedurales
- Funcionales

Lenguaje de Programación

Variables

Ubicación de almacenamiento que asociamos a un nombre simbólico
Nos referimos a la variable por su nombre
El valor de la variable puede cambiar durante la ejecución del programa
Diferentes tipos de variables
- String - cadenas
- Integer - enteros
- Double - reales
- more…

Variables

Tipos

Programador

Formatos de Datos

Los datos se pueden leer y escribir en diferentes formatos
- Decimal
  - El formato que normalmente utilizamos
- Binario
  - Sistema de numeración con base 2
  - Solo utilizamos 2 cifras: cero y uno (0 y 1)
  - El utilizado en las computadoras, por los 2 niveles de voltaje que usan

Formatos de Datos

Los datos se pueden leer y escribir en diferentes formatos (continúa…)
- Hexadecimal o Hex
  - Sistema de numeración con base 16
  - Utiliza los símbolos \(S={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}\)
  - Vinculado a computación porque las computadoras usan el byte (8 bits) como unidad básica de memoria
  - 1 byte representa 2^8 posibles valores
  - \(2^8 = 2^4 \times 2^4 = 16 \times 16 = 1 \times 16^2 + 0 \times 16^1 + 0 \times 16^0 = 100_{16}\)
  - 2 dígitos hexadecimales corresponden a un byte
  - 3E0A16 = 3×163 + E×162 + 0×161 + A×160 = 3×4096 + 14×256 + 0×16 + 10×1 = 15882

Binario

Decimal a Binario

Hexadecimal

Hexadecimal a Binario

Binario - Hexadecimal - Decimal

Plataformas en Informática

Principales Plataformas

En general, el hardware epre-diseñado para ejecutar un software
- Tiene sus características y restricciones
Diferentes niveles de abstracción
- Arquitectura de hardware
  - Macintosh
  - Intel
  - RISC
- Sistema operativo
  - Linux
  - Microsoft
  - MacOS

Principales Plataformas

Diferentes niveles de abstracción (continúa…)
- Software
  - Java
  - Qt
- Librerías en tiempo de ejecución

Principales Plataformas

Computadora

Sistema Operativo

Software para administrar el hardware y recursos de software que proveen los servicios para los programas computacionales

Sistema Operativo

Base de Datos

Colección organizada de datos
- Esquema, tablas, consultas, reportes, vistas…
Organización de datos tal que modelan aspectos de larealidad
- Procesos que requieren información

Base de Datos

Sistemas Manejadores de Bases de Datos (DBMS)
- Sistema que interactúa con el usuario y la base dedatos
- Permite definir, crear, consultar, actualizar y administrar las bases de datos
- PostgreSQL, MYSQL, Oracle, Sybase, Microsoft SQL Server

Base de Datos

Procesos

Proceso

Un proceso es una instancia de un programa computacional que se está ejecutando
En unix podemos ver los procesos que se están ejecutando
- ps aux
- top
Un programa puede estar asociado a varios procesos
- Cada vez que ejecutamos un programa se lanza una nueva instancia o proceso

Proceso

Proceso interactivo (en línea)
- El proceso permanece en contacto con el programa que lo lanzó
Proceso batch
- El proceso batch no permanece en contacto con el programa que lo lanzó
- Si el proceso batch fue lanzado por una terminal, no regresa el control a la misma
- El proceso batch deja resultados en algún archivo en la computadora, modifica registros de base de datos, etc.