In silico

En biología y otras ciencias experimentales, un experimento in silico es aquel que se realiza en una computadora o mediante software de simulación . La expresión es un pseudolatín que significa "en silicio" ( latín correcto : in silicio ), en referencia al silicio presente en los chips de computadora. Fue acuñada en 1987 como una alusión a las expresiones latinas in vivo , in vitro e in situ , comúnmente utilizadas en biología (especialmente en biología de sistemas ). Estas últimas se refieren, respectivamente, a experimentos realizados en organismos vivos, fuera de organismos vivos y en su entorno natural.

El primer uso conocido de la frase fue por Christopher Langton para describir la vida artificial , en el anuncio de un taller sobre ese tema en el Centro de Estudios No Lineales del Laboratorio Nacional de Los Alamos en 1987. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La expresión in silico se utilizó por primera vez para caracterizar experimentos biológicos realizados completamente en una computadora en 1989, en el taller "Autómatas Celulares: Teoría y Aplicaciones" en Los Alamos, Nuevo México , por Pedro Miramontes, matemático de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), quien presentó el informe " Restricciones Fisicoquímicas del ADN y el ARN , Autómatas Celulares y Evolución Molecular". Posteriormente, Miramontes presentó el trabajo como su disertación . ^{[ 3 ]}

El término «in silico» se ha utilizado en documentos técnicos escritos para respaldar la creación de programas de genoma bacteriano por parte de la Comisión de la Comunidad Europea. El primer documento citado donde aparece «in silico» fue escrito por un equipo francés en 1991. ^{[ 4 ]} El primer capítulo de libro citado donde aparece «in silico» fue escrito por Hans B. Sieburg en 1990 y presentado durante una Escuela de Verano sobre Sistemas Complejos en el Instituto Santa Fe . ^{[ 5 ]}

La expresión " in silico" se aplicaba originalmente solo a las simulaciones por ordenador que modelaban procesos naturales o de laboratorio (en todas las ciencias naturales), y no se refería a los cálculos realizados por ordenador en general.

Se cree que el estudio in silico en medicina tiene el potencial de acelerar la tasa de descubrimiento y reducir la necesidad de costosos trabajos de laboratorio y ensayos clínicos. Una forma de lograr esto es produciendo y evaluando candidatos a fármacos de manera más eficaz. En 2010, por ejemplo, utilizando el algoritmo de acoplamiento de proteínas EADock (ver Acoplamiento proteína-ligando ), los investigadores encontraron posibles inhibidores de una enzima asociada con la actividad cancerígena in silico . Posteriormente se demostró que el cincuenta por ciento de las moléculas eran inhibidores activos in vitro . ^{[ 6 ] [ 7 ]} Este enfoque difiere del uso de costosos laboratorios robóticos de cribado de alto rendimiento (HTS) para probar físicamente miles de compuestos diversos al día, a menudo con una tasa de éxito esperada del orden del 1% o menos, y aún menos se espera que sean candidatos reales después de pruebas adicionales (ver descubrimiento de fármacos ).

Como ejemplo, la técnica se utilizó para un estudio de reutilización de fármacos con el fin de buscar posibles curas para la COVID-19 (SARS-CoV-2). ^{[ 8 ]}

Se han realizado esfuerzos para establecer modelos computacionales del comportamiento celular. Por ejemplo, en 2007, investigadores desarrollaron un modelo in silico de tuberculosis para facilitar el descubrimiento de fármacos, con la principal ventaja de ser más rápido que las tasas de crecimiento simuladas en tiempo real, lo que permite observar fenómenos de interés en minutos en lugar de meses. ^{[ 9 ]} Se pueden encontrar más trabajos que se centran en modelar un proceso celular particular, como el ciclo de crecimiento de Caulobacter crescentus . ^{[ 10 ]}

Estos esfuerzos distan mucho de lograr un modelo informático exacto y totalmente predictivo del comportamiento celular completo. Las limitaciones en la comprensión de la dinámica molecular y la biología celular , así como la falta de capacidad de procesamiento informático, obligan a realizar grandes simplificaciones que restringen la utilidad de los modelos celulares in silico actuales.

Las secuencias genéticas digitales obtenidas mediante secuenciación de ADN pueden almacenarse en bases de datos de secuencias , analizarse (véase Análisis de secuencias ), modificarse digitalmente o utilizarse como plantillas para crear nuevo ADN real mediante síntesis genética artificial .

Las tecnologías de modelado computacional in silico también se han aplicado en:

• Análisis de células completas de huéspedes procariotas y eucariotas , por ejemplo, E. coli , B. subtilis , levadura , líneas celulares CHO o humanas.
• Descubrimiento de una posible cura para la COVID-19. ^{[ 11 ]}
• Desarrollo y optimización de bioprocesos , por ejemplo, optimización del rendimiento de los productos.
• Simulación de ensayos clínicos oncológicos que aprovechan las infraestructuras de computación en malla , como la Infraestructura Europea de Malla , para mejorar el rendimiento y la eficacia de las simulaciones. ^{[ 12 ]}
• Análisis, interpretación y visualización de conjuntos de datos heterólogos de diversas fuentes, por ejemplo, datos de genoma , transcriptoma o proteoma.
• Validación de los pasos de asignación taxonómica en el estudio de metagenómica de herbívoros. ^{[ 13 ]}
• Diseño de proteínas. Un ejemplo es RosettaDesign, un paquete de software en desarrollo y gratuito para uso académico. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

• Proyección virtual
• Biología computacional
• Biomodelado computacional
• Experimento informático
• Folding@home
• Exscalate4Cov
• Modelo celular
• Estudios no clínicos
• Órgano en un chip
• Programas de diseño molecular in silico
• Medicina in silico
• Laboratorio seco

• Palabras del mundo: In silico
• CADASTER Archivado el 30/03/2012 en Wayback Machine Proyecto del Séptimo Programa Marco destinado a desarrollar métodos computacionales in silico para minimizar las pruebas experimentales para el Registro, Evaluación, Autorización y Restricción de Sustancias Químicas (REACH).
• Biología in silico. Revista de modelado y simulación de sistemas biológicos. Archivada el 21 de octubre de 2020 en Wayback Machine.
• Farmacología in silico