Una investigación con la UOC crea una biblioteca abierta pionera para la identificación de biomoléculas

Investigadores de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC) y del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han creado una base de datos espectral Raman accesible y abierta a la comunidad científica que contiene 140 biomoléculas de los principales tipos, como ácidos nucleicos, proteínas, lípidos, carbohidratos, etc. La espectroscopia Raman es una técnica que permite analizar la composición química y la estructura molecular de materiales mediante la interacción de la luz con la materia, específicamente en el llamado fenómeno de dispersión Raman, descubierto por el físico Chandrasekhara Venkata Raman en 1928.

El trabajo Open Raman spectral library for biomolecule identification, publicado en abierto en la revista Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, ha sido liderado por Marcelo Terán, ingeniero de datos e investigador del grupo AIWELL (Artificial Intelligence for Human Well-being) de la UOC, y también han colaborado David Masip y David Merino, investigadores del grupo de investigación, y los científicos José Javier Ruiz y Pablo Loza-Alvarez, del ICFO.

«Hasta ahora, una de las limitaciones del potencial de Raman en aplicaciones biomédicas era la falta de datos espectrales abiertos de biomoléculas. Por eso nos propusimos crear una biblioteca accesible, estandarizada y útil para la comunidad científica, que sirva de base para futuras investigaciones y aplicaciones clínicas», explica Marcelo Terán, que está haciendo el cuarto año de doctorado en el grupo AIWELL.

En el proyecto, los investigadores han implementado dos algoritmos de búsqueda que han mostrado una precisión del 100 % tanto en el top 10 de la identificación de moléculas —por ejemplo, el colágeno— como en la identificación del tipo de molécula —por ejemplo, proteína—, en cuanto a las mediciones de biomoléculas puras y a la hora de replicar los resultados de estudios anteriores.

Datos biomédicos en abierto para hacer avanzar la medicina

«La espectroscopia Raman permite analizar la composición química de muestras de forma no invasiva, lo que es muy valioso en el ámbito médico. Esta base de datos puede facilitar la identificación precisa de biomoléculas y, en el futuro, contribuir a estudiar cómo varía su presencia en procesos biológicos como el cáncer«, asegura Terán. «La disponibilidad de datos biomédicos de calidad es esencial para avanzar en el desarrollo de soluciones basadas en inteligencia artificial. Esta necesidad fue el punto de partida de la investigación», explica el investigador de la UOC.

Los investigadores recopilaron datos de espectros Raman de biomoléculas a partir de los artículos más relevantes publicados en este ámbito y desarrollaron un algoritmo con técnicas clásicas de visión por computador para extraer automáticamente los datos. Uno de los retos de este trabajo fue el escaso número de datos espectrales publicados en abierto, que superaron utilizando validaciones experimentales. «Nuestro trabajo ofrece una herramienta que puede ayudar a identificar de forma objetiva, rápida y estandarizada la composición molecular a partir de su espectro Raman. Actualmente, esta identificación se realiza mediante el análisis visual de los principales picos de los espectros y se compara con las referencias de la literatura. Nuestra herramienta puede agilizar este proceso al mismo tiempo que proporciona una solución estándar que reduce el sesgo humano durante el análisis«, afirma el doctorando, adscrito al eHealth Centre de la UOC.

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