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GNOM es un proyecto de investigación transdisciplinar en interfaces digitales y físicas para la visualización, exploración y experimentación con redes genéticas.
GNOM es un proyecto de Santiago Ortiz y Luis Rico en colaboración con Federico Morán, Mónica Solé y Alfonso Valencia.
Proyecto coproducido por el MediaLabMadrid y el Protein Design Group del Centro Nacional de Biotecnología (CBN / CSIC).
Santiago Ortiz [moebio.com]
Luis Rico [MediaLabMadrid] [banquete.org]
Alfonso Valencia [Protein Design Group]
presentado en:ARS electronica festival 2005: HYBRID, living in paradox
4th european conference on Computational Biology, Madrid, España
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······ | introducción La topología de red se ha convertido en un tópico paradigmático de las formas de organización en todas las ciencias, en las matemáticas, en los discursos sociales y en las artes. Uno de los motivos de estudio científicos específicos en donde esta cualidad se manifiesta es en la interacción entre genes. La estructura de red conformada por la interacción molecular define aspectos funcionales genéticos de gran importancia. Biólogos, genetistas y bioinformáticos cuyos campos de investigación incluyen las redes genéticas han de relacionarse con cantidades enormes de información, información relacional. La administración de esta información, su visualización, y en general la forma en que los científicos se relacionan con ella determina la vía de sus investigaciones. La información no sólo está, hay que establecer una relación con ella, y en esta relación median una gran cantidad de aspectos, algunos de los cuales pueden ser controlados, incluso creados. Wattson y Crick se decidieron a continuar buscando en la molécula de ADN la estructura molecular básica de almacenamiento de información genética luego de haber sostenido en sus manos y ante sus ojos una maqueta de la doble espiral. Este ejemplo ilustra cómo las formas de relación con la información, especialmente cuando ésta tiene una estructura particular y determinante, pueden ser diversas, aun en un sentido sensorial. |
el proyecto
Este proyecto tiene como fin el desarrollo de interfaces escencialmente digitales de exploración de redes genéticas, en donde el término explorar comprende las siguientes posibilidades:
· desplazarse en la red afectando gestualmente la dirección de movimiento, esto es, el orden particular en que se recorren los nodos.
· poner a disposición diferentes mecanismos de desplazamiento, así como diferentes velocidades y sistemas de visualización.
· ofrecer una gama amplia y continua de posibildiades de calidad y cantidad de opciones de control sobre recorridos.
· específicamente, en los casos de recorridos que se establecen en niveles bajos de control, se contempla la combinación de dos factores: el azar y algoritmos deterministas.
· ofrecer una inmersión en una construcción metáforica espacial, una experiencia de recorrido espacial. En otras palabras: ofrecer distintas posibilidades en las cuales la red se recorre desde dentro.
I. primera fase: oráculo y paisaje / red de interacciones genéticas en la bacteria Escherichia Coli.
oráculo y paisaje
La culminación de la primera fase del proyecto son dos interfaces de exploración de la red de interacción genética de la bacteria Escherichia Coli, basadas en las dos interfaces ya creadas para el proyecto Quiasma, esto es:
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······ | Interfaz Oráculo: una interfaz formalmente circular de alto nivel de control sobre la selección de nodos, y en donde se visualiza de forma completa la red de relaciones. |
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······ | Interfaz Paisaje: una interfaz formalmente tridimensional, de recorrido espacial basado en una metáfora de recorrido de una paisaje llano e infinito, en donde se viaja entre nodos interrelacionados. |
aquí: fotos de la instalación Quiasma en la exposición Oráculo y Paisaje
red de interacción génica en la bacteria Escherichia Coli
La bacteria Escherichia Coli es importante en la historia de la genética por ser el primer organismo del cual se completó su genoma, iniciando así una era nueva para la genética.
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······ | Comunidad de bacterias Escherichia Coli |
Su genoma comprende unos 4300 genes, con unas 8700 funciones identificadas.
La red de interacción involucra unos 720 genes, comprende unas 1350 relaciones y describe las inhibiciones y activaciones génicas. Cada relación en la red describe una de las tres posibilidades:
1. activación
2. inhibición
3. dual
A continuación la información con lo cual estamos trabajando actualmente (proveída por Protein Design GROUP):
···> genoma completo de la bacteria Escherichia Coli
····> código de funciones de genes de la bacteria Escherichia Coli
····> identificación y clasificación funcional de genes de la bacteria Escherichia Coli
····> red de interacciones de genes de la bacteria Escherichia Coli
primeras aproximaciones a la representación de la red
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······ | Estas primeras aproximaciones a una representación gráfica circular (oráculo) de la red de interacciones, representa cada gen con segmentos de color asociados a la descripción estructural de la función principal del gen. Los colores de las curvas de relación expresan el tipo de relación, y los trazos externos al círculo establecen una relación de autorregulación. |
GNOM en ARS Electronica Festival 2005
La primera versión de GNOM se exhibirá en el Festival internacional de arte electrónico ARS Electronica Festival 2005 Hybrid, junto con la instalación Quiasma.
aquí: más información y esquemas de montaje de Quiasma+GNOM.
II. segunda fase: líneas abiertas de investigación
A lo largo del desarrollo de la primera fase se irán previendo distintas líneas de continuación del proyecto. En este momento ya se identifican algunos campos de investigación que pueden plantear retos interesantes de visualización y sonorización de redes genéticas.
1. visualización
Una vez culminadas las interfaces de oráculo y paisaje, y presentadas en el ARS Electronica Festival, se inicia una etapa de búsqueda de nuevas posibilidades de espacialización y visualización de la información.
2. relaciones hiperestructurales entre redes
Como se comentó en la introducción, las redes se han convertido en un patrón multi-paradigmático. El enfoque de aproximación red da prioridad a las relaciones entre las partes, ya que, como ocurre efectivamente en las redes genéticas, las relaciones y la topología que conforman son por sí mismas (o guardan en sí) información dinámica.
Una vez abordados dos problemas diferentes con el enfoque de red, es posible comparar ambas estructuras desde un punto de vista común: la teoría de grafos o de redes.
Las investigaciones de Uri Alon, Ron Milo y colegas dan pistas muy interesantes para poder comparar redes que son muy diferentes entre sí, no sólo en su semántica, sino también en su estructura y tamaño. La base de estas investigaciones es la búsqueda de motivos que aparecen en redes reales de forma significativa, esto es -más o menos-, cuya probabilidad de aparición en una red aleatoria de estructura similar es mucho más baja. Es así como este equipo de investigadores ha planteado pautas para definir superfamilias de redes y formas de comparar redes genéticas de distintos tipos, redes neuronales, redes sociales, internet y potencialmente cualquier otro tipo de red.
······ Significancia de motivos en distintas redes: de transcripción genética, transductoras y neuronales, sociales, internet y sintácticas en diferentes lenguas. La correlación entre redes de proveniencia paradigmática distinta plantea retos interesantes de visualización dinámica, en donde no sólo se viaja a través de las redes sino que se ponen de manifiesto las relaciones entre ellas.
aquí: acceso a los papers de Uri Alón y colegas en torno a motivos en redes
aquí: acceso a datos de redes estudiadas por Uri Alón y colegas
Una gran familia de redes no planteadas como ejemplo en los trabajos hasta ahora publicados por Ulon y colégas, es el de obras musicales en distintas épocas y culturas (con sus respectivos diferentes sistemas tonales o atonales). Así, por ejemplo, un análisis idéntico al sintáctico, desarrollado sobre textos, puede llevarse a cabo sobre una partitura.
3. sonorización
No sólo la visualización de espacios de información plantea vías de investigación. Resulta muy interesante preguntarse, en un caso muy general, cómo el sonido puede relacionarse con la información, propuesta que se puede plantear en distintos sentidos. El oído animal es un receptor impresionante de información, que en equipo con distintas zonas del cerebro se especializan en dos campos: reconocimiento de patrones de sonidos emitidos por individuos de la misma especie, e interpretación espacial del sonido (algunas veces las dos tareas coinciden, como cuando se intenta reconocer alguien por el sonido de los pasos). En el caso humano, el oído está capacitado para recibir grandes cantidades de información. Teniendo en cuenta los sistemas espaciales de representación de la información, el sonido puede ser un aliado de la luz, para enfatizar en la información espacializada.
aquí: acceso a algunas estructuras sonoras desarrolladas por Santiago Ortiz
Desde el estudio comparativo de motivos en redes de diversos tipos, incluyendo redes de naturaleza sonora e incluso musical, adquiere sentido un camino inverso: crear estructuras nuevas a partir de las existentes. Las redes genéticas y la información funcional pueden servir como bases infraestructurales para construcciones sonoras que llevarían consigo al campo acústico los motivos que se encuentran en su estructura.
Las redes de interacción son en sí mismas dinámicas: a partir de ellas se pueden establacer modelos rudimentarios en los que se simule su aspecto dinámico temporal. Un modelo simple de este tipo funciona como un autómata celular, desplazando señales a lo largo de una red. Emerge así un patrón cambiante en el tiempo, que sin dificultad puede volverse sonoro. ¿Cómo suena una red de interacción dinámica, desde dentro?