El papel crucial que la computación en nube tuvo para luchar contra el brote alemán de E. coliGrupo de bacterias E. coli. (Foto: Eric Erbe, Christopher Pooley)
Cuando una peligrosa cepa de E. coli llenó de afectados los hospitales de Alemania meses atrás y provocó en esos enfermos complicaciones potencialmente mortales con mucha más frecuencia que la mayoría de las demás cepas, comenzó la búsqueda de una explicación, a fin de poder hallar posibles soluciones.
Durante un agitado fin de semana después de que fuera secuenciado el genoma de la bacteria, científicos de todo el mundo sometieron el genoma de la E. coli a rondas de estudio riguroso. Gracias a un programa informático desarrollado en 2007 por el equipo de Ross Overbeek, experto en ciencias de la computación, del Laboratorio Nacional estadounidense de Argonne, y a la computación en nube, los investigadores mapearon con notable rapidez los genes de la cepa, y dieron un paso decisivo hacia el objetivo de desentrañar los secretos de la bacteria.
El programa RAST, disponible de modo gratuito y libre para cualquier científico, está diseñado para extraer datos específicos de la maraña de letras que componen el ADN de un organismo.
Un genoma es una larga e incomprensible cadena de letras de un alfabeto de cuatro letras: G, A, T, C. Las secciones de la cadena se dividen en genes. Cada uno describe cómo fabricar una proteína, y las proteínas fabrican los componentes de las células.
Si los científicos averiguan qué proteína es codificada por cada gen, y la función de esa proteína, entonces pueden estudiarla en cualquier microorganismo y tener una idea sobre qué es capaz de hacer.
Por ejemplo, los microorganismos resistentes a múltiples fármacos suelen tener pequeñas bombas que sacan el fármaco de la célula tan rápido como entra. Una vez que se sepa cómo son esos sistemas de bombeo, se puede pensar en cómo sabotearlos.
El programa RAST busca coincidencias de secciones de la nueva cadena en su enorme catálogo de proteínas y genes previamente secuenciados. Al final, presenta un informe sobre las proteínas y genes probables del organismo. La ayuda de este programa es vital cuando hay que trabajar a toda prisa ante una situación de urgencia, como la que se vivió con el brote de esa cepa de E. coli.
Cuando los científicos anunciaron el 3 de Junio que habían secuenciado el genoma de la cepa de E. coli que causaba estragos en Alemania y se propagaba hacia otras naciones, investigadores de todo el mundo comenzaron a enviar versiones del genoma a los servidores del programa RAST para que éste lo revisase. Los especialistas querían comparar la nueva cepa con cepas anteriores para descubrir sus vulnerabilidades y cómo pudo originarse.
Dentro de una misma cepa, se pueden encontrar genomas distintos. También hay a veces genomas ligeramente diferentes en el mismo brote epidémico, e incluso en la colonia de individuos de esa especie presente en un mismo paciente. Los genomas se comparan para ver cómo está mutando el organismo.
Los servidores del programa RAST se vieron desbordados por un torrente de genomas, y las nuevas solicitudes empezaron a acumularse, llegando en determinado momento a más de 200 genomas por hora. Sus operadores querían dar prioridad al trabajo con la E. coli, así que acudieron a un recurso diseñado para tal ocasión.
Magellan (Magallanes) es un proyecto de prueba de computación en nube, a cargo del Departamento de Energía de Estados Unidos. El proyecto cuenta con dos servidores principales: uno en un centro del propio Laboratorio de Argonne, y otro en el Centro de Computación Científica para la Investigación Energética Nacional en California, y está preparado para darles a los investigadores acceso a potencia extra de computación cuando haya una necesidad importante de ello, como por ejemplo en casos de emergencia como el que se vivía en aquellos días.
El equipo del programa RAST habilitó para éste el módulo extra de Magellan, con el consiguiente incremento en la potencia total de computación disponible.
"Nuestro sistema está diseñado para usar clústeres de ordenadores, de modo que estaba preparado para que un bloque de Magellan se integrase dentro del clúster que utilizamos para el RAST", explica Bob Olson, un experto en computación del Laboratorio de Argonne que se ocupa de tareas de mantenimiento del programa RAST.
Y la ampliación funcionó, permitiendo no sólo terminar los análisis pendientes sino incluso aceptar muchos más. El equipo del Laboratorio de Argonne y el del Virginia Tech trabajaron las 24 horas del día durante un fin de semana que resultó decisivo, para garantizar que los servidores operasen sin ningún tropiezo.
El arreglo permitió que se consiguiera el objetivo en un tiempo récord. La comunidad científica encontró lo que andaba buscando: la diferencia crucial entre esta nueva cepa y las antiguas radicaba en unos pocos genes. Al parecer, la nueva cepa adquirió una combinación contundente de factores de virulencia presentes por separado en otras cepas estudiadas.