La inmunología computacional es una rama científica que integra enfoques genómicos de alto rendimiento y herramientas bioinformáticas aplicadas al estudio del sistema inmunológico. El objetivo principal de este campo es transformar datos inmunológicos en problemas computacionales, resolver dichos problemas mediante métodos matemáticos y algoritmos, y luego interpretar los resultados en términos biológicamente relevantes para la inmunología.
Introducción El sistema inmunológico es una red compleja de células, tejidos y órganos que trabajan juntos para defender al cuerpo contra infecciones y otras enfermedades; y comprenderlo es uno de los temas más desafiantes de la biología. La investigación en inmunología es fundamental para comprender los mecanismos subyacentes a la defensa del cuerpo humano, así como para desarrollar fármacos contra enfermedades inmunológicas y mantener la salud. Los recientes descubrimientos en tecnologías genómicas y proteómicas han transformado drásticamente la investigación inmunológica. La secuenciación del genoma humano y de otros organismos modelo ha generado volúmenes cada vez mayores de datos relevantes para la investigación inmunológica, y al mismo tiempo, se publican enormes cantidades de datos funcionales y clínicos en la literatura científica y se almacenan en los historiales clínicos. Los recientes avances en bioinformática o biología computacional han sido útiles para comprender y organizar estos datos a gran escala y han dado lugar a una nueva área denominada inmunología computacional o inmunoinformática. miniaturadeimagen|Diseño de vacuna multi-epítopos contra SARS-CoV-2 mediante inmunoinformática, basada en la predicción de epítopos óptimos de la proteína Spike para activar linfocitos T y células plasmáticas del sistema inmune. La inmunología computacional es una rama de la bioinformática y se basa en conceptos y herramientas similares, como el alineamiento de secuencias y las herramientas de predicción de la estructura de proteínas. La inmunómica es una disciplina similar a la genómica y la proteómica. Es una ciencia que combina específicamente la inmunología con las ciencias computacionales, las matemáticas, la química y la bioquímica para el análisis a gran escala de las funciones del sistema inmunitario. Su objetivo es estudiar las complejas redes e interacciones proteína-proteína, lo que permite una mejor comprensión de las respuestas inmunitarias y su papel en estados normales, patológicos y de reconstitución. La inmunología computacional forma parte de la inmunómica, que se centra en el análisis de datos experimentales a gran escala.
Historia La inmunología computacional surgió como una disciplina multidisciplinaria a finales del , impulsada por el crecimiento exponencial de los datos genómicos, proteómicos y clínicos vinculados al sistema inmunológico. A partir de la década de 1990, el sistema inmune natural comenzó a ser reconocido no solo por su capacidad de defensa biológica, sino también por sus propiedades extraordinarias de procesamiento de información, como la memoria, la autoorganización y la capacidad de discriminación entre lo propio y lo extraño. Estas características inspiraron el desarrollo de los denominados Sistemas Inmunes Artificiales (AIS, por sus siglas en inglés), una rama de la Inteligencia Computacional que busca modelar procesos inmunológicos como la selección clonal, la teoría del peligro o las redes inmunes, con aplicaciones en informática, optimización y aprendizaje automático. Paralelamente, en el ámbito biomédico, la inmunología computacional se consolidó como herramienta crítica para el análisis de repertorios inmunes, la predicción de epítopos, y el diseño racional de vacunas, convirtiéndose en un pilar para la medicina personalizada y la inmunoterapia moderna.
Base de datos inmunológicos
Con los recientes progresos en las técnicas de secuenciación y proteómica, la producción de información molecular e inmunológica ha crecido significativamente. Estos datos son tan variados que se organizan en distintas bases de datos según su aplicación en la investigación. Hasta el 2007, la Colección de Bases de Datos de Nucleic Acids Research (NAR) había registrado 968 bases de las cuales 31 bases de datos están dedicadas a la inmunología Sin embargo, en el 2022, vio la luz un compilado de más de 5000 bases de datos biológicos curados de más 70 países diferentes y desarrollada por 1975 instituciones diferentes; la cual lleva por nombre Database Commons. Actualmente (2025), este compilado consta de 6961 bases de datos diferentes, de las cuales 84 contienen datos inmunológicos. La información proporcionada en la siguiente tabla se ha tomado de las clasificaciones del compilado de Database Commons. +NombreNombre CompletoObjeto BiológicoTipo de DatoCategoríaPalabra ClavePaísInstituciónAñoCitasDescripciónAFNDAllele Frequency Net DatabaseHumanADNGenoma y anotaciónFrecuencia alélicaReino UnidoUniversidad de Liverpool20031155Base de datos sobre frecuencias alélicas relacionadas al sistema inmune.IEDBImmune Epitope DatabaseHumanProteínaGenoma y anotación, saludAntígenoEE. UU.Instituto La Jolla2008863Información sobre epítopos inmunes, ensayos y enfermedades.IPD-IMGT/HLAIPD-IMGT/HLA DatabaseAnimal HumanADN ProteínaOntogenia, nomenclatura, Genoma y anotacion.MHC HLA Alelo HLAReino UnidoInstituto de Investigación Anthony Nolan20092178La base de datos IPD-IMGT/HLA proporciona una base de datos especializada para secuencias del complejo mayor de histocompatibilidad (HLA) humano y genes relacionados e incluye las secuencias oficiales del Comité de Nomenclatura de la OMS para Factores del Sistema HLA IMGTThe international ImMunoGeneTics information systemAnimal HumanProteínaGenoma y AnotaciónAnticuerpoFranciaUniversidad de Montpellier2010514IMGT es un recurso de conocimiento integrado de alta calidad especializado en inmunoglobulinas (IG) o anticuerpos, receptores de células T (TR), histocompatibilidad mayor (MH) de humanos y otras especies de vertebrados, y en la superfamilia de inmunoglobulinas (IgSF), superfamilia MH (MhSF) y proteínas relacionadas del sistema inmune (RPI) de vertebrados e invertebrados.DICEDatabase of Immune Cell Expression, eQTLs and EpigenomicsAnimal HumanADNExpresión, modificaciónCélulas inmunes, polimorfismosEE. UU.Instituto La Jolla2018386Estudio de expresión genética y polimorfismos en células inmunes.HLA Ligand AtlasHLA Ligand AtlasHumanProteínaInteracciónInmunidad adaptativaAlemaniaUniv. de Tübingen202193Atlas integral de presentación de antígenos HLA.McPAS-TCRMcPAS-TCRHumanProteínaSaludTCR, condiciones patológicasIsraelInstituto Weizmann2017186Datos curados sobre receptores T y enfermedades asociadas.i5k Workspace@NALi5k Workspace@NALAnimalADN, ARN, ProteínaGenoma y anotaciónInmunidad en artrópodosEE. UU.Biblioteca Nacional Agrícola201591Base de datos de genomas de insectos relacionados a la inmunidad.VDJbaseBase de datos de genotipos y haplotipos de receptores inmunes adaptativosHumanADNGenotipo, fenotipo y variacióninmunoglobulina / TCR / receptor inmuneIsraelBar-Ilan University202025VDJbase es una base de datos pública que facilita la búsqueda de datos de genotipos y haplotipos inferidos a partir de conjuntos de datos AIRR-seq. A partir de estos datos, podemos explorar la variabilidad de los loci genómicos de los genes que codifican Ig y TR en distintas poblaciones.TSNAdbTumor-Specific NeoAntigen databaseHumanADNSalud, variación genéticaNeoantígenos, ICIsChinaUniversidad de Zhejiang201867Predicción y validación de neoantígenos tumorales. También existen recursos en internet para consultar información sobre alergias en http://www.allergen.org. Esta información es útil para estudiar cómo reaccionan entre sí alérgenos conocidos y para analizar si ciertas proteínas pudieran causar alergias. La base de datos SDAP guarda información sobre la estructura de proteínas que causan alergia. Por otro lado, la base de datos en línea de alérgenos proteicos de FARRP contiene las secuencias de alérgenos que ya se conocen o se sospechan, obtenidas de publicaciones científicas y bases de datos públicas. Finalmente, Allergome se centra en describir detalladamente los alérgenos que provocan enfermedades mediadas por la inmunoglobulina E (IgE).
Herramientas
Actualmente se emplean una amplia gama de métodos computacionales, matemáticos y estadísticos. Estas herramientas incluyen la minería de textos, sistemas de gestión de información, análisis de secuencias, análisis de interacciones moleculares y modelos matemáticos , que permite realizar simulaciones avanzadas de los procesos del sistema inmunológico. son útiles para la recopilación, análisis e interpretación de datos inmunológicos. Esto requiere de categorización de datos sobre reactividad cruzada de alégenos identificación de variantes genéticas asociadas al cáncer y la clasificación de epítopos.
La inmunoinformática, integra herramientas bioinformáticas generales como son ClustalW, BLAST y TreeView junto con otras plataformas especializadas orientadas al análisis inmunológico. Una de las base de datos y herramientas más especializadas dentro de la inmunoonfromática es el IMGT (International ImMunoGeneTics) que se utiliza para el estudio de Inmunogobulinas (Igs) o anticuerpos, receptores de células T (TR) y moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) no sólo en mamíferos sino en otras especies. Algunas de las herramientas del IMGT son:
IMGT/V-QUEST (International ImMunoGeneTics V-QUEry and STandarization) para analizar secuencias de receptores inmunológicos como los genes de inmunoglobulinas o anticuerpos así como los genes de TR. Esta herramienta, requiere de secuencias de ADN o ARN para la identificación de segmentos génicos V (variables), D (diversidad) y J (unión), análisis de la región CDR3 (región determinante de la complementariedad), detecta mutaciones somáticas, proporciona anotaciones estandarizadas y clasifica las cadenas distinguiendo entre cadenas pesadas y ligeras para inmunoglobulinas y cadenas alfa, beta, gamma y delta de TCR. IMGT/Collier-de-Perles, ayuda a representar gráficamente la estructura de proteínas inmunológicas como Igs, TR y MHC, donde cada perla representa un amonoácido y ayuda a visualizar regiones como los CDRs y regiones framework (Frs)
Los métodos que se basan en la comparación de secuencias son diversos y se han aplicado para analizar la conservación de la secuencia HLA, ayudar a verificar los orígenes de las secuencias del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y construir modelos de homología para el análisis de la resistencia de la polimerasa del virus de la hepatitis B a la lamivudina y la emtricitabina.
Aplicaciones
Alergias Las alergias, aunque son un tema crucial de la inmunología, también presentan una gran variabilidad entre individuos y en ocasiones, incluso entre aquellos que son genéticamente similares. La evaluación del potencial alergénico de las proteínas se basa en tres aspectos principales: (i) capacidad inmunogénica; (ii) posibilidad de reactividad cruzada; y (iii) manifestación de síntomas clínicos. LA inmunogenicidad se define como la capacidad que tiene un antígeno para provocar una respuesta inmune. La inmunogenicidad se debe a las respuestas de una célula B productora de anticuerpos IgE y/o de una célula T a un alérgeno particular. Por lo tanto, los estudios de inmunogenicidad se centran principalmente en identificar sitios de reconocimiento de células B y células T para los alérgenos. Las propiedades estructurales tridimensionales de los alérgenos controlan su alergenicidad