+KEGGContenidoDescripciónRecurso bioinformático para descifrar el genomaOrganismosAmplia gama de organismosContactoCentro de investigaciónUniversidad de KiotoLaboratorioLaboratorios KanehisaCita primariaPMID 10592173Lanzamiento1995AccesoSitio webwww.kegg.jp genome.jp/kegg/Servicio web URLREST – ver KEGG APIHerramientasWebKEGG Mapper Conocida como KEGG (Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto) es una colección de bases de datos en línea de genomas, rutas enzimáticas, enfermedades, fármacos y sustancias químicas . La base de datos KEGG puede ser utilizada para la investigación y la educación en bioinformática, incluido el análisis de datos en genómica, metagenómica, metabolómica y otros estudios ómicos, modelado y simulación en biología de sistemas e investigación traslacional en el desarrollo de fármacos. A partir de julio de 2011, KEGG ha cambiado a un modelo de suscripción y el acceso a través de FTP que ya no es gratis.
Introducción En la base de datos de KEGG, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, fue iniciado por el programa del genoma humano japonés en 1995. Los desarrolladores consideran a KEGG de ser una "representación informática" del sistema biológico. La base de datos KEGG puede ser utilizada para la modelización, simulación, navegación y extracción de datos. Formando parte del enfoque biología de sistemas.
El proyecto de la base de datos KEGG fue iniciado en 1995 por Minoru Kanehisa, profesor del Instituto de Investigación Química de la Universidad de Kioto, en el marco del entonces vigente Programa Japonés del Genoma Humano. Previendo la necesidad de un recurso informático que permitiera la interpretación biológica de los datos de secuencias genómicas, comenzó a desarrollar la base de datos KEGG PATHWAY. Se trata de una colección de mapas de vías KEGG dibujados manualmente que representan el conocimiento experimental sobre el metabolismo y otras funciones de la célula y el organismo.
Cada mapa de vías contiene una red de interacciones y reacciones moleculares y fue diseñado para vincular los genes del genoma con los productos génicos (principalmente proteínas) de la vía. Esto permite el análisis denominado mapeo de vías KEGG, mediante el cual el contenido génico del genoma se compara con la base de datos KEGG PATHWAY para examinar qué vías y funciones asociadas probablemente están codificadas en el genoma.
Según sus desarrolladores, KEGG es una «representación informática» del sistema biológico. El elemento integra los componentes básicos y los diagramas de cableado del sistema; más específicamente, los componentes genéticos de genes y proteínas, los componentes químicos de moléculas pequeñas y reacciones, y los diagramas de cableado de las redes de interacción y reacción molecular. Este concepto se materializa en las siguientes bases de datos de KEGG, categorizadas en sistemas, genómica, química e información de salud.
Bases de datos en KEGG KEGG mantiene cinco bases de datos principales las cuales cuentan con características y funciones diferentes, tal cual se muestra en la siguiente tabla:
+ Tabla 1. Tabla comparativa de las diferentes bases de datos del KEGG Base de datos ¿Qué es? ¿Para qué sirve? Tipo de datos Aplicaciones principales KEGG PATHWAY Base de datos de rutas metabólicas y señalización celular Visualizar y analizar redes bioquímicas en células Rutas metabólicas, genes, enzimas, proteínas, y metabolitos. Análisis funcional de genomas, transcriptomas y metabolomas,proteomas, y vías celulares KEGG Atlas Vista interactiva global de las rutas metabólicas Explorar gráficamente todo el metabolismo celular Mapa global basado en KEGG PATHWAY Visualización integrada de rutas metabólicas; exploración general KEGG GENES Base de datos de genes/proteínas anotados de genomas secuenciados Consultar funciones génicas, vincular genes con rutas, agrupar por ortología Genes, proteínas, organismos, anotaciones funcionales Anotación genómica, análisis comparativo, identificación de ortólogos KEGG LIGAND Conjunto de bases de datos sobre compuestos químicos y sus reacciones Estudiar metabolitos, reacciones, enzimas y compuestos bioactivos Moléculas pequeñas, reacciones, enzimas, fármacos Estudio del metabolismo, interacción droga-enzima, ingeniería metabólica KEGG BRITE Sistema de clasificación jerárquica funcional Explorar relaciones funcionales y categorías jerárquicas de genes, enzimas, fármacos y enfermedades Árboles jerárquicos de funciones, roles, familias, clases funcionales Enriquecimiento funcional, categorización biológica, análisis de sistemas
Bases de datos
Información de sistemas En KEGG, la base de datos de diagramas de cableado es considerado su elemento central, ya que articula e integra la información de los demás recursos. Consiste en una colección de mapas de vías que integran diversas entidades, como genes, proteínas, ARN, compuestos químicos, glicanos y reacciones químicas, así como genes relacionados con enfermedades y dianas farmacológicas. Estos mapas se almacenan como entradas individuales en otras bases de datos del sistema.miniaturadeimagen|589x589px|centro|alt=|Representación esquemática de las categorías principales de funciones de rutas funcionales en la base de datos KEGG PATHWAY, incluyendo metabolismo, procesamiento genético, procesos celulares, sistemas orgánicos, enfermedades humanas y desarrollo de fármacos.Los mapas de rutas se clasifican en las siguientes secciones:
Metabolismo Procesamiento de la información genética, que incluye: Transcripción genética Traducción Replicación Reparación del ADN Procesamiento de la información ambiental, como: Transporte de membrana Transducción de señales Procesos celulares, como: Crecimiento celular Muerte celular Funciones de la membrana celular Sistemas orgánicos, entre ellos: Sistema inmunitario Sistema endocrino Sistema nervioso Enfermedades Desarrollo de fármacos Mapas metabólicos La sección de metabolismo incluye mapas globales que permiten una visión general del metabolismo, además de los mapas específicos de rutas metabólicas. Los mapas globales, aunque son de baja resolución, son utilizados, por ejemplo, para comparar las capacidades metabólicas de diferentes organismos en estudios de genómica, así como de distintas muestras ambientales de metagenómica.
Módulo KEGG En contraste con los mapas globales, los módulos KEGG almacenados en la base de datos KEGG MODULE son diagramas de mayor resolución que describen unidades funcionales específicas dentro de las rutas metabólicas. Estos módulos representan conjuntos de reacciones que están conservadas en determinados grupos taxonómicos, como rutas metabólicas particulares o complejos moleculares.
Los módulos KEGG se definen como conjuntos de genes característicos que se vinculan a funciones metabólicas o fenotípicas específicas. Debido a esto, son herramientas clave para la interpretación automatizada de datos genómicos y metagenómicos, ya que permiten inferir capacidades funcionales directamente a partir de la presencia de genes en un genoma o en un metagenoma.
Una base de datos que complementa a KEGG PATHWAY (Base de datos de rutas KEGG) era KEGG BRITE (Base de datos BRITE de KEGG), una base ontológica que se desarrolla dentro del mismo proyecto KEGG. A diferencia de KEGG PATHWAY, que se enfoca en representar gráficamente rutas metabólicas y redes de señalización mediante interacciones y reacciones moleculares, KEGG BRITE organiza la información de manera jerárquica, permitiendo la clasificación estructurada de genes, proteínas, fármacos, enfermedades, compuestos químicos y otros elementos biológicos.
Además KEGG BRITE proporciona una visión sistemática y funcional de los componentes biológicos a través de árboles jerárquicos y relaciones funcionales entre entidades, lo que facilita su análisis desde una perspectiva más global o comparativa. Por ejemplo, permitiendo agrupar proteínas por familias funcionales, al clasificar fármacos según su mecanismo de acción o vincular genes con enfermedades según su función biológica.
En este sentido, KEGG BRITE complementa a KEGG PATHWAY al añadir una capa adicional de organización conceptual, más centrada en la ontología y la taxonomía funcional, mientras que KEGG PATHWAY se centra en los detalles de las interacciones bioquímicas específicas. + Diferenciación entre KEGG PATHWAY y KEGG BRITE Característica KEGG PATHWAY KEGG BRITE Propósito Describir interacciones moleculares y reacciones bioquímicas Organizar y clasificar jerárquicamente entidades biológicas Enfoque Rutas bioquímicas y de señalización celular Clasificación de genes, proteínas, organismos, enfermedades y fármacos Ejemplo de uso Estudiar la glucólisis y cómo las enzimas participan en la conversión de glucosa a piruvato Explorar las familias de enzimas involucradas en la glucólisis y su relación con enfermedades como la diabetes Tipo de relaciones Interacciones a nivel molecular entre proteínas, metabolitos y enzimas Relaciones jerárquicas entre entidades como enzimas y enfermedades Rasgos complementarios Aporta una visión específica y detallada de las rutas moleculares Complementa las rutas al clasificar entidades y mostrar relaciones ontológicas entre ellas
Información genómica Varios meses después del inicio del proyecto KEGG en 1995, se publicó el primer genoma bacteriano completamente secuenciado.Kanehisa, M., Sato, Y., Kawashima, M., Ishiguro-Watanabe, M., & Yamada, M. (2016). KEGG as a reference resource for gene and protein annotation. Nucleic Acids Research, 44(D1), D457–D462.
Este primer genoma fue el de Haemophilus influenzae, marcando un hito en la biología molecular al ser el primer genoma de una bacteria completamente descifrado. Este logro fue liderado por el Dr. Craig Venter en el Instituto de Investigación Genómica (The Institute for Genomic Research).Wikipedia (2023). Haemophilus influenzae.
Desde entonces, todos los genomas completos publicados, tanto de eucariotas como de procariotas, han sido incorporados a KEGG . La base de datos KEGG GENES contiene información a nivel de genes y proteínas, mientras que KEGG GENOMES recopila información a nivel de organismo para estos genomas.
+ Número de genes y genomas en la base de datos KEGG (Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto) Organismo / grupo Cantidad de genes(KEGG GENES) Número de genomas(KEGG GENOME) Eucariotas 57,000,000 1,500 Procariotas 35,000,000 15,000 Total 92,000,000 16,500 La base de datos de KEGG GENES (Base de datos de genes KEGG) consiste en un conjunto de genes correspondientes a los genomas completos, y cada gen recibe anotaciones que los vinculan a los diagramas de ruta (KEGG PATHWAY), módulos (KEGG MODULE) y jerarquías de BRITE.
Estas relaciones se establecen utilizando el concepto de ortólogos. Los mapas de rutas de KEEG se elaboran con base en evidencia experimental proveniente de organismos específicos, pero están diseñados para ser aplicables a distintos seres vivos, como humanos, y ratones, que suelen compartir rutas idénticas formadas por genes funcionalmente equivalentes, llamados ortólogos.
Todos los genes de KEGG GENES (Base de datos de genes KEGG) están agrupados de ortólogos dentro de la base de datos KEGG ORTHOLOGY (KO) (Base de datos de ortología KEGG).Debido a que los nodos (es decir, productos génicos) de los mapas de rutas de KEGG, así como los módulos KEGG (Base de datos de módulos KEGG) y las jerarquías BRITE (Base de datos BRITE de KEGG), reciben identificadores KO (Clasificación ortológica de KEGG), se pueden establecer correspondencias automáticas entre estos elementos y los genes presentes en un genoma determinado.centro|miniaturadeimagen|587x587px|Organización jérarquica y funcional de las bases de datos que conforman KEGG (Enciclopedia de Genes y Genomas de Kioto)Además de ser una base de datos, KEGG también ofreció herramientas bioinformáticas: